淺談高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計

張游

【摘要】現(xiàn)代建筑工程施工中，高層建筑的結(jié)構(gòu)選型和建筑的整體性能以及實用性、功能性、安全性密切相關(guān)，建筑的結(jié)構(gòu)選型對城市建設(shè)規(guī)劃布局也有直接影響，因此，做好高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計具有十分重要的意義。高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計主要考慮的因素有幾個方面，分別為：施工項目規(guī)模、建筑功能要求、項目安全性要求、施工單位技術(shù)水平、項目資金投入等諸多因素。以下文章就高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的各個方面進行解析，闡述結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的基本原則和主要方法，同時就建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計中出現(xiàn)的問題和事項進行探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)選型；方法原則；影響因素

因高層建筑在施工過程和建成后對功能性和環(huán)境方面的諸多要求，因此在建筑設(shè)計之初，在建筑選型上要綜合全面考慮各方面因素，以滿足建筑施工方案的合理性與可行性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計如在設(shè)計之初存在缺陷，很可能影響到后期建筑施工無法運行和建成后出現(xiàn)無法挽回的功能性和安全性錯誤，因此要做到綜合考慮、細致研究、全面計劃。本文在整理收集了大量高層建筑施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分分析和研究了高層建筑的結(jié)構(gòu)選型中需要注意的各個方面。

一、建筑選型需要考慮的主要因素

（一）建筑功能因素

工程項目設(shè)計之初高層建筑的建筑功能就在項目方案中確立，結(jié)構(gòu)設(shè)計也首先要圍繞建筑功能展開，建筑結(jié)構(gòu)滿足功能需要是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，不同建筑的功能決定了其結(jié)構(gòu)的形式和差異性，為滿足功能要求，選型應(yīng)首先考慮功能性對建筑結(jié)構(gòu)的要求，把滿足功能性作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和基礎(chǔ)原則，在設(shè)計中體現(xiàn)出符合建筑功能的思想與合理性。譬如賓館型建筑要考慮房間面積的平均性和符合消防管理要求，住宅型建筑要考慮采光和通風等等。

（二）建筑方案因素

方案因素主要表現(xiàn)在建筑的長寬比、高寬比、空間面積以及建筑體型等，建筑體型分為立體與平面兩方面。立體體型包括立面收進體型、結(jié)構(gòu)高寬比、層間剛度和塔樓等；平面體型包括平面對稱性、平面規(guī)則性、剛度偏心和平面質(zhì)量等。

（三）結(jié)構(gòu)受力因素

在抗風、抗震、整體剛度等方面，不同的建筑結(jié)構(gòu)在受力上具有不同優(yōu)勢，因此高層建筑結(jié)構(gòu)選型必須保證結(jié)構(gòu)體系的受力要求，依據(jù)當?shù)貙嶋H環(huán)境和施工條件衡量不同的結(jié)構(gòu)體系優(yōu)缺點，找出適用方案。

（四）施工技術(shù)因素

施工承建單位的建筑施工技術(shù)水平是決定施工難度上限的依據(jù)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型要注意在施工難度上符合承建單位技術(shù)水平，結(jié)構(gòu)方案具備可行性，避免要求過高超出施工單位技術(shù)能力。同時要注意結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)參數(shù)和質(zhì)量標準符合當前的通行標準，便于檢驗和審查。在參考同類項目結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮施工單位是否具備實施該設(shè)計所需的工程設(shè)備和技術(shù)人員，以及建筑材料當前采購難度和成本等細節(jié)。

（五）建筑經(jīng)濟因素

對于建筑施工而言，承建方資金實力和經(jīng)濟條件是能否順利實施建筑施工必須要考慮的，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對施工成本的要求，技術(shù)投資，設(shè)備投資的要求，以及工期長度形成的費用要求等都應(yīng)在考慮范圍內(nèi)。在建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計時，要先了解承建方資金實力、融資能力和當前的經(jīng)濟狀況，并結(jié)合以上承建所需的各項投入和費用進行綜合考慮，確保工程成本在預(yù)算范圍內(nèi)。同時要考慮到人工和建筑原材料在當前市場環(huán)境下的波動對預(yù)算造成的影響。

（六）美學(xué)效應(yīng)因素

在實用性和功能性考慮之外，高層建筑結(jié)構(gòu)選型還應(yīng)有建筑美學(xué)方面的考慮，現(xiàn)代社會人對美的追求越來越重要，美的建筑不僅能提升建筑品味和滿足用戶審美心理，還能起到彰顯建筑單位和設(shè)計單位企業(yè)文化和企業(yè)實力的作用，同時能對承建和使用該建筑的單位起到一定的廣告宣傳效應(yīng)。反之，忽略了建筑美學(xué)而造成的丑陋或怪異的建筑容易為承建和使用單位帶來形象上無形的損失。同時注重美學(xué)效應(yīng)的建筑也能對城市文化和環(huán)境形成積極的影響。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)選型的具體標準

在綜合考慮以上因素的前提下，高層建筑的結(jié)構(gòu)選型還需要全面的方案和具體的操作方法，這要求設(shè)計單位應(yīng)具備一定的理論水平，細致的分析以及相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，要對影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素進行量化的分析和思考，制定出合理的方案，并根據(jù)外在環(huán)境和施工條件制定出建筑結(jié)構(gòu)選型的各種指標和細則。以下就對這些具體標準和操作步驟進行闡述和說明。

（一）量化重要指標

把和建筑選型相關(guān)的各種因素，量化為特定的可管理指標，譬如建筑高度、面積、環(huán)境土質(zhì)、當?shù)刈畲箫L壓、最大層間位移等作為工程設(shè)計指標，建筑的結(jié)構(gòu)形式作為工程方案指標，通過采集和實施檢測對指標進行驗證和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，把相應(yīng)數(shù)據(jù)整理成工程方案，并依據(jù)方案中的量化信息對比以往成功的同類工程分析其有效性和合理性，在由專業(yè)技術(shù)人員進行充分分析和對比之后，依據(jù)結(jié)果選擇合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

（二）進行層次分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的某些不可量化因素，應(yīng)在方案評價階段采取基于層次分析的模糊綜合評判來審查其影響效果和修改要求，譬如施工單位技術(shù)水平、項目安全性、審美要求等。量化指標和層次分析的綜合運用才能合理全面地照顧到影響高層建筑的可量化和不可量化因素，讓選型設(shè)計更為科學(xué)、細致，具備可行性。

（三）遵循選型原則

以往高層建筑工程實踐中，設(shè)計人員根據(jù)對建筑選型的經(jīng)驗和教訓(xùn)，總結(jié)出很多在結(jié)構(gòu)選型中應(yīng)當遵循的基本原則，在新立項的工程項目中對以往建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計中的這些原則進行參考，能夠避免不必要的風險，使建筑結(jié)構(gòu)選型更為科學(xué)合理。高層建筑結(jié)構(gòu)選型的原則主要有：建筑結(jié)構(gòu)中不存在互相矛盾的建筑功能設(shè)計，建筑各部分功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不會出現(xiàn)設(shè)計上的缺陷導(dǎo)致建筑某些功能在建筑其他部分正常條件下不能使用；建筑結(jié)構(gòu)必須要具備合理的物理力學(xué)結(jié)構(gòu)要求，如整體剛度達標，荷載能力達標等；建筑結(jié)構(gòu)的布局要避免不合理的功能重心，不能因結(jié)構(gòu)中某個部分損害就導(dǎo)致整個建筑出現(xiàn)安全危機或整體功能失效；建筑結(jié)構(gòu)要具備一定的抗震抗災(zāi)能力，遇到規(guī)定級數(shù)的地震等外力作用時，建筑結(jié)構(gòu)可以保證主體具備必要的承受力。

三、結(jié)語

高層建筑在結(jié)構(gòu)選型設(shè)計中遇到的問題和難點很多，其主要和重點部分在上文都進行了必要的闡述，在實際操作中，要注意因地制宜和環(huán)境因素，除了文中提到的一些原則和方法外，高層建筑結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計還可以根據(jù)同類工程以往的成功判例進行參考，依據(jù)實際情況和判例的不同進行改進，對于全新的設(shè)計和首次采用的設(shè)計要注意充分分析其合理性和可行性的基礎(chǔ)上再采用。

參考文獻：

[1]陳耀；高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析探討[J]；福建建材；2011年04期

[2]姜海龍；高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素綜合分析[J]；科技創(chuàng)新與應(yīng)用；2013年21期

[3]丁笑影、郭建；高層建筑選型影響因素分析及選型方法的研究[J]；山西建筑；2010年01期