建筑结构选型 论文

浅谈关于高层建筑结构选型问题

摘要：针对日益复杂的高层建筑结构形式优选问题，从城市社会、工程建设实际、建筑结构发展趋势、行业发展、相关学科发展、完善结构设计理论六个方面，对现代高层建筑结构选型的背景、必要性、可行性、复杂性等进行了较为系统的分析，为全面认识与深入研究解决结构选型问题奠定了基础。建筑结构选型，不仅关系到其建筑的结构安全，而且影响到高层建筑的美观适用。因此，我们应当注重建筑概念设计中对结构选型的研究。

关键字：高层建筑结构选型复杂性

作为一名大三城市规划的大学生，通过一个学期的建筑结构选型的学习，认识到关于现代高层建筑的结构选型，不单纯是一个结构问题，而是一个综合性的科学问题，一个优秀的建筑物，建筑与结构必然是有机综合的统一体。

1.结构是建筑物赖以存在的物质基础

1.1在高层建筑工程建设中，结构支配着建筑。

这是因为,任何建筑物都要耗用大量的材料和劳力来建造，建筑物首先必须抵杭(或承受)各种外界的作用(如重力、风力、地震……)，合理地选择结构材料和结构型式。既可满足建筑物的美学原则，又可以带来经济效益。一个成功的设计必然以经济合理的结构方案为基础。在决定的建筑设计定的建筑设计的平面、立面和剖面时.就应当考虑结构方案的选择，使之既满足建筑的使用和美学要求，又照顾到结构的可能和施工的难易。

1.2建筑物的安全性和耐久性主要取决于建筑物的结构能否满足要求

这个过程具有一定的复杂性。建筑师在建筑设计过程中应充分考虑如何更好地满足结构最基本的功能要求，对建筑结构新规范的具体规定以及实际情况和特殊构件进行正确设置。具体情况有：（1）振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。（2）最大地震作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某个角度使结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。（3）结构基本周期是计算风荷载的重要指标。

2.结构的功能要求对建筑物的影响

在建筑设计中，少数建筑师总是把结构放在从属地位，并要求结构必须服从建筑，一切以建筑队为先导，这一观念分割了科学的完整性，忽略了基本的力学规律，片面地追求建筑与技术与建筑艺术的结合和最大满足使用功能的要求，这样往往给某些建筑工程质量带来了质量隐患和不安全因素。

2.1任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。

在做建筑设计的过程中，建筑师应具备有一定的结构方面基础，能与结构设计适当结合，相互调协，使二者相统一，才能创作出真正优秀的建筑设计作品。然而，许多建筑设计师，强调创作的美观、新颖、标新立异，强调创作的最大自由度，然而这样的建筑设计将会给结构设计带来很大的困难，作为建筑物本身必

须承受起巨大的自重荷载和活载、水平风力、地震力、扭矩力等。如果建筑设计人员在进行平面设计和竖向设计构思时，不依据基本的结构技术原理和有关结构的受力特征，不征询结构设计师的意见，往往会使结构工程师不能有效地选择合理的结构体系，进行结构设计导致结构的不稳定等问题。

2.2合理选用低高层建筑的结构材料，选择能充分发挥材料性能的结构。

建筑结构材料是形成结构的物质基。（砖石结构、钢结构以及钢筋混凝土结构各因素材料特征不同而具备各自的独特规律）。砖石结构抗压强度高但抗弯、抗剪度低，而且脆性大，往往无警告阶段即破坏。钢筋混凝土结构抗性强度高，自重轻，但需特别注意当细长比大时在轴向压力作用下的杆件失稳情况。利用砖石或混凝土建造拱结构，利用高强度钢索建造大跨度悬索结构。总之，必须正确考虑到结构的安全性、适用性、耐久性及可靠性。

3.保证可靠粘结的构造措施

3.1钢筋与混凝土之间的粘结与锚固

钢筋与混凝土之间的粘结是这两种材料共同工作的保证，使之能共同承受外力、共同变形、抵抗相钢筋能否互之间的滑移。钢筋能否可靠地锚固在混凝土中则直接影响到这两种材料的共同工作，从而关系到结构和构件的安全和材料强度的充分利用。

3.2粘结力的定义及组成

粘结力的定义—若钢筋和混凝土相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力成为钢筋与混凝土的粘结力。粘结力的组成：（1）化学胶结力（2）摩擦力（3）机械咬合力（4）钢筋端部的锚固力

3.2保证可靠粘结的构造措施（1）钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小（2）优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应设弯钩（3）钢筋伸入支承座应有足够的锚固长度（4）钢筋不宜在混凝土的拉区截断（5）在大直径钢筋的搭接和锚固区域应设置横向钢筋。

在构建建筑物时，考虑到风对建筑的高耸的影响包括安全性和适用性两个方面，而结构可靠度理论是研究结构安全性、适用性和耐久性的基本方法。钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小。优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应设弯钩，钢筋伸入支座应有足够的锚固长度，不宜在混凝土的拉区截断，在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向钢筋。

4.根据建筑功能要求选择合理的承重体系

从结构承重体系来看，按房屋竖向荷载传递路线的不同，可以规划为五种不同的类型：纵横承重体系，横墙承重体系，纵横墙承重体系，内框架承重体系，以及底部框架上部砌体结构承重体系。

4.1纵横承重体系

无内横墙或横墙间距很大，由纵墙直接承受楼面、屋面荷载。传力途径：板—梁（或屋架）--纵墙—基础。多用于横墙间距较密，房间开间较小的房屋，如：宿舍、招待所、住宅、办公楼等民用建筑。

4.2横墙承重体系

房屋开间不大，横墙间距较小，将楼（或屋面）板直接搁置在横墙上的结构布置。传力途径：板—横墙—基础—地基。用于使用上要求较大空间或隔断墙位置有可能改变的场合。

4.3纵横墙承重体系

介于横墙承重与纵墙承重特点之间。用于现浇钢筋混凝土楼板。

4.4内框架承重体系

外墙与内柱同时承重。楼板铺设在梁上，梁两端支承在外纵墙上，中间支撑在柱上。用于较大使用空间，则有用钢筋混凝土梁和柱子所取代内部砖墙来承重。

4.5底部框架上部砌体结构承重体系

由两种承重体系和抗侧力体系组成。

5.高层建筑的利与弊

5.1有利的一面

对于高层建筑来说，它提高了土地利用率，节约了土地资源。另外，从景观角度上来讲，也有利于城市景观的丰富，从以前的多层建筑到错落有致的高层建筑，体现了现代城市的发展和城市轮廓线的凸现。同时，对于居住在高层的人而言，能有一个良好的视野，而且通风和日照条件好。而对景观造成破坏的莫过于瓯北高楼大厦的崛起，对市区的重点历史人文景观江心屿的影响，江心屿以前以山为背景，以瓯江水为底，两塔争艳的景观，随着周边两岸高层建筑的崛起而一去不返了。

5.2有弊的一面

如果大量高层住宅过多过密地发展，也有一定的负面影响，高层建筑过密随之引发的连锁效应便是对城市交通压力的增加，对人流车流的疏导的不利；在提倡改善人居环境、倡导和谐自然的当今，建筑密度过密引起的对人身心健康的影响也不可忽视，住在高层里面，人与人之间缺乏互相交流，容易使人产生一种生活在“钢筋水泥城市森林”的感觉。同时在有些地区的高层会形成“热岛效应”，影响城市的物理环境。

建筑结构上的作用形式多样、性质各异。在进行结构设计时首先应弄清楚结构上存在哪些作用，它们的性质如何表达等问题。研究高层建筑现在仍需要在结构选型的问题上多加考虑及实践。

参考文献：建筑力学与结构（广东水利电力职业技术学院力学教研室）

建筑结构设计（孙伟民李琪主编中国建筑工业出版社）

高层建筑结构位移控制的可靠性分析（董安正赵国藩大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室116023）