影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的因素研究

石 晶

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的因素研究

石 晶

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

高層建筑結(jié)構(gòu)選型具有一定的復(fù)雜性，并且在這個(gè)過(guò)程中存在著大量不確定以及未知的因素.因此，高層建筑結(jié)構(gòu)選型必須分析出主要影響因素以及次要影響因素，并且還要能夠了解各個(gè)因素之間的聯(lián)系.這樣才能夠更好地解決高層建筑結(jié)構(gòu)選型中存在的更加深層次的問(wèn)題.本文主要分析了影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的因素.

高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；因素

結(jié)構(gòu)選型通常會(huì)受到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全等因素的影響.并且這些因素具有著一定的隨機(jī)性以及不確定性.因此，決策人員必須能夠?qū)Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)選型的因素進(jìn)行明確的分析，從而能夠更加深層次的了解各個(gè)因素的聯(lián)系以及層次性.這對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型具有著非常重要的作用.

1 結(jié)構(gòu)的功能適應(yīng)性

1.1 建筑物的使用空間要求

不同的建筑物都要求有著不同的客觀空間環(huán)境.這也能夠反映出建筑物的規(guī)模、尺度以及不同建筑物之間的關(guān)系.建筑物的使用空間要求也代表著建筑方案的特征.而這對(duì)于結(jié)構(gòu)選型有著兩方面的影響.第一，結(jié)構(gòu)型式對(duì)于建筑物的使用空間有著一定的影響.如果結(jié)構(gòu)型式不同，那么建筑物的使用空間也會(huì)有所不同.這主要是由于不同的結(jié)構(gòu)體系有著不同的建筑內(nèi)部空間.第二，結(jié)構(gòu)型式能夠影響到建筑物的空間高度.如果結(jié)構(gòu)型式不同，那么建筑物會(huì)有著不同的空間高度.這主要是由于結(jié)構(gòu)型式對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件高度有著決定性的作用.

1.2 建筑物的使用功能要求

一般情況下，高層建筑的主要類型為住宅、公寓、公共建筑以及旅館等.不同類型的高層建筑都有著不同的功能要求.如果建筑物內(nèi)部的平面布局和空間分隔有著不同的特點(diǎn)，那么結(jié)構(gòu)體系的選型要求也有著很大的不同.如果建筑物的功能不同，那么和建筑物相匹配的結(jié)構(gòu)形式也會(huì)只有幾種.比如：高層住宅建筑不具有較大的使用空間，并且有著許多的分隔墻體，同時(shí)每層都有著相同的平面設(shè)置.這些特點(diǎn)和功能都表明了高層住宅建筑只能夠和框架剪力墻結(jié)構(gòu)或者剪力墻結(jié)構(gòu)相匹配.

2 結(jié)構(gòu)的受力合理性

不同的結(jié)構(gòu)體系具有著不同的受力特征.并且不同的結(jié)構(gòu)體系有著不同的抗震能力以及抗風(fēng)能力等.同時(shí)結(jié)構(gòu)選型也必須確保結(jié)構(gòu)體系的受力具有一定的合理性.因此，結(jié)構(gòu)選型當(dāng)中應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析不同結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)以及不足之處，并且結(jié)合其他的影響因素來(lái)挑選出符合條件的結(jié)構(gòu)體系.結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的有效性、抗震的可靠性、應(yīng)力分布的合理性、傳力途徑的明確性等都能夠體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)受力的合理性.同時(shí)，如果場(chǎng)地條件不同，那么基本風(fēng)壓、設(shè)防烈度等環(huán)境條件的影響也會(huì)所不同.

2.1 環(huán)境條件

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)受到水平荷載的控制.對(duì)于非地震區(qū)而言，水平荷載中的風(fēng)荷載會(huì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到控制的作用.第一，如果層間位移過(guò)大，那么結(jié)構(gòu)體系中的柱、墻以及梁等承重構(gòu)建就會(huì)在不同程度上受到嚴(yán)重的破壞，甚至一些構(gòu)建會(huì)出現(xiàn)比較大的擺動(dòng).第二，風(fēng)荷載會(huì)使得高層建筑當(dāng)中工作和生活的人群感到非常的不舒服.因此，在非地震區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型應(yīng)當(dāng)特別重視風(fēng)荷載因素的作用，并且應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的變形、強(qiáng)度等進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型.另外，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)當(dāng)控制風(fēng)荷載的振動(dòng)作用不會(huì)使人們產(chǎn)生不適感.地震運(yùn)動(dòng)的過(guò)程比較復(fù)雜并且非常的隨機(jī).因此，結(jié)構(gòu)選型不僅不能給準(zhǔn)確的劃定出地震的區(qū)域和范圍，也不能夠在全國(guó)范圍內(nèi)設(shè)置一定的標(biāo)準(zhǔn).這使得結(jié)構(gòu)選型具有著非常大的困難.大量經(jīng)驗(yàn)表明，數(shù)值計(jì)算分析的精確性能夠在很大程度上保證抗震結(jié)構(gòu)體系選擇的合理性.但是在這個(gè)過(guò)程中，工程經(jīng)驗(yàn)以及概念設(shè)計(jì)思想運(yùn)用的正確性同樣具有著非常重要的作用.

2.2 場(chǎng)地條件

建筑場(chǎng)地條件對(duì)于設(shè)防烈度以及基本風(fēng)壓有著非常重要的影響.在結(jié)構(gòu)選型的過(guò)程當(dāng)中，建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程地質(zhì)以及地震活動(dòng)情況來(lái)選擇建筑場(chǎng)地，并且要按照相關(guān)的規(guī)范以及工程的需求來(lái)對(duì)建筑場(chǎng)地進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià).如果沒(méi)有條件進(jìn)行建筑場(chǎng)地的選擇，那么結(jié)構(gòu)選型時(shí)要加強(qiáng)對(duì)于結(jié)構(gòu)型式的選擇.這樣能夠保證結(jié)構(gòu)受力更加合理.

3 結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)有效性

在工程建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中，每個(gè)國(guó)家都需要采取一定的措施來(lái)提高工程投資所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益.高層建筑結(jié)構(gòu)選型從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的比較具有著非常重要的作用.而建筑企業(yè)一般通過(guò)衡量結(jié)構(gòu)方案來(lái)對(duì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合性的分析.分析的內(nèi)容主要為影響經(jīng)濟(jì)效益的因素，同時(shí)也要能夠?qū)Y(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面的分析.

3.1 一次性投資成本

建筑工程的投資成本主要指的是在施工過(guò)程中所應(yīng)用到的勞力、建筑材料以及施工機(jī)械設(shè)備等的費(fèi)用.因此，一般情況下，建筑材料的節(jié)省能夠在很大程度上降低一次性投資.

3.2 綜合考慮結(jié)構(gòu)方案對(duì)建筑物造價(jià)的影響

有些結(jié)構(gòu)材料價(jià)格比較貴，但由于其具備良好的質(zhì)量，也可能會(huì)提升建筑物的整體質(zhì)量，為造價(jià)工作帶來(lái)好處.例如，在一定的跨度條件下密肋樓板和梁板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，使用前者費(fèi)用較高，但卻可以降低結(jié)構(gòu)高度，所有可能會(huì)更好的降低樓層增加經(jīng)濟(jì)效益.

3.3 考慮因?yàn)闇p少工期而增加的經(jīng)濟(jì)效益

減少施工周期，能夠使建筑提前交付使用，建設(shè)企業(yè)可以提前得到經(jīng)濟(jì)收入，減少貸款時(shí)間，進(jìn)而少付利息.所以，有些結(jié)構(gòu)方案有可能一次性投入很高，但在長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)卻是非常經(jīng)濟(jì)的方案.

3.4 考慮結(jié)構(gòu)全壽命期費(fèi)用

在對(duì)結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析的時(shí)候，只考慮一次性費(fèi)用這是不合理的.通常情況下，一棟建筑的使用周期為五十年，在這段時(shí)間內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生維修、保養(yǎng)、災(zāi)后重建等費(fèi)用，這往往是一筆很大的支出.所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案選型決策的時(shí)候也必須考慮到.比如，對(duì)一棟高層建筑來(lái)說(shuō)，如果采用的是鋼結(jié)構(gòu)，那么在后期必定要進(jìn)行防腐處理，從其使用周期來(lái)說(shuō)，這比費(fèi)用是十分巨大的.但若是使用鋼筋混凝土也不用花費(fèi)這項(xiàng)支出，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看會(huì)節(jié)省很多費(fèi)用.對(duì)于類似情況，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型的時(shí)候，必須要經(jīng)過(guò)綜合考慮后再進(jìn)行決策.

4 結(jié)構(gòu)的施工方便性

建筑施工技術(shù)以及生產(chǎn)手段對(duì)結(jié)構(gòu)的影響有以下三點(diǎn)：第一，先進(jìn)的施工技術(shù)是保障先進(jìn)結(jié)構(gòu)選型的前提.第二，結(jié)構(gòu)方案的選擇，要和施工條件相結(jié)合.如果施工技術(shù)達(dá)不到結(jié)構(gòu)方案的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)給施工帶來(lái)很大的難度.比如若采用框架結(jié)構(gòu)，就要充分的考慮到焊接技術(shù)，若是焊接技術(shù)不足，就無(wú)法保證工程的質(zhì)量.另外，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇的時(shí)候還要充分的考慮到施工條件.因?yàn)榭赡芡环N結(jié)構(gòu)類型對(duì)施工工藝的要求不同，而不同的施工工藝也所使用的材料以及勞動(dòng)力和工期、造價(jià)也會(huì)有所不同.并且還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、抗震性能以及計(jì)算分析和構(gòu)造措施造成一定的影響，因此，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行選擇的時(shí)候，要充分的考慮到施工的工藝以及各方面的因素.第三，要充分考慮到一些結(jié)構(gòu)的受力狀況，是否在施工和使用階段存在出入.比如升板結(jié)構(gòu)在使用階段類似于現(xiàn)澆無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，柱子和樓板進(jìn)行連接，而在施工提升階段柱板節(jié)點(diǎn)只能視為鉸接，很明顯選型時(shí)對(duì)此類結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮這些因素的影響.

5 結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)減災(zāi)能力

結(jié)構(gòu)抗災(zāi)減災(zāi)性能包括抗震減災(zāi)性能、抗風(fēng)減災(zāi)性能、抗火減災(zāi)性能、抗地質(zhì)災(zāi)害比如滑坡、沉降等性能.其中抗風(fēng)減災(zāi)性能可以通過(guò)抗風(fēng)壓的形式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高度和剛度的合理性；康地質(zhì)災(zāi)害能可在場(chǎng)地選擇及基礎(chǔ)選型中考慮；結(jié)構(gòu)抗火減災(zāi)性能可以選擇防火抗火材料、加強(qiáng)消防設(shè)施建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在進(jìn)行選型的時(shí)候，一般不會(huì)考慮到這方面因素.結(jié)構(gòu)的抗震減災(zāi)能力是建筑結(jié)構(gòu)必須要考慮的問(wèn)題，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該具備明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑.（2）結(jié)構(gòu)體系的抗震性設(shè)計(jì)，要防止因?yàn)橐恍┙Y(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的損壞，而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的抗震性能造成影響.（3）要具備良好的承載能力以及變形能力和消耗地震能力的能力，其中鋼筋混凝土具有良好分地震能力的作用，采用鋼筋混凝土可以有效的降低地震造成的破壞.（4）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該具備許多抗震防線，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)就是具備很好性能的多道防線和抗震結(jié)構(gòu)，其中剪力墻不但是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，還是第一道抗震防線.（5）結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有一定的剛度，使高層的主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度具備一定的和力度，是進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一.高層建筑的主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度必須要達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所規(guī)定的水平位移以及整體穩(wěn)定和強(qiáng)度延性的高要求，確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升抗震性能.

6 結(jié)構(gòu)的美學(xué)效應(yīng)

對(duì)高層建筑的建設(shè)來(lái)說(shuō)，除了物質(zhì)上的功能來(lái)說(shuō)，人們還對(duì)其另外一種需求，那就是美學(xué)性能，主要包括四個(gè)方面：?jiǎn)误w視覺(jué)形象美、外部環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)美、內(nèi)部功能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)美、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的技術(shù)美.前三種美學(xué)性能要求高層建筑實(shí)使用功能和美學(xué)功能得到統(tǒng)一.第四種美學(xué)性能是建筑構(gòu)件以及材料性能方面的先進(jìn)性.總的來(lái)說(shuō)，就是要求高層建筑在具備所有使用功能的同時(shí)符合人們的審美標(biāo)準(zhǔn)，并保證其結(jié)構(gòu)和材料的先進(jìn)性，使高層建筑綜合性能得到提高.

在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)師往往會(huì)忽略到各種因素對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響，進(jìn)而使選型和實(shí)際需求產(chǎn)生誤差，影響了高層建筑的質(zhì)量.因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型決策的時(shí)候，要注意到這一點(diǎn)，在對(duì)各種影響因素進(jìn)行綜合性考慮之后，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，保證選型的正確性，提升高層建筑結(jié)構(gòu)選型的正確性.

〔1〕張世海,劉正保,張世忠.高層建筑結(jié)構(gòu)選型需求分析[J].四川建筑科學(xué)研究，2004(04).

〔2〕王光遠(yuǎn),呂大剛,張世海.論結(jié)構(gòu)選型的若干關(guān)鍵問(wèn)題[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(01).

〔3〕陶忠,張耀春,韓林海,王光遠(yuǎn).關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的初步探討[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(01).

TU973

A

1673-260X（2017）10-0052-02

2017-07-16

國(guó)家級(jí)課題：基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)的工程力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐（KYKT786）