影響高層建筑結構選型的因素研究

石 晶

（延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100）

影響高層建筑結構選型的因素研究

石 晶

（延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100）

高層建筑結構選型具有一定的復雜性，并且在這個過程中存在著大量不確定以及未知的因素.因此，高層建筑結構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因素之間的聯系.這樣才能夠更好地解決高層建筑結構選型中存在的更加深層次的問題.本文主要分析了影響高層建筑結構選型的因素.

高層建筑；結構選型；因素

結構選型通常會受到經濟、環境、安全等因素的影響.并且這些因素具有著一定的隨機性以及不確定性.因此，決策人員必須能夠對高層建筑結構選型的因素進行明確的分析，從而能夠更加深層次的了解各個因素的聯系以及層次性.這對于高層建筑結構選型具有著非常重要的作用.

1 結構的功能適應性

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境.這也能夠反映出建筑物的規模、尺度以及不同建筑物之間的關系.建筑物的使用空間要求也代表著建筑方案的特征.而這對于結構選型有著兩方面的影響.第一，結構型式對于建筑物的使用空間有著一定的影響.如果結構型式不同，那么建筑物的使用空間也會有所不同.這主要是由于不同的結構體系有著不同的建筑內部空間.第二，結構型式能夠影響到建筑物的空間高度.如果結構型式不同，那么建筑物會有著不同的空間高度.這主要是由于結構型式對于結構構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.如果建筑物內部的平面布局和空間分隔有著不同的特點，那么結構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構形式也會只有幾種.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，同時每層都有著相同的平面設置.這些特點和功能都表明了高層住宅建筑只能夠和框架剪力墻結構或者剪力墻結構相匹配.

2 結構的受力合理性

不同的結構體系具有著不同的受力特征.并且不同的結構體系有著不同的抗震能力以及抗風能力等.同時結構選型也必須確保結構體系的受力具有一定的合理性.因此，結構選型當中應當仔細分析不同結構體系的優勢以及不足之處，并且結合其他的影響因素來挑選出符合條件的結構體系.結構抗風的有效性、抗震的可靠性、應力分布的合理性、傳力途徑的明確性等都能夠體現出結構受力的合理性.同時，如果場地條件不同，那么基本風壓、設防烈度等環境條件的影響也會所不同.

2.1 環境條件

高層建筑結構設計會受到水平荷載的控制.對于非地震區而言，水平荷載中的風荷載會對高層建筑結構設計起到控制的作用.第一，如果層間位移過大，那么結構體系中的柱、墻以及梁等承重構建就會在不同程度上受到嚴重的破壞，甚至一些構建會出現比較大的擺動.第二，風荷載會使得高層建筑當中工作和生活的人群感到非常的不舒服.因此，在非地震區，高層建筑結構選型應當特別重視風荷載因素的作用，并且應當根據結構體系的變形、強度等進行結構選型.另外，結構選型應當控制風荷載的振動作用不會使人們產生不適感.地震運動的過程比較復雜并且非常的隨機.因此，結構選型不僅不能給準確的劃定出地震的區域和范圍，也不能夠在全國范圍內設置一定的標準.這使得結構選型具有著非常大的困難.大量經驗表明，數值計算分析的精確性能夠在很大程度上保證抗震結構體系選擇的合理性.但是在這個過程中，工程經驗以及概念設計思想運用的正確性同樣具有著非常重要的作用.

2.2 場地條件

建筑場地條件對于設防烈度以及基本風壓有著非常重要的影響.在結構選型的過程當中，建筑企業應當根據工程地質以及地震活動情況來選擇建筑場地，并且要按照相關的規范以及工程的需求來對建筑場地進行綜合性的評價.如果沒有條件進行建筑場地的選擇，那么結構選型時要加強對于結構型式的選擇.這樣能夠保證結構受力更加合理.

3 結構的經濟有效性

在工程建設的過程當中，每個國家都需要采取一定的措施來提高工程投資所帶來的經濟效益.高層建筑結構選型從經濟角度來對不同結構體系的比較具有著非常重要的作用.而建筑企業一般通過衡量結構方案來對經濟進行綜合性的分析.分析的內容主要為影響經濟效益的因素，同時也要能夠對結構方案的經濟性進行全面的分析.

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程中所應用到的勞力、建筑材料以及施工機械設備等的費用.因此，一般情況下，建筑材料的節省能夠在很大程度上降低一次性投資.

3.2 綜合考慮結構方案對建筑物造價的影響

有些結構材料價格比較貴，但由于其具備良好的質量，也可能會提升建筑物的整體質量，為造價工作帶來好處.例如，在一定的跨度條件下密肋樓板和梁板的結構進行比較，使用前者費用較高，但卻可以降低結構高度，所有可能會更好的降低樓層增加經濟效益.

3.3 考慮因為減少工期而增加的經濟效益

減少施工周期，能夠使建筑提前交付使用，建設企業可以提前得到經濟收入，減少貸款時間，進而少付利息.所以，有些結構方案有可能一次性投入很高，但在長遠看來卻是非常經濟的方案.

3.4 考慮結構全壽命期費用

在對結構方案的經濟性進行分析的時候，只考慮一次性費用這是不合理的.通常情況下，一棟建筑的使用周期為五十年，在這段時間內可能會產生維修、保養、災后重建等費用，這往往是一筆很大的支出.所以在進行結構方案選型決策的時候也必須考慮到.比如，對一棟高層建筑來說，如果采用的是鋼結構，那么在后期必定要進行防腐處理，從其使用周期來說，這比費用是十分巨大的.但若是使用鋼筋混凝土也不用花費這項支出，從長遠來看會節省很多費用.對于類似情況，在進行結構選型的時候，必須要經過綜合考慮后再進行決策.

4 結構的施工方便性

建筑施工技術以及生產手段對結構的影響有以下三點：第一，先進的施工技術是保障先進結構選型的前提.第二，結構方案的選擇，要和施工條件相結合.如果施工技術達不到結構方案的標準，會給施工帶來很大的難度.比如若采用框架結構，就要充分的考慮到焊接技術，若是焊接技術不足，就無法保證工程的質量.另外，進行結構選擇的時候還要充分的考慮到施工條件.因為可能同一種結構類型對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力和工期、造價也會有所不同.并且還會對結構的受力狀態、抗震性能以及計算分析和構造措施造成一定的影響，因此，在對高層建筑結構選型進行選擇的時候，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構的受力狀況，是否在施工和使用階段存在出入.比如升板結構在使用階段類似于現澆無梁樓蓋結構，柱子和樓板進行連接，而在施工提升階段柱板節點只能視為鉸接，很明顯選型時對此類結構應考慮這些因素的影響.

5 結構的抗災減災能力

結構抗災減災性能包括抗震減災性能、抗風減災性能、抗火減災性能、抗地質災害比如滑坡、沉降等性能.其中抗風減災性能可以通過抗風壓的形式進行優化，實現高度和剛度的合理性；康地質災害能可在場地選擇及基礎選型中考慮；結構抗火減災性能可以選擇防火抗火材料、加強消防設施建設來實現，所以在進行選型的時候，一般不會考慮到這方面因素.結構的抗震減災能力是建筑結構必須要考慮的問題，主要包括以下幾個方面：（1）結構體系應該具備明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑.（2）結構體系的抗震性設計，要防止因為一些結構或者構件的損壞，而對整個結構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）結構體系應該具備許多抗震防線，框架-剪力墻結構就是具備很好性能的多道防線和抗震結構，其中剪力墻不但是主要的抗側力構件，還是第一道抗震防線.（5）結構體系的設計應該具有一定的剛度，使高層的主體抗側力結構的剛度具備一定的和力度，是進行高層結構設計的重要指標之一.高層建筑的主體抗側力結構的剛度必須要達到施工的標準規范所規定的水平位移以及整體穩定和強度延性的高要求，確保高層建筑結構的穩定性，提升抗震性能.

6 結構的美學效應

對高層建筑的建設來說，除了物質上的功能來說，人們還對其另外一種需求，那就是美學性能，主要包括四個方面：單體視覺形象美、外部環境系統的協調美、內部功能系統的協調美、結構系統的技術美.前三種美學性能要求高層建筑實使用功能和美學功能得到統一.第四種美學性能是建筑構件以及材料性能方面的先進性.總的來說，就是要求高層建筑在具備所有使用功能的同時符合人們的審美標準，并保證其結構和材料的先進性，使高層建筑綜合性能得到提高.

在對高層建筑結構進行實際設計的時候，設計師往往會忽略到各種因素對結構造成的影響，進而使選型和實際需求產生誤差，影響了高層建筑的質量.因此在進行結構選型決策的時候，要注意到這一點，在對各種影響因素進行綜合性考慮之后，再進行結構選型，保證選型的正確性，提升高層建筑結構選型的正確性.

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〔2〕王光遠,呂大剛,張世海.論結構選型的若干關鍵問題[J].哈爾濱建筑大學學報，2000(01).

〔3〕陶忠,張耀春,韓林海,王光遠.關于高層建筑結構選型設計的初步探討[J].哈爾濱建筑大學學報，2000(01).

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2017-07-16

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