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高层建筑设计与工程实践
高层建筑方案设计中结构体系的确定
石建光花林林
(厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门 361003)
1 高层建筑结构体系的确定方法
对于整个建筑工程而言,设计阶段是工程建设全过程中投资控制的重点[1],由图 1 可见节约建
设成本的可能性在设计准备阶段和设计阶段由 100%迅速降低,至施工开始已降至 10%左右。因此,
控制建设成本的关键在于设计准备或方案设计阶段[2]。

图 1 设计各阶段对项目投资的影响
资料来源: 许晓芳:《房地产开发的建安成本控制要从规划设计阶段抓起》,当代建设,1999年。
对于高层建筑,依据结构高度选择合理的结构体系和恰当地设计选择建筑物的平面形状、剖面
和总体型,都是在初步设计阶段由建筑确定的[3]。结构设计总是在建筑师大体完成了建筑设计方案
之后再介入的,针对建筑方案提出结构方案。而在建筑设计阶段确定的建筑体型等因素的改变,都
将引起结构受力的改变,对于高层建筑影响尤为显著[4]。如在建筑物方案设计时,改变了受风面的
形状,建筑物所受的风荷载及其合力作用点将会引起相应变化;改变建筑重力荷载分布特征,建筑
物所受的水平地震作用及其合力作用点也会引起相应的变化。如果建筑设计人员在进行平面设计和
竖向设计构思时,不依据基本的结构设计技术原理和有关结构的受力特性,往往会使结构工程师不
能有效地选择合理的结构体系,导致结构的不稳定等问题[5]。结构设计成为在建筑设计方案被提出
后进而寻求结构上的解决方案,使结构师的作用降低到在建筑师提出建筑形式以后去寻求结构上的
解答,使结构设计完全处于从属地位[6]。
目前国内外高层建筑结构体系的确定方法主要有如下几种:
专家讨论
专家们根据以前从事过的丰富的设计案例,从一些重要的结构设计参数考虑,直觉选定出一个
或几个可能成为满意解的方案,然后专家会对这些方案作进一步的推敲,从而裁决出认为满意的方
案。这种方法具有较强的主观性,很难考虑到所有影响结构选型的因素,且难于组织[7]。
基于规范与列表的初选
如我国建筑抗震设计规范[8]有规定适用的钢筋混凝土房屋的结构类型和最大高度(表1),国外
Fintel[9], Schueller[10], Taranath[11]等人也总结和概括了各结构类型最佳的适宜层数(表 2)。

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高层建筑设计与工程实践
表 1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(单位:m)
设防烈度
结构类型
6 7 8 9
框架 60 55 45 25
框架-抗震墙 130 120 100 50
抗震墙 140 120 100 60
框架-核心筒 150 130 100 70
筒中筒 180 150 120 80
资料来源:,2001 年

表 2 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(单位:m)
结构类型层数
框架结构 20
框架-剪力墙结构 30
剪力墙结构 50
混凝土结构
框筒结构 55
筒中筒结构 70
束筒结构 80
框架结构 30
桁架结构 40
钢结构
框筒结构 80
桁架筒结构 100
资料来源: Fintel, Schueller, Taranath:文献[9][10][11],1985-1988 年。
这种方法虽然直观,给出各结构最大上限高度或层数,但当有多个满足上限要求的备选结构型
式时,没给出对其性能进行比较或评价的性能指标体系及其评价标准与评价方法,仍需设计者凭主
观判断来优选结构型式。且仅考虑了建筑物高度或层数因素,而事实上高度和层数应该同时控制结
构选型,且忽略了功能、场地等其他影响因素。
综合模糊评定的方法
中国建筑科学研究院何广乾提出了对高层建筑的适宜结构体系进行综合模糊评定的方法[12]。具
体计算分为三项内容:
(1)根据建筑物的总层数和建筑功能,建立关系矩阵[13]
T
⎡⎤
RNsahope= ⎣μμμμμμ⎦
(2) 根据建筑物的功能,选择权量 A;A 为各类建筑物的加权向量,可由设计者全面权衡确定。
当缺乏倾向性意见的条件下,可按下列加权向量采用:
高层公寓 A=(1,1,,,,0)
高层旅馆 A=(1,,1,,,0)
高层办公楼 A=(1,,,1,,0)
公共建筑 A=(1,,,,1,)
综合楼 A=(1,,,,,1)
(3)求综合模糊评