超高層建筑結構選型與經濟性分析

王一峰

摘 要：目前超高層建筑越來越多，為了確保超高層建筑的安全性及經濟性，必須合理進行選型，本文即進行了超高層建筑結構選型及經濟性分析。

關鍵詞：超高層建筑；結構選型；經濟性分析

前言：超高層建筑結構選型的合理性直接關系到資源利用和經濟效益的實現，同時，在進行結構選型時，要充分考慮結構的性能要求及經濟性。

1、超高層建筑結構體系概述

1.1成束筒結構體系

成束簡結構是束狀體，通過多個單筒集合而成，此結構是具有空間剛度極大的特點。在受到水平力的作用時，成束筒結構會產生一定程度的彎曲，造成內外側板框架彎曲，并且最終導致成束筒產生很大的軸力。由此造成，成束筒結構柱的軸力分布近乎均勻水平，滯后現象因為水平力的作用而減弱，同時增強了結構的空間作用。成束筒結構可以形成多種形式，比如說平面矩形、六邊形等。能形成多種形式的原因是因為成束筒結構的木質是能夠將單個筒體進行組合，并且可以根據建筑的各項要求，將各個筒進行靈活地布置。

1.2巨型結構體系

巨型結構體系一般分為兩類，即巨型框架結構體系與巨型析架結構體系。由于是由多級結構組成，因此巨型結構體系與一般超高層建筑結構體系相比，具有一些自己獨特的優點，比如說剛度大，適應性好等。巨型結構體系具有剛度大的原因是，它的主結構構件的截面積比一般的要大出好多。巨型結構體系具有適應性好的原因是，它具有較大的靈活空間，可以根據建筑需求，靈活布置結構。對于巨型結構體系來說同樣也是有缺點的。由于巨型結構高度大，因此，萬一出現火災的話，其消防難度可想而之。巨型結構體系通常使用大量玻璃作裝飾面，因此造成嚴重的光污染現象。由于巨型結構體系形體復雜，因此對應于它的抗展性設計方案目前還不成熟，仍需進一步研究。

1.3伸臂結構體系

由中央核心簡伸出剛有和外側柱相連的結構就是所謂的伸臂結構體系。此體系具有結構抗側剛度大的優點，剛臂的選擇也有三種可能，可以是剛析架，也可以是開洞或者無洞的混凝土梁。伸臂結構在限制水平位移和減小簡體內彎矩方面具有非常好的效果，是因為它可以限制芯筒彎曲程度。

2、超高層建筑結構選型分析

2.1經濟性的要求

經濟性的問題是結選型時最重要的因素。結構的高度、平面形狀、規則程度以及施工方法等，都是影響經濟性的重要的因素。任意因素變化都會導致經濟指標的巨大變化。對于超高層建筑來說，抗側力結構體系是重中之重。二要使技術經濟指標在一個合理的水平，就需要對平面或者豎向進行合理的布置。側向力產生的彎曲應力小于等于軸向應力三分之一時，對于超高層建筑來說，此時的的結構體系最是經濟的。一般的高層建筑很容易就達到側向力產生的彎曲應力小于等于軸向應力三分之一的要求，但是隨著建筑高度的增加，達到這種要求的可能性就越來越小，因為此時是整個結構的剛度限制了結構的設計。

2.2抗震性的要求

近些年來，我國一些地區出現不同程度的地震，不止我們國家，新聞報導外國也時常有地震發生。對于這樣的天災，我們不能避免，但是我們可以減少地震帶給我們的傷害。首先要做的就是，把我們的建筑修的盡可能地牢固。一般來說，超高層建筑抗震性能分為四個等級，即為完全可使用、基本可使用、修復后使用、生命安全四個等級。為了要將結構受力合理與建筑造型美觀和諧地統一起來，建筑師與結構工程師在超高層建筑設計過程中一定要好好合作，共同討論，一起商討出既滿足美觀要求又滿足結構受力合理的建筑物設計方案。由于要保證超高層建筑的經濟性，結構工程師務必要盡早參與建筑設計方案，只有這樣才能避免設計方案與施工方案產生不符合實際的情況。

2.3施工方法要求

施工方法對于超高層建筑來說，就如同做菜方法與菜的關系一樣。做菜的方法正確，步驟正確，做出的飯自然就是無毒的，自然就是美味可口的，自然就是會受人們喜歡。同樣，只有施工方法正確，才能保證超高層建筑物的質量，才能保證施工人員生命的安全性。選擇好的施工方法就是選擇了以最少工程建設費用，以最短工期，建造出質量最好的超高層建筑。一般來說，建筑物越復雜，樓層越高，對應于它們的施工方法也就更加復雜，更加需要經過深思熟慮。

3、超高層建筑經濟性影響因素

3.1設計階段

超高層建筑在設計中，需要考慮到外觀、平面布置等方面。在建筑設計中，假如出現不合理的現象，則會增大建筑的結構受力，導致內力傳遞不合理的發生，為了滿足施工設計需求，則必須通過增大構建截面尺寸、鋼筋用量等措施來滿足建筑承載力的需求。這就極易造成建筑材料的增加，導致施工成本的提高。在超高層建筑結構設計時，建筑結構設計對建筑的承載力有著直接影響。因此，在進行建筑結構設計時，要考慮到建筑的經濟性，需要進行合理的結構選型。結構的不同消費的成本也有所不同。建筑排水設計也是至關重要的內容，在設計過程中，需要滿足上部樓層用戶的水壓問題。

3.2施工階段

在施工階段的經濟性影響因素主要是施工效率的問題。在超高層建筑施工過程中，應該根據實際情況，考慮施工質量、施工進度和施工成本等綜合評價制定合適的施工方案。在施工中施工方案不合理，會導致施工過程中材料、器械的浪費；還會由于施工進度安排不合理造成工作人員窩工等現象。這些都對超高層建筑經濟性有不利影響。

4、超高層建筑經濟性的措施

4.1合理進行結構選型

在超高層建筑的結構選型過程中，需要選擇最為適當的結構類型。其中有框架核心結構、核心筒結構等。不同的結構類型都有各自的優點與缺點。因此，在結構選型時，要考慮到各個因素，選擇最符合建筑施工需求且經濟性較高的。

4.2科學進行結構設計

結構設計和建筑設計相關，在進行結構設計時遇到問題可以與建筑設計單位進行溝通交流。結構設計應該滿足以下要求：首先應該進行合理的荷載統計，在設計時充分發揮構件的性能，按照規范要去進行構件截面尺寸、配筋的設計。對于基礎設計時，選擇合適的基礎類型，充分發揮樁和地下持力層的作用，避免設計富余。

4.3合理進行外觀設計

建筑外觀的設計不僅要考慮到美觀的效果，還要注重建筑外觀的成本影響。因此，在進行建筑外觀設計時，應注意到這幾點：一是注意到建筑的橫向對稱，其主要是為了避免風荷載給建筑帶來影響，假如結構設計出現不對稱的現象，就會極易產生扭矩。另外，還應注意到縱向保持剛度均勻，保證其不發生突變當發生突變時，就會造成很大的層間位移，這時則需設置加強和轉換層，從而導致成本的增加。二是在平面布置時，應注意到建筑設計的各個方面，其中包括排水、建好組消防等，這樣才能使建筑設計符合建筑施工的實際需求，從而避免資源浪費的現象，從而提高超高層建筑的經濟效益。

5、結語

總的來說，結構選型在于考慮結構自身的綜合性能，在超高層結構選型中，要確保滿足結構性能要求，并且可以兼顧結構經濟性。

參考文獻：

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