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高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计王伟

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王伟

[导读] 摘要：我国城市化进程越来越快，城市人口大幅度增加，城市的范围也在不断扩展。

        钟祥市建筑勘察设计院省湖北钟祥 431900
        摘要：我国城市化进程越来越快，城市人口大幅度增加，城市的范围也在不断扩展。同时高层建筑已经成为城市中最为重要的建筑形式之一，我国也加强对高层建筑规模的投资，从建筑结构方案设计和结构选型过程中强化管理，以此提高社会效益，促进建筑功能、工程造价的不断优化。本文主要论述了高层建筑的结构选型设计，提出了结构优化设计措施。
        关键词：高层建筑；结构选型；结构优化；设计措施
        对建筑结构设计时需要充分考虑到各种设计原则，包括合理性、高效性、完整性等，使设计出来的建构建筑结构方案满足实际要求，确保建筑物强度的同时保障其经济性和使用功能性，以此促进高层建筑体系更为完善的发展，增强人们对于高层建筑的满意度。
        一、高层建筑的结构选型设计
        （一）框架结构
        在高层建筑框架结构设计的过程中，由于这一结构具有重量轻、强度高的特点，能够将梁与柱连接起来形成骨架。这种框架也是一种刚性连接结构，对此具有较好的抗震性和整体性，在建筑结构设计的过程中应用也十分广泛。当前所涉及到的框架结构主要有异型柱框架结构、矩形柱框架结构。其中异形柱框架结构的形状不统一，截面为L形、T形，这一框架结构的肢厚与截面高比不超过1/4。对此，能够确保异形柱结构的稳定性。将这一结构应用于建筑中，能够有效提高建筑整体性，使建筑变得更为美观。与此同时，它具有较强的抗侧力，能够广泛应用于高层建筑中[1]。矩形柱框架结构主要在建筑竖向承重结构中使用，其优点是方便使用、灵活性高、空间较大，但是在使用的过程中对柱网布置较为局限。利用这一框架结构进行设计会使得刚度和抗侧力较低，因此在地震频发地区使用频率不高。
        （二）筒体结构
        在建筑结构选型设计过程中所涉及到的筒体结构，主要是利用密集框架柱和剪力墙结构组成，这一空间是密闭式的。最为常见的筒体结构主要有筒体——框架、束筒、筒中筒、框筒等。这一结构的特点主要在于承载力较强、自由度较高。通常情况下，针对于水平载荷较大、布置繁杂的高层建筑，在建设过程中会使用到筒体结构。
        （三）剪力墙结构
        建筑结构设计过程中所涉及到的剪力墙结构主要由横向和纵向剪力墙组成，在层数较多的高层建筑中应用广泛。因此，这种结构的水平和竖向承载力都较高。具有较强的抗风和抗震性能，安全系数较高。此外，将剪力墙结构与其他结构进行组合，可以出现以下几种形式。首先，是框架——剪力墙结构。这种结构具有灵活布置的特点，能够根据建筑的要求来调整大小。在确保建筑侧向刚度的前提下，可以在需求多样的高层建筑中使用。与此同时，在地震频发地区也会使用的框架剪力墙结构，但是这种结构容易出现质心和刚心的偏差，需要控制建筑层数，这样才能够确保整体的抗震性能。其次，是异形柱框——剪结构，这种结构空间布置较为灵活，抗震性能较好[2]。在实际施工过程中可以根据抗侧力要求变化柱的数量，以此满足建筑需求。当前，这一结构往往在高层办公楼和高层住宅楼中使用。
        （四）巨型结构
        建筑结构中较为新型的一种结构体系，这种结构整体性比较强，主要是由巨柱、巨梁、巨型支撑等构件组成。

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对此，这种结构的刚度和抗侧力十分强大，能够满足多种功能和形态建筑要求，具有十分广阔的发展空间。
        二、高层建筑结构优化设计
        （一）结合建筑类型进行优化
        在对高层建筑结构进行优化设计的过程中，需要结合建筑类型。例如，在建筑中常常会遇到教育类项目。由于其使用功能的区别，相比于其他建筑在教学楼的结构体系中相对较弱，其所表现出来的高度和强度不足，容易在地震中出现倾倒问题。对此，针对于这种建筑类项目，则需要在楼梯间和建筑侧边设置剪力墙，以此增强整体结构的稳定性，确保使用性能。然而，针对于文化体育类项目，例如博物馆、图书馆等。由于其馆藏文物书籍的特点，使用空间较大，荷载也比较大。在结构设计的过程中，不需要根据传统的方式设置。通过改变结构截面，能够更好地满足建筑的需求。
        （二）结合建筑高度进行结构优化
        在高层建筑结构设计的过程中，可以根据建筑的总高度来优化结构设计。通过对钢梁、钢骨砼柱进行比较分析之后可以有效降低梁柱截面，使其满足高层建筑的要求[3]。同时，针对于中庭洞口应当交错布置，钢梁组合楼盖能够解决传统支模问题之外，还需要对室内梁高进行控制。在建筑过程中，所涉及到的构件都在工厂中进行加工，能够有效提高建筑产品水准，增强工程建设效率。
        （三）优化平面和立面布置
        由于建筑整体结构相对简单，因此通常情况下需要根据地震作用下的传力途径来进行具体的结构设计和分析。只有这样才能够根据建筑自身来计算模型，进一步把握建筑结构薄弱部位，抗震性能的估算也会变得更加可靠。在建筑结构抗震水平以及高度的设计过程中所产生的力是双向的。对此，就需要在布置阶段确保结构，能够有效抵抗地震作用。对此，在设计过程中，就需要使得建筑结构在平面向上两个主轴的方向能够有着高效的刚度和抗震性能。其次，针对于建筑的整体性。在对高层建筑整体结构设计的过程中，对于楼盖来说，其作用与水平隔板类似，可以有效将力聚集，通过惯性传向各个竖向结构[4]。对此，在结构设计的过程中，就需要对建筑内子结构做出相应的要求，让其能够承受地震作用。尤其是在抗侧力布置不均匀时，能够确保楼盖与抗侧力子结构协同运行。
        结束语：
        综上所述，在高层建筑结构设计的过程中，需要不断优化其结构选型设计和结构优化设计。针对各种结构，如筒体、剪力墙和巨型结构进行具体的分析，根据建筑类型、建筑高度和平面立面布置进行具体的结构设计，可以不断强化设计效果，让建筑变得更为安全稳定。对在结构设计过程中存在的各种问题进行探索，不断创新、研究，以此推动建筑行业的发展，让设计出来的建筑物更加符合人们的需求。
        参考文献：
        [1]陈广宇.高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计[J].建筑工程技术与设计，2020，（24）：678.
        [2]力量.高层建筑框剪结构选型和优化设计的措施分析刍议[J].建筑工程技术与设计，2020，（14）：958.
        [3]赵红艳.高层住宅建筑结构的选型及设计管理方法研究[J].装饰装修天地，2019，（4）：174.
        [4]陈强.高层建筑混凝土结构选型中的影响因素分析[J].建筑•建材•装饰，2019，（3）：167，196.