高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计邓立平--中国期刊网

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高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计邓立平

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：邓立平

[导读] 摘要：随着高层建筑高度、规模、投资的逐渐增大，复杂性的逐渐增强，结构选型所面临的对象及其所处环境、需考虑解决的问题及所用的知识日趋复杂，结构选型的难度与重要性增大、时间增长，耗费的人力、财力、物力增加。

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        摘要：随着高层建筑高度、规模、投资的逐渐增大，复杂性的逐渐增强，结构选型所面临的对象及其所处环境、需考虑解决的问题及所用的知识日趋复杂，结构选型的难度与重要性增大、时间增长，耗费的人力、财力、物力增加。高层建筑结构体系的选型通常要遵循一定的原则，它不仅要考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求，而且要从建筑设备安装、结构选材方面进行考虑。最后还需考虑各种结构体系的综合经济指标。选型不当带来的后果严重且难以修复，选型风险增大，传统的结构选型设计思想与方法将面临新的困难和挑战。因此，分析现代高层建筑发展给结构选型带来的新困难与新要求，重新认识结构选型设计问题的本质与规律，进一步明确结构选型的必要性与复杂性，既是现代高层建筑蓬勃发展的要求，又是进一步完善结构选型问题的需要。
        关键词：高层住宅；结构选型；优化设计
        一、高层建筑结构选型的重要性
        高层建筑结构选型是高层建筑发展的基础。现代城市建设要求通过结构选型实现高层建筑的功能实用性和经济成本的控制。首先，高层建筑的功能趋于综合化、多样化，这就要求高层建筑的室内空间设计和立面设计趋于多样化、多功能化，高层建筑必须注意结构选型。其次，建筑高度越来越高，越来越受到社会各界的关注，建筑结构选型优化，可以实现预期的投资成本。当然，一些新的理论和信息需要在高层建筑中表达出来，高层建筑的结构选型受各种人为因素的影响。
        二、高层建筑结构选型的影响因素
        这座高层建筑是一个单元。影响因素多及统计性差。从信息的角度看，它的不确定性性信息较多，综合性也很强。高层建筑结构方案的确定不仅要经过力学分析，而且要综合考虑环境、经济、安全、适用等诸多因素。这种综合决策是非常复杂的。我们只能考虑一些主要因素，而忽略了次要因素的影响。同时，我们也要注意到，这些因素可能是层次性的，不同的因素可能存在于耦连性脉的一部分，而且每个因素对选择的影响是模糊的。除了建筑美学的考虑外，影响高层建筑结构选型的主要因素可以概括如下：环境条件、使用功能要求、建筑方案特征、施工工期要求及结构抗灾水平和可维护性。
        三、结构选型分析
        在进行高层建筑结构选型时，结构设计师应注意以下几方面：（1）结构规则性。新、旧规范中建筑结构规范的内容发生了很大变化，新规范增加了许多限制条件。例如，嵌入端的上下刚度比和平面的规则信息都是新的约束。此外，新规范还明确规定“建筑物不应采用严重不规范的设计方案”，因此，针对这些新规范，结构设计人员必须严格遵守和重视，以免在以后的设计中处于被动状态。（2）结构超高。对于结构的高度，在高层建筑规范和抗震规范中都有非常严格的限制，特别是在新规范中，对于超高层的问题，除了增加原来的一个高度外，还增加了一个B级高度的建筑。因此，必须严格控制结构的高度系数。在这种情况下，应该重新设计或由专家讨论和评估。但这些都对整个工程的规划、造价和工期产生了很大的负面影响。（3）嵌固端设置。对于高层建筑，预埋端一般设置在地下室的顶部，因为高层建筑通常有人防和地下室，所以预埋端也可以设置在人防的屋顶位置。对于这一问题，结构设计人员往往忽略了预埋端的许多问题，如：上、下刚度比极限值、楼层设计、上下层抗震等级的一致性、预埋端位置与结构抗震缝设置的协调性等忽略了这些因素，对以后的工程运行可能是一个很大的安全隐患。（4）短肢剪力墙。新规范对墙肢截面高度为5-8的短肢剪力墙进行了定义。对于短肢剪力墙，在实践经验和试验数据中，其在高层建筑中的应用增加了许多限制条件。因此，结构设计人员应尽量避免采用短肢剪力墙，以免给后期工程的进度带来麻烦。

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        四、建筑结构设计质量优化措施分析
        （一）在结构设计概念的基础上进行优化设计
        在计算中，应在满足技术条件的基础上，充分考虑建筑结构设计的经济性。大型构件的配筋量和截面不能随意增减，以免造成胖柱、胖梁或薄柱、薄梁的后果。有的设计人员由于计算不清，于是随意加筋，并逐层加保险，导致梁柱出现超配筋现象。针对这种情况，我们应本着“弱弯强剪，弱梁柱，弱拉强压”的原则，对薄弱部位进行加固，注意构件的延性和钢筋的锚固长度，注意温度应力的影响，注意线形截面的锚固长度钢筋等。根据高层建筑结构设计的概念，有必要对其使用极限状态进行校核。一般来说，对于结构设计，从结构选型、布置、分析计算，每一步都需要详细处理，综合考虑各种因素，力求达到最优的设计方案。
        建筑方案确定后，应尽量采用最合理、最科学、最经济的设计方案。对于各种受力构件的布置，必须力求达到其能承受的荷载范围。垂直承重构件将荷载传递到地面，同时也承受地震和风的水平荷载。
        因此，在布置竖向受力构件时，应将其放置在有利于承受荷载的位置。此外，还应考虑楼板的刚度，是否满足整体工程要求，并对剪力墙的间距进行限制。地基土具有不确定性，并没有合理的模型来描述其精度。因此，有必要根据实际经验和现有理论知识设计基础，能够预见和分析各种可能的问题，从而制定出更完善的治疗方案。
        （二）与相关专业人员做好沟通工作
        高层建筑结构设计具有一定的复杂性，需要其他相关专业的配合与沟通，不能孤军奋战。因此，要做好高层建筑的设计，不仅要有扎实的专业理论基础，而且要对一些相关专业有一定的了解。在设计过程中，如果其他相关专业出现问题，结构设计师应能及时响应，组织专业协调会，争取达到统一标准，然后确定设计原则，防止设计图纸因各专业不协调而被更改或返工。
        五、计算简图的处理
        由于基础连系梁的设计仅仅是结构设计，它不能平衡底部柱基础的弯矩，因此不能用作上部结构的嵌入部分。对于底层，计算高度H应从基础顶面到连系梁顶面，换言之，将地基耦合梁下方的部分作为计算图的底层，将实际建筑物的底层作为计算图的第二层。楼层高度为连梁顶标高至首层标高的距离。
        应当指出，在这种情况下，底层柱的加固应以地基连系梁顶面和基础顶面较大的内力设计值来计算。对于有地下室的结构，在计算图中确定上部结构的埋置位置非常重要，需要结合工程实际情况进行分析。设计实践证明，经过整体计算，该方法的计算简图相对保守，结构设计相对安全。
        六、结语
        在经济发展、人口增加、城市建设等多方面因素的推进下，我国高层住宅的建设呈现出发展的必要性和发展的可能性。设计人员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、功能性及耐久性的基本要求并进行合理优化的前提下，还应在满足和符合国家相关标准和规范的要求，在努力提高自身设计素质，对高层住宅的结构及美观进行合理优化，使我国的高层住宅在可预见的未来得到可持续发展，并达到更高的水平。
        参考文献：
        [1]吕洪峰.高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].科技创新与应用，2012，09：166.
        [2]佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012，08：252.
        [3]唐京华.基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用[J].中外建筑，2012，08：89-90.
        作者简介：邓立平（1976-），男，汉族，江西新干人，定额与预结算工程师，工学学士，研究方向为建筑与装修工程施工及预结算。
        项目来源：广东省品牌专业建设资助项目（2016gzpp016）