孙开天
中国联合工程有限公司 浙江杭州 310051
摘要：现阶段由于城市空间环境对建筑的限制和高层建筑的复杂特性，应考虑所有相关因素对结构设计的影响，使结构选型更加合理。此外，还应充分考虑一些细微的不确定因素，以确保建设项目的顺利实施和建设质量。本文针对高层建筑设计选型应考虑的若干因素进行了分析和总结，希望对高层结构设计起到一定的参考作用。
关键词：高层建筑；结构设计；结构选型；问题分析
引言
建筑结构构件要能承载一定的水平荷载和竖向荷载作用。除满足竖向荷载的承载力外，还要具有一定的抗风荷载、抗地震力的能力。在城市建筑高密集区、地势低洼区以及建筑高度较低的建筑中，风荷载对建筑的影响相对较小，而在高层建筑中，风荷载和地震荷载对建筑的影响起着控制作用。随着建筑物高度的增加，结构自振周期及计算位移角增加明显，相对于多层建筑结构舒适度变差。因此，在高层建筑结构设计中，合理控制结构位移、抗侧力等各项计算指标是非常重要的。
1高层建筑结构选型的基本内容
高层建筑结构设计选型需要丰富的设计经验和专业知识，熟练掌握结构设计规范和结构体系是做好结构选型的关键。
1.1高层建筑上部结构主要形式
（1）框架结构：由梁、柱和楼板等构件组成，具有高延展性、结构自重轻及建筑空间大等特点。框架结构布置比较灵活，但侧向刚度相对较弱。框架结构多用于6度设防≤60m、7度设防≤50m高度范围。
（2）框架—剪力墙结构：框架—剪力墙结构一般是将楼梯间、电梯间转化为剪力墙结构，或将计算必要的填充墙转化成剪力墙以抵抗水平载荷，而框架柱主要承载高层建筑整体的竖向载荷。框架-剪力墙结构兼具了框架结构及剪力墙结构的优点。框架—剪力墙结构多用于6度设防≤130m、7度设防≤120m高度范围。
（3）剪力墙结构：剪力墙结构的侧向刚度较大，在水平荷载作用下侧向位移小，剪力墙位置布置灵活且与填充墙自成一体，便于后期装修，能够提高内部使用空间和使用品质。剪力墙结构通过在墙体合适位置进行开门洞，形成墙肢和连梁抗侧力结构系统，用来吸收和耗散地震能量和调整结构刚度，以确保整个结构体系安全可靠。高层剪力墙结构还可以通过采用轻质填充墙来减轻结构的自重，从而减小基础承载力和结构各层承担的水平地震剪力，有利于降低工程造价和提高结构安全性。剪力墙结构多用于6度设防≤140m、7度设防≤120m高度范围。
（4）筒体结构：框架一核心筒结构一般是由钢筋混凝土核心筒与外框架组成；筒中筒结构是由钢筋混凝土核心筒与较密集外框架组成。一般的设计项目，都会把楼、电梯间和一些服务用房集中在核心筒内，其他需要相对较大空间的办公用房或商业用房一般都会布置在核心筒外部空间。核心筒一般是由两个方向的剪力墙所形成的规则的空间结构，通常由较厚的外筒墙和较薄的内筒墙组成，外筒墙对建筑抗震等计算指标起决定性作用，而内筒墙一般承担竖向荷载和对外筒墙起辅助作用。筒体结构相对于框架一剪力墙结构的整体性与抗侧刚度更强，且结构平面的质量中心点与刚度中心点之间的距离相对较小，结构平面规则性和抗震性能更好。框架-核心筒结构多用于6度设防≤150m、7度设防≤130m高度范围；筒中筒结构多用于6度设防≤180m、7度设防≤150m高度范围。
1.2高层建筑下部结构主要形式
在进行基础选型时，应掌握各基础形式的特点及优缺点，了解不同基础形式之间的差异和适用条件，从而进行合理选择。
（1）柱下独立基础：独立基础尺寸由其上柱底内力和基础下地基承载力决定。该基础类型适用于层数较少的框架结构建筑，该基础形式对于施工建设区域的地质条件要求较高。
（2）条形基础：此类型基础结构由相互交叉的基础梁构成，该基础形式适用于层数较少的框架结构或框架剪力墙结构建筑。
（3）筏板基础：筏板基础又叫满堂基础，能够减少基础土单位面积压力，提高地基承载力。具有基础整体刚度较大，施工简单等特点，适用于多、高层建筑结构。筏板基础需验算筏板冲切、裂缝以及结构倾覆和滑移。
（4）复合地基：是指天然地基在地基处理过程中，土体承载力得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体组成的人工地基，共同承担荷载的作用。主要适用于层数相对较多或是土质相对较弱的情况，复合地基的代表是CFG桩复合地基。当前已经广泛的运用到高层建筑地基中。
（5）桩基础：高层建筑荷载较大，天然基础形式已无法满足承载力要求。由于桩基础承载力较高，目前高层和超高层、大型公建项目、地质较差地区建筑基础等均采用桩基础形式。桩基础形式通常采用预应力混凝土管桩、灌注桩、旋挖桩、人工挖孔桩等，设计者应根据项目类型、结构布置、地基基础勘察报告等综合因素选取使用。桩基础一般和承台或底板一起采用，能较好的满足设计和承载力需要。
2某高层建筑结构选型研究
2.1工程背景
某民用高层建筑项目为双塔结构，该项目由两栋高层建筑和大底盘地下室组成。其中，1号塔楼为28层的商、住两用高层建筑，1～5层为商业用房，5～28层为住宅用房；2号塔楼为29层的高层住宅楼；地下室为2层地下停车场。为满足规范和使用要求，需要对项目进行研判，选择安全经济的结构设计方案，做好结构选型。
2.2结构选型
2.2.1设计方案
1号塔楼屋顶高度屋顶高度约118米，楼、电梯、机电管井和建筑隔墙都集中在建筑平面中间区域；商业、办公及酒店、住宅均在建筑外围，该位置空间大、视野开阔且采光好。考虑到1号塔楼层高较高，风荷载对结构位移起控制作用，为承载水平荷载产生的剪力、弯矩和中间区域较大竖向荷载，应在结构平面中间区域布置剪力墙；为满足办公、住宅等采光和空间需要，优选在建筑平面外围布置框架柱。
2号楼为住宅楼，屋面高度为92米。建筑标准层平面为两梯六户，建筑隔墙较多且位置无规律。为满足建筑使用功能需要，均匀的在建筑隔墙内设置剪力墙。所以，2号塔楼应采用剪力墙结构，既满足了水平、竖向承载力要求，又不影响后期使用。
根据本项目建筑高度、用途等设计资料，综合考虑建筑使用功能、抗震设防类别、风荷载、场地类别及地面粗糙度等因素，1号塔楼应采用框架－核心筒结构；2号塔楼应采用剪力墙结构。确定结构体系后还应注意以下问题：①布置剪力洞口，控制结构刚度及承载力至合理范围；②根据荷载情况，对墙肢长度及连梁高度进行调整，使各层水平承载力、侧向刚度达到规范要求；③首层及嵌固层剪力墙刚度应适当加强，避免层高突变，结构各层不形成薄弱层。
2.2.2合理性分析
在结构设计方案确定后，按照《高层建筑混凝土结构设计规程》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》等，结合地勘资料，确定抗震等级、地震力影响系数、基本风压等参数。若形成薄弱层，应适当对该层竖向构件进行加强，保证结构在整体计算过程中安全可靠。
利用结构通用计算软件如YJK、SATWE、MIDAS、ETABS等对结构设计合理性进行分析。在计算过程中应确保参数取值正确，计算假定合理，保证各荷载工况都参与到计算中，对计算结果进行研判，对不满足计算要求的因素进行合理调整，使结构布置及选型更加安全、经济、适用。
3.结语
综上所述，高层建筑是城市化进程不断推进过程中，出现的建筑形式，高层建筑结构设计选型是高层建筑设计中的一项重要工作。高层建筑越来越复杂的结构体系及使用功能，对结构工程师是越来越大的挑战。在高层建筑结构设计中，应在满足结构设计安全前题下，综合考虑经济性、施工难度、后期改造等因素。本文分析了高层建筑结构设计的要点，阐述了工程结构选型中的关键环节，具有一定借鉴价值与参考意义。
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