高层建筑结构体系选型研究

高层建筑结构体系选型研究摘要:高层建筑结构的选型与结构布置在结构抗震概念设计中占有极其重要的地位，它们直接影响着结构的安全性与经济性。因此，在结构选型决策工作中应该综合考虑各种决策影响因素的作用特点和对决策结果的影响度，并将它们综合、协调、统一起来，这样才能对下一步用科学的方法进行高层建筑结构选型做好基础与铺垫。关键词:高层建筑结构选型分析结构选型具有很强的综合性包含大量确定与不确定的因素，受诸多条件和因素影响，高层结构是否合理、经济的关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。除了要考虑工程造价和投资能力，还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性，施工条件，技术能力，施工工期，建筑材料和能源供应，建筑关学要求包括建筑群及其环境的配合建设场地的地形地貌自然灾害等等。1高层建筑结构体系形式高层建筑的结构体系主要有框架结构，异型柱框架结构，框架一剪力墙结构，剪力墙结构，部分框支剪力墙结构，筒体结构(框架一核心筒结构，筒中筒结构)，以及混合结构，即由多种材料构件如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件(钢管混凝土构件、型钢混凝土构件及组合梁等)构成的结构。主要分为:①一般高层建筑结构体系。一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架一剪力墙体系、框架一筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。②复杂高层建筑结构体系。复杂高层建筑结构体系一般是指带转换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、平而不规则结构体系等。③新颖高层建筑结构体系。近年来，出现了一些新颖的高层建筑结构体系。其中具有代表性的有束筒体系、巨型框架体系、脊骨体系等结构体系。2高层建筑选型主要内容和要求结构选型主要包括以下内容:(1)选择合适的基础结构;(2)选择合适的竖向承重结构;(3)选择合适的水平承重结构。高层建筑的基础结构有独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等多种形式;竖向承重结构有框架、剪力墙、框架一剪力墙、筒体等多种形式;水平承重结构有无梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖等多种形式。高层建筑的初步设计中，为选择合适的结构形式，要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求:(1)建筑场地宜选有利地段，避开不利地段，远离危险地段，避免土质液化及地基土不均匀沉陷灭害;(2)平而和立而形式简单、对称、规则，减小偏心;(3)抗侧力构件和质量分布在同层平而内宜基本对称，相邻层刚度和质量变化宜缓慢;(4)地震区的高层建筑应具备多道抗震防线，有足够的承载力、刚度和延性;(5)结构型式尽可能的与建筑型式相一致;(6)施工简便可行，经济合理且与周边环境和谐。3高层建筑选型影响因素分析影响高层建筑结构选型的主要因素如下:(1)建筑物所处环境:结构选型方案的生成是在掌握了基本资料后的多口标、多层次、多方案的设训一问题，是融合专家的设计知识、经验和工程实例发挥创造性的过程。建筑物所在位置的环境条件是选型设训一方案比选的基本资料，同时也是选型中确定基础结构、竖向承重结构和水平承重结构的依据。另外，选型中还应考虑通过对结构体系外部裸露部分的建筑装饰和艺术加工，将结构形式与建筑的空间艺术形象及周边环境融合为一体来表达建筑与环境的和谐关观。例如，意大利佛罗伦萨运动场的大看台的设训一中，建筑师将挑梁的外形与其弯矩图统一，利用混凝土的可塑性对挑梁的外轮廓进行处理，获得了良好的艺术效果。(2)建筑功能要求:建筑设计中应考虑的首要因素是建筑物的功能要求。任何建筑都具有对客观空间和地质环境的要求，而高层建筑作为对土地资源高效开发利用的形式，要求更为严格《高层建筑混凝土结构技术规程》规定了各种常见结构体系的最大适用高度。根据这些要求和对使用功能的需求，可大体确定高层建筑的尺度、规模、功能空间划分及其相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖而与建筑物使用空间相适应，并尽可能降低结构构件的高度，提高建筑空间的使用效率、节省维护结构的费用从而降低建筑物全寿命期费用。(3)结构材料:结构材料在建筑物中的应用促进了建筑结构形式的变革，不可避免地给建筑结构选型带来重要的影响。近代高层建筑的发展是19世纪后采用钢铁结构作为承重结构材料开始的。1801年英国曼彻斯特棉纺厂采用铸铁框架作为承重骨架，1843年关国长岛的黑港灯塔采用熟铁框架，为钢铁材料在高层建筑中的应用开辟了新途径。1889年芝加哥一幢9层大楼首先采用刚框架，1903年法国巴黎富兰克林公寓采用钢筋混凝土结构，开始了将钢、钢筋混凝土框架应用在高层建筑中。20世纪50年代以来，新型结构材料迅速发展，轻质高强的建筑材料在高层建筑中广泛应用，为现代高层建筑的发展提供了条件。因此，结构选型时应注意合理选用结构材料，选择能充分发挥材料性能的结构形式，从而促进结构形式的创新。(4)建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑结构形式有很大影响。在手工劳动的时代，只能用小型砖石块体来建造墙柱拱，或采用木骨架的结构型式。近代大工业生产出现后，在钢铁工业及机械工业得到很大发展的基础上，大型起重机械及各种建筑机械(例如混凝土泵)相继问世。这样，使得高层建筑及大跨度建筑的各种结构形式成为现实。(5)新结构与新材料的不断运用与实践发展了结构理论，使人们提高了结构设计水平。而结构设计理论的发展反过来为解决复杂的结构设训一与优选问题提供了有利条件。因此，结构设计理论的发展对结构选型的影响可从结构理论研究发展等方而分析。在结构理论研究发展中，抗震设计理论的发展对结构选型工作有着很重要的影响。由于地震运动的随机性及复杂性，既不可能准确地划定高烈度地震可能发生的地区和范围，又不能在全国范围内普遍按照高烈度标准设防，势必给结构选型工作带来困难。为了解决上述问题我国采取“小震不坏、大震不到”的双重抗震设计准则。4结束语随着结构理论发展地不断深入，结构选型工作也朝着综合化和复杂化方向发展。有的学者指出未来高层建筑的发展方向之一是组合超级框架，这种组合结构体系比使用单一材料经济得多，但其发展尚有一些问题值得进一步研究。此外，建筑结构减震技术的应用异军突起和预应力混凝土的设计概念已从传统的“全预应力”过渡到“部分预应力”等新发展都必将给结构选型带来影响。参考文献：GB50011一2001建筑抗震设计规范[S]陈群：浅谈高层结构设训一中确定结构体系的几个问题[J]建筑知识，2002,4:43一44马荫贤：钢筋混凝土高层建筑设计中若干问题的探讨[J]技术交流，2003,12:64一65游晋华：高层结构抗震中的概念设计[J]山西建筑，2004,30(19)34一35