高层建筑结构设计与选型

袁由冲

【摘 要】如果把一个建筑体的存在看作一个活生生的生命，建筑结构设计在建筑的“生命历程”中可谓占据着重要的地位，关系着建筑外部面貌与内部骨架的形成，同时建筑结构设计作为建筑工程投资的一部分，能够有效控制设计过程中的成本造价，也是一项成功建筑设计的一部分。总之，建筑结构设计师在建筑结构设计过程中要综合考虑到建筑所在地的气候、地形、水文、风俗文化以及建筑造价的多方面因素，最大限度的满足实际的需要。

【关键词】建筑结构；设计；抗震

一、高层建筑结构的设计原则

1、科学性原则

建筑虽是门艺术，讲求美观，但也必须实用，适合人们居住。因此，在把握美观的同时，也要注意建设的科学性和合理性，不能盲目追求感官享受。现代建筑的建筑要求跟过去有很大区别，美观早就退居其次，实用和耐用，高质量已成为人们的首选因素。所以要紧跟时代步伐，利用科学的设计方法和现代科技提供的高技术，充分打造出具有现代气息的高层建筑。将理论与实际结合，尽可能做到美观与科学的结合，以及设计要合理、规范，符合相关规定。

2、实用性原则

现代高层建筑结构设计，要充分考虑到建筑的功能需求，设备的优化配置以及具体施工技术方案的规划与运行，积极采用新技术、新工艺和新材料，实现建筑的经济合理性与高效实用性。

3、安全性原则

安全对于建筑工程来说，是考虑的主要问题。高层建筑除了科学、实用，也要住着放心，舒坦。楼层可不同于平房建设，尤其是碰上地震之类的。所以，安全指标必须达到，可以逾越但绝不能少，甚至是一毫米，因为安全指标就是生命指标，我们要对自己的行业行为负责。既然这样，在开始施工时，有关安全的所有因素必须统统考虑，注意加强结构的抗灾能力。

二、结构选型分析

1、结构规则性

新旧规范在建筑物结构规则方面的内容出现了很大变动，在这方面新规范增加了很多的限制条件。如：嵌固端上下层刚度比以及平面规则性信息等，这些都是新的限制条件。而且，新规范也明确表明了强制性的规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”所以，针对这些新规范，结构设计师必须严格遵循并加以注意，以免在后期的设计方面处于被动状态。

2、结构超高

对于结构高度而言，在高规与抗震规范中有了很严格的限制，特别是在新规范中，对于超高问题除了对于原来的高度增设为A级高度外，还增设了B级的高度建筑。所以，必须严格控制结构的高度因素，如果确定了结构为B级高度建筑物，甚至超过了B级的高度，其处理措施和设计方法就会有很大的变化。对于结构类型的变更，在实际工程设计中曾经出现过对该问题忽略的情况，致使施工图在审查阶段就未予通过，在这种情况下，应该对其进行重新设计或者进行专家讨论、评定。但是这些对于整个工程的规划、造价和工期而言具有很大的负面影响。

3、嵌固端设置

嵌固端对于高层建筑而言，其一般设置于地下室的顶板处，因为高层建筑通常下会带有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被设置于人防的顶板位置。而对于这个问题，结构设计师往往会忽略嵌固端的很多问题，如：上下层刚度比的限制、楼板的设计、上下层抗震等级一致性以及嵌固端位置与结构抗震缝设置的协调问题等，如果对其中一个方面造成忽视，那么就有可能为后期工程作业埋下很大的安全隐患。

4、短肢剪力墙

对于墙肢截面高厚度为5-8的，在新规范中规定为短肢剪力墙。对于短肢剪力墙而言，在实际经验和试验资料中其在高层建筑中的应用增添了很多限制性条件，因此，结构设计师应该尽量避免对短肢剪力墙的采用，以免给后期工程的进展带来麻烦。

三、建筑结构设计中易忽略的问题

1、受力性能

在我们对建筑进行设计的开始阶段，设计人员最需要考虑的就是此建筑物所具有的空间组成特点，而并不是对建筑的结构情况进行确定。对于建筑来说，其在空间以及地面形式上的水平、竖向稳定情况对于整个建筑物具有着较为重要的影响，通常而言，建筑都是由规模较大、较重的构件所组成的，对此，建筑所具有的结构就应当能够将其自身所具有的重量同地面进行良好的传递。而我们在对建筑进行设计的过程中，就需要能够对建筑向下作用力同地基承载力间的关系进行理顺，并使我们在建筑方案确定时能够做好建筑承重柱以及承重墙的数量以及位置分布的确定工作。

2、箱、筏基础底板的挑板

从建筑的结构方面来看，如果跨底板钢筋在设置时不会由于出现跨钢筋的情况而使整个底板的通长筋得到加大，就能够获得较为节约的设计效果。而在出挑板之后，则能够使地基所具有的附加应力得到降低，并且当建筑基础形式在人工地基以及天然地基坎上时，以加挑板的方式就能够对天然地基进行应用。同时，其还能够降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜。当然，对于此项问题来说，也不是绝对的，当建筑地下室层数较多、且窗井横隔墙较为密集时则可以根据实际情况以灵活的方式对其进行考虑。另外，当地下水位较高时，出基础挑板也能够帮助我们更好的对抗浮问题进行解决。

3、承重柱截面大小

在对抗震设防区进行设计时，部分建筑结构设计人员往往会贪图受力设计的方便性而没有将柱的截面高度设计到足够的高度、将梁简化成铰支梁、使梁柱的线刚度比加大。对于这种设计方式来说，虽然其能够在一定程度上简化我们的结构受力分析任务，但是却会对整个建筑结构的稳定性造成一定的隐患。另一方面，对于高层建筑底部柱来说，为了能够使其满足轴压比限制的需求，我们往往会将柱子的截面取一个较大的值。但是，由于建筑高度的影响，就很可能会使框架柱成为短柱。对此，选择较大的柱截面还是较小的柱截面則成为了我们实际设计过程中需要商榷的一个问题。另外，在建筑底层框架方面，梁所具有的抗弯刚度也会大于柱的抗弯刚度，且梁板对于柱子所具有的约束能力也相对较小。对此，就需要我们在实际设计时能够严格地遵循强剪弱弯、强柱弱梁的原则，并在建筑的同一楼层中尽量保证不同柱子所具有的同等刚度，避免出现过大的截面差异。

四、关于建筑结构合理性设计的建议

1、建筑结构的设计要符合国家规定

建筑安全事故频繁，这让大家的关注点都集中在了建筑的安全上，而国家也对建筑结构的安全性提高了重视，陆续出台一些相关法律法规，对于建筑结构的设计有了强硬性的要求，防止一些建筑商减少针对建筑安全的投入。这些规定会随着建筑行业的实际情况而提出针对性的改变，建筑结构的设计不仅在安全上有保障还需要与时俱进。同时，建筑结构设计师应该要尽职尽责，不能为了一己私利不顾人民群众的安危，为提高建筑物的质量，消除存在的安全隐患贡献出自己的绵薄之力，要不畏强权，在建筑行为中发现不符合国家规定的行为要勇敢地提出质疑，并且做出相应的解决措施，基于安全性上考虑，尽可能地提升建筑结构的安全质量。

2、计算机辅助设计的正确运用

随着科学技术的快速进步，网络化的范围越来越广，计算机辅助设计系统也被广泛应用于建筑设计领域。应用计算机技术可以实现工程师对结构分析的顺利进行，能够正确使用计算机辅助设计对我国建筑结构设计水平有很重要的影响。但是，随着经济的不断发展，建筑物的规模日趋增大，而其结构形式也日渐复杂，对其结构的设计难度也大大增加，这就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围，熟悉和掌握各项参数的选取条件，真正做到计算机为人服务，为工程设计服务。

3、提高建筑物抗震能力

对于建筑体来说，地震所带来的影响是非常巨大的，尤其是高层建筑。在汶川地震等多个地震发生以来，国家建筑行业更是将建筑物的抗震指标作为一项重要的参数来对待。正确合理的抗震指标不仅可以充分满足建筑物的设计安全系数，又不至于指标过大而造成浪费。在抗震设计过程中，要时刻遵守这样的一个原则“小震不坏，中震可修，大震不倒”，对于地下室的抗震等级确定与上部建筑主体结构的抗震等级要区分开来，分别予以考虑，一般来说，地下层的抗震等级要略低于地上结构，而裙楼的抗震等级应该不低于主楼的抗震等级。

结束语

总而言之，目前建筑结构技术水平还没有完全实现建筑安全性的提升，建筑安全的標准也还没有达到我国建筑技术设计规范和质量安全的要求，因此，要对建筑结构设计作出调整，全面地考虑建筑安全性的影响因素，确保在建筑结构设计中建筑安全性的提升。

参考文献：

[1]张华.浅议房屋建筑结构设计之中常见的问题[J].现代建筑，2012（04）.

[2]刘霞.试论建筑的施工建设技术发展和建筑结构设计之中常见的问题[J].施工资讯，2013（06）.

[3]劳健荣.浅析在建筑结构设计中提高安全性[J].知识经济，2011，（13）.