论文部分内容阅读
【摘要】 高层建筑结构选型的决策对于整个工程项目有着至关重要的作用, 它们直接影响着结构的安全性与经济性，高层建筑结构选型决策受诸多影响因素的制约，是一个多目标综合决策问题，其目标是在满足各方面要求的条件下，才能使建筑物的综合经济效益最佳。本文介绍了 筑物的基本要求，从高层建筑结构选型的相关因素进行了逐一分析。
中【关键词】高层建筑 结构选型 因素
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构选型的决策对于整个工程项目有着至关重要的作用。其整个过程相对较为复杂，所涉及的学科多、综合性强，其选型受着很多因素的影响与制约。只有相关人员在这个过程中密切配合，以认真负责的态度来工作，及时发现问题，解决问题，并且善于学习，才能够让建筑结构选型变得越来越合理。
二、高层建筑结构选型的重要性
1. 高层建筑与城市社会发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。
2.高层建筑结构复杂性提高现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为:
(1)需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。
(2)随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。
(3)高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。
三、高层建筑选型主要内容和要求
结构选型主要包括以下内容:
1、选择合适的基础结构;
2、选择合适的竖向承重结构;
3、选择合适的水平承重结构。高层建筑的基础结构有独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等多种形式; 竖向承重结构有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体等多种形式; 水平承重结构有无梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖等多种形式。高层建筑的初步设计中, 为选择合适的结构形式, 要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求:
( 1) 建筑場地宜选有利地段, 避开不利地段, 远离危险地段, 避免土质液化及地基土不均匀沉陷灾害;
( 2) 平面和立面形式简单、对称、规则, 减小偏心;
( 3) 抗侧力构件和质量分布在同层平面内宜基本对称, 相邻层刚度和质量变化宜缓慢;
( 4) 地震区的高层建筑应具备多道抗震防线, 有足够的承载力、刚度和延性;
四、建筑结构选型的影响因素
1、结构的功能适应性
建筑物的功能要求是建筑物设计中首先应考虑的因素, 结构选型时也应首先考虑结构型式对功能的适应性。建筑物的功能要求包括使用空间要求、使用功能要求等。
（1）建筑物的使用空间要求。任何建筑物都具有对客观空间环境的要求, 根据该项要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。分析使用空间要求对结构选型的影响也可视为建筑方案特征对结构选型的影响, 该影响因素体现在以下几点。
选取不同的结构型式, 建筑物所能获得的使用空间大小不同。因为各种结构体系所能提供的建筑内部空间及结构体系本身所占用的空间是不同的；选取不同的结构型式, 建筑物所能获得的空间高度不同, 因为不同的结构型式决定不同的结构构件高度。
（2）建筑物的使用功能要求。目前高层建筑的主要用途大体可分为: 住宅、旅馆、公寓、各种用途的公共建筑。由于它们各自具有不同的建筑功能要求, 对建筑物内部的平面布局及空间分隔不同, 从而对结构体系的选型提出了不同的要求。往往, 某种功能的建筑物可能只有某几种结构型式和它相匹配。例如, 高层住宅, 由于其使用空间较小, 分隔墙体较多, 且各层的平面布置基本相同, 因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构。
2、结构的受力合理性
各种结构体系有各自的受力特征, 在抗风能力、抗震能力、整体刚度等各方面各不相同, 选型必须保证结构体系受力合理, 所以要认真比较各种结构体系优缺点, 挑选出能“入围”的几个结构体系,然后再结合其它影响因素作分析、筛选。结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等。它受环境条件, 诸如基本风压、设防烈度等影响, 而基本风压、设防烈度又因场地条件不同而不同。
3、结构的经济有效性
任何国家的工程建设实践都必须考虑提高工程投资的经济效益, 在结构选型决策时对不同结构体系进行经济比较是十分重要的。衡量结构方案经济性的手段是进行综合经济分析。所谓综合经济分析就是全面考察影响经济效益的各要素, 从整体和长远的角度全面地考虑结构方案的经济性。
4、结构的施工方便性
建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑结构型式有很大影响, 表现在以下三个方面。
( 1) 先进施工技术是实现先进结构型式的前提。
( 2) 建筑结构方案要密切与施工条件相结合。一方面, 施工技术条件不具备或选用的结构方案不适应现有施工技术能力, 将给工程建设带来困难。例如, 选择装配式框架结构方案时需要认真考虑施工单位焊工技术力量, 否则将给工程质量带来严重影响。另一方面, 选择结构型式时要结合施工工艺因素考虑工程的具体施工条件。同一种结构型式可以对应不同的施工工艺, 而不同的施工工艺不仅影响材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标,而且会影响到结构的受力状态、抗震性能、计算分析及构造措施, 所以, 在高层建筑结构选型中应对施工工艺连同其它因素加以全面综合权衡考虑。
( 3) 对于某些结构应充分考虑受力状况在施工阶段和使用阶段有很大出入。例如, 升板结构在使用阶段类似于现浇无梁楼盖结构, 柱与板刚接, 而施工提升阶段柱板节点只能视为铰接, 显然, 选型时对此类结构应考虑这些因素的影响。
5、结构的抗灾减灾能力
结构抗灾减灾性能包括抗震减灾性能、抗风减灾性能、抗火减灾性能、抗地质灾害( 如滑坡、地基不均匀沉降等) 性能。其中, 抗风减灾性能可通过设防风压的形式, 在高度合理性、刚度合适性、抗倾合理性中予以考虑; 抗地质灾害性能可在场地选择及基础选型中考虑; 结构抗火减灾性能需求可通过结构材料选择、防火构造措施、增加消防能力等措施来保证, 选型时一般不直接考虑。
结论
综上所述，结构选型受多种因素的影响，是一个复杂的综合的决策过程，包含了多项不确定性。这就要求高层建筑结构选型要重视结构形式的创新与智能化，最终构建集成的智能形式高层建筑设计，是未来高层建筑结构选型设计发展的趋势，保证高层建筑工厂发展的科学性和持续性。
【参考文献】
[1] 刘大海, 杨翠如. 高层建筑结构方案优选, 北京:中国建筑工业出版社, 1996: 35—45
[2] 张世海, 刘正保, 张世忠. 高层建筑结构选型需求分析. 四川建筑科学研究, 2004; 30( 4) : 1—4
中【关键词】高层建筑 结构选型 因素
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构选型的决策对于整个工程项目有着至关重要的作用。其整个过程相对较为复杂，所涉及的学科多、综合性强，其选型受着很多因素的影响与制约。只有相关人员在这个过程中密切配合，以认真负责的态度来工作，及时发现问题，解决问题，并且善于学习，才能够让建筑结构选型变得越来越合理。
二、高层建筑结构选型的重要性
1. 高层建筑与城市社会发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。
2.高层建筑结构复杂性提高现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为:
(1)需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。
(2)随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。
(3)高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。
三、高层建筑选型主要内容和要求
结构选型主要包括以下内容:
1、选择合适的基础结构;
2、选择合适的竖向承重结构;
3、选择合适的水平承重结构。高层建筑的基础结构有独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等多种形式; 竖向承重结构有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体等多种形式; 水平承重结构有无梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖等多种形式。高层建筑的初步设计中, 为选择合适的结构形式, 要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求:
( 1) 建筑場地宜选有利地段, 避开不利地段, 远离危险地段, 避免土质液化及地基土不均匀沉陷灾害;
( 2) 平面和立面形式简单、对称、规则, 减小偏心;
( 3) 抗侧力构件和质量分布在同层平面内宜基本对称, 相邻层刚度和质量变化宜缓慢;
( 4) 地震区的高层建筑应具备多道抗震防线, 有足够的承载力、刚度和延性;
四、建筑结构选型的影响因素
1、结构的功能适应性
建筑物的功能要求是建筑物设计中首先应考虑的因素, 结构选型时也应首先考虑结构型式对功能的适应性。建筑物的功能要求包括使用空间要求、使用功能要求等。
（1）建筑物的使用空间要求。任何建筑物都具有对客观空间环境的要求, 根据该项要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。分析使用空间要求对结构选型的影响也可视为建筑方案特征对结构选型的影响, 该影响因素体现在以下几点。
选取不同的结构型式, 建筑物所能获得的使用空间大小不同。因为各种结构体系所能提供的建筑内部空间及结构体系本身所占用的空间是不同的；选取不同的结构型式, 建筑物所能获得的空间高度不同, 因为不同的结构型式决定不同的结构构件高度。
（2）建筑物的使用功能要求。目前高层建筑的主要用途大体可分为: 住宅、旅馆、公寓、各种用途的公共建筑。由于它们各自具有不同的建筑功能要求, 对建筑物内部的平面布局及空间分隔不同, 从而对结构体系的选型提出了不同的要求。往往, 某种功能的建筑物可能只有某几种结构型式和它相匹配。例如, 高层住宅, 由于其使用空间较小, 分隔墙体较多, 且各层的平面布置基本相同, 因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构。
2、结构的受力合理性
各种结构体系有各自的受力特征, 在抗风能力、抗震能力、整体刚度等各方面各不相同, 选型必须保证结构体系受力合理, 所以要认真比较各种结构体系优缺点, 挑选出能“入围”的几个结构体系,然后再结合其它影响因素作分析、筛选。结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等。它受环境条件, 诸如基本风压、设防烈度等影响, 而基本风压、设防烈度又因场地条件不同而不同。
3、结构的经济有效性
任何国家的工程建设实践都必须考虑提高工程投资的经济效益, 在结构选型决策时对不同结构体系进行经济比较是十分重要的。衡量结构方案经济性的手段是进行综合经济分析。所谓综合经济分析就是全面考察影响经济效益的各要素, 从整体和长远的角度全面地考虑结构方案的经济性。
4、结构的施工方便性
建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑结构型式有很大影响, 表现在以下三个方面。
( 1) 先进施工技术是实现先进结构型式的前提。
( 2) 建筑结构方案要密切与施工条件相结合。一方面, 施工技术条件不具备或选用的结构方案不适应现有施工技术能力, 将给工程建设带来困难。例如, 选择装配式框架结构方案时需要认真考虑施工单位焊工技术力量, 否则将给工程质量带来严重影响。另一方面, 选择结构型式时要结合施工工艺因素考虑工程的具体施工条件。同一种结构型式可以对应不同的施工工艺, 而不同的施工工艺不仅影响材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标,而且会影响到结构的受力状态、抗震性能、计算分析及构造措施, 所以, 在高层建筑结构选型中应对施工工艺连同其它因素加以全面综合权衡考虑。
( 3) 对于某些结构应充分考虑受力状况在施工阶段和使用阶段有很大出入。例如, 升板结构在使用阶段类似于现浇无梁楼盖结构, 柱与板刚接, 而施工提升阶段柱板节点只能视为铰接, 显然, 选型时对此类结构应考虑这些因素的影响。
5、结构的抗灾减灾能力
结构抗灾减灾性能包括抗震减灾性能、抗风减灾性能、抗火减灾性能、抗地质灾害( 如滑坡、地基不均匀沉降等) 性能。其中, 抗风减灾性能可通过设防风压的形式, 在高度合理性、刚度合适性、抗倾合理性中予以考虑; 抗地质灾害性能可在场地选择及基础选型中考虑; 结构抗火减灾性能需求可通过结构材料选择、防火构造措施、增加消防能力等措施来保证, 选型时一般不直接考虑。
结论
综上所述，结构选型受多种因素的影响，是一个复杂的综合的决策过程，包含了多项不确定性。这就要求高层建筑结构选型要重视结构形式的创新与智能化，最终构建集成的智能形式高层建筑设计，是未来高层建筑结构选型设计发展的趋势，保证高层建筑工厂发展的科学性和持续性。
【参考文献】
[1] 刘大海, 杨翠如. 高层建筑结构方案优选, 北京:中国建筑工业出版社, 1996: 35—45
[2] 张世海, 刘正保, 张世忠. 高层建筑结构选型需求分析. 四川建筑科学研究, 2004; 30( 4) : 1—4