高层建筑结构选型

高层建筑结构选型（共9篇）

高层建筑结构选型 篇1

在高层建筑设计中, 采用先进的结构理论与精确的计算方法固然十分重要, 但在方案阶段正确进行高层建筑结构体系的选型也是不容忽视的。根据工程实践经验, 如果高层建筑结构体系选型不当, 那么任凭再用先进的结构理论和精确的计算方法, 也较难做出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计。正确处理高层建筑结构体系的选型问题, 对于高层建筑结构设计而言, 具有至关重要的意义。

高层建筑的结构体系主要有框架结构;剪力墙结构, 包括部分框支、剪力墙结构;框架-剪力墙结构;筒体结构, 包括框架-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, 现分别加以分析。

1 剪力墙结构体系

剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好, 侧向刚度大, 水平力作用下侧移小, 并且由于没有梁、柱等外露与凸出, 便于房间内部布置。缺点是不能提供大空间房屋结构延性较差。

当地下室或下部一层、几层, 需要大空间时 (如商场、停车库等) 即形成部分框支剪力墙结构。在框架-剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。

剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大, 横向刚度大, 因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。但是只能以小房间为主的房屋, 如住宅、宾馆、单身宿舍。而宾馆中需要大空间的门厅, 餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。

2 框架结构体系

由框架梁、柱、楼板等主要构件组成。其特点是柱网布置灵活, 便于获得较大的使用空间, 延性较好, 横向侧移刚度较小。因此适用需要大空间的、层数不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。如:商场、住宅、办公楼等。

框架应当纵横双向布置, 形成双向抗侧力体系。较高的高层建筑不宜采用框架结构。

3 筒体结构体系

筒体结构包括框架-核心筒结构与筒中筒结构。

框架-核心筒结构由实体的核心筒和外框架构成。一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内;其他需较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。由于核心筒实际上是两个方向的剪力墙构成封闭的空间结构, 具有更好的整体性与抗侧刚度。

框架-核心筒结构体系适用于高度较高, 功能较多的建筑。

筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成。空腹外筒由密排柱及高度较大的横梁组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度, 因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系, 则侧向刚度更大, 可适用于特别高的超高层建筑。

4 框架-剪力墙结构体系

由于框架结构的主要特点是能获得大空间的房屋, 房间布置灵活。而其主要弱点是侧向刚度较小, 侧移较大。而剪力墙结构侧向刚度大, 可减小侧移。但是全剪力墙结构无法布置大空间房层。因此, 框架-剪力墙结构体系恰好是对两者取长补短, 既能布置大空间房屋与小空间房屋, 布置灵活, 又具有较大的侧向刚度, 弥补纯框架结构之不足, 所以广泛用于层数较多我、房屋总高较高的建筑, 而且可以灵活布置大小空房间, 适应较多的建筑功能要求。

对于地震区建筑来说, 框架-剪力墙结构具有两道抗震防线即剪力墙与框架。

框架-剪力墙结构的主要缺点, 由于功能要求, 剪力墙布置位置往往受到限制, 往往不可避免地造成刚心、质心不重合, 产生偏心扭矩。同时其侧向刚度还是偏小, 房屋建造高度爱到限制。

5 混合结构体系

由多种不同材料构件组成的结构体系称为混合结构体系。由于不同材料制成的构件有不同的特点, 有其明显的优点, 采用不同材料构件组成的混合结构体系, 实际上是各种构件的优化组合。

钢管混凝土构件是有效利用混凝土的约束强度, 在三向约束下, 混凝土的抗压强度可比单向抗压强度提高数倍。正是利用这一特点, 混凝土处于三向约束的钢管混凝土最适宜用于以受压为主的轴心受压或小偏心受压柱以及其他受压构件。钢管混凝土构件的主要优点是抗压强度高, 延性好, 浇灌混凝土时不需模板。广泛用于高层建筑的柱子、拱桥的受压拱圈, 高层建筑与高耸结构的受压弦杆等。

型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢 (包括扎钢型钢与焊接型钢) 的构件。一般也配置一些构造钢筋及辅助受力钢筋。型钢混凝土可制作成柱、梁、剪力墙、筒体等。它们的特点是强度高、刚度大、断面小、延生与抗震性能好, 防火性能好等。它可以和钢结构混合使用。例如下部若干层为型钢混凝土结构, 上部为钢结构, 以增大高层建筑的刚度, 减少风荷载或水平地震作用下的侧移。型钢混凝土结构也可和钢筋混凝土结构混合使用。例如核心筒为钢筋混凝土结构, 外框架为型钢混凝土的框架-筒体结构。框架结构或框剪结构中也可下部数层用型钢混凝土结构、上部用钢筋混凝土结构。

6 结论

6.1 高层建筑结构选型应根据房屋高度、高宽比、抗震设防类

别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素, 并应满足建筑使用功能要求满足建筑造型艺术的要求、适应未来发展与灵活改造的需要, 选用适宜的结构体系。

6.2 高层建筑结构体系直接影响抗震性能, 结构选型应满足以下要求:

6.2.1 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用能力;应避免连续倒塌。

6.2.2 应具有必要的承载能力、刚度和变形能力。

6.2.3 宜具有多道抗震防线。

6.2.4 结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。

关于高层建筑基础选型的分析 篇2

地基基础作为建筑物的重要组成部分，对建筑结构的安全至关重要。同时，地基基础的选型与设计又直接影响到工程的造价和工期。我国地域辽阔，各地地质情况差异较大，施工条件也不尽相同。如何根据工程的地质、结构、荷载及施工等条件因地制宜地贯彻执行国家技术经济政策，使地基基础设计做到既安全适用又经济合理、方便施工。

二、高层建筑基础选型的主要依据

在基础工程设计过程中，依照当地的地质条件，选择适宜的基础型式，是一个项目成功的重要因素。通常应考虑以下条件：

（1）高层建筑基础首先应满足基础本身的强度要求，上部荷载分布应尽量均匀；（2）基础应支承在较坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定，同一栋建筑不宜采用多种不同類型的基础型式；（3）高层建筑基础设计，应满足建筑物使用上的要求，例如人防要求、设置地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅等要求。

（4）高层建筑基础设计，应满足构造的要求，如高层建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合，对偏心距的要求、沉降控制等；（5）根据上部结构的不同结构形式(框架、框剪及剪力墙结构)选配合理的基础型式；（6）高层建筑基础，一般埋置较深，因此，应考虑深基坑开挖及地下水抽排对周围建筑物的影响以及地下水造成施工难度的增加和对工程质量的影响。

三、基础类型技术分析比较

对于选择基础形式，首先应在满足使用、经济并且便于施工等条件下综合考虑,择优选择。其次是根据土层的实际情况,采取相应的技术措施。以下是建筑物可能采取的几种基础形式。

（1）天然地基

由于中风化泥岩以上土层(粉土、粘土和角砾)土质承载力低,都不能作为建筑物天然地基持力层,因此不宜采用天然地基。

（2）换填垫层法

根据工程经验，20层以上的高层建筑采用换填垫层法是无法达到承载力要求的，而20层以下的高层建筑根据平面布置和地下室情况，可以采用板式或梁板式筏板基础天然地基，由于高层建筑的基础埋深较深，原土层一般承载力可以达到180kPa左右，经过深度修正后基本可以满足承载力的要求，如果层数在12层以下，由于上部荷载传到基础的附加应力较小，还可以考虑采用条形基础。

基础下换填垫层采用级配砂石1.5m～2.0m厚，其整体刚度大，压缩模量高且该垫层承载力可以达到350kN／m2。由于垫层厚度与基础宽度的比值z／b<0.25的限制，故采用筏板基础时，砂石垫层的应力扩散角为0。该垫层主要用来调整不均匀沉降，而条形基础则可以进行应力扩散。换填垫层法最主要的难点是对沉降差的控制，可采用沉降后浇带等方式进行处理。

（3）人工挖孔桩

这是一种传统且具有吸引力的桩型，它的优点是:可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大而且能使桩穿越较厚的软土层或中等强度的沉积粘土层，直接伸展到下部硬土层或岩层，底部直径可扩大到1.5倍桩径，使桩作为端承桩，不仅沉降量小，还能获得很大的单桩承载力，又较经济。不过，在勘测时要注意留意是否有大量的淤泥、流砂、地下水。

（4）钻孔灌注桩

钻孔灌注桩按照成桩工艺可以分为干作业法钻孔灌注桩，泥浆护壁法钻孔灌注桩，套管护壁法钻孔灌注桩。钻孔灌注桩有很多优点，施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，对环境和周边建筑物危害小，可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩。以中风化泥岩为桩基础持力层,根据地区经验以基岩为持力层时多采用钻(挖)孔灌注桩,桩端极限承载力标准值3500kPa。

这种桩对施工技术要求较高，对泥浆护壁等工艺及桩端清孔要求严格，影响因素较多。而且从市场价格比较，需要的施工机械较多，工期较长，造价较贵，超预算的可能性很大。不过从受力的角度分析，这种方案还是可供选择的。

（5）CFG桩

由建设部建研院研制，桩身材料由水泥、粉煤灰、石子组成，用长螺旋钻取土，泵送灌注混凝土，据该院企业标准，该桩型用作复合地基的加强体构成刚性桩复合地基，桩顶上铺设碎石褥垫层以调整桩土分担比，在水平荷载作用下基底剪力通过基础底面与褥垫层间的摩擦力传递给复合地基，桩身只承受竖向荷载故桩身不配筋，近年桩身材料改为低强度普通混凝土，CFG桩演变成素混凝土桩。由于在设计中考虑了桩土共同工作，巨桩间土承载力系数取值较高(0.75～1.0)，故用桩量较少，加之桩身不配筋，混凝土强度低，当表层地基土较好时可取得显著经济效益，工程应用很广。但由于桩身不配筋，在机械挖土或人工剔凿桩头时极易碰断，低应变测试结果，桩顶下l～2m处常见缺陷，建议增加桩身完整性测试的抽样数量，并在桩顶设构造钢筋。

（6）箱形基础

箱形基础是由顶、底板和纵、横墙板组成的空间盒式结构。一般高层及超高层建筑比较常用的深基础类型。它的纵横墙设置必须符合一定刚度要求，因此，具有极大的刚度。基础埋深较深，地基开挖深度。地下室一般为2～4层，埋深一般为9～16m的居多。有些超高层建筑的基础埋深可达20多米。此类深基础具有造价高、风险大、施工难的特点。

它的适用范围：在施工过程中为了满足地基稳定性的要求，防止建筑物的滑移与倾覆，不仅要求基础整体刚度大，而且需要埋深大，这种情况比较适合采用箱形基础。

它的优缺点。①箱基的整体性好、刚度大，由于箱基是现场浇筑的钢筋混凝土箱型结构，整体刚度大，可将上部结构荷载有效地扩散传给地基，同时又能调整与抵抗地基的不均匀沉降，并减少不均匀沉降对上部结构的不利影响。②箱基沉降量小，箱基的基槽开挖深，面积大，土方量大，而基础为空心结构，以挖除土的自生来抵消或减少上部结构荷载，属于补偿性设计，由此可以减小基底的附加应力，使地基沉降量减小。③箱基抗震性能好，箱基为现场浇筑的钢筋混凝土整体结构，底板、顶板与内外墙厚度都较大。箱基不仅整体刚度大，而且箱基的长度、宽度和埋深都大，在地震作用下箱基不可能发生滑移或倾覆，箱基本身的变形也不会很大。因此箱基上一种具有良好抗震性能的基础形式。④箱基的用料多，工期长，造价高，施工技术比较复杂，尤其当进行深基坑开挖时要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。此外，还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。

四、经济比较

（1）人工挖孔桩：综合价格为600元／m3～800元／m3；（2）钻、冲孔灌注桩：综合价格为1000元／m3～1200元／m3；（3）CFG桩复合地基：采用沉管灌注桩，综合价格为400元／m3；采用长螺旋灌注桩，综合价格为600元／m3；（4）换填砂石垫层为60元／m3～80元／m3。

综合基础形式和施工进度及可控制性，换填垫层是最优方案，其次是复合地基，而大直径的端承桩由于难以把控其持力层的具体地质状况，应慎重选择，要根据具体的当地实际地质情况和埋深来进行分析比较，从工期和成本上进行综合比较后选择最合适的基础形式。

五、结束语

高层建筑结构选型影响因素分析 篇3

1 高层建筑结构选型建筑方案特征

建筑方案特征主要包括高度、宽度、三边比例、建筑形态等。

2 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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

3 高层建筑结构选型建筑方案

3.1 高层建筑结构选型建筑方案生成阶段

高层建筑结构选型建筑方案的生成阶段是指施工前的设计, 从外观到结构再到材料和技术的应用进行统一安排。在设计时, 要考虑建筑高度、土地状况等建筑环境因素, 结合高层建筑的结构形式和设计层数, 根据以前施工成功的案例, 选取现今最适合的建筑结构。还可以充分利用网络信息的全面性、多元性、及时性和指导性等优点, 避免施工途中意外发生时不能及时应对而造成工程问题。

3.2 高层建筑结构选型建筑方案评价阶段

在生成方案制定后, 还要对方案进行评价, 多利用层次分析法和模糊综合评判法。并结合网络案例, 全面化、经济化、安全化地考虑影响高层建筑的各种因素, 促使高层建筑结构选型建筑方案更加合理、科学, 建成建筑也更安全持久耐使用, 从而吸引更多的消费者投资。

4 结语

根据上述内容, 综合地考虑设计施工中存在的施工技术、安全性能、维修检修、经济利益、外表美观等影响因素, 多角度多方位地选取性价比最高的建筑结构选型, 在保证安全和设计性能的基础上, 达到利益获取的最大化。因此, 在结构选型中要将决策和影响因素、实际环境的特点和结果综合、协调, 这样才能为高层建筑建构选型的成功完成创造条件。

参考文献

[1]陶忠, 张耀春, 韩林海, 王光远.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报, 2000.

[2]张世海, 刘正保, 张世忠.高层建筑结构选型需求分析[J].四川建筑科学研究, 2004.

高层建筑结构选型 篇4

关键词：高层建筑；结构设计；地基基础；方案选型

0 引言

地基基础设计是建筑工程结构设计的关键组成部分，要做好地基基础的设计，就必须依照上部结构条件和工程地质条件，结合工期、施工条件、造价等方面的要求合理选择方案，因地制宜，以确保建筑物的安全和正常使用。基于此，本文就高层建筑结构设计中地基基础方案的选型进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

1 工程概况

某办公楼地上14层，地下2层，标准层层高为4.2m，建筑总高度67m。根据建筑使用功能要求，本工程主体结构采用框-剪结构体系，地震设防烈度是7度，制定地震基本加速度是0.1g，地震分组为第三组，建筑抗震设防类别为乙类，抗震等级为框架二级，剪力墙二级，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.7kN/m2。

2 工程地质情况

2.1 场地岩土层分布情况

根据本工程钻探揭露，本场地内地层结构自上而下依次为：①粉质粘土：灰褐色，湿，呈软塑-可塑状态，层厚2.00～3.00m；②淤泥：深灰色，饱和，呈流塑状态，层厚3.10～7.80m；③卵石：灰黄色，饱和，呈稍密-密实状态，层厚6.30～8.20m；④凝灰熔岩残积砂质粘性土：灰黄色、黄白色，湿，呈可塑-硬塑状态，层厚2.20～12.70m；⑤全风化凝灰熔岩：灰黄、灰白色，凝灰质结构，散体状构造，层厚8.00～14.30m；⑥-1砂土狀强风凝灰熔岩：褐黄色，凝灰质结构，散体状构造，层厚4.70～10.10m；⑥-2碎块状强风化凝灰熔岩：褐黄色，凝灰质结构，碎裂状构造，层厚2.60～13.10m。

2.2 水文地质条件

根据本工程勘察期间所进行的地下位测量，场地内地下水的初见水位埋深为0.52-1.52m，地下水混合稳定水位埋深在0.19～1.39m，高程在4.28-4.74m，场地内地下水主要赋存于③卵石、④凝灰熔岩残积砂质粘性土、⑤全风化凝灰熔岩、⑥-1砂土状强风凝灰熔岩、⑥-2碎块状强风化凝灰熔岩的孔隙裂隙水，各土层地下水水力联系较密切，地下水类型为承压水，其补给来源主要为大气降水、地表水的垂向渗透补给及相邻含水层侧向径流补给。根据场地地质条件和气候特征，本场地环境类别属于II类，受地层渗透性影响，对混凝土结构腐蚀性评价属A。

2.3 水文地质条件对基础选型的影响

虽然本工程勘察时未发现危及拟建场地稳定性的活动断裂、滑坡、地面沉降、岩溶、崩塌和危岩、泥石流等不良地质作用，但是场地中分布有淤泥（地下室开挖时大部分将被挖除）、残积土、风化岩属于特殊性岩土，淤泥属软弱土，在外加荷载作用下易产生压缩变形，对桩基等基础形式会产生负摩阻力的影响，应采取相应措施，风化岩遇水则有崩解软化、强度降低等特点，对本工程所基础选型有较大影响，增加了本工程基础选型及设计的难度，在设计和施工时应考虑不良地质和其地下水的作用效应。

3 基础形式方案

3.1 桩基础

建筑桩基础的主要特点是承载力高、稳定性好、沉降稳定速度快、沉降变形小，能够抵抗上部结构的上拔和水平力的作用，同时能够解决地基震动液化现象，利于机械化施工，可以应用于各种复杂的地质条件。特别是当地基的近表层较软弱而在桩基端部所在的深度处有坚硬的地层时，最适宜采用桩基础形式。具体地说，其主要适用于以下情况：

（1）建筑地基不允许有过大的沉降或不均匀沉降的高层建筑以及其它主要的较高大建筑物；

（2）重型的工业厂房以及荷载很大的工业建筑物，如料仓、仓库等；

（3）具有软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑；

（4）承受较大的水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔、信号塔等）；

（5）针对某些地下水位或地表水位较高而且施工排水较困难的条件的建筑物；

（6）需要削弱其动力响应的动力机器的基础以及需要把桩基础作为抗震措施的建筑物。

然而桩基础属于建筑工程的地下隐蔽工程，特别是预应力管桩（PHC管桩），施工过程中常易出现断桩、过大的挤土效应等影响桩身结构完整性和单桩承载力的强度，甚至导致周边建筑物开裂的事故，从而造成基础工程的不利安全隐患。所以桩基础的施工质量也是采用桩基础与否重要的影响因素。

本工程作为高层建筑，可将桩基础作为备选方案，主楼内采用管桩PHC500-125-AB，桩数235根，平均桩长26m，桩径500mm，承台高度2000～2300mm，持力层为⑥-1砂土状强风凝灰熔岩，其可行的基础形式如图1所示。

图1 备选桩基础形式

3.2 筏板基础

筏板基础是用底板通过连接结构连成整片形式的基础，亦可称为筏形基础、片筏基础、满堂红基础等。其既可应用于建筑墙体之下，也可用于建筑柱体之下。按其结构形式可以分为梁板式和平板式两类。由于筏板基础能够以其较大的片状板体覆盖于建筑物地基之上，因而其明显特点是其具有较大的面积和完整的平面连续性，不仅能够满足软弱地基承载力的要求，可以较大地减小地基的附加应力，而且具有其它基础所没有的功能，如：①能够跨越地下浅层的小洞穴和局部的软弱层；②可以提供比较宽敞的地下使用空间；③可以作为油库、水池等的防渗底板；④能够适应于在其上进行的连续作业工艺以及设备重新布置的空间要求；⑤可以增强建筑物的整体抗震性能；⑥对需要地下室或架空地板的筏板基础还具有一定的结构补偿功能。

不过也正是由于上述的特点，也同时给筏板基础带来一定程度的不足：由于其具有较大平面面积，而厚度上却不可能做得非常厚，造成其抗弯刚度较小，不能调整由于地基不均匀沉降造成的过大沉降差异，特别是对于那些土体与岩体结合的软弱明显不均的地基，则需要进行局部处理后才可进行选用；由于它的连续性，在局部荷载作用下，既要配置有正弯矩钢筋，也要配置有负弯矩钢筋，并还需配置有一定数量的构造钢筋，才能满足承载力的要求。因此，其经济指标也相对较高。

3.3 桩筏基础

由于建筑工程中桩筏基础的整体性好、整体刚度大、竖向承载力高、基础沉降量小以及调节不均匀沉降的作用明显的优点，同时能够承受由于风荷载或地震荷载引起的水平力，而且其抗倾覆能力强、与上部结构作用协调性好、安全性好，是高层建筑地基基础的工程设计中经常大量选用的方案。特别是在软土以及地震设防等级较高的地区，其应用前景十分广阔。

桩筏基础的主要特点为：①单桩承载力较高、传力直接，

可布设于墙柱下，建筑物上部结构80%以上的竖向荷载可由桩来承担，而桩间土只需承担很小部分的竖向荷载；②由于桩与筏板形成一个整体，共同作用，基础刚度大，其调节不均匀沉降的能力强；③桩筏基础可以发挥桩和筏板互补的优势，由于筏板的刚度较大，可以跨越地下浅层小洞穴或局部软弱层，具有良好的整体性，同时可以有效避免桩基础因桩端持力层处存在溶洞、裂隙等的缺陷影响上部结构的稳定，故可以克服钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩以及预制桩施工方面的不足。

根据本工程的工程特点，可将桩筏基础作为备选方案，主楼内采用冲（钻）孔桩，桩数为34根，平均桩长26m，桩径为1000mm，持力层为⑥-1砂土状强风凝灰熔岩；大筏板1800mm厚，持力层为③卵石。

4 三种方案分析对比

从以上各种方案的优缺点分析可以归纳为以下四方面进行对比分析。

4.1 合理性对比分析

根据本工程的工程概况和地质勘察情况可知，对于受到不良地基和地下水影响的高层建筑难以单独采用桩基础和筏板基础的形式，对于桩基础可能存在较大的挤土效应，基础整体刚度较差等问题，而筏板基础则存在抗弯刚度过小、地基不均匀沉降影响较大等问题，如果将二者结合则可解决两者的不足，具备较大的整体刚度、控制沉降量及满足一定的竖向承载力的要求。

4.2 基础沉降分析

本工程地基土的压缩层厚度变化很大，这是引起地基不均匀沉降的不利因素，因此基础形式的选择直接影响着地基不均匀沉降的程度。由于桩基础的入土深度较大，具有较高的承载能力，其总体沉降量较小；筏板基础由于对软土地基的改善效果较差，不均匀沉降较明显，其总体沉降量较大；桩筏基础结构较为优化，整體性较好，其沉降量比以上两种基础都要小得多，因此本工程采用桩筏基础将具有较大的优势。以上三种不同的基础形式的沉降特征如表1所示。

4.3 经济性对比分析

根据当地预算定额及有关预算规定，对以上三种基础形式综合造价比较如表2所示。

通过表2可以看出，筏板基础造价最低，桩筏基础造价最高。桩基础在三种基础中造价适中，但桩基础（PHC管桩）作为挤土桩，可能存在无法满足桩长控制的要求，需要在压桩时引孔，增加额外的费用。筏板基础虽然造价最低，但基于其不均匀沉降较为明显，需采取一定的措施（如打桩）来克服不均匀沉降，因此桩筏基础便成了本工程相对最佳的基础形式。

4.4 施工难度分析

对于桩基础，其结构简单，便于机械化施工，施工难度较小，可以做到标准化施工；而筏板基础具有较好的连续性，可直接在基础上现浇施工，施工工序较少，难度较小；对于桩筏基础，由于结合了桩基础和筏板基础，其施工工序较多，施工难度相对较大。

5 结论及基础选型的注意事项

虽然桩筏基础中桩-土-筏共同作用机理非常复杂，设计施工难度相对较大，使得设计施工人员不易于采用，但桩筏基础具有承载力高、整体性好、沉降量小、工期短等优点，从概念和理论上讲，针对岩溶地区或软土地区等复杂地质状况的高层建筑，则桩筏基础仍是一种技术先进和安全可靠的基础型式。因此本工程最终采用桩筏基础的方案。

对于建筑工程的基础选型过程中必须注意以下几个方面的问题：

（1）建筑基础选型必须根据地基情况和上部结构进行综合考虑，对多种方案比较后确定最佳的设计方案；

（2）建筑基础选型应进行技术可行性分析、经济性对比，达到技术先进、经济合理，施工可行的目的；

（3）建筑基础选型时，地基、基础及上部结构应能够协调，进行整体性考虑，以防止出现安全隐患或造成经济损失。

6 结语

综上所述，为了保障高层建筑的施工质量，在施工前，设计人员必须要在熟悉掌握高层建筑的选型基础上，充分考虑建筑的成本、稳定性、功能性及耐久性，选取优秀的地基基础方案，以正确指导建筑的施工，确保建筑的顺利施工和完工。

参考文献：

[1]陶忠、张耀春、韩林海、王光远.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报.2000（01）.

小高层住宅结构选型分析 篇5

1 小高层住宅各种结构类型技术指标

1.1 框架结构:框架结构是由横梁和立柱所组成的结构, 框架体系是指竖向承重结构全部由框架所组成的多 (高) 层房屋结构体系。按照框架布置方向的不同, 框架体系可分为横向布置、纵向布置及纵横双向布置三种。框架结构用以承受竖向荷载是合理的。当房屋层数不多时, 水平 (风) 荷载的影响较小, 在非地震区框架结构一般可建至15 层, 最高可达20 层左右。框架结构在水平荷载作用下, 房屋的抗侧移刚度小, 水平位移大, 故一般称它为柔性结构体系。框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系, 是地震设防区采用的主要结构方案之一。框架结构的最大优点是承重结构与围护结构有明确分工, 建筑的内、外分隔墙布置十分灵活, 应用范围很广。

1.2 框架- 剪力墙结构:框架- 剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力的承重结构体系。在框架- 剪力墙结构中, 竖向荷载主要由框架承受, 而风荷载等水平荷载则主要由剪力墙承受。在一般情况下, 剪力墙约可承受70%~90%的水平荷载。剪力墙的布置除应满足使用要求外, 宜放在恒载较大处, 并宜尽量均匀对称, 以免整个房屋在水平力作用下发生扭转。为了增加房屋的抗扭能力, 剪力墙宜布置在房屋各区段的两端。在平面形状或刚度有变化处, 宜设置剪力墙, 以加强薄弱环节。在结构抗震设计中, 框架- 剪力墙结构体系中的剪力墙为第一道防线, 框架为第二道防线。框架- 剪力墙结构既能为建筑平面布置提供较大的使用空间, 又具有良好的抗侧力性能。

1.3 异形柱框架结构:把框架柱做成截面几何形状为L形、T形和十字形, 且截面各肢的肢高肢厚比不大于4 的柱。因异形柱本身抗震性能差, 所以规范对异形柱要求相对较严, 异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式。

1.4 剪力墙结构:与前三种结构形式相比应用广泛, 剪力墙结构用于小高层住宅技术成熟, 且有以下优势:整体刚度大, 抗震性能好, 水平位移小, 承载力容易满足要求, 居住舒适, 建筑平面布局灵活, 室内无梁无柱, 有效改善室内空间, 方便业户装修。

1.5 短肢剪力墙结构:短肢剪力墙结构是在剪力墙结构的基础上, 吸取了框架结构体系的优点, 近年来逐步发展形成的新型结构形式。对于短肢剪力墙的利弊可以分开来考虑, 如果采用短肢剪力墙, 那么剪力墙间的填充墙的范围可以扩大, 从建筑上讲为以后的房间功能布局改造留有空间, 毕竟住户要求不是千篇一律的, 业主要求房屋灵活布置的占大多数。在小高层住宅中 (特别是刚刚达到高层级别的建筑) 短肢剪力墙的灵活性与框架、异形柱差不多, 但是高层规范对短肢剪力墙的要求比较严格, 从短肢剪力墙截面厚度、轴压比限值、底部加强部位的剪力设计值等可以看出短肢剪力墙结构受到严格限制。

2 小高层住宅各种结构类型优缺点

2.1 框架结构:框架结构的优点是建筑平面布置灵活, 施工速度快, 延性及抗震性能较好;缺点是整体刚度小, 相对水平位移大, 当房屋高度大、层数多时, 结构底部各层框架柱轴力很大, 框架梁柱由于水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移显著增加, 从而导致框架梁柱截面尺寸和配筋增大, 对建筑平面布置和空间处理可能带来困难, 影响建筑空间的合理使用;在材料消耗和造价方面也趋于不合理。

2.2 框架- 剪力墙结构:同框架结构一样, 建筑室内空间没有改善, 露梁露柱, 影响建筑装修美观。从受力特点看, 由于框架- 剪力墙结构中的剪力墙侧向刚度比框架侧向刚度大得多, 在水平荷载作用下约80%以上用剪力墙来承担, 所以使框架柱在水平荷载作用下所分配的楼层剪力, 沿高度分布比较均匀, 各层框架梁柱的弯矩比较接近, 有利于减小框架梁柱截面尺寸, 便于施工。由于增加剪力墙, 在材料消耗和造价方面也比框架结构高。

2.3 异形柱框架结构:由于异形柱抗震性能较差, 规范对其要求相对较严, 而且异形柱框架结构适用的房屋最大高度规范规定为24m, 小高层住宅多采用异形柱框架- 剪力墙结构, 由于异形柱配筋率要求高, 再加上剪力墙, 所以相对来说较不经济。

2.4 剪力墙结构:剪力墙结构施工速度快, 可节省砌筑填充墙工作量。由于剪力墙的间距一般为3~8m, 使建筑平面布置和使用功能等要求受到一定限制, 通常难以满足对使用空间较大建筑的要求, 此外, 剪力墙结构一般自重大, 混凝土、钢筋用量多。

2.5 短肢剪力墙结构:短肢剪力墙肢与填充墙等厚, 连接墙的梁位于隔墙竖向平面内, 避免框架结构中梁柱突出墙面的问题, 保持墙面平整。但是短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率 (底部加强部位一、二级不宜小于1.2%, 三、四级不宜小于1.0%;其他部位一、二级不宜小于1.0%, 三、四级不宜小于0.8%) 与剪力墙的配筋率 (一、二、三级不应小于0.25%, 四级和非抗震不应小于0.20%) 比相差很大, 建筑用钢量多使建设方无法接受。

综上所述, 剪力墙结构整体刚度大, 抗震性能好, 水平位移小, 承载力容易满足要求, 居住舒适, 建筑平面布局灵活, 室内无梁无柱, 方便业户装修;但其自重大, 混凝土、钢筋用量多, 造价高, 拆除或破坏难度高;而框架结构、框架- 剪力墙结构受力及使用方面又有不足。异形柱框架结构对高度限制比较严格, 异形柱配筋率要求高。因此, 对不同抗震地区、不同使用要求的小高层住宅, 应进行综合分析, 考虑施工上技术先进、经济合理等因素选定结构类型。笔者认为小高层住宅优选剪力墙结构, 但是墙长需要调整, 对200 厚的混凝土墙长度取轴线长度1.6m即 (实际计算到墙边为1.7m) , 墙长度不比短肢长多少, 但配筋却节省很多, 小高层住宅可以采用薄墙, 这样混凝土用量也少, 此种剪力墙结构方案造价最低、优选。

摘要：随着房价走势一直处于上升的势头当中, 地价也随之迅速上涨, 提高建筑的容积率、在有限的土地上增加建筑面积成为房地产开发商最关注的问题, 因此小高层住宅越来越广泛的被大家认可。总结了小高层住宅常采用的几种结构类型的特点, 参照实际工程设计, 分析用于小高层住宅的各种结构类型的技术指标与优缺点。

关键词：小高层住宅,结构类型,技术指标,优缺点

参考文献

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

工民建高层建筑结构选型因素分析 篇6

1 建筑物需要实现的几点基本需求

工业建筑物和民用建筑物在建设过程中都有着一定的要求, 从需求上来看主要分为以下几点内容:建筑空间的使用要求、美观功能要求、结构受力的合理性和结构全寿命期费用等。这几点因素构成了建筑物需要满足的几点基本要求, 以下从这几方面来详细进行论述。

建筑空间的使用要求即在建筑设计过程中, 对建筑的外在环境和内在环境的要求, 不仅要有一定的实用性, 同时, 建筑的设计尺度、规模和创意都要有一定的规范, 从而更好的提高建筑空间的使用率。从整体上来看, 建筑使用空间的大小要按照结构的选型来进行确定。由于建筑物的结构和构成建筑相关的构建不同, 所占用的空间也有所不同, 因此, 建筑空间的使用要求的研究需要满足对结构面积、构建体积和建筑结构的高度等相关因素的要求。

建筑物设计的美观需求。建筑物的美观度是建筑本身的基本属性, 人们对于建筑的艺术形象有着深刻的认知, 从而提高了建筑物美观度的追求。建筑结构是保证建筑美观度的重要条件之一, 在设计过程中, 不仅要求建筑物的安全性和实用性, 对建筑物设计装饰也有着一定的要求, 不同的结构体系表现出的建筑美观度也有所不同, 建筑结构也更好的体现了建筑物的艺术性。因此, 做好建筑空间的艺术性从而保证提高建筑物的美观度也是建筑设计者们需要重视的问题。

建筑结构受力的平衡度。由于建筑物的结构不同, 受力的程度也有所不同, 需要根据需要来调整自身受力的平衡度, 如建筑物的抗震能力和抗风能力等, 不同的建筑物所受力的程度不同, 建筑的结构也需要相应的有所调整。要求建筑结构设计过程中, 按照力学为基础, 认真比较各种结构的优缺点, 从而更好的选出最合适的建筑结构, 以便提高建筑物的受力性能, 从而减少因为建筑受力而产生的对建筑物的破坏, 以提高建筑物的使用寿命。

结构全寿命期费用。建筑设计过程中, 投资费用是一个重点问题, 不仅要考虑一次性投资的费用, 对建筑物在使用过程中所产生的其他费用也要考虑在内, 包括建筑后期的维护和一些其他自然因素带来的相关费用等, 这些费用也是不可忽视的内容。因此, 在建筑结构选型时, 必须要把所有的费用支出包含在内。

2 建筑的结构选型与建筑功能之间的关系

建筑物在设计的过程中, 就需要对建筑物的功能进行明确。任何建筑都具有对客观空间环境的要求, 根据这些要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应, 尽可能降低结构构件的高度, 才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、减少照明采暖空调负荷、节省维护费用从而降低建筑物全寿命期费用。

3 建筑结构对于提高经济效益的作用因素

国内任何工程的建设自项目立项后直至工程交付使用的这一时期在内, 必然要对项目经济效益变现加以科学决策分析, 而结构选型就是决定其使用决策成果的一项重要控制指标。因此, 衡量一个工程的可观经济效益是够具备时, 对各项因素全面考察以及加以实践分析、整改方案等都显得至关重要。

3.1 分析投资建设劳力及主材消耗。

建筑工程投入建设成本的主体部分是由主材成本、以及劳力支出、设备工艺应用成本三个方面组成。因此, 对这些因素结合工程概况立足实际的分析是极为重要的。

3.2 考虑合理缩减工期进度。

缩减施工进度及整个周期, 必然能够完成项目早日投入运营工作。但值得指出的是, 在必要考虑为缩减周期, 减少银行信贷还贷时间等的同时, 要保证其工期缩减方案合理才能保障项目高效运营的关键。

3.3 全生命周期造价成本控制。

现代工程造价成本应跟进时代步伐, 从整个项目周期使用寿命角度来看, 即全过程考虑项目的技术成本、人力成本的同时, 还必要长远考虑项目维修成本。这是因为项目维修成本的数额结合时间年限来看无疑是巨大的一笔支出。因此, 结合到建筑选型而言, 就要权衡各种经济要素利弊问题, 直到造价控制与总体项目投资决策方向一致, 使两者相互配套并适用。

4 施工水平对高层建筑结构选型的影响

4.1 先进施工技术是实现先进结构型式的前提。

在高层建筑施工的过程中, 施工队伍的施工技术与施工水平对建筑的结构形式有着非常大的影响。正是由于科技的不断进步, 使得各种大型起重机械及各种建筑机械, 例如混凝土泵等机器的不断问世, 才使得施工技术与施工水平不断提高, 最终让各种结构形式得以实现。因此, 只有不断提高自身的施工技术, 不断创新, 才能够更加容易地实现先进结构形式。

4.2 建筑结构方案要密切与施工条件相结合。

一方面, 如果现有的施工技术条件不具备所选用的施工方案所要求的技术高度或所选用的结构方案不适应现有施工技术能力, 整体工程的建设将会变得很难。另一方面, 选择结构型式时要结合施工工艺因素考虑工程的具体施工条件, 许多相同的结构形式有着不同的施工工艺。而不同的施工工艺对建筑队伍有着不同的要求, 对建筑结构也有着方方面面的影响, 只有综合考虑各种因素, 才能够找出真正适合的施工方案。

结束语

工民建高层建筑结构选型的决策对于整个工程项目有着至关重要的作用。其整个过程相对较为复杂, 所涉及的学科多、综合性强, 其选型受着很多因素的影响与制约。只有相关人员在这个过程中密切配合, 以认真负责的态度来工作, 及时发现问题, 解决问题, 并且善于学习, 才能够让建筑结构选型变得越来越合理。

参考文献

[1]干华, 盛大奎.中高层建筑结构体系及其技术经济问题初探[J].工程结构, 2003, 23 (8) :165-167.

[2]陈群.浅谈高层结构设计中确定结构体系的几个问题[J].建筑知识, 2002, 4:43-44.

高层建筑的结构设计和选型 篇7

1我国高层建筑工程中的具体结构布置要求及相关原则

关于我国高层建筑工程中的具体结构布置要求及相关原则的阐述和分析, 文章主要从两个方面进行阐述和分析。第一个方面是我国高层建筑工程结构布置中的平面布置方式。第二个方面是我国高层建筑工程结构布置中的立体布置方式。下面进行详细地阐述和分析。

1.1我国高层建筑工程结构布置中的平面布置方式

高层建筑的结构设计中平面布置要遵循简单, 具有一定的规则, 要求质心及钢心尽可能地重合为一点。一旦高层建筑在结构上出现偏心现象就有可能导致整体结构出现扭转效应, 导致结构中的构件一定程度的位移, 出现应力集中的问题。高层结构平面不应该具有较长的突出部分。结构中的扭转力是否符合要求, 我们可以通过结构的设计计算及设计验算来校核。高层建筑中的结构最远处的质心位移和中心位置的质心位移正常情况下的比值是1比1.1, 如果超出了这个数值, 我们基本可以认定高层建筑的平面结构布置不合理, 需要重新进行设计计算。需要注意的是, 在震区的高层建筑工程在平面结构上要做到简单、对称, 一定要保障平面结构的位移不能够超出标准数值。

1.2我国高层建筑工程结构布置中的立体布置方式

在高层建筑工程中竖向的结构布置原则是均匀并且要规则。立体布置的规则主要指的是建筑结构的形体具有规则性, 即使建筑发生变化也是有一定的规则可以参照的。立体布置中的体型通常情况下是沿着竖直的方向发生剧烈的变化, 一旦出现在地震较为频繁的区域, 就有可能因为不规则的变化导致应力集中, 出现高层建筑坍塌。均匀指的是建筑结构中的受力及刚度都要做到均匀分布, 同时在变化的过程中也要均匀的变化。在设计建筑的结构过程中, 建议刚度的设计应该上部刚度小, 下部刚度大, 刚度在建筑结构中的变化应该是自下而上均匀地变小, 这样能够有效地防止突发的变化而引发的建筑结构改变。

2我国高层建筑工程中的结构建筑特点

关于我国高层建筑工程中的结构建筑特点的阐述和分析, 文章主要从四个方面进行阐述和分析。第一个方面是我国的高层建筑工程在水平载荷方面对相关的建筑结构有影响, 因此我国的高层建筑在结构设计过程中主要控制的是结构侧移问题。第二个方面是我国的高层建筑工程在楼盖整体结构方面要求非常高。第三个方面是我国的高层建筑工程中结构构件种类较多, 因此结构的主要变形因素就是结构中的组成构件。第四个方面是我国的高层建筑工程中结构构件在动力载荷的影响下会产生很大的动力效应。下面进行详细地阐述和分析。

2.1我国的高层建筑工程在水平载荷方面对相关的建筑结构有影响, 因此我国的高层建筑在结构设计过程中主要控制的是结构侧移问题。在通常的建筑结构中, 施工中的各种因素主要是由竖向载荷来进行控制。但是在高层建筑中, 恰恰不同。水平的载荷成为了重要载荷, 关系到整个结构的侧移动。因此侧移动的载荷改变就影响了建筑在施工中使用的材料及材料用量, 进而关系到了整个工程的工程总造价。

2.2我国的高层建筑工程在楼盖整体结构方面要求非常高。高层建筑的整体稳定性主要是由每一个楼层的楼板共同控制的。楼板本身就具有刚度较大, 同时变形较小的优点, 因此在高层建筑中, 我们非常重视楼板的整体结构稳定性。重视楼板的整体移动性能, 要保障楼板的移动位移, 不能够让楼板出现变形的问题。

2.3我国的高层建筑工程中的结构构件种类较多, 因此结构的主要变形因素就是结构中的组成构件。对于高层建筑结构, 由于层数多、高度高, 轴力很大, 从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著, 中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大, 对结构内力分配的影响大, 因而构件中的轴向变形影响必须加以考虑。

2.4我国的高层建筑工程中的结构构件在动力载荷的影响下会产生很大的动力效应。根据结构本身的特点不同, 如结构的类型与形式, 结构的高度与高宽比, 结构的自振周期与材料的阻尼比等不同, 结构受到地震作用或风荷载作用时, 产生的动力效应对结构的影响也不同, 有时这种动力效应严重影响结构物的正常使用, 甚至造成房屋的破坏。

3我国高层建筑工程在结构选型问题上的建议

关于我国高层建筑工程在结构选型问题上的建议的阐述和分析, 文章主要从三个方面进行阐述和分析。第一个方面是在高层建筑工程的结构设计选型问题上, 当面对竖向承重的设计时, 我们第一个要考虑就是高层建筑的高度及高层建筑的使用用途。第二个方面是在高层建筑工程的结构设计选型问题上, 当面对水平承重的设计时, 我们要考量高层建筑的稳定性能和受力的传递性能。第三个方面是在高层建筑工程的结构设计选型中下部结构的基础选型是非常重要的一个环节。

3.1在高层建筑工程的结构设计选型问题上, 当面对竖向承重的设计时, 我们第一个要考虑就是高层建筑的高度及高层建筑的使用用途。框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况;框架-剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时, 可用筒体结构。

3.2在高层建筑工程的结构设计选型问题上, 当面对水平承重的设计时, 我们要考量高层建筑的稳定性能和受力的传递性能。水平承重结构选型通常有以下几种, 平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系:平板体系采用单向板或双向板, 常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整, 可以不加吊顶, 结构高度低, 可以降低层高。

3.3在高层建筑工程的结构设计选型中下部结构的基础选型是非常重要的一个环节。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏, 不但关系到结构的安全, 而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。

参考文献

[1]刘海卿, 康珍珍, 张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程, 2006 (6) .

[2]胡恺.民办院校“高层建筑结构设计”课程应用型教学改革探讨[J].中国电力教育, 2012 (26) .

[3]牛海成, 徐海宾.面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J].高等建筑教育, 2013, 22 (2) .

[4]季静, 黄超, 韩小雷, 等.基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究[J].世界地震工程, 2010, 23 (1) .

高层建筑结构设计及选型分析 篇8

1 高层建筑结构设计分析

(1)高层建筑结构类型。高层建筑结构主要分为三种类型:1剪力墙结构。剪力墙结构是指建筑内外墙采用剪力墙设计方式,利用剪力墙承担建筑负荷。剪力墙的变形及受力特点受剪力墙开洞情况影响,根据轧受力特点,剪力墙分为特殊开洞墙和单肢墙两类,不同类型剪力墙的截面应力分布特点存在显著差异,因而工程实践不仅需要计算位移和内力情况,也需要灵活运用平面有限元法计算剪力墙结构,提高计算结果的准确性。但是该方法存在弊端,如自由度较多。工程实践中,特殊开洞墙应用频率更高。2筒体结构。筒体结构分为框架-核心筒和筒中筒两种类型,前者的受力特点为框架、筒体分别承受竖向和水平荷载,变性特点与框剪墙存在一定相似之处,但是其抗侧刚度性能更好。筒体结构计算方法三维空间法,计算结果的精度更高。3框架-剪力墙结构[2]。该结构由多个框架和剪力墙共组成,该结构类型优点在于位移和内力设计防范方式较多,但是连梁连续化假定方法计算位移协调条件时,应该按照框架水平位移和剪力墙转角设计,建立外荷载与位移关系的微分方程。但是需求和因素未知量之间存在差异,微分方程存在不同解。

(2)高层建筑结构设计。高层建筑结构设计需要做好以下三个内容:1确定水平荷载。任何建筑结构需要承受一定的水平及垂直荷载,具备一定的抗震能力。高层建筑设计虽然受竖向荷载较多,但是随着建筑高度不断增加,水平荷载对建筑结构的影响也在不断提高。2确定测控。与低层建筑相比,高层建筑结构更容易出现结构侧移问题,并成为高层建筑结构的重要因素。随着楼层增加,水平荷载侧变形也越来越大。高层建筑结构不仅需要具备一定强度,还需具备承受荷载作用产生的内力作用和抗侧刚度,以防建筑结构在水平荷载作用下发生侧移。3合理设计结构延性。与低层建筑相比,高层建筑结构的柔性更强,地震作用下高层建筑变形问题更加明显。高层建筑结构进入塑性变形阶段仍存在较大的变形能力,才能防止建筑倒塌。因此高层建筑结构设计中需要考虑该问题,保证高层建筑具有一定足够的延性。

2 高层建筑结构选型分析

(1)工程概况。该建筑位于西北某省份,建筑抗震防裂程度8度,地震加速度值0.2g,设计地震分组。第二组共18层,建筑功能为商住,商用层高4.2m,居住楼层层高2.9m。建筑主体高55.4m,总长51.2m,等宽18m。

(2)建筑结构布置。1结合该建筑功能,建筑结构采用框架—剪力墙结构设计,框架和剪力墙抗震等级分别为二级、一级。基于抵抗竖向和水平荷载考虑,结构平面布置时,楼道、电梯间采用剪力墙设计,墙体采用对称均匀布置方式,达到直接传力和明确受力效果。基于对扭转作用的考虑,在不影响建筑功能前提下,建筑平面四角采用双向抗侧力剪力墙设计,降低扭转作用的影响。建筑平面采用简单规则布置,削弱地震的影响。2将柱和梁的重心重合,保证直接传力。如若梁柱重心无法重合,在计算中考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响。如若偏心距大于该方向柱宽的25%,通过增设梁的水平加腋措施,降低偏心过大产生的影响[3]。3虽然剪力墙的抗震性较好,并且主要体现在抗测力性方面,但是也需要科学合理地设计剪力墙,并遵循以下原则设计剪力墙:A.沿两个主轴方向或其它方向双向布置,并且保持两个方向的刚度一致;B.自下而上地连续布置剪力墙,以免剪力墙刚度出现较大偏差。保持门窗洞口上下对齐,形成明确的墙肢和连梁,以免墙肢宽度差异过大;C.底部加强部位和全高不采用错洞墙设计,单片剪力墙的长度应低于8m。4根据建筑平面布局确定剪力墙间距、剪力墙,按照设计经验,剪力墙间距通常为建筑开间和建筑进深的数倍,剪力墙间距越小,才能体现墙体材料的强度作用,也才能发挥更大的抗震作用[4]。另外,剪力墙设计还受造价影响,因而需要根据造价确定剪力墙间距。5该建筑主要为商用建筑,基于商用店铺对空间的要求,剪力墙和框架柱需要依据大开间原则设计,才能充分体现剪力墙和框架柱的承载能力,并且大开间设计的经济性也更好。

3 结束语

高层建筑是世界发展的趋势,国内和国外建筑从业人员都极为重视高层建筑结构设计及结构选型。国外开展高层结构设计时间更长,并积累大量设计及选型经验。虽然我国高层建筑结构设计及选型的理论方法及研究仍有许多不完善之处,但是国外有益经验可为我国完善高层建筑结构设计及选型提供参考,促进高层建筑结构设计及选型方法完善。并且随着科学技术的发展,大量科技用于高层建筑结构设计选型,也为我国完善高层建筑设计和选型方法提供了技术支持。总而言之,我国建筑设计人员需要在总结自身经验的基础上,灵活借鉴国外优异经验,才能不断完善高层建筑结构设计及选型,设计出性能更完善的高层建筑,满足人们对高层建筑的要求。

参考文献

[1]潘世春.高层建筑结构设计及某工程结构选型分析[J].甘肃科技,2016,(4):102-104.

[2]林松伟.高层建筑结构设计选型问题及对策探讨[J].广东建材,2015,(12):54-56.

[3]刘超.高层建筑结构设计及工程结构选型分析[J].住宅与房地产,2016,(18):39.

小高层住宅结构选型与设计 篇9

1.1 结构设计遵循简单性和规则性

结构的简单性可以保证地震具有明确直接的传递途径, 设计中尽量采用规则的平面布置。相对简单的结构通过对模型进行内力和位移分析, 能够可靠地估计出结构的抗震性能。平面规则、均匀使建筑物以较直接和较短的途径传递分布质量产生的地震惯性力。结构刚度和分布协调质量, 通过限制刚度与质量之间的偏心, 防止薄弱的子结构过早破坏。

1.2 小高层住宅结构设计要点

《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定, 6度抗震设防时也应进行地震作用计算, 水平荷载在设计中有重要影响。控制其侧移成为钢筋混凝土结构设计的主要指标。在小高层住宅设计中, 结构不仅要具有足够的强度, 而且还要满足抗侧移刚度, 使结构在水平荷载下产生的位移符合规范要求。结构延性设计是钢筋混凝土结构设计的另一指标。相对于低层建筑, 小高层住宅结构更柔, 地震作用下也大。为了保证结构在进入塑性阶段后仍保持较强的变形能力, 需要在构造上采取特别的措施, 使结构达到一定的延性。

1.3 小高层住宅采用的结构型式

小高层住宅采用的结构型式主要有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构。但是随着人们对高层住宅平面与空间的要求越来越严格, 普通框架结构的露梁凸柱、普通剪力墙结构对建筑空间的分隔已不能满足对住宅空间的要求, 于是就出现了“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”。这两种结构在普通剪力墙的基础上, 吸收了框架结构的优点, 能满足新的高层住宅观念需求。一方面提供灵活的建筑空间, 满足居民对现代住宅空间划分的要求, 具有美观平整的室内环境;另一方面通过合理地布置承重构件, 使结构的刚度与承载力达到最佳。

1.3.1 异形柱结构

异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2～4, 包括异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构。异形柱是多肢的, 其剪切中心在平面范围之外, 受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土协调内力和变形, 产生较大的剪应力和翘曲应力, 这种剪应力的存在, 使柱肢易出现裂缝, 也使得各肢的核心混凝土处于三向剪力状态;具有变形能力低、延性差, 脆性破坏明显的特征;影响其异形柱破坏的因素主要有:轴压比、荷载角、柱净高与截面肢长比、配箍率等。由于异形柱受力复杂, 设计者必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其延性和强度。

1.3.2 短肢剪力墙结构

短肢剪力墙是指截面厚度不>300 mm、各墙肢截面高度为厚度的4～8倍的剪力墙结构。具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指, 在规定的水平地震作用下, 短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%。此结构型式具有以下特点:布置灵活, 楼盖方案简单, 很好的结合建筑平面, 不会与建筑使用功能冲突;可以充分利用中心剪力墙, 形成主要的抗侧力构件、强度和刚度要求。

2抗震性能分析

对具体建筑物来说, 静力荷载 (重力荷载、风荷载等) , 其值是基本稳定的。而地震作用的大小, 却与其动力特性有关。异形柱结构、矩形柱结构以及短肢剪力墙结构三种结构中, 短肢剪力墙结构抗侧刚度最大, 楼层的水平位移最小, 各项技术指标较易满足规范要求;其整体结构性能要优于其他两种结构体系, 其抗震性能最好。但短肢剪力墙结构体系的混凝土和钢筋用量相对要高于异型柱结构, 所以异形柱结构相对短肢剪力墙结构更为经济。

3结构优化设计

目前, 结构设计采用的优化方法, 是设计者应用建筑结构分析软件, 采用人工分析进行不断调整, 即对不同的结构选型和布置方案进行比较分析, 进行获得比较理想的结构方案。工程师先按经验确定结构的材料和几何尺寸, 然后进行结构内力分析校核, 最后再确定方案。这种设计方法, 可以充分考虑整个结构的安全性, 却容易忽略经济性。优化的目标通常是求解具有最小重量的结构, 但同时必须满足一定的约束条件, 以获得最佳的静力或动力等性态特征。结构优化设计包含尺寸优化:在给定结构类型、材料、外形几何和布局拓扑的情况下, 优化各个构件的截面尺寸, 使结构重量最轻或最经济。设计中可以采用满应力法进行结构优化设计。所谓满应力是指结构的构件在荷载作用下的最大应力达到材料的容许应力, 此时材料的强度能够得到充分利用。满应力设计法是指结构在规定的材料和确定的几何形状条件下, 按照满应力准则的要求, 然后通过修改构件的截面尺寸, 使每一构件至少在某一种工况下达到或接近容许应力限值的优化算法。

根据以下步骤利用满应力设计法进行结构优化设计:首先, 根据经验确定结构各构件的初始截面尺寸, 并分别建立墙、柱、梁的截面尺寸数据库;其次, 对结构进行受力分析, 并算出各种工况作用下结构的位移及内力, 并对结构构件进行承载力验算;再次, 根据计算结果, 对构件截面尺寸大小进行调整, 使构件能充分发挥材料的性能, 接近满应力状态;同时统计截面需修改的个数;然后, 根据修改截面的数量、性质, 由人工干预或指定一个限值自动决定是否需要重新计算, 可以返回到第二步计算, 如此反复循环, 直到满足要求为止;最后, 可以输出优化后的构件尺寸及计算结果。

摘要：通过分析小高层住宅各种不同结构体系的特点、抗震性能和经济性, 比较它们之间的差异, 得出最适合于小高层住宅的结构体系, 同时介绍了结构优化设计方法, 为结构设计提供依据。

关键词：小高层,抗震性能,混凝土结构,优化设计

参考文献

[1]薄冰, 黄慎江.短肢剪力墙结构的抗震性能比较与研究[J].工程与建设, 2010 (2) .