管窺建筑結構的發展及結構體系選型

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1高層建筑發展與結構體系選型間關系辨析

由于經濟條件不同，我國在進行高層建筑結構體系搭建時與國外有所不同，而是主要采用了鋼筋混凝土結構，在鋼筋和混凝土的澆筑下以搭建起高層建筑的基本結構。對比兩種建筑結構搭建方式可知，鋼結構與鋼筋混凝土結構相比雖然在承重能力和穩定性上存在一定程度的缺陷，但鋼結構的施工效率和及可持續利用等都使得其在建筑工程中得到了更為廣泛的應用。基于我國現階段采用鋼筋混凝土建筑結構的現狀，為有效降低高層建筑的結構費用，并控制差價在工程總投資中所占的百分比，應在工程施工前對建筑的結構體系選型進行綜合分析，進而制定出科學合理的施工計劃。如在我國高層建筑結構施工中，由于鋼使用量約占鋼結構使用量的68%，因此在建筑結構體系選型中，要綜合考慮施工周期和建筑結構的使用面積，在保障鋼筋混凝土結構體系的綜合經濟效益的基礎上，選用對應合適的結構體系選型。

2高層建筑結構體系類型及對比

在我國高層建筑施工中，建筑結構的類型主要分為鋼結構，鋼筋砼結構，鋼—砼混合結構及組合結構四種。鋼結構的構件截面面積最小，這也使其具有自重較輕，施工便利的特性，并且由于鋼結構建筑的構件是充分開發了鋼體結構的性質，這也在很大程度上減少了工程后期的維護工作量。雖然高層建筑的鋼結構工廠化程度較高，但其高水平的工程造價及防火性能的缺失也在一定程度上阻礙了該項建筑結構的普及。鋼筋砼結構的構造特點結合了鋼筋和砼兩種材料的受力性能，與鋼結構工程體系相比，其工程造價費用較低，并且取材范圍廣泛，工程維護費用也不高。但由于鋼筋砼結構自重較大，構件截面面積也很大，這都限制了該結構的延展性，高層建筑延展性不足將會影響到工程施工的順利進行。為了在控制工程造價的同時提升結構的抗側力性能，通常在高層建筑結構中采用鋼—砼混合結構。這種結構特性囊括了鋼筋構件和砼的高強度，能夠有力保障高層建筑結構的穩定性和抗震性，也是進一步提升建筑高度的重要促進因素。而由于鋼筋和砼兩種結構材料處于不同層次的變形控制，容易導致工程建筑中發生鋼筋砼位移控制問題，進而造成結構組成中不同部分的變形性能不同，使得工程的穩定性降低，限制了高層建筑的高度基準設定。在高層建筑結構體系中最具經濟效益的是鋼—砼組合結構，該結構主要包括鋼骨砼結構和型鋼砼結構，兩種結構的組合應用使得高層建筑的抗震性能得到很大程度上的提升，加之構件之間的合理搭配，更是減小了構件截面，使得工程造價得以穩定的控制在一定范圍內，由于該結構在高層建筑的工程施工中具有良好的經濟效益，因此在建筑工程領域也受到了推廣和普及。

3高層建筑結構選型思路探析

在高層建筑施工設計中，結構體系選型是影響結構設計質量的直接因素，因此為保證高層建筑的施工質量，必須在施工前進行科學合理的建筑結構選型。建筑結構選型的開展要以材料的抗側力體系為基準，并通過結構選型確定施工所需的建筑材料，除此之外，結構選型還包括大跨度樓蓋選型和建筑豎向結構選型等等。為進一步確保高層建筑材料選型的正確性，還要在選型過程中將建筑方案和環境等影響因素考慮在內，經過各因素的限制以最終確定建筑結構的選型。在建筑結構選型的影響因素中，投資者的行為也可能對其產生重大的影響。如在福建省某88高層建筑的結構選型過程中，施工方案設計選定的是鋼—砼混合結構和鋼結構，而工程投資者希望建筑整體結構由鋼筋砼結構搭建成，后期在通過工程分析，最終采用了投資者所提出的鋼筋砼結構。為進一步提升高層建筑的可觀賞性和經濟價值，要在控制工程造價和合理設計建筑結構的同時，從美學角度對結構選型的美觀程度進行評測，以提升高層建筑工程的美學價值。在現階段我國高層建筑結構體系選型中，部分專家提倡采用鋼—砼組合結構，因為這樣能夠在建筑施工中最大限度的控制工程造價，為高層建筑創造經濟價值，而也有部分專家從高層建筑結構的結構穩定性和承重能力角度出發，建議采用鋼筋砼結構，這便使得高層建筑結構的體系選型在我國成為了一項復雜的綜合性建筑工程問題。從高層建筑結構體系選型中的方案設計角度分析，由于結構方案設計人員在方案制定中要充分考慮工程中多方面因素對結構選型的影響，所以結構選型方案的設計還要依賴于經驗豐富的工程結構設計專家處理結構選型中的問題，到目前為止，高層建筑結構選型系統的主要包括劉西拉的專家系統HIPRED，何廣乾等人開發的利用關隸屬數μ進行綜合模糊評定的結構體系選型系統，和Sabouni等人在“虛擬層數”概念下開發的量化選擇結構體系等，多專家結構選型體系的提出表明了我國高層建筑結構選型領域所取得的成果，而基于結構選型問題的復雜性，多個專家系統都無法對結構選型中的各項因素進行全面的考慮與解決，加之每項高層建筑工程都具有其結構選型的獨特性，如工程當地的工程技術水平，施工條件以及結構材料供給能力等，專家系統仍無法對這些因素所造成的結構選型問題進行綜合處理，所以為了實現高層建筑結構選型中的不穩定因素造成的問題，應著重提升結構選型系統的超前性，根據擬建工程中的具體條件，制定更為切合施工實際的結構體系選型方案。

4結語

分析我國高層建筑的發展趨勢可知，高層建筑結構選型正在以多結構體系的形式迅速發展，加之我國建筑工程技術的迅速發展，更是在高層建筑的發展中起到了有力的推動作用。隨著我國建筑工程結構設計領域對建筑結構體系選型研究的逐漸深入，結構選型的思路會得到進一步豐富，結構選型決策正確性的也會提升，這都為我國高層建筑今后的發展奠定了堅實的基礎。

作者：胡春波單位：寧夏新技術建筑設計研究院