分析高層建筑施工中的結構設計與成本控制嘗試

張俊

摘? ? 要：近年來，我國城市化進程不斷加快，城市的規模和人口數量都在迅速增加，高層建筑已經成為現代城市建筑的主要發展趨勢之一。而在高層建筑的結構設計中，既要嚴格遵守相關的設計規范，綜合考慮建筑結構的承載能力、抗震性能以及結構強度等因素，合理選擇結構體系，同時結構設計人員也要加強成本控制意識，提高結構設計的經濟性，優化設計方案。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;成本控制

1? 引言

隨著我國建筑行業的發展，新的建筑結構體系以及新的建筑施工材料不斷出現，同時在高層建筑的結構構件的生產加工以及施工工藝等方面也取得了明顯的進步，這些因素都在客觀上促進了高層建筑結構設計水平的提高。因此在高層建筑的結構設計中，設計人員既要嚴格遵守相關的設計規范，科學計算荷載、結構變形、側移以及延展性等多項指標參數，合理選擇結構體系以及施工材料。同時由于結構設計階段對高層建筑工程整體造價的影響達到了75%以上，是成本控制中關鍵環節，所以設計人員在高層建筑的結構設計中也要增強成本控制意識，提高結構設計的經濟性，促進高層建筑結構設計向實用性、經濟性以及功能多樣性等方面不斷發展。

2? 分析高層建筑工程中的結構設計

2.1? 高層建筑施工中結構設計的要點

（1）合理確定高層建筑工程的水平荷載。在高層建筑的結構設計中，由于其豎向荷載主要來自于樓體的自重，在結構設計中可以作為定值來考慮[1]。而高層建筑的水平荷載則會受到地震以及強風等多種因素的影響，并且存在一定的可變性因此在建筑結構的動力特性設計中要充分考慮水平荷載因素。

（2）合理控制高層建筑工程的軸向變形。由于高層建筑具有較大的豎向荷載，其發生軸向變形的機率比較大，而軸向變形會直接影響連續梁的彎矩，從而使連續梁端支座以及跨中正彎矩增加，而中間支座則會出現負彎矩降低的情況。同時，軸向變形還會影響到預制構件的規格。因此在結構設計中確定預制構件長度時應充分考慮軸向變形因素，并適當調整設計長度。此外，軸向變形因素也會影響建筑結構的側移以及建筑構件剪力，如果在結構設計中沒有對其進行充分的考慮，會影響建筑結構的安全性和穩固性。

（3）合理控制高層建筑工程的結構側移。在設計高層建筑結構時，應充分考慮其結構側移因素。由于高層建筑的高度比較高，其結果在水平荷載作用下會產生較大的側移變形，所以在結構設計中應根據設計規范的要求，并結合水平荷載，合理控制高層建筑結構的側移。

（4）合理確定高層建筑工程的延性特點。高層建筑與普通建筑相比，其結構柔性相對較大，因此其受地震影響也比較明顯，更容易出現結構變形的情況。因此在高層建筑的結構設計中應適當增加結構的延性設計，提高高層建筑結構的抗震性能，以保證建筑結構的安全性和穩固性。

2.2? 高層建筑工程結構體系設計

（1）高層建筑結構的剪力墻體系分析。在高層建筑結構設計中可以采用剪力墻結構體系來進行主體結構的設計。由于剪力墻結構具有較高的剛性以及強度，同時其結構延性也相對較高，能夠實現均勻傳力，因此其是一種整體性和抗震性能都比較突出的結構體系，與框架結構體系相比，其能建高度更高[2]。

（2）高層建筑結構的剪力墻結合框架體系分析。如果采用框架結構體系達不到高層建筑工程的剛度以及強度要求時，在結構設計中將部分框架結構改為剪力墻結構，使其形成剪力墻與框架的綜合性結構體系，這樣就可以有效增加建筑結構的承載能力，剪力墻以及框架結構可以通過連梁以及高剛度樓板的相互配合來形成強度更高的綜合性結構。在這一結構體系中，主要由剪力墻來承擔水平荷載，而垂直荷載則主要是由框架結構來承擔。通過增加剪力墻的結構設計，使高層建筑結構增加了側向剛度，有效的控制了其水平位移，因此該結構體系能夠適應較高建筑的施工要求。

（3）高層建筑結構的筒體體系分析。筒體體系也就是在高層建筑結構的抗側力構件設計中采用單筒體、多束筒以及筒體框架等多種筒體結構來進行設計。常用的筒體結構主要包括空腹筒以及實腹筒這兩大類空間受力類型，其中空腹筒主要指的是通過混凝土外墻以及密排柱等形成的受力結構，而實腹筒則主要是建筑曲面或平面墻所形成的單體受力結構。由于筒體結構體系不僅受力均勻，而且其強度以及剛度也比較高，因此具有更好的抗震以及抗風能力，能夠適應超高層建筑的施工需要。

3? 分析高層建筑結構設計階段的成本控制措施

3.1? 在材料選擇環節加強成本控制

在高層建筑的結構設計中，選擇不同的建筑材料將直接影響工程的成本控制效果。由于近年來我國新型建筑材料得到了較快的研發應用，因此設計人員應積極理解最新的材料性能以及相關的施工工藝，以提高材料選擇的合理性，在保證材料的質量性能能夠符合高層建筑施工要求的基礎上，提高材料選擇的經濟性。例如在鋼板的選擇上，應根據高層建筑工程的特點以及相關的環境因素等合理選擇單板、保溫板以及不同材質保溫層的板材等，對高程建筑施工的成本進行合理的控制。此外，在選擇高層建筑的墻體材料時，也應在保證墻體結構強度的基礎上盡量選擇節能性和經濟性比較好的墻板。由于墻體材料成本在高層建筑工程成本中的占比達到了15%～25%左右，因此合理選擇墻體材料將直接關系到工程成本控制的效果[3]。

3.2? 在結構體系選擇環節加強成本控制

在高層建筑的結構設計中，結構體系的選擇也會對工程的成本控制效果產生重要的影響。例如在小高層建筑的結構設計中，可以選擇框架、剪力墻以及短肢剪力墻等多種結構體系。因此需要設計人員根據工程的抗震等級要求以及施工條件等選擇相應的結構體系。例如短肢剪力墻結構的抗震性能比較好，但是由于其配筋率比較高，因此其成本也相對增加，在設計中應在保證滿足建筑結構的抗震要求的基礎上，盡量選擇經濟性比較好的結構體系。

3.3? 在結構布局環節加強成本控制

在高層建筑的結構設計中，結構布局的合理性也直接關系到工程的造價，因此在設計中要合理布置建筑的柱網結構，盡量采用規則性的軸網設計。例如在設計高層建筑的地下車庫時，與兩層地下室的結構設計相比，采用單層大底盤的結構設計會明顯增加工程造價[4]。因此在保證建筑結構的穩定性，實現建筑各項設計功能的基礎上應合理選擇結構布局，對設計方案進行優化，以提高結構設計階段的成本控制效果。

3.4? 在配筋設計環節加強成本控制

此外，在高層建筑的結構設計中，提高混凝土配筋的合理性能夠有效提高成本控制的效果。在設計混凝土的配筋率時，應在保證其強度的基礎上對配筋率進行優化設計，可以采取綜合適應分離式鋼筋以及通長鋼筋等方式，并對構件界面進行相應的調整，從而提高配筋率設計的經濟性。

4? 總結

高層建筑施工對結構設計提出了更高的要求，設計人員必須在保證建筑結構穩定性和安全性的基礎上，提高結構設計方案的經濟性。這就要求設計人員要不斷提高個人的綜合素質和業務水平，及時了解新的結構設計理論和新的材料工藝，增強成本控制意識，這樣才能在結構設計中積極運用先進的設計技術手段，對各種相關因素進行綜合性的分析，提高結構布局的合理性和成本控制的效果，優化結構設計方案，全面提升高層建筑結構設計的水平和質量。

參考文獻：

[1] 郝麗娜.淺談高層建筑結構設計中的選型設計和成本控制[J].門窗，2018（3）：143+145.

[2] 雷波.淺析建筑施工中成本控制及結構設計問題[J].江西建材，2013（6）：30～31.

[3] 高芳芳.淺談高層建筑的結構設計與建筑成本的控制[J].中國建筑金屬結構，2013（10）：186.

[4] 張嵩.分析高層建筑施工中的結構設計與成本控制[J].廣東科技，2009（20）：85～86.