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摘要：随着社会经济的发展与进步，为我国建筑行业的发展带来了极大的推动作用，在当前城市中，高层建筑所占据的比例越来越大，在很大程度上展现出了一个城市的发展面貌。 结构设计和结构选型是高层建筑中的重要组成部分，其不但能够表现出高层建筑结构的外形特征，也能够确保高层建筑个性功能的正常发挥，因此，为了有效地促进高层建筑项目有效的发展，通过下文对高层建筑结构设计及某工程结构选型进行了分析，进而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。
关键词：高层建筑；结构设计；经济性
1 前言
进入 21 世纪以来，我国城市发展速度不断加快，越来越多的高层建筑出现在了我们的视野中，通过我们分析高层建筑结构的一些特征能够发现，它们的结构造型有着自身独特的一面，因为高层建筑设计施工是为了节省建筑用地面积，需要在高处下功夫，因此，只有将合理的结构造型设计出来，才能够将建筑物的功能切实的发挥出来，因此，对于这方面的工作内容我们需要高度的重视起来，进而为促进我国建筑行业的进一步发展打下良好的基础。
2 结构分析及设计分析
2.1分析三种重要的体系
（1）剪力墙体系
剪力墙结构是利用建筑的内、外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载的结构体系。剪力墙的变形状态和受力特性同剪力墙的开洞情况联系密切，其中依据轧受力特性的不同，单片剪力墙可以分为特殊开洞墙和单肢墙。类型不同的剪力墙，对应的也会有不同的截面应力分布，所以，在对位移和内力进行计算时，也应该对不同的计算和设计方法进行使用，将平面有限元法应用到剪力墙的结构计算中，此种方法能够比较准确的完成计算，能够应用到各类剪力墙之间，然而，也有一定的弊端存在于这种方法中，其有着较多的自由度。 所以，在具体的应用时，较为普遍的应用了开洞墙这一类型。
（2）筒体结构
筒体结构分为框架 - 核心筒、筒中筒等结构体系，其中框架 - 核心筒受力特点为框架主要承受竖向荷载，筒体主要承受水平荷载，变性特点类似于框架剪力墙，但抗侧刚度较大。依据不同的计算机模型处理手段，有三种类型的分析方法：主要为离散化方法、三维空间分析和连续化方法，其中三维空间方法的精确性会更高。
（3）框架—剪力墙体系
框架—剪力墙结构，是由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。此种结构位移和内力等计算防范尽管种类较多，然而，连梁连续化假定方法会经常被使用，在对位移协调条件进行个计算时，应该按照框架水平位移和剪力墙转角进行设计，将外荷载和位移的关系用微分方程建立起来。然而，应该考虑需求和因素未知量会存在的差异，所以，也会有着不同形式的解答方式。
2.2 具体的设计与分析
（1）合理的确定水平荷载
每一个建筑结构都应该一同承受风产生的水平荷载和垂直荷载，对于抵抗地震的能力也应该具备，高层建筑中，尽管结构设计会较大程度上受到竖向荷载的影响，然而，水平荷载却占据着重大的比重，随着不断增多的高层建筑层数，在高层建筑的结构设计中，水平荷载成为了其中一个重要的影响因素，首先，由于楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中发挥的功能，对应水平荷载会将一定的倾覆作用施加到结构中，并且竖构件中就会出现高层建筑结构的作用力；其次，就高层建筑结构而言，地震作用和竖向荷载，也会跟着建筑结构的动力情况而出现较大的改变。
（2）合理的确定侧控
同低层建筑不同，在高层建筑结构设计中，结构侧移已经成为了其中一个非常重要的影响因素。随着不断增加的楼层数量，高层结构在水平荷载侧向变形下会逐渐增大。对高层建筑结构进行设计中，不但规定结构要有一定的强度，对于荷载作用带来的内力能够有效的予以承受，同时，还应该确保具备一定的抗侧刚度，确保在某一限度内控制结构在水平荷载作用出现的侧移情况，保证能够安全的工作和居住在其中。
（3）在设计中，结构延性为重要的技术指标
对比低层建筑结构能够发现，高层建筑物会更加柔和，在地震的影响下，会增大其变形情况，为了保证高层建筑结构向着塑性变形阶段进入之后，仍然有很大的变形能力，进而防止建筑垮塌，设计人员因此应该将恰当的措施应用到建筑结构的设计上，进而确保有足够的延性存在高层建筑结构中。
3 高层建筑如何选型
从上述分析可以看出，高层建筑的结构选型以及初步设计会受到很多因素的干扰和影响，这需要结构选型设计人员具有较为广泛的知识面、强大的综合分析能力和丰富的建筑结构设计经验。需要对所有影响建筑结构选型的因素都考虑在内，并一一满足这些因素的要求。但由于外在环境以及建筑施工中会有很多不确定性因素的发生，也会对建筑的顺利建设实施带来很大影响。为了将这些定性因素与不确定因素产生的影响都合理考虑到，就需要按照一定的结构选型方法和原则进行选型设计。
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3.1 量化重要指标
在影响高层建筑选型的各方面因素中，提取可以量化的指标，例如层高、层数、场地土性质、设防烈度、最大风压、最大层问位移等作为输入节点，高层建筑的结构形式作为输出节点，收集样本，利用神经网络进行训练和检测。在解决高层建筑结构选型的问题中，引人人工神经网络可以达到预期效果，只要掌握了该建筑的基本信息，就可以充分运用神经网络高度的非线性、高度的容错性和鲁棒性等特点，并且利用神经网络存储专家的设计经验，在建筑结构设计的前期阶段，得知该建筑适合选取哪种结构形式。
3.2 进行层次分析
在方案的评价阶段利用基于层次分析法的模糊综合评判方法能够考虑结构选型时许多不可量化的影响因素，例如施工技术、经济性、安全性、审美要求。这样两种方法相结合，合理全面的考虑了影响高层建筑的定性与定量因素，使选型更加科学、简明，更具有说服力。
3.3 遵循选型原则
在长期的工程实践中，建筑设计人员综合各方面对建筑选型的影响和要求，总结出一些在建筑结构选型中应当遵循的基本原则。在建筑结构选型设计中按照这些基本原则进行选型设计，可以使建筑结构选型更加合理科学。结构选型的原则主要包括:建筑结构必须要具备一定的物理力学性质，如必要的荷载能力、整体刚度和变形能力;建筑结构应充分考虑到主体的抗震性能，尽可能使建筑结构在遇到地震等强大外力的作用时，能够保证主体不受损害;整个建筑结构的布置要合理科学，不可因部分结构遭受损害就影响到整个结构主体;对结构中可能出现问题的部位多加考虑，并采取有效措施处理;整体结构设计应当和谐不突兀。
4 高层建筑结构体系经济性分析
高层建筑结构的经济性分析是整个设计过程中的重点内容，然而当前我国的很多建筑设计部门都忽视了这一问题。随着社会的发展，人们对性价比的追求越来越高，特别是建筑行业，同一项工程，在质量想同的前提下，成本有着很大的差异。所以，要想实现我国建筑行业的再发展，就必须得考虑到建筑整体的经济性。高层建筑的结构关乎到它的经济性，因此在设计的过程中，经济性分析的过程十分必要，这是降低成本的关键策略以目前的实际情况而言，高层建筑的成本有 50% 到 70% 是源自于它的结构，搞好结构的经济性分析，不仅能够更好的控制建筑的成本，还可以把握好工程的施工周期，落实好质量的管理。关于结构设计中的经济性分析，主要可以从以下几个方面入手分析:
（1）建筑材料的选择
建筑材料是根据建筑的结构确定的，这其中涉及到了整体结构的稳定性和安全性。但并不是所有的材料都要选择最贵的和最好的，优势一些普通的材料就可以满足设计的需求。如结构钢材的选择，很多时候优质钢就可以满足设计的所有需求，但是在技术不成熟的情况下，分析不够完善，为了保证设计的可行性，选择特种钢。整个工程下来，就会极大增加结构的成本。特别是在设计的可行性分析时，验证受力与材料之间的关系，只要大于相应的需求就可以，在保证不影响质量的前提下，选择性价比较高的材料，就可以在一定程度上降低建筑的成本。
（2）建筑结构的施工操作选择
高层建筑的施工一般较为复杂，施工的工艺也设计到了多个方面。因此，对于施工操作的选择也直接影响到施工的成本。在这方面，我国的技术还不够成熟，所以为了保证建筑工程的质量，往往选用较高的工艺。虽然这种做法提升了建筑的安全性，却增加了建筑的成本，造成了不必要的浪费。
（3)结构线路的布置
高层建筑的线缆往往选择可承受大电流和高电压的集成线，这种线缆的成本很高。如果整体建筑的结构较为复杂，不利于线缆的布置，则会增加线缆的用量，进而增加整个建筑的成本。上述的几点为高层建筑结构设计中对经济性影响较大的，其他环节也会影响到建筑的成本，如工期的控制、设计的行业规范和结构的实现难易度等。这其实和我国发展的实际情况相关，正是因为技术的不成熟和相关的理论研究较少，才造成了当前的结构经济性分析问题。有时增加结构的成本也是无奈之举，只能在经济性和质量上选择质量。当然，关于经济性分析的不重视也是重点的影响因素之一。要改变当前高层建筑的结构选型和经济性，还有很长的路要走。
5 结束语
我国的高层建筑发展较为迅速，因此造成了发展的不协调。在社会主义市场经济环境下，建筑行业要取得自身的发展，不能够只靠自身的质量，还要在这个前提下提升自己工程的性价比。目前，国内的结构分析主要还是集中在可行性上，各项校核也是针对质量问题。这种现象本没有错，但是忽视经济性分析阻碍着建筑行业的发展，要把前期的结构可行性分析做得更加细致，这样才能推动该行业的进步，让高层建筑满足当前社会的需求。
参考文献：
[1]冯顺,刘立. 经济学理念的高层建筑结构选型分析[J]. 四川建筑,2014,04:170-171+177.
[2]于万秀. 遗传神经网络与模糊综合评定结合在高层结构选型中应用[D].中南大学,2014.
[3]孙世鑫,沈佳. 高层建筑结构体系与地基基础的选型分析[J]. 黑龙江科技信息,2014,30:247.
[4]赵恒. 高层建筑结构选型影响因素分析[J]. 门窗,2014,12:527.
论文作者:李聪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/9
标签：结构论文; 建筑结构论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 高层论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第15期论文;