高層建筑結構的布置選型

鮑雷雷

摘 要：高層建筑的結構體系是高層結構是否合理、經濟的關鍵，隨著建筑高度和功能的發展需要而不斷發展變化。本文總結了高層建筑的結構布置與結構特點，對高層建筑結構選型方法進行了探討。

關鍵詞：高層結構；選型

1 高層建筑結構的布置原則與要求

1.1 結構平面布置

平面形狀簡單、規則、對稱盡量使質心和鋼心重合。偏心大的結構扭轉效應大，會加大端部構件的位移，導致應力集中。平面突出部分不宜過長。扭轉是否過大，可用概念設計方法近似計算鋼心、質心及偏心距后進行判斷，還可以比較結構最遠邊緣處的最大層間變形和質心處的層間變形，其比值超過1.1者，可以認為扭轉太大而結構不規則。高層建筑不應采用嚴重不規則的結構布置，當由于使用功能與建筑的要求，結構平面布置嚴重不規則時，應將其分割成若干比較簡單、規則的獨立結構單元。對于地震區的抗震建筑，簡單、規則、對稱的原則尤為重要。

1.2 結構立體布置

結構豎向布置最基本的原則是規則、均勻。規則主要是指體型規則，若有變化，亦應是有規則的漸變。體型沿豎向的劇變，將使地震時某些變形特別集中，常常在該樓層因過大的變形而引起倒塌；均勻是指上下體型、剛度、承載力及質量分布均勻，以及它們的變化均勻。結構宜設計成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小，將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴重的會引起建筑的全面倒塌。如果體型尺寸有變化，也應下大上小逐漸變化，不應發生過大的突變。上不樓層收進使得體型較小的情況經常發生，但是對于收進的尺寸應當限制。收進的部位越高，收進后的平面尺寸越小，高振型的影響明顯加大。如果上部樓層外挑，造成“頭重腳輕”的狀況，將使扭轉反映明顯加大，豎向地震影響也明顯變大。

2 高層建筑結構特點

水平荷載對結構的影響大，側移成為結構設計的主要控制目標之一。對一般建筑物，其材料用量、造價及結構方案的確定主要由豎向荷載控制，而在高層建筑結構中，高寬比增大，水平荷載（包括風力和地震力）產生的側移和內力所占比重增大，成為確定結構方案、材料用量和造價的決定因素。其根本原因就是側移和內力隨高度的增加而迅速增長。

樓（屋）蓋結構整體性要求高。高層建筑結構的整體共同工作特性主要是各層樓板（包括樓面梁系）作用的結果，由于樓板在自身平面內的剛度很大，變形較小，故在高層建筑中一般都假定樓板在自產生平面內只有剛體位移（僅產生平動和轉動），而不改變形狀，并忽略樓板平面之外的剛度。因此，在高層建筑結構中的任一樓層高度處，各抗側力結構都要受到樓板剛體移動的制約，即所謂的位移協調，這時抗側剛度大的豎向平面結構必然要分擔較多的水平力。

高層建筑結構中構件的多種變形影響大。在一般房屋結構分析中，通常只考慮構件彎曲變形的影響，而忽略構件軸向變形和剪切變形的影響，一般是因為其構件的軸力和剪力產生的影響很小。而對于高層建筑結構，由于層數多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著，中部構件與邊部、角部構件的軸向變形差別大，對結構內力分配的影響大，因而構件中的軸向變形影響必須加以考慮。

結構受到動力荷載作用時的動力效應大。根據結構本身的特點不同，如結構的類型與形式，結構的高度與高寬比，結構的自振周期與材料的阻尼比等的不同，結構受到地震作用或風荷載作用時，產生的動力效應對結構的影響也不同，有時這種動力效應嚴重影響結構物的正常使用，甚至造成房屋的破壞。

3 高層建筑結構選型的若干思考

選型工作具有很強的綜合性包含大量確定與不確定的因素，受諸多條件和因素影響，高層結構是否合理、經濟的關鍵，隨著建筑高度和功能的發展需要而不斷發展變化。除了要考慮工程造價和投資能力，還要考慮所選結構型式對建筑功能的適應性，施工條件，技術能力，施工工期，建筑材料和能源供應，建筑美學要求包括建筑群及其環境的配合建設場地的地形地貌自然災害等等。

豎向承重結構的選型在對豎向承重結構進行選型時，首先考慮的是建筑物的高度和用途。不同結構體系的強度和剛度是不一樣的，因而它們適應的高度也不同。一般說來，框架結構適用于高度低、層數少、設防烈度低的情況；框架—剪力墻結構和剪力墻結構可以滿足大多數建筑物的高度要求；層數很多或設防烈度較高時，可用筒體結構。當建筑物的高度超出表中數值時，要進行專門的研究，采取有效的措施。選擇結構體系應考慮的另一個因素是建筑物的用途。目前國內高層建筑按用途大體上可分三大類：住宅、旅館及公共性建筑（辦公、商業、科研、教學、醫院等）。住宅建筑一般采用剪力墻結構。

水平承重結構的選型水平承重結構對保證建筑物的整體穩定和傳遞水平力有重要作用。水平承重結構選型通常有以下幾種，平板體系、無梁樓蓋、密肋樓蓋和肋形樓蓋。平板體系：平板體系采用單向板或雙向板，常用于剪力墻結構或筒體結構。其優點是板底平整，可以不加吊頂，結構高度低，可以降低層高。

下部結構的選型高層建筑的基礎是高層建筑的重要組成部分。它將上部結構傳來的巨大荷載傳遞給地基。高層建筑基礎形式選擇的好壞，不但關系到結構的安全，而且對房屋的造價、施工工期等有重大的影響。高層建筑基礎形式通常有以下幾種：（1）柱下獨立基礎：適用于層數不多、土質較好的框架結構。當地基為巖石時，可采用地錨將基礎錨固在巖石上，錨入長度≥40d。（2）交叉梁基礎：即雙向為條形基礎。適用：層數不多、土質一般的框架、剪力墻、框架-剪力墻結構。

4 結束語

高層建筑物有效地減輕了住房壓力，但必然也帶來了安全隱患，其結構設計顯得尤為重要，隨著設計理念的不斷發展，高層建筑物必將朝著更加合理的方向發展。高層建筑結構的選型與結構布置直接影響著結構的安全性與經濟性，設計中應根據房屋的高度、高寬比等多方面因素選取合理的結構體系。

參考文獻：

[1] 沈蒲生.高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業，2006.

[2] 劉海卿，康珍珍，張丙軍.高層建筑結構選型影響因素分析[J].科學技術與工程，2006（6）.