工民建高层建筑结构选型因素相关研究

摘要：对工民建高层建筑而言，建筑的结构体系是其建设是否合理经济的关键因素之一。随着社会的不断发展，建筑物的高度以及功能也在不断的发展变化。本文就影响工民建高层建筑结构选型因素进行简要的研究，以供参考借鉴。

关键词：工民建高层建筑、结构选型、影响因素、研究

中图分类号：TU208 文献标识码： A

一、前言

近年来， 随着经济实力、建筑技术的快速发展和对土地资源的合理、高效利用的迫切需求， 我国高层建筑发展相当迅速。高层建筑的高度不断增加， 功能和类型愈来愈复杂， 结构体系趋于多样化， 地区分布也更加广泛。高层建筑一般是承担较多功能， 且工程造价较大的重要建筑物， 所以从安全和经济的角度，高层建筑的概念设计就相当重要。。然而， 高层建筑的结构选型受诸多复杂的条件和因素制约， 例如建筑物所在地区的基本风压值、抗震设防烈度、场地土条件、建筑平面形状、建筑层数、结构材料、功能要求等， 因此我们必须建立合理有效的研究体系， 综合考虑各种条件和制约因素， 为结构选型的科学决策提供依据。

二、有关工民建高层建筑结构选型影响因素

高层建筑结构选型有众多的因素影响，主要由建筑功能全面性、建筑结构受力合理性、建筑结构施工便利性、建后建筑结构安全稳定性和结构外表美观性等多方面因素共同构成。各种因素错综复杂，独立的同时又彼此联系，所以在做出高层建筑结构选型决策时，必须多角度、全方位、综合地考虑各种影响因素，最大程度地扩大建筑的使用性能和使用范围。

1、建筑功能全面性

建筑中首先考虑的是建筑功能的设计，它是整个建筑的脊梁，有很好的吸引大众的诱惑力。设计建筑功能时，第一要考虑结构，使用空间的大小和空间的高度范围受到结构形式的影响；第二要考虑使用功能，根据使用功能的不同，在不同的要求下分别设计相对应的内部平面、空间分隔布局，满足使用时功能合理全面，保证美观舒适。

2、建筑结构受力准确性

使用结构不同导致受力方式也有所不同。要根据结构和受力等方面，认真选取适宜方案，要布局合理，遇到突发灾难时能够有效地抗风避震、防火防水，保证建筑物的安全稳定。在风力较大的地壳运动频繁地区要重视结构的强度和变形范围内的结构质量，减小建筑因受力时结构不稳定而导致的对人造成的不适感和建筑的不安全性。在地壳运动频繁区域，由于地壳运动具有多变性，现在科学技术发展的程度难以精确地判断地震中心和地壳运动时间。所以在施工设计中，不仅要通过精确仪器的计算得到精确结构体系结论，还要统筹考虑周边环境进行实际勘察。在实际施工场地施工时要因地制宜，选择合理的结构形式，确保结构受力方式的准确性。

3、建筑结构技术便利性

施工生产技术通过以下方面影响高层建筑结构选型：第一是技术的先进程度能否保证施工前后结构稳定，选取的材料能否保证安全、长久耐用。第二是结构技术要适应施工场地条件，避免先进技术不能在有限的环境下得到很好应用，失去了其原有的能力，给施工造成不必要的麻烦。还要考虑施工技术人员是否可以很好地实施先进技术，如果不能正确地操作，不仅会造成施工事故，还会影响建筑物本身的属性。第三还要考虑实际施工中的操作难度和实际中的使用范围，减小理论和实际之间的差距，使技术更好地为我们效力。

4、建后建筑结构的安全稳定性

安全问题是建筑物建筑质量的核心，它的成败关乎着人民的财产和生命安全，是国家稳定和社会团结的前提。建筑结构安全主要是由结构的抗灾减灾能力决定。其中，抗风减灾性包括高度、强度和抵抗风力的能力；抗地质灾害性是指能避免因地震、坍塌等灾害而带来房屋损毁和人员受伤。为了保证高层建筑结构体系的稳定，第一要针对实际情况制定安全防范措施；第二，在施工前想好对突发状况的应对政策，考虑结构破坏范围和抗破坏能力，制定体系必备的承载能力、变形能力和抗震能力，选用适宜的结构材料，减轻破坏造成的损失。

三、对工民建高层建筑结构选型的思考

1、从总结构体系的角度对建筑进行分析

（1）框架结构

其构件主要包括框架梁、柱和楼板。柱网的布置灵活多样和方便获取较大的使用空间是其主要特点。因为其延性相对不错，所以填充墙一般可以选用轻质的隔墙以减轻建筑结构的自重。造价低的框架应该要进行纵横双向的布置，以便最终形成双向抗侧力体系。但是内凸的框架则会影响建筑的使用功能，而且横向侧移的刚度相对较小，导致抗震性能相对较差。地震中的填充墙损坏非常严重，所以其修复费用也相当高。其适用高度范围一般为：60m（6度设防）。

（2）框架-剪力墙结构

此结构体系的特点是利用电梯间，将之作为钢筋混凝土的核心筒来抵抗绝大部分的水平荷载。框架柱的作用主要是承受竖向荷载，框架结构布置灵活，能够满足大空间的房屋需求，还有相对较大的刚度与相对较强的抗震能力。但是框架―剪力墙也存在一些缺点：因为功能要求剪力墙所布置的位置会受到很多限制，所以一般都不能避免的产生刚心、质心不重合的结果，造成偏心扭矩，并且容易对内凸框架柱的使用产生一定的影响。其所适用的一般范围是130m以下（6度设防）。

（3）异型柱框架结构

这是一种新派生的结构框架形式。它所具备的特点除了框架结构以外，同时还很好的处理了建筑平面与墙同宽的异型柱的使用问题。但是就拿异型柱和框架柱进行一个比较，异型柱的刚度与承载能力要好很多，而且其规范与要求也比框架结构更高。所以这种结构多用于多层建筑（比如：别墅）。工民建高层建筑仅适用于8层小高层，适用高度范围一般都是24m（6度设防）。

（4）剪力墙结构

一般来说，剪力墙所承受竖向荷载和水平荷载的能力相对较强。它的主要特点是整体性好且侧向刚度大，水平力作用下侧移小，能够方便房间内部的布置。能够通过在合适的位置开结构洞，以便形成若干断肢剪力墙，用来调整整体的刚度。并且还可以采用轻质填充墙来减轻结构的自重以及工程造价。其缺点为：尚不能提供较大空间房屋的结构且延性很差、造价很高。其实用高度的范围一般是140m以下（6度设防）。 （5）筒体结构

框架―核心筒结构一般是由实体的核心筒与外框架组成。在一般单位设计中，都会把电梯间和一些服务用房集中在核心筒内，其他需要相对较大空间的办公用房与商业用房等等一般都会布置在外框架的部分。因为核心筒是由两个方向的剪力墙所形成的封闭的空间结构。此结构相对于框架―剪力墙结构的整体性与抗侧刚度要更强一些。且刚心和质心的偏差很小。其适用的高度范围一般都是150m以下（6度设防）。

2、下部结构的选型

（1）柱下独立基础

大多适用于层数不多且土质相对较好的框架结构。

（2）交叉梁基础

就是双向为条形的基础。主要适用于层数不多且土质一般的框架、剪力墙、框架―剪力墙等的结构。

（3）片筏基础

大多在层数不多、土质较弱或者是层数较多但土质较好的情况下使用。如果基岩埋置的深度足够深，且地下水位又很高，但是距离地表不深的地方还有一定的承载力与一定厚度的持力层时，则选用片筏基础。这不但可以节省投资还能够缩短工期。但是由于片筏基础的刚度相对较弱，所以在使用时要注意对基础不均匀的沉降、变形与裂缝进行验算。如果地下水位很高的话，就一定要进行抗浮验算。

（4）机械钻孔桩

机械钻孔桩是在泥浆护壁条件下利用机械钻进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都是在地下进行，工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。因而，对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。

（5）复合基础

主要适用于层数相对较多或是土质相对较弱的情况。可用于填土、饱和和非饱和粘性土。高粘结强度复合地基的代表是CFG桩复合地基。当前已经广泛的运用到工民建高层建筑地基的建设当中。它不但适用于条形和独立基础，同时也可以用于筏基与箱形基础。

四、结束语

高层建筑的广泛使用符合我国的经济发展和人民生活的需要。但由于高层建筑的结构特殊性，其安全性受到广泛关注，而高层建筑的安全性受建筑结构的影响。由此，在工民建高层建筑的结构选择、设计中不能出现任何纰漏和错误，如若不然，将会给人们的生活生产带来严重的后果。因此，工民建高层建筑结构选型要科学、合理、适宜，选型要深入研究、反复模拟实验、筹划，根据分析和模拟的结果不断改进、革新及完善。此外，工民建高层建筑结构设计师必须严格按照设计标准来执行并充分发挥主动性和创造力，以工程实际情况为依据，掌握工民建高层建筑结构设计的难点及要点，设计出理想的格局，为后期施工创造良好的设计版图。