淺談超高層建筑結構經濟性探討

呂云飛?王鋒

摘 要：近些年來，隨著科學技術不斷發展，我國超高層建筑不斷增多。因超高層建筑的投資金額巨大，結構造價比例較大，加上結構材料、結構體系和建筑體型影響，施工方案、施工周期對結構造價具有一定影響。針對300m高度建筑，初步統計、分析其鋼筋用量和結構，可合理控制造價平衡點，優化建筑結構，提升超高層建筑的經濟性。

關鍵詞：超高層；建筑結構；經濟性

近些年來，我國社會經濟獲得巨大發展，各城市的超高層建筑數量逐漸增多，按照我國相關部門統計表明，每5天，我國就有一棟超高層建筑封頂，在未來10年內，我國超高層建筑將超過美國。針對超高層建筑，引起樓層較高，施工周期較長，投資金額巨大，結構造價占據了40%左右。所以，合理控制結構造價，可有效減少投資成本，促進綠色建筑、節能建筑的發展。筆者根據自身多年的結構設計經驗，主要分析超高層建筑的經濟性。

1.超高層建筑結構的經濟性研究

首先，高寬比。若其它條件形同，超高層建筑在風荷載作用力下，基底傾覆力矩、高度呈正比。高度四次方和頂產側向位移呈正比，超高層建筑寬度、高度明顯大于普通建筑，且側移能力、抵抗水平，是超高層建筑結構的重要問題。所以，針對超高層建筑設計，通過增加其寬度，可降低工程造價。

其次，錐形化體型。針對超高層建筑，錐形化體型結構較為常見，在伸高過程中，利用截面收縮，使風荷載作用下降，產生橫風向、漩渦脫落效果，使結構抵抗水平得以提升，進而提升結構抗側力剛度，增強傾覆力矩的抵抗力。所以，使用錐形化體型結構，不僅具有安全性，還具備了美觀性和經濟性特點。

第三，抗風體型。若建筑高度大于150m，均會受到風力影響。所以，針對高層建筑的經濟性，在設計時，可選擇扭轉、御風體型設計。其一，御風體型。在建筑高區立面，設置洞口，以減小迎風面面積，降低基底風荷載，提升建筑安全性和經濟性。其二，扭轉體型。使用扭轉體型，可降低橫風向荷載，降低設計造價。

2.超高層建筑結構設計的經濟性問題分析

目前，我國建筑行業正處于高速發展階段，建筑發展、內涵必須重新審視。現階段，在建筑創作中，我國不注重建筑結構經濟性，或認識較為片面。筆者認為，主要包含如下問題：

首先，不重視建筑方案經濟性。針對建筑設計構思，習慣采取一般性建筑形式、建筑表現和建筑功能。在設計方案評價時，只重視空間、技術、形式等先進性，缺乏經濟性研究，未開展經濟條件分析，導致實際工程遠遠超過經濟條件。

其次，不注重建筑使用消費成本。對于建筑經濟性，片面認為是控制建設成本，不注重資源成本、能源消耗下降，缺乏社會資源的二次高效利用，使得建設低投入，而使用低效率和高能耗問題。

第三，綜合效益觀念缺乏。片面理解經濟效益，在建筑發展中，把高經濟回報作為首要目標，而忽略社會效益和環境質量，進而難以保證經濟效益。同時，對于傳統經濟增長思路，經濟性認為是投入成本限制、最大化產出。產生這些問題，主要是由于傳統發展觀念影響。針對超高層建筑，社會消費觀念、整體利益協調、自然資源消耗等，并未納入到經濟性范疇，傳統發展思路制約了建筑結構設計。

3.超高層建筑結構設計的經濟性策略

首先，合理使用計算簡圖。針對超高層建筑，在結構計算時，是以計算簡圖為基礎，若計算簡圖選擇不合理，必然會引起結構安全事故發生。因此，選擇合理計算簡圖，是確保結構安全性、可靠性的重要保障。同時，還需采取構造措施，保證計算簡圖準確性。針對實際饑餓哦股節點，不會是單純剛結點、絞結點，和計算簡圖誤差，必須控制在允許范圍內。可以說，超高層建筑結構設計，合理使用計算簡圖，是經濟性保證的基礎。

其次，選擇合理基礎方案。在超高層進駐基礎設計方面，需按照工程地質條件，結合荷載分布狀況和上部結構類型，考慮施工條件、相鄰建筑物影響等因素，明確合理性、經濟性基礎方案。在設計過程中，使地基潛力得以充分發揮。如有必要，需實施地基變形計算。在基礎設計時，需具有詳細、真實的地質勘查報告。若缺乏地質勘查報告，必須考察臨近建筑和現場查看。一般而言，若為同一結構單位，不能選擇兩種不同類型設計。通過合理基礎方案設計，確保建筑經濟性。

第三，選擇最佳結構方案。如上文所述，建筑結構方案，對超高層結構經濟性具有嚴重影響。可以說，一個設計是否合理，必須選擇經濟、安全的結構方案，明確可行性結構體系，制定合理結構形式。在結構體系中，做到簡捷傳力和明確受力。針對同一結構單元，防止選擇不同結構體系，以滿足地震區的豎向、平面應力要求。同時，針對工程設計，需綜合考慮施工條件、地質狀況和材料供應因素，和建筑各方進行協調溝通，明確結構選型，合理制定結構方案。如有必要，需加強技術性、經濟性對比，選擇最佳結構方案。

第四，正確分析經濟性結果。針對超高層建筑結構設計，通常選擇計算機技術，然而因各類軟件種類眾多，使用不同軟件，計算結果也不同。所以，設計是應明確程序使用條件和適用范圍。通過計算機輔助設計，防止人工輸入誤差，確保結構實際狀況和程序相符。因此，結構設計師拿到計算結果后，需加強分析、科學校核，作出正確判斷。隨著科學技術不斷發展，在超高層結構設計中，利用計算機輔助軟件，可確保經濟性分析結果的準確性、可靠性。

4.結束語

綜上所述，針對超高層建筑投資，結構造價比例較大。所以，針對超高層建筑結構設計，必須立足概念設計，考慮建筑材料、施工、體系和體型等方面因素，不斷提升建筑結構經濟性。同時，針對超高層建筑結構設計，在具體措施中，必須合理使用計算簡圖，選擇合理基礎方案和最佳結構方案，正確分析結果，選擇科學構造措施，通過各項措施的合理化、規范化，有效降低超高層建筑結構的造價成本，提升結構經濟性。

參考文獻：

[1]曹瓏芳.超高層建筑結構體系及選型[J].低溫建筑技術，2011，33（12）：52-54.

[2]杜濱.建筑工程降低結構造價及能耗的措施[J].墻材革新與建筑節能，2012，（3）：56-58.

[3]徐超軍.建筑結構設計中的安全及經濟性研究[J].城市建設理論研究，2014，（11）.