分析高層建筑施工中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成本控制嘗試

張俊

摘? ? 要：近年來，我國城市化進(jìn)程不斷加快，城市的規(guī)模和人口數(shù)量都在迅速增加，高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代城市建筑的主要發(fā)展趨勢之一。而在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、抗震性能以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素，合理選擇結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也要加強(qiáng)成本控制意識(shí)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);成本控制

1? 引言

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，新的建筑結(jié)構(gòu)體系以及新的建筑施工材料不斷出現(xiàn)，同時(shí)在高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)加工以及施工工藝等方面也取得了明顯的進(jìn)步，這些因素都在客觀上促進(jìn)了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高。因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員既要嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，科學(xué)計(jì)算荷載、結(jié)構(gòu)變形、側(cè)移以及延展性等多項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，合理選擇結(jié)構(gòu)體系以及施工材料。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)高層建筑工程整體造價(jià)的影響達(dá)到了75%以上，是成本控制中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以設(shè)計(jì)人員在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也要增強(qiáng)成本控制意識(shí)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)嵱眯?、?jīng)濟(jì)性以及功能多樣性等方面不斷發(fā)展。

2? 分析高層建筑工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1? 高層建筑施工中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（1）合理確定高層建筑工程的水平荷載。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于其豎向荷載主要來自于樓體的自重，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以作為定值來考慮[1]。而高層建筑的水平荷載則會(huì)受到地震以及強(qiáng)風(fēng)等多種因素的影響，并且存在一定的可變性因此在建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性設(shè)計(jì)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(fā)生軸向變形的機(jī)率比較大，而軸向變形會(huì)直接影響連續(xù)梁的彎矩，從而使連續(xù)梁端支座以及跨中正彎矩增加，而中間支座則會(huì)出現(xiàn)負(fù)彎矩降低的情況。同時(shí)，軸向變形還會(huì)影響到預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定預(yù)制構(gòu)件長度時(shí)應(yīng)充分考慮軸向變形因素，并適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)長度。此外，軸向變形因素也會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移以及建筑構(gòu)件剪力，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有對(duì)其進(jìn)行充分的考慮，會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性。

（3）合理控制高層建筑工程的結(jié)構(gòu)側(cè)移。在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮其結(jié)構(gòu)側(cè)移因素。由于高層建筑的高度比較高，其結(jié)果在水平荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)移變形，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，并結(jié)合水平荷載，合理控制高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移。

（4）合理確定高層建筑工程的延性特點(diǎn)。高層建筑與普通建筑相比，其結(jié)構(gòu)柔性相對(duì)較大，因此其受地震影響也比較明顯，更容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的情況。因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性。

2.2? 高層建筑工程結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

（1）高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻體系分析。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系來進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有較高的剛性以及強(qiáng)度，同時(shí)其結(jié)構(gòu)延性也相對(duì)較高，能夠?qū)崿F(xiàn)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(jié)構(gòu)體系，與框架結(jié)構(gòu)體系相比，其能建高度更高[2]。

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

（3）高層建筑結(jié)構(gòu)的筒體體系分析。筒體體系也就是在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)中采用單筒體、多束筒以及筒體框架等多種筒體結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。常用的筒體結(jié)構(gòu)主要包括空腹筒以及實(shí)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(jié)構(gòu)，而實(shí)腹筒則主要是建筑曲面或平面墻所形成的單體受力結(jié)構(gòu)。由于筒體結(jié)構(gòu)體系不僅受力均勻，而且其強(qiáng)度以及剛度也比較高，因此具有更好的抗震以及抗風(fēng)能力，能夠適應(yīng)超高層建筑的施工需要。

3? 分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的成本控制措施

3.1? 在材料選擇環(huán)節(jié)加強(qiáng)成本控制

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fā)應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極理解最新的材料性能以及相關(guān)的施工工藝，以提高材料選擇的合理性，在保證材料的質(zhì)量性能能夠符合高層建筑施工要求的基礎(chǔ)上，提高材料選擇的經(jīng)濟(jì)性。例如在鋼板的選擇上，應(yīng)根據(jù)高層建筑工程的特點(diǎn)以及相關(guān)的環(huán)境因素等合理選擇單板、保溫板以及不同材質(zhì)保溫層的板材等，對(duì)高程建筑施工的成本進(jìn)行合理的控制。此外，在選擇高層建筑的墻體材料時(shí)，也應(yīng)在保證墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量選擇節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)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(dá)到了15%～25%左右，因此合理選擇墻體材料將直接關(guān)系到工程成本控制的效果[3]。

3.2? 在結(jié)構(gòu)體系選擇環(huán)節(jié)加強(qiáng)成本控制

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇也會(huì)對(duì)工程的成本控制效果產(chǎn)生重要的影響。例如在小高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以選擇框架、剪力墻以及短肢剪力墻等多種結(jié)構(gòu)體系。因此需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程的抗震等級(jí)要求以及施工條件等選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。例如短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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(duì)增加，在設(shè)計(jì)中應(yīng)在保證滿足建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求的基礎(chǔ)上，盡量選擇經(jīng)濟(jì)性比較好的結(jié)構(gòu)體系。

3.3? 在結(jié)構(gòu)布局環(huán)節(jié)加強(qiáng)成本控制

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布局的合理性也直接關(guān)系到工程的造價(jià)，因此在設(shè)計(jì)中要合理布置建筑的柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，盡量采用規(guī)則性的軸網(wǎng)設(shè)計(jì)。例如在設(shè)計(jì)高層建筑的地下車庫時(shí)，與兩層地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用單層大底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)明顯增加工程造價(jià)[4]。因此在保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)建筑各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能的基礎(chǔ)上應(yīng)合理選擇結(jié)構(gòu)布局，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的成本控制效果。

3.4? 在配筋設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)成本控制

此外，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)混凝土的配筋率時(shí)，應(yīng)在保證其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上對(duì)配筋率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以采取綜合適應(yīng)分離式鋼筋以及通長鋼筋等方式，并對(duì)構(gòu)件界面進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而提高配筋率設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

4? 總結(jié)

高層建筑施工對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，設(shè)計(jì)人員必須在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)上，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性。這就要求設(shè)計(jì)人員要不斷提高個(gè)人的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平，及時(shí)了解新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和新的材料工藝，增強(qiáng)成本控制意識(shí)，這樣才能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中積極運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)手段，對(duì)各種相關(guān)因素進(jìn)行綜合性的分析，提高結(jié)構(gòu)布局的合理性和成本控制的效果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，全面提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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