關于高層建筑結構選型設計的初步探討

(湖北金揚建設工程有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

我國高層建筑工程雖然發展迅速并取得了很好的成績，但仍不可避免的存在一些問題和不足之處，因此加強對高層建筑結構選型設計的把控，對確高層建筑工程質量有著重要意義。

一、高層建筑結構選型的影響因素

1、環境因素。主要有基本風壓、設防烈度、以及場地條件等。

2、項目方案特點。包括方案項目的建筑體型、高度、長寬比和高寬比。其中，有兩種建筑體型，一種是平面體型，組成是平面對稱性、平面規則性、剛度偏心、以及平面質量等;一種是立體體型，組成是層間剛度、塔樓、立面收進體型、結構高寬比等。

3、項目使用性功能。主要包括綜合樓、住宅、辦公樓、旅館等。其中，為了提高高層建筑的使用功能，可與匹配多種結構型式。

4、施工工期要求。縮短高層建筑結構施工周期，可以使整個建筑提前投入使用，以便企業取得經濟利益，緩解投入了巨大資金的壓力，另外，也使還貸日期縮短了，有效降低了需支付的貸款利息。

二、高層建筑結構設計的特點

1、水平力是設計的關鍵因素。在低層和多層建筑的結構中，其整體重力，通常是由豎向結構承載。然而，就高層建筑結構設計來說，與豎向荷載對結構設計的影響相比，水平荷載起著決定性的作用，這是因為隨著建筑高度的增加，水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，成兩次方倍增長，而在豎向構件中，建筑自重和樓面使用荷載所引起的軸力和彎矩的數值，是一次方倍的建筑高度。

2、具有較高的抗震要求。在設計高層建筑結構時，要設防抗震功能，除了要考慮正常使用時的風荷載、豎向荷載加以，還要保證結構具有良好的抗震性能，確保小震不壞、大震不倒。

3、側移成為控指標。與多層和低層房屋不同，在高層結構設計中，其重要的一個因素是結構側移。水平荷載下結構的側向變形程度，是正比于建筑高度的4次方，即 (△=qH4/8EI)。

4、要重視軸向變形。在高層建筑中，剪力墻體系是框架體系和框架經常使用的，與框架邊柱的軸壓應力相比，中柱的軸壓應力要大很多，因此，與邊柱的軸向壓縮變形相比，中柱的軸向壓縮變形也是要大很多，并且，軸向變形的程度會隨著建筑高度的增加而增大，等同與連續梁中間支座沉陷造成的后果，即降低了連續梁中間支座處的負彎矩值，增大了端支座負彎矩值和跨中正彎矩值。

5、減少高層項目自身的重力。在地基或樁基條件相同的情況下，以及在不改變原有基礎造價和處理措施下，根據樁基或地基的負荷能力，降低建筑自身的重力，增多層數，其經濟效益，突出表現在軟弱土施工的工程項目中。隨建筑的重量越大，地震效應越明顯，因此，要想提高結構的抗震能力，可采取降低建筑高度的措施。

三、高層建筑結構選型設計

1、首要環節——結構選型與結構布置。結構體系是由構件按一定的規律組成的，結構型式是非常重要的，必須要精心設計，塑造空間體形、構件形象，以及防止資源浪費的前提條件是科學的結構型式，在結構設計方案中，建筑結構選型占據著重要的位置，而建筑結構設計的重要內容即是結構型式的選擇，所以，要科學的、合理的選擇結構選型，并結和各種影響因素，以達到施工條件標準和建筑的要求，以及符合地區的實際情況，確保建筑工程的適用性、安全性、美觀性、堅固性。

2、結構計算簡圖的選取與結構計算結果的驗證。科學的計算模式，反映了實際結構的真實力學，對設計的經濟性、計算結果的正確性，以及結構設計的合理性和可靠性，都有著重要的影響。影響計算結果正確性的因素有計算程序、計算方法、計算假定、和計算簡圖。結構設計的基礎是結構計算，計算結果又為結構設計提供了可靠的依據。因此，要求結構設計人員必須掌握并精通結構計算，這也是需必備的一項基本專業技能。

3、運用結構設計概念，優化結構。要時刻牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則”，重視構件延性性能以及薄弱部位的強化，還要重視鋼筋的錨固長度，尤其是直線段錨固長度，要對溫度應力的影響充分考慮。還要注意按均勻、對稱、規整原則對平面及立面的布置盡心分析，對抗震多道防線綜合考慮，最大程度防止出現薄弱層。在進行結構設計時，還需重視結構設計的優化。在結構設計中，在從結構選型、布置、分析計算、截面設計到細部處理的整個設計過程中，對各方面因素綜合考慮，選擇科學的分析、處理方法，最大程度保證結構設計方案的經濟合理性。

4、群樁擠土效應的處理。在軟土層較厚或是樁長比較長的工程中，或高度大約100米的高層建筑，在基礎樁基的使用過程中，會明顯的產生擠土效應，其原因是樁數布置密度較高，以及柱 (墻)底力較大造成的。而市政管線、相鄰樁基、周邊建筑物、道路等，都會受到擠土效應的影響。為避免出現這些破壞因素，提前采取處理措施是非常重要的。

例如:某工程樁基情況為:樁數約為800根，樁心距在3.5d－4d之間、樁長約為40m。我們可以粗略估算擠土量的大小如下:每根樁樁長按照15m、樁徑按照500mm計算，每根樁為FI*0.5’*15=11.775m’，800根為，420m’，地下室單層建筑面積約為6500擴，場地約提高9420/6500=1.45m。所以其影響是很大的，對這種樁數多、密度大、樁長較長的情況，我們在樁基施工前采取了一些消擠措施，并提出了相關要求:(1)采用消擠孔取土，取土深度控制在20m左右:(2)消擠孔位置布置:在樁基平面圖中指定消擠孔的位置，要求取土孔位置與工程樁位置吻合，且取土與壓樁一一對應進行，隔根梅花型布置:(3)在建筑周邊布置兩排消擠孔帶，整排布置，間距800、孔徑400，前后兩排交錯布置，消擠孔帶退開建筑周邊工程樁lm以外;(4)消擠孔洞口邊需要采取適當的維護安全措施:(5)工程樁在施工時的順序;先主體后裙房，由建筑中心向周邊輻射狀進行。其中在第 (2)點要求的取土位置與工程樁的對應是出于防止工程樁空孔位置不準而帶來的樁身傾斜，斷樁等不良后果，但是這種要求在具體施工時有一定的難度，考慮到工期等因素，可以在場地上間距一定距離鉆孔取土，不一定要與工程樁位置對齊，但在工程樁施工時，先在未取土位置壓樁，取土孔位置應該在擠土填實后再進行壓樁。

結束語

高層建筑結構選型設計至關重要，因此，在高層建筑工程的后續發展中，要不斷提高管理人員素質，加強管理制度，提高高層項目結構選型設計水平。

[1]陳啟斌，《小議高層建筑結構設計》，今日科苑，2012

[2]倪榮榮， 《高層建筑結構設計若干問題探討》，才智，2011