超高層建筑結(jié)構(gòu)選型與經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)性，必須合理進(jìn)行選型，本文即進(jìn)行了超高層建筑結(jié)構(gòu)選型及經(jīng)濟(jì)性分析。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；經(jīng)濟(jì)性分析

前言：超高層建筑結(jié)構(gòu)選型的合理性直接關(guān)系到資源利用和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，要充分考慮結(jié)構(gòu)的性能要求及經(jīng)濟(jì)性。

1、超高層建筑結(jié)構(gòu)體系概述

1.1成束筒結(jié)構(gòu)體系

成束簡結(jié)構(gòu)是束狀體，通過多個(gè)單筒集合而成，此結(jié)構(gòu)是具有空間剛度極大的特點(diǎn)。在受到水平力的作用時(shí)，成束筒結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定程度的彎曲，造成內(nèi)外側(cè)板框架彎曲，并且最終導(dǎo)致成束筒產(chǎn)生很大的軸力。由此造成，成束筒結(jié)構(gòu)柱的軸力分布近乎均勻水平，滯后現(xiàn)象因?yàn)樗搅Φ淖饔枚鴾p弱，同時(shí)增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的空間作用。成束筒結(jié)構(gòu)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?yàn)槌墒步Y(jié)構(gòu)的木質(zhì)是能夠?qū)蝹€(gè)筒體進(jìn)行組合，并且可以根據(jù)建筑的各項(xiàng)要求，將各個(gè)筒進(jìn)行靈活地布置。

1.2巨型結(jié)構(gòu)體系

巨型結(jié)構(gòu)體系一般分為兩類，即巨型框架結(jié)構(gòu)體系與巨型析架結(jié)構(gòu)體系。由于是由多級結(jié)構(gòu)組成，因此巨型結(jié)構(gòu)體系與一般超高層建筑結(jié)構(gòu)體系相比，具有一些自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如說剛度大，適應(yīng)性好等。巨型結(jié)構(gòu)體系具有剛度大的原因是，它的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積比一般的要大出好多。巨型結(jié)構(gòu)體系具有適應(yīng)性好的原因是，它具有較大的靈活空間，可以根據(jù)建筑需求，靈活布置結(jié)構(gòu)。對于巨型結(jié)構(gòu)體系來說同樣也是有缺點(diǎn)的。由于巨型結(jié)構(gòu)高度大，因此，萬一出現(xiàn)火災(zāi)的話，其消防難度可想而之。巨型結(jié)構(gòu)體系通常使用大量玻璃作裝飾面，因此造成嚴(yán)重的光污染現(xiàn)象。由于巨型結(jié)構(gòu)體系形體復(fù)雜，因此對應(yīng)于它的抗展性設(shè)計(jì)方案目前還不成熟，仍需進(jìn)一步研究。

1.3伸臂結(jié)構(gòu)體系

由中央核心簡伸出剛有和外側(cè)柱相連的結(jié)構(gòu)就是所謂的伸臂結(jié)構(gòu)體系。此體系具有結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大的優(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)在限制水平位移和減小簡體內(nèi)彎矩方面具有非常好的效果，是因?yàn)樗梢韵拗菩就矎澢潭取?/p>

2、超高層建筑結(jié)構(gòu)選型分析

2.1經(jīng)濟(jì)性的要求

經(jīng)濟(jì)性的問題是結(jié)選型時(shí)最重要的因素。結(jié)構(gòu)的高度、平面形狀、規(guī)則程度以及施工方法等，都是影響經(jīng)濟(jì)性的重要的因素。任意因素變化都會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的巨大變化。對于超高層建筑來說，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是重中之重。二要使技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在一個(gè)合理的水平，就需要對平面或者豎向進(jìn)行合理的布置。側(cè)向力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力小于等于軸向應(yīng)力三分之一時(shí)，對于超高層建筑來說，此時(shí)的的結(jié)構(gòu)體系最是經(jīng)濟(jì)的。一般的高層建筑很容易就達(dá)到側(cè)向力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力小于等于軸向應(yīng)力三分之一的要求，但是隨著建筑高度的增加，達(dá)到這種要求的可能性就越來越小，因?yàn)榇藭r(shí)是整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度限制了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2.2抗震性的要求

近些年來，我國一些地區(qū)出現(xiàn)不同程度的地震，不止我們國家，新聞報(bào)導(dǎo)外國也時(shí)常有地震發(fā)生。對于這樣的天災(zāi)，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(gè)等級，即為完全可使用、基本可使用、修復(fù)后使用、生命安全四個(gè)等級。為了要將結(jié)構(gòu)受力合理與建筑造型美觀和諧地統(tǒng)一起來，建筑師與結(jié)構(gòu)工程師在超高層建筑設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)受力合理的建筑物設(shè)計(jì)方案。由于要保證超高層建筑的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)工程師務(wù)必要盡早參與建筑設(shè)計(jì)方案，只有這樣才能避免設(shè)計(jì)方案與施工方案產(chǎn)生不符合實(shí)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(guān)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(zhì)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(shè)費(fèi)用，以最短工期，建造出質(zhì)量最好的超高層建筑。一般來說，建筑物越復(fù)雜，樓層越高，對應(yīng)于它們的施工方法也就更加復(fù)雜，更加需要經(jīng)過深思熟慮。

3、超高層建筑經(jīng)濟(jì)性影響因素

3.1設(shè)計(jì)階段

超高層建筑在設(shè)計(jì)中，需要考慮到外觀、平面布置等方面。在建筑設(shè)計(jì)中，假如出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，則會增大建筑的結(jié)構(gòu)受力，導(dǎo)致內(nèi)力傳遞不合理的發(fā)生，為了滿足施工設(shè)計(jì)需求，則必須通過增大構(gòu)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(dǎo)致施工成本的提高。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對建筑的承載力有著直接影響。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，需要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型。結(jié)構(gòu)的不同消費(fèi)的成本也有所不同。建筑排水設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)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(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，考慮施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工成本等綜合評價(jià)制定合適的施工方案。在施工中施工方案不合理，會導(dǎo)致施工過程中材料、器械的浪費(fèi)；還會由于施工進(jìn)度安排不合理造成工作人員窩工等現(xiàn)象。這些都對超高層建筑經(jīng)濟(jì)性有不利影響。

4、超高層建筑經(jīng)濟(jì)性的措施

4.1合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型

在超高層建筑的結(jié)構(gòu)選型過程中，需要選擇最為適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類型。其中有框架核心結(jié)構(gòu)、核心筒結(jié)構(gòu)等。不同的結(jié)構(gòu)類型都有各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。因此，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)，要考慮到各個(gè)因素，選擇最符合建筑施工需求且經(jīng)濟(jì)性較高的。

4.2科學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)相關(guān)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遇到問題可以與建筑設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通交流。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下要求：首先應(yīng)該進(jìn)行合理的荷載統(tǒng)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)充分發(fā)揮構(gòu)件的性能，按照規(guī)范要去進(jìn)行構(gòu)件截面尺寸、配筋的設(shè)計(jì)。對于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的基礎(chǔ)類型，充分發(fā)揮樁和地下持力層的作用，避免設(shè)計(jì)富余。

4.3合理進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)

建筑外觀的設(shè)計(jì)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(jìn)行建筑外觀設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意到這幾點(diǎn)：一是注意到建筑的橫向?qū)ΨQ，其主要是為了避免風(fēng)荷載給建筑帶來影響，假如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)不對稱的現(xiàn)象，就會極易產(chǎn)生扭矩。另外，還應(yīng)注意到縱向保持剛度均勻，保證其不發(fā)生突變當(dāng)發(fā)生突變時(shí)，就會造成很大的層間位移，這時(shí)則需設(shè)置加強(qiáng)和轉(zhuǎn)換層，從而導(dǎo)致成本的增加。二是在平面布置時(shí)，應(yīng)注意到建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，其中包括排水、建好組消防等，這樣才能使建筑設(shè)計(jì)符合建筑施工的實(shí)際需求，從而避免資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，從而提高超高層建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

5、結(jié)語

總的來說，結(jié)構(gòu)選型在于考慮結(jié)構(gòu)自身的綜合性能，在超高層結(jié)構(gòu)選型中，要確保滿足結(jié)構(gòu)性能要求，并且可以兼顧結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳孝堂.超高層建筑結(jié)構(gòu)體系方案優(yōu)選[J].建筑結(jié)構(gòu)，2012，（6）：72-73.

[2]任慶英.建筑結(jié)構(gòu)選型中應(yīng)注意的問題[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（10）：1-5.

[3]周建龍.超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及相關(guān)問題的研究[J].工程力學(xué)，2015，9：9-15.