管窥建筑结构的发展及结构体系选型

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1高层建筑发展与结构体系选型间关系辨析

由于经济条件不同，我国在进行高层建筑结构体系搭建时与国外有所不同，而是主要采用了钢筋混凝土结构，在钢筋和混凝土的浇筑下以搭建起高层建筑的基本结构。对比两种建筑结构搭建方式可知，钢结构与钢筋混凝土结构相比虽然在承重能力和稳定性上存在一定程度的缺陷，但钢结构的施工效率和及可持续利用等都使得其在建筑工程中得到了更为广泛的应用。基于我国现阶段采用钢筋混凝土建筑结构的现状，为有效降低高层建筑的结构费用，并控制差价在工程总投资中所占的百分比，应在工程施工前对建筑的结构体系选型进行综合分析，进而制定出科学合理的施工计划。如在我国高层建筑结构施工中，由于钢使用量约占钢结构使用量的68%，因此在建筑结构体系选型中，要综合考虑施工周期和建筑结构的使用面积，在保障钢筋混凝土结构体系的综合经济效益的基础上，选用对应合适的结构体系选型。

2高层建筑结构体系类型及对比

在我国高层建筑施工中，建筑结构的类型主要分为钢结构，钢筋砼结构，钢—砼混合结构及组合结构四种。钢结构的构件截面面积最小，这也使其具有自重较轻，施工便利的特性，并且由于钢结构建筑的构件是充分开发了钢体结构的性质，这也在很大程度上减少了工程后期的维护工作量。虽然高层建筑的钢结构工厂化程度较高，但其高水平的工程造价及防火性能的缺失也在一定程度上阻碍了该项建筑结构的普及。钢筋砼结构的构造特点结合了钢筋和砼两种材料的受力性能，与钢结构工程体系相比，其工程造价费用较低，并且取材范围广泛，工程维护费用也不高。但由于钢筋砼结构自重较大，构件截面面积也很大，这都限制了该结构的延展性，高层建筑延展性不足将会影响到工程施工的顺利进行。为了在控制工程造价的同时提升结构的抗侧力性能，通常在高层建筑结构中采用钢—砼混合结构。这种结构特性囊括了钢筋构件和砼的高强度，能够有力保障高层建筑结构的稳定性和抗震性，也是进一步提升建筑高度的重要促进因素。而由于钢筋和砼两种结构材料处于不同层次的变形控制，容易导致工程建筑中发生钢筋砼位移控制问题，进而造成结构组成中不同部分的变形性能不同，使得工程的稳定性降低，限制了高层建筑的高度基准设定。在高层建筑结构体系中最具经济效益的是钢—砼组合结构，该结构主要包括钢骨砼结构和型钢砼结构，两种结构的组合应用使得高层建筑的抗震性能得到很大程度上的提升，加之构件之间的合理搭配，更是减小了构件截面，使得工程造价得以稳定的控制在一定范围内，由于该结构在高层建筑的工程施工中具有良好的经济效益，因此在建筑工程领域也受到了推广和普及。

3高层建筑结构选型思路探析

在高层建筑施工设计中，结构体系选型是影响结构设计质量的直接因素，因此为保证高层建筑的施工质量，必须在施工前进行科学合理的建筑结构选型。建筑结构选型的开展要以材料的抗侧力体系为基准，并通过结构选型确定施工所需的建筑材料，除此之外，结构选型还包括大跨度楼盖选型和建筑竖向结构选型等等。为进一步确保高层建筑材料选型的正确性，还要在选型过程中将建筑方案和环境等影响因素考虑在内，经过各因素的限制以最终确定建筑结构的选型。在建筑结构选型的影响因素中，投资者的行为也可能对其产生重大的影响。如在福建省某88高层建筑的结构选型过程中，施工方案设计选定的是钢—砼混合结构和钢结构，而工程投资者希望建筑整体结构由钢筋砼结构搭建成，后期在通过工程分析，最终采用了投资者所提出的钢筋砼结构。为进一步提升高层建筑的可观赏性和经济价值，要在控制工程造价和合理设计建筑结构的同时，从美学角度对结构选型的美观程度进行评测，以提升高层建筑工程的美学价值。在现阶段我国高层建筑结构体系选型中，部分专家提倡采用钢—砼组合结构，因为这样能够在建筑施工中最大限度的控制工程造价，为高层建筑创造经济价值，而也有部分专家从高层建筑结构的结构稳定性和承重能力角度出发，建议采用钢筋砼结构，这便使得高层建筑结构的体系选型在我国成为了一项复杂的综合性建筑工程问题。从高层建筑结构体系选型中的方案设计角度分析，由于结构方案设计人员在方案制定中要充分考虑工程中多方面因素对结构选型的影响，所以结构选型方案的设计还要依赖于经验丰富的工程结构设计专家处理结构选型中的问题，到目前为止，高层建筑结构选型系统的主要包括刘西拉的专家系统HIPRED，何广乾等人开发的利用关隶属数μ进行综合模糊评定的结构体系选型系统，和Sabouni等人在“虚拟层数”概念下开发的量化选择结构体系等，多专家结构选型体系的提出表明了我国高层建筑结构选型领域所取得的成果，而基于结构选型问题的复杂性，多个专家系统都无法对结构选型中的各项因素进行全面的考虑与解决，加之每项高层建筑工程都具有其结构选型的独特性，如工程当地的工程技术水平，施工条件以及结构材料供给能力等，专家系统仍无法对这些因素所造成的结构选型问题进行综合处理，所以为了实现高层建筑结构选型中的不稳定因素造成的问题，应着重提升结构选型系统的超前性，根据拟建工程中的具体条件，制定更为切合施工实际的结构体系选型方案。

4结语

分析我国高层建筑的发展趋势可知，高层建筑结构选型正在以多结构体系的形式迅速发展，加之我国建筑工程技术的迅速发展，更是在高层建筑的发展中起到了有力的推动作用。随着我国建筑工程结构设计领域对建筑结构体系选型研究的逐渐深入，结构选型的思路会得到进一步丰富，结构选型决策正确性的也会提升，这都为我国高层建筑今后的发展奠定了坚实的基础。

作者：胡春波单位：宁夏新技术建筑设计研究院