高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的初步探討

摘要：經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)腳步不斷前行，用地緊張形勢(shì)日益嚴(yán)峻，高層建筑已經(jīng)成為緩解用地緊張、城市住房壓力的有效建筑形式，在這一背景下可以看出高層建筑必然成為未來城市建設(shè)的必然趨勢(shì)?；诟邔咏ㄖ?duì)于現(xiàn)代化城建的重要意義，本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的選型進(jìn)行探討，分析了結(jié)構(gòu)選型的原理以及方法，希望能為相關(guān)人士提供些許參考作用，旨在推進(jìn)我國建筑業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);選型

隨著城市化建設(shè)的進(jìn)程不斷深入，用地緊張的情況日益嚴(yán)重，高層建筑也就逐漸成了未來城建事業(yè)的主要建筑形式^【1】。隨著物質(zhì)水平的提高，人們對(duì)建筑包括功能、類型等方面的要求標(biāo)準(zhǔn)也隨之不斷增加。在這一背景下施工造價(jià)也就不斷攀升，在高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)中，安全性是最為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。與此同時(shí)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的環(huán)境下，施工企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力，因此在考慮安全性的基礎(chǔ)上還要兼顧高層建筑的經(jīng)濟(jì)性^【2】。此外建筑所在地的風(fēng)壓值、土質(zhì)情況、層數(shù)、功能需求等都對(duì)結(jié)構(gòu)選型有著一定影響。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的重要性

高層建筑為滿足當(dāng)前人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)功能越來越高的要求，逐漸朝著復(fù)雜性的方向發(fā)展，無論從平面還是立體空間方面都變得日益復(fù)雜^【3】。高層建筑朝著多元化綜合化的方向發(fā)展，而隨著建筑高度的不斷增加，越來越多的以往不存在的問題都逐漸顯現(xiàn)。此外隨著建筑高度與占地規(guī)模的不斷增加，相應(yīng)的建筑周期與費(fèi)用也大大提高，因此結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還是有效節(jié)約工程成本的有效手段。

二、選型影響因素分析

高層建筑結(jié)構(gòu)選型是建筑施工的重要環(huán)節(jié)，因高層建筑的層數(shù)、占地面積、功能需求、投資費(fèi)用等方面的制約，使得在施工之前必須經(jīng)過慎重考慮，選取最佳結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計(jì)方案。影響結(jié)構(gòu)選型的因素主要有以下幾點(diǎn)：

（一）建筑所在環(huán)境影響

在進(jìn)行高層建筑選型前，必須先對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境展開實(shí)地勘測(cè)與調(diào)查，包括建筑所在地的風(fēng)壓值、土質(zhì)情況、抗震等級(jí)要求等。此外精品的高層建筑不但要適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，還要能夠?qū)崿F(xiàn)與周圍空間的美學(xué)和諧【4】。對(duì)于尚未涉及的結(jié)構(gòu)體系需要充分掌握當(dāng)?shù)貐^(qū)域的實(shí)際情況，并融合專家的意見、經(jīng)驗(yàn)以及類似案例，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

（二）建筑功能對(duì)于選型的影響

高層建筑的結(jié)構(gòu)選型必須要滿足功能設(shè)計(jì)要求，所以建筑功能要求是在進(jìn)行選型設(shè)計(jì)的主要思考因素。無論是何種建筑都要實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)能夠和周圍環(huán)境以及空間相匹配，而高層建筑這種投資高的大型建筑更高要保證和周邊環(huán)境的相契合【5】。選型設(shè)計(jì)要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)體系與功能要求，并依照《高層建筑混凝土的結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)范選型的大致設(shè)計(jì)。對(duì)建筑的規(guī)模、功能空間以及高度的設(shè)計(jì)分配進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要充分考慮如何將空間利用發(fā)揮至是最大，并為了節(jié)省后期的維護(hù)費(fèi)用以及施工成本，還需要保證結(jié)構(gòu)剖面和使用空間的協(xié)調(diào)性。

（三）結(jié)構(gòu)受力因素

不同的結(jié)構(gòu)體系均有著自己的受力特點(diǎn)，而不同的施工區(qū)域在抗風(fēng)、抗震能力以及整體的剛度要求均有不同，在選型時(shí)不但要保證結(jié)構(gòu)的受力情況符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)，還要從力學(xué)角度對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的各自特點(diǎn)及優(yōu)劣性進(jìn)行比較，選取最佳結(jié)構(gòu)體系，之后再井下其它因素的分析。

（四）工程施工技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，新的施工機(jī)械和施工技術(shù)在建筑工程中也廣泛應(yīng)用，這使得高層建筑以及大跨度建筑的各種結(jié)構(gòu)形式都能夠?qū)崿F(xiàn)【6】。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術(shù)都進(jìn)行了逐步改善，組合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工藝逐漸趨于成熟，這些技術(shù)的進(jìn)步保證了先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)形式的實(shí)現(xiàn)。

（五）經(jīng)濟(jì)性因素

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的環(huán)境下，施工企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力，因此在考慮安全性的基礎(chǔ)上還要兼顧建筑的經(jīng)濟(jì)性。特別是高層建筑這種工期長、投資大的工程，更高重視投資資金的控制。因此在結(jié)構(gòu)選型的過程中，必須要考慮到經(jīng)濟(jì)性，可在選型時(shí)對(duì)不同設(shè)計(jì)方案運(yùn)用成本預(yù)算的方法，根據(jù)預(yù)算結(jié)果與多方面因素選取最佳方案。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)選型

在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人們往往將注意力集中于建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，而忽視了設(shè)計(jì)階段前的許多更為重要的問題^【7】。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)在概念階段的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，該階段設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)直接影響建筑工程整體的經(jīng)濟(jì)性。

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型與建筑施工的關(guān)系

高層建筑施工工藝的不同，不僅會(huì)影響到材料消耗、勞動(dòng)力、工期及造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而且也會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，抗震性能等。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型時(shí)就要對(duì)施工工藝連同其它因素加以權(quán)衡，綜合考慮。現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)主要包括材料、模板及施工三部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在造價(jià)中模板的費(fèi)用是最主要、最易變化的部分，它可占總造價(jià)的33%-55%，模板體系選擇是否合理，不僅影響主體結(jié)構(gòu)造價(jià)，而且與施工速度及勞動(dòng)力消耗有著密切關(guān)系。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)抗震體系選定的原則

（1）具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震力傳遞路線;（2）具備多道抗震防線，不會(huì)因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效，而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗側(cè)力或承受重力荷載的能力;（3）具有必要的承載力、良好的延性和較多的耗能潛力，從而使結(jié)構(gòu)體系遭遇地震時(shí)具有足夠的防倒塌能力;（4）沿水平和豎向結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度分布均勻，或按需要合理分布，避免出現(xiàn)局部削弱或突變，形成薄弱環(huán)節(jié)，從而防止地震時(shí)出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中的危險(xiǎn)。

在確定高層建筑方案的同時(shí)，應(yīng)綜合考慮房屋的重要性、設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、房屋高度、地基基礎(chǔ)，以及材料供應(yīng)和施工條件，并結(jié)合結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)束語

高層建筑在當(dāng)前社會(huì)中越來越普遍，并已成為了建筑業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)。在這一背景下，建筑結(jié)構(gòu)的選型問題已經(jīng)逐漸引起了相關(guān)學(xué)者的重視。結(jié)構(gòu)選型受諸多因素所影響，選擇過程十分復(fù)雜，要對(duì)很多不確定性加以考慮，同時(shí)還要重視結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)為適應(yīng)發(fā)展形勢(shì)，還需加入智能化設(shè)計(jì)成分。總之，在高層建筑結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須在保證建筑安全性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合在地的風(fēng)壓值、土質(zhì)情況、層數(shù)、功能需求，為社會(huì)提供精品的高層建筑工程。

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