高层建筑结构设计及结构选型分析.pdf

技术协作信息2023（7）总第 1488 期高层建筑结构设计及结构选型分析盛龙飞安徽省城建设计研究总院股份有限公司摘要：当前社会不断进步，城市化进程不断加快，高层建筑规模数量不断扩大，而且随着科学技术的迅速发展，建筑业各种创新设计层出不穷。本文详细分析把握高层建筑结构的类型以及各类结构体系所采用的分析方法，合理应用计算简图，挑选合理的设计方案，控制水平荷载，控制设计中的侧移，进一步促进高层建筑稳定性与安全性的提升。关键词：结构；高层；设计；建筑；分析应用技术交流随着经济的迅速发展，高层建筑成为我国建筑工程的主要形式，相关人员在进行结构设计过程中，要重视高层建筑的结构类型分析，对结构方式进行具体的优化，进而使建设单位获得更好的经济效益。在进行高层建筑结构选型以及优化设计过程中，要详细分析框架结构、剪力墙结构、筒体结构的特点，把握好结构与设计中的主要影响因素，按照一定的原则进行设计，提高建筑结构抗震性能，合理搭配施工资源，提高建筑结构的适用性，使构造选型和建筑功能设计相互配合，提高建筑工程的经济效益。一、我国高层建筑结构设计特点分析高层建筑结构与低层建筑结构施工有较多相似之处，高层建筑结构需要同时承担结构自身垂直应力和风荷载所需要水平力，随着高层建筑高度的不断增加，与低结构水平相互作用侧向力也继续增加，在实际过程中高层建筑还会因地震作用而产生的较大地震应力的影响，通常情况下高层建筑结构侧向位移扩大时，人们会感到不舒适现象，因此在高层结构设计过程中，要准确分析结构的侧向作用。二、高层建筑结构设计的原则在进行高层建筑结构设计过程中，结构工程师要从实际情况出发，按照不同项目的规模进行分析，主要任务是对高层建筑结构设计进行内力分析，科学合理地选择计算简图。若所挑选的建筑结构设计方案不合适时，要优化设计方案，避免出现结构设计问题发生。在进行高层结构设计过程中，详细了解实际的设计规范要求，近年来随着新规范的逐步出台，建筑结构设计和分析计算有了较大的改进。设计人员要详细了解最新的规范要求，在进行建筑结构设计过程中把握好建筑节点，尽量减少设计方案中的错误。在设计方案过程中，保证方案设计的合理性，根据地理位置、地质条件对方案进行规范，确保方案的积极性。在进行高层建筑结构设计过程中，还应科学合理地充分发挥地基潜力，全面检测地基的变化。在设计过程中，还应出具相应的地质勘查报告，开展地质勘查工作，从而提高建筑结构设计的合理性。三、高层建筑结构分析以及设计方法高层建筑的结构通常由钢筋混凝土结构、钢结构、混凝土结构进行组成，高层体系主要包含着框架结构、筒体结构、复合结构等，下面主要对其进行探讨分析。（一）框架结构框架结构基本是由梁、柱、楼板等组成，具备较强的优势，安装空间较大，带框架的楼是在高层建筑中有较多的选择，梁柱之间进行连接时，通常选用刚性骨架结构。框架结构组网的布置较为灵活，而且空间利用率比较高。框架结构仍然存在一些不足之处，比如结构的抗侧移刚度较小，在进行结构选型以及优化设计过程中，要从多个方面进行分析，进一步发挥空间经济性和稳定性等多方面的优势，充分考虑节点应力集中现象，充分考虑地基不均匀沉降时所产生的结构稳定性破坏影响。在进行框架结构设计分析时，把握好地震发生出现的非结构性破坏（见图 1）。图 1 框架结构窑窑技术协作信息2023（7）总第 1488 期应用技术交流（二）框架剪力墙结构框架剪力墙体系中的内力以及位移等数据进行计算方式多种多样，在进行现代建筑设计过程中可以采用连梁连续化解定方法。框架剪力墙结构是建立在框架结构上，与剪力墙结构组合基础上形成结构体系，结构墙结构是承担横向荷载的主要部分，剪力墙结构主要是承担纵向荷载，在进行位移进行计算过程中必须按照一定要求展开设计，对设计过程中的设备情况进行分工明确，把握好外荷载和位移之间的关系，通过微分方程对计算进行求解。框架支撑主要承受高层建筑的垂直荷载，具有理想的刚度和性能。（三）剪力墙结构剪力墙结构是指依靠建筑墙体的支撑抗侧力结构进行分担压力。该结构特点主要是密封性好，横向高度高，能够提高建筑整体的刚性和稳定性。在实际过程中侧向变形控制在较小的范围内，整体刚度可以通过在适当的位置开结构孔来进行调整，可以使用轻质面板降低结构的自重和施工成本。（四）筒体结构筒体结构通常是指一个或两个以上的筒体承担纵向压力的结构体系，由实心中心管和外框组成，一般设计过程中电梯间和一些杂物集中在结构内部，该结构具有一定的刚度要求。筒体是由两个方向来进行形成的封闭性空间，在进行设计过程中应对顶层墙适当优化，对梁的高度进行强化，促使整个空间成为受力主体，对部分水平力进行分担（见图 2）。图 2 筒体结构四、高层建筑结构设计与选型的有效策略（一）严格追求建筑结构设计原则在进行高层建筑结构设计过程中，设计人员要把握好设计的基本原则，合理选用计算流程图，并对流程图不同结构概念进行适当的估计，掌握正确的设计方法。为了确保建筑结构设计和选型的合理性，在进行设计过程中应充分考虑个性化设计等内容，对施工环节进一步合理地把控，做好设计前的准备工作，严格查阅影响建筑结构稳定性的技术资料，保证设计能够符合建筑物的功能需求以及施工规范要求。在进行建筑结构选型设计过程中，还要充分考虑原材料的选择，各类装置设备的实用性以及施工工艺的确定，提高建筑物的稳定性。在结构设计规划过程中，还要保持施工方案的可行性，在保证质量的基础上减少不必要的施工流程，避免由于结构设计误差而导致施工环节出现不必要的麻烦，提高项目的经济效益。建筑结构设计工作最终产品是结构设计图纸。在开展设计过程中，要注重图纸的设计质量，充分考虑建筑工程实际的布局，进行实地勘察，使工程布局更加科学合理。建筑结构设计人员应提高专业知识，加强对于规范的理解，合理规划内部空间结构，可以融入智能系统达到仿真现场动态化数据信息模拟，使整个建筑布局更加符合要求（见图 3）。图 3 建筑结构计算模型（二）优化建筑的功能结构，提高建筑结构的经济适用性在高层建筑结构优化过程中，要从工程项目的具体设计意图出发，提高建筑结构的经济适用性。在实际过程中，对建筑结构设计的环节给予较大力度，提高建筑结构的稳定性。在进行设计过程中，设计者要把握好建筑构造方面的细节，尽可能对建筑构件种类进行衡量，保证施工的稳定性、延展性，取得经济效益的最大化。在实际过程中，详细把握好窑窑技术协作信息2023（7）总第 1488 期结构受力情况，单方向的荷载率可以分解为该建筑的整体结构受力，保证受力方向的合理性，提高建筑结构的稳定性和安全性。在实际过程中，合理选择结构的数量，合理简化施工流程，避免造成承载力影响。（三）高层建筑结构选型的主要影响因素结构的功能试验以及结构的经济有效性在进行结构选型时首先应注重结构类型与功能的相匹配。在建筑行业迅速发展过程中，人们对于建筑功能要求越来越高，在结构选型以及优化设计中，施工人员要考虑工程投资的经营效益，也要考虑结构类型的选择，并对不同结构体系进行比较。构成建筑结构选型过程中，满足空间要求、功能要求等多方面内容，根据高层建筑的空间需求，大致确定建筑物的规模以及尺寸。在实际过程中还要把握好不同高层建筑的使用功能，比如住宅楼、写字楼等不同的使用功能，以工程项目的具体特点作为出发点展开设计，还要对多种不同结构体系进行分析比较，对影响经济效益的各种因素进行考察，从全面和长期的角度对结构系统的整体性进行分析。（四）结构的受力合理性高层建筑的结构选型中设计人员应对建筑的地下室空间进行全面的考虑，高层建筑每个结构系统都有自身的荷载特性。设计过程中，要保证结构系统具有足够的荷载，将消防等方面的荷载情况进行合理设置。在实际过程中，结构应力和优化是指借助构造系统能够合理对抗风和地震，拥有清晰的长期路线，对应力进行合理的分配，从实际经验来看柱网的荷载越大，板结构的稳定性需求就越大。在进行高层建筑结构选型过程中，应对结构进行优化，考虑安全性等方面的内容，对不同构造系统的优缺点进行分析，从中选出合适的构造形式，对其影响因素进行分析和选用。（五）结构施工便利性以及结构的抗震能力在当前时代背景下，人们对于建筑的安全性越来越重视，在高层建筑结构选型过程中，结构的生产技术水平和生产工艺对结构选择的类型有着较大的影响，因此在新时代背景下，结构选型中，应充分考虑先进的施工技术，保证施工技术以及结构类型之间的联系，充分考虑荷载条件在使用阶段的差别，满足建筑施工设计以及施工要求。在进行结构设计过程中还要充分考虑防火、自然灾害防御、风压，考虑高度合理性、高度适宜性。在设计过程中满足结构防火具体的要求，通过相应的规范要求选择合理的材料，确保防火措施、防火能力的增加。高层建筑抗震性能的实现必须要对各个构件作为支撑，抗震设计中，把握好高层建筑结构设计的特点，使构件具备一定的支撑效应，构件应具备足够的强度和刚度，按照现有的规范对关键部件构件提出全新的抗震构造标准，具备一定的连接性。高层建筑结构抗震设计之前要对建筑物场地进行选址，对施工场地的地质条件做出合理的评定，避开土质软化的场地，可以采用承载能力设计方法，通过反应谱计算建筑底部，按照相应的规则进行分配。高层建筑抗震设计过程中，应重视加固设计优化，可以采用新技术、新方法在平面结构中增加墙体。若建筑物中的构件不符合抗震要求，可以对构件进行修改。建筑若出现锈蚀或构件变样，应对结构进行添加相应的操作设置锚杆等结构。结束语综上所述，当前社会不断进步，建筑行业迅速发展，高层建筑规模数量不断扩大，高层建筑是我国建筑行业发展的主要方向。在新时代背景下，要注重结构选型以及优化设计，充分考虑经济性、功能性等多方面的因素，把握好高层建筑框架结构、框架剪力墙结构、筒体结构的特点，在分析过程中严格遵循建筑结构设计原则，有提高建筑结构抗震性能与搭配合理的资源，提高建筑结构的经济适用性，优化建筑结构的功能要求，从多个方面出发提高建筑结构设计的指标和稳定性，促进建筑行业的可持续健康发展。参考文献：1杨宜良.超高层建筑结构设计要点探讨以某中心为例J.科技创新与应用,2023,13(03):124-129.2王瑞平.高层建筑结构设计及结构选型探究以甘肃省某高层建筑工程为例J.房地产世界,2022(18):46-48.应用技术交流窑窑