摘要：隨著高層建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大和投資的不斷增加，結(jié)構(gòu)選型作為建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，對建筑功能、工程造價(jià)、社會效益等都將產(chǎn)生影響，正確處理高層建筑結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，對高層建筑設(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)等有重要意義。文章結(jié)合某工程的實(shí)例，通過分析結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性，解讀結(jié)構(gòu)選型的關(guān)鍵，選取適宜的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，旨在為高層建筑提升安全降低造價(jià)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設(shè)計(jì)
1高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)
1.1高層建筑結(jié)構(gòu)類型分析
高層建筑結(jié)構(gòu)選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見的幾種結(jié)構(gòu)可類型為分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。①框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據(jù)建筑功能的需求，完成對平面框架的布置�？蚣芙Y(jié)構(gòu)造價(jià)低，但在水平荷載影響下變形較大，抗震效果不佳；②框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，高層建筑中，剪力墻主要布置在電梯間，通過核心筒承擔(dān)水平荷載，抵抗地震力，整體穩(wěn)定性高。但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)容易受到平面布局限制，出現(xiàn)質(zhì)心和鋼心不重合的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)過大，可能會出現(xiàn)的安全隱患；③剪力墻結(jié)構(gòu)，具有較好強(qiáng)豎向和水平向的承載能力，對高層建筑的整體剛到和穩(wěn)定性具有顯著的提升效果，重點(diǎn)在于剪力墻的布置及自重的控制；④筒體結(jié)構(gòu)，在電梯間及建筑外圍布置剪力墻，形成筒體，該結(jié)構(gòu)具有更高的剛度。
1.2高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素
高層建筑結(jié)構(gòu)選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環(huán)境條件。主要包括設(shè)防烈度、場地條件、基本風(fēng)壓等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規(guī)則性、平面對稱性、平面質(zhì)量和剛度偏心等組成,立體體型是由結(jié)構(gòu)高寬比、立面收進(jìn)體型、塔樓和層間剛度等組成；③建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結(jié)構(gòu)型式和它相匹配。比如高層住宅,由于其使用空間較小,分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結(jié)構(gòu)；④結(jié)構(gòu)抗災(zāi)水平及現(xiàn)場施工、后期使用、運(yùn)營維護(hù)等。
1.3結(jié)構(gòu)選型實(shí)施案例
本章節(jié)以某工程為例，該工程中主要包含的高層住宅和多層商務(wù)辦公兩部分，建筑的總占地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號樓、2號樓、3號樓為高層建筑，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用鋼材、混凝土等材料。本章節(jié)以1號樓為研究對象，1號樓擬建樓層36層，設(shè)防烈度7度，基本風(fēng)壓0.75KN/m2，場地Ⅱ類。建筑對稱布置，平面規(guī)則，其空間分隔小，隔墻多，且各層平面布置基本相同。通過考慮其豎向、水平向荷載、造價(jià)施工方面等因素，本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)，通過合理布置剪力墻，控制結(jié)構(gòu)的整體剛度及側(cè)向位移等，使結(jié)構(gòu)更安全、更穩(wěn)定、更經(jīng)濟(jì)。
2建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1結(jié)合建筑類型進(jìn)行優(yōu)化
汶川地震震害結(jié)果表明，對于教育類項(xiàng)目，如中小學(xué)，由于使用功能要求，相比其它建筑，教學(xué)樓豎向結(jié)構(gòu)體系相對較弱，強(qiáng)度和剛度不足，并且建筑體型不對稱，致使建筑在地震中易傾倒。因此教育類項(xiàng)目，應(yīng)在建筑側(cè)邊及樓梯間布置剪力墻，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)定性，使其具有良好的工作性能。針對文化體育類項(xiàng)目，例如圖書館、博物館，根據(jù)其典藏書籍及文物的特點(diǎn)，其荷載大，使用空間大，平面不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向布置時(shí)不必按照傳統(tǒng)9m模數(shù)布置，某項(xiàng)目案列按12m模數(shù)優(yōu)化柱網(wǎng)后，結(jié)構(gòu)截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。
2.2結(jié)合建筑總高度進(jìn)行優(yōu)化
在某超高層中，通過對比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼梁，鋼梁組合樓蓋可有效降低梁柱截面，滿足建筑使用凈高要求，且中庭洞口各層交錯布置，采用鋼梁組合樓蓋解決了傳統(tǒng)支模難題；可有效控制塔樓標(biāo)準(zhǔn)層室內(nèi)梁高，內(nèi)部凈高高出150～200mm；絕大部分構(gòu)件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產(chǎn)品工業(yè)化水平，大大減少施工現(xiàn)場建筑垃圾；施工工期大大縮短。
2.3結(jié)合建筑荷載進(jìn)行優(yōu)化
越來越多的企業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)過程中承受著巨額成本的壓力,地下室優(yōu)化的必要性不容忽視。在滿足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進(jìn)行平面布置，并進(jìn)行多方案比選，項(xiàng)目實(shí)例表明，在常規(guī)8.5m×8.5m柱網(wǎng)情況下，荷載越大，采用大板結(jié)構(gòu)，建筑物含鋼量最低，最經(jīng)濟(jì)。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中應(yīng)多方面考慮，對建筑安全、美觀、經(jīng)濟(jì)等全面比較，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效益最大化。
2.4剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在實(shí)際工程中運(yùn)用
（1）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)通過軟件分析，滿足最大層間位移、周期比、位移比、軸壓比等各項(xiàng)指標(biāo)確要求。（2）通過適當(dāng)?shù)目s減剪力墻的長度，減輕自重，增加高層建筑內(nèi)部使用空間。（3）剪力墻的肢截面控制，在具體的控制中，需要保障肢截面以簡單、規(guī)則為基準(zhǔn)，具體的門窗洞口，同樣需要設(shè)計(jì)整齊成列，并形成明確的墻肢與連梁，進(jìn)而使得應(yīng)力可以的合理的分布，提升高層建筑的整體安全性和穩(wěn)定性。（4）剪力墻過長的部分，采用的開設(shè)洞口的方式，完成對剪力墻的均分，再由的弱連梁對他們進(jìn)行連接，避免剪力墻出現(xiàn)的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質(zhì)量和安全。（5）剪力墻應(yīng)自上而下的連續(xù)性布置，減少高層建筑出現(xiàn)剛度突變的情況，保障剪力墻的連續(xù)性。設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)對剪力墻的厚度和混凝土強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，滿足軸壓比的要求。（6）對窗口梁和陽臺梁等截面進(jìn)行調(diào)整，完成對結(jié)構(gòu)剛度及位移的微整，是結(jié)構(gòu)布置更合理。針對高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的基本情況，可完成高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而使得高層建筑的空間效果、結(jié)構(gòu)性能和高層建筑的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建筑基本功能的基礎(chǔ)上，提升高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。
3結(jié)束語
高層建筑提升空間利用效率，高層建的結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)使高層建筑整體更安全穩(wěn)定、空間更合理，本次研究還得到：①高層建筑結(jié)構(gòu)主要框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)-剪力墻、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)等，且結(jié)合工程的具體情況，充分分析荷載、場地、周邊環(huán)境，選取合適的結(jié)構(gòu)體系；②通過分析不同建筑類型、高度、荷載情況下優(yōu)化方案及具體的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化情況，總結(jié)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能高出建筑基本需求，同時(shí)能保障高層建筑安全與質(zhì)量，更加經(jīng)濟(jì)合理。
