高層建筑結(jié)構(gòu)合理構(gòu)成與高效率結(jié)構(gòu)設(shè)計

薛博

摘? ?要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國高層建筑工程也在不斷增加。通過大量的高層建筑工程實踐可以得出，充分利用鋼結(jié)構(gòu)混凝土的性能、建筑創(chuàng)意與結(jié)構(gòu)方案的合理融合、創(chuàng)新技術(shù)成果的大膽應(yīng)用、合理建造成本的控制以及通過技術(shù)創(chuàng)新推動超高層建筑的工業(yè)化發(fā)展等措施，可以有效實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的合理化，節(jié)省各類資源，從而獲得長遠(yuǎn)的經(jīng)濟效益。文章主要針對此進(jìn)行討論，并且提出合理化的建議，希望對我國高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)合理;高效率

近些年來，我國的城市化進(jìn)程發(fā)展越來越快，隨之產(chǎn)生了一系列的基礎(chǔ)建設(shè)更新和改造項目，超高層建筑成為城市的象征，充分體現(xiàn)出城市發(fā)展的水平以及整體的經(jīng)濟實力。各種功能的高層建筑能夠給城市帶來豐富的工程空間，也提高了城市的整體美感，為城市的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但是在實際的發(fā)展過程中，其也造成了大量自然資源的浪費，這就需要對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的設(shè)計，從而節(jié)約建造成本，提高綠色環(huán)保的長遠(yuǎn)效益。

1? ? 新時代下的結(jié)構(gòu)設(shè)計評價標(biāo)準(zhǔn)

隨著時間的推移，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)展。從最初的“安全、經(jīng)濟、合理”逐漸進(jìn)行深入的改革和優(yōu)化，對其賦予更多內(nèi)涵，也對結(jié)構(gòu)設(shè)計師提出了挑戰(zhàn)。安全是建筑的底線，在追求品質(zhì)的過程中需要嚴(yán)格保障建筑的安全性。經(jīng)濟不僅是成本的優(yōu)化，在建筑材料上不能打折扣，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，對方案的設(shè)計需要進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)論證，并對各種施工技術(shù)進(jìn)行實際的考察，從整體成本考慮，才是未來結(jié)構(gòu)成本控制的方向。合理主要是指建筑、結(jié)構(gòu)和機電等專業(yè)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)來實現(xiàn)建筑的美學(xué)，同時各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系之間也要保證合理的美學(xué)要求[1]。高效是現(xiàn)在新形勢下對結(jié)構(gòu)工程師提出的一個挑戰(zhàn)，需要充分發(fā)揮材料的性能，并且采用更高效的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的施工，提高結(jié)構(gòu)的功能性和經(jīng)濟性。

2? ? 結(jié)構(gòu)合理的構(gòu)成

2.1? 充分發(fā)揮材料的性能

混凝土，有著較好的抗壓性能，但是其受拉性能相對較差，鋼材具有較好的拉伸性能，但是在受壓時往往會發(fā)生形變。鋼材混凝土的結(jié)構(gòu)是基于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變出來的，充分地利用了兩種材料的性能，使其具有更好的效果。

2.2? 合理的剛度構(gòu)成

在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要在重視結(jié)構(gòu)外部因數(shù)的基礎(chǔ)上，牢牢地掌握并且控制好結(jié)構(gòu)內(nèi)部因素的剛度，從而實現(xiàn)力的平衡、結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件變形的協(xié)調(diào)。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計貫通了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程，可以有效地降低連體結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并且降低成本，也可以考慮連接體設(shè)計為“弱連接”或者“半剛性連接”，通過弱化連接剛度減小或者釋放塔樓之間的“協(xié)調(diào)力”。剛度理論在實際設(shè)計的過程中起著重要的指導(dǎo)作用，只有充分領(lǐng)悟剛度理論，才能夠在設(shè)計的過程中牢牢地抓住這一概念，從而創(chuàng)造出建筑和結(jié)構(gòu)相得益彰的合理方案。

2.3? 結(jié)構(gòu)與建筑方案的前期配合

對于受力結(jié)構(gòu)而言，在建筑物本身上也有一定的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，對于整體結(jié)構(gòu)的效率以及成本也有著較為強烈的影響。對于一些超高層塔樓而言，其高度和寬度都不宜過大，否則會造成整體效率的降低和成本的增加。針對此，就需要相關(guān)的工程師在實際設(shè)計的過程中，充分地考慮建筑物的平面外觀以及外形對結(jié)構(gòu)效率的影響，采用對稱并且規(guī)則的建筑設(shè)計，從而提高其受力機理，實現(xiàn)較高的結(jié)構(gòu)效益，控制建筑成本。

3? ? 合理結(jié)構(gòu)成本控制的相關(guān)理念

3.1? 結(jié)構(gòu)體系合理化

從一些早期的方案研究過程中可以得出，早期的預(yù)案可以間接性地確定90%以上的成本。早期的方案通過基礎(chǔ)選型、上部結(jié)構(gòu)成型以及體系等多種方案的論證都可以保障結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟性。

3.2? 外部輸入條件對于成本的影響

對于建筑、機電以及基坑等外部輸入的條件也會對整體的建筑成本有一定的影響。這就需要咨詢有經(jīng)驗的顧問團(tuán)隊進(jìn)行動態(tài)的協(xié)調(diào)，從而有效地實現(xiàn)建筑商業(yè)價值，配合好建筑工程的靈活性，把握好結(jié)構(gòu)成本和后期使用價值的平衡，實現(xiàn)經(jīng)濟和品質(zhì)共存的效果。

3.3? 施工的便捷性以及工期對成本的影響

對于一些大型的建筑項目，財務(wù)以及時間成本都在項目的總投資里占有一定的比重，基于此，有效地提高施工效率和質(zhì)量對于總體成本的控制有著較好的效果，并且在受力合理的情況下，更多地關(guān)注施工的便利性以及項目總工期，可以有效地控制施工成本。

3.4? 采用動態(tài)的設(shè)計，較好地的掌控宏觀的結(jié)構(gòu)成本

在工程的不同階段，對鋼材、混凝土進(jìn)行定向的實時跟蹤，主要監(jiān)測其合理性以及建筑的品質(zhì)，并且在此基礎(chǔ)上細(xì)化材料的成本，從宏觀角度考慮結(jié)構(gòu)成本，起到抓重點顧大局的作用[2]。

對于高層建筑的結(jié)構(gòu)，也需要進(jìn)行多方案的協(xié)調(diào)和考察，對比分析出最符合實際情況的設(shè)計方案，即便適當(dāng)增加一些施工成本，也需要起到對項目有利的作用。結(jié)構(gòu)成本的考慮不能夠成為結(jié)構(gòu)專業(yè)的重點考核對象，需要以項目質(zhì)量、效率為重點進(jìn)行建筑的設(shè)計。

4? ? 創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，高層建筑要想一直保持結(jié)構(gòu)合理和高效率的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就需要不斷引入一些分析手段，比如軟件以及技術(shù)，從而打破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性?？梢酝ㄟ^各種參數(shù)的優(yōu)化，提高建筑的建模效率。在此基礎(chǔ)上，還可以不斷地引入一些先進(jìn)的材料技術(shù)，通過使用高強度的建筑材料和混凝土，體現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢，為整體的建筑質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。除此之外，還需要大膽地加強創(chuàng)新性思維的設(shè)計應(yīng)用，確保其具有節(jié)能減排、降低能耗以及綠色環(huán)保的社會意義，從而為往后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計確定新的發(fā)展方向。

5? ? 結(jié)語

針對目前我國的高層建筑結(jié)構(gòu)合理構(gòu)成與高效率結(jié)構(gòu)設(shè)計還有一定的進(jìn)步空間，需要相關(guān)工作人員不斷加強對于建筑設(shè)計的研究，從而在此基礎(chǔ)上提高我國高層建筑的合理性和高效性，為我國高層建筑的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，也為城市化的進(jìn)程提供一定的幫助作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]JGJ 3—2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]DBJ 15-92—2013.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.