高層建筑結構選型設計的初步探討

摘要：經濟建設事業(yè)腳步不斷前行，用地緊張形勢日益嚴峻，高層建筑已經成為緩解用地緊張、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的必然趨勢。基于高層建筑對于現代化城建的重要意義，本文對高層建筑結構的選型進行探討，分析了結構選型的原理以及方法，希望能為相關人士提供些許參考作用，旨在推進我國建筑業(yè)的進一步發(fā)展。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;選型

隨著城市化建設的進程不斷深入，用地緊張的情況日益嚴重，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】。隨著物質水平的提高，人們對建筑包括功能、類型等方面的要求標準也隨之不斷增加。在這一背景下施工造價也就不斷攀升，在高層建筑的結構選型設計中，安全性是最為關鍵的設計因素。與此同時在市場經濟體制的環(huán)境下，施工企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須具備一定的競爭力，因此在考慮安全性的基礎上還要兼顧高層建筑的經濟性^【2】。此外建筑所在地的風壓值、土質情況、層數、功能需求等都對結構選型有著一定影響。

一、高層建筑結構選型設計的重要性

高層建筑為滿足當前人們對于建筑結構功能越來越高的要求，逐漸朝著復雜性的方向發(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。此外隨著建筑高度與占地規(guī)模的不斷增加，相應的建筑周期與費用也大大提高，因此結構的優(yōu)化設計還是有效節(jié)約工程成本的有效手段。

二、選型影響因素分析

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

（一）建筑所在環(huán)境影響

在進行高層建筑選型前，必須先對當地環(huán)境展開實地勘測與調查，包括建筑所在地的風壓值、土質情況、抗震等級要求等。此外精品的高層建筑不但要適應當地環(huán)境，還要能夠實現與周圍空間的美學和諧【4】。對于尚未涉及的結構體系需要充分掌握當地區(qū)域的實際情況，并融合專家的意見、經驗以及類似案例，進行合理設計。

（二）建筑功能對于選型的影響

高層建筑的結構選型必須要滿足功能設計要求，所以建筑功能要求是在進行選型設計的主要思考因素。無論是何種建筑都要實現勘察設計能夠和周圍環(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】。選型設計要根據建筑的結構體系與功能要求，并依照《高層建筑混凝土的結構技術規(guī)程》中的相關規(guī)范選型的大致設計。對建筑的規(guī)模、功能空間以及高度的設計分配進行初步設計，設計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)省后期的維護費用以及施工成本，還需要保證結構剖面和使用空間的協調性。

（三）結構受力因素

不同的結構體系均有著自己的受力特點，而不同的施工區(qū)域在抗風、抗震能力以及整體的剛度要求均有不同，在選型時不但要保證結構的受力情況符合當地環(huán)境特點，還要從力學角度對不同結構體系的各自特點及優(yōu)劣性進行比較，選取最佳結構體系，之后再井下其它因素的分析。

（四）工程施工技術

隨著科技的發(fā)展，新的施工機械和施工技術在建筑工程中也廣泛應用，這使得高層建筑以及大跨度建筑的各種結構形式都能夠實現【6】。傳統的深基坑支護、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術都進行了逐步改善，組合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工藝逐漸趨于成熟，這些技術的進步保證了先進的建筑結構形式的實現。

（五）經濟性因素

在市場經濟體制的環(huán)境下，施工企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須具備一定的競爭力，因此在考慮安全性的基礎上還要兼顧建筑的經濟性。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。因此在結構選型的過程中，必須要考慮到經濟性，可在選型時對不同設計方案運用成本預算的方法，根據預算結果與多方面因素選取最佳方案。

三、高層建筑結構選型

在傳統的結構設計中，人們往往將注意力集中于建筑結構的力學分析、結構的設計和施工，而忽視了設計階段前的許多更為重要的問題^【7】。根據高層建筑結構的受力特點，對高層建筑結構在概念階段的設計顯得尤為重要，該階段設計的優(yōu)缺點直接影響建筑工程整體的經濟性。

（一）高層建筑結構體系選型與建筑施工的關系

高層建筑施工工藝的不同，不僅會影響到材料消耗、勞動力、工期及造價等技術經濟指標，而且也會影響到建筑結構的受力狀態(tài)，抗震性能等。所以在高層建筑結構體系選型時就要對施工工藝連同其它因素加以權衡，綜合考慮。現澆鋼筋混凝土高層建筑結構的造價主要包括材料、模板及施工三部分。據統計，在造價中模板的費用是最主要、最易變化的部分，它可占總造價的33%-55%，模板體系選擇是否合理，不僅影響主體結構造價，而且與施工速度及勞動力消耗有著密切關系。

（二）高層建筑結構抗震體系選定的原則

（1）具有明確的計算簡圖和合理的地震力傳遞路線;（2）具備多道抗震防線，不會因部分結構或構件失效，而導致整個體系喪失抗側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，從而使結構體系遭遇地震時具有足夠的防倒塌能力;（4）沿水平和豎向結構的剛度和強度分布均勻，或按需要合理分布，避免出現局部削弱或突變，形成薄弱環(huán)節(jié)，從而防止地震時出現過大的應力集中或塑性變形集中的危險。

在確定高層建筑方案的同時，應綜合考慮房屋的重要性、設防烈度、場地類別、房屋高度、地基基礎，以及材料供應和施工條件，并結合結構體系的經濟、技術指標，選擇最合適的結構體系。

結束語

高層建筑在當前社會中越來越普遍，并已成為了建筑業(yè)的未來發(fā)展趨勢。在這一背景下，建筑結構的選型問題已經逐漸引起了相關學者的重視。結構選型受諸多因素所影響，選擇過程十分復雜，要對很多不確定性加以考慮，同時還要重視結構的創(chuàng)新性、經濟性，同時為適應發(fā)展形勢，還需加入智能化設計成分。總之，在高層建筑結構選型的設計過程中，設計人員必須在保證建筑安全性與經濟性的基礎上，充分結合在地的風壓值、土質情況、層數、功能需求，為社會提供精品的高層建筑工程。

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