影响高层建筑结构选型的因素研究

石 晶

（延安大学西安创新学院，陕西 西安 710100）

影响高层建筑结构选型的因素研究

石 晶

（延安大学西安创新学院，陕西 西安 710100）

高层建筑结构选型具有一定的复杂性，并且在这个过程中存在着大量不确定以及未知的因素.因此，高层建筑结构选型必须分析出主要影响因素以及次要影响因素，并且还要能够了解各个因素之间的联系.这样才能够更好地解决高层建筑结构选型中存在的更加深层次的问题.本文主要分析了影响高层建筑结构选型的因素.

高层建筑；结构选型；因素

结构选型通常会受到经济、环境、安全等因素的影响.并且这些因素具有着一定的随机性以及不确定性.因此，决策人员必须能够对高层建筑结构选型的因素进行明确的分析，从而能够更加深层次的了解各个因素的联系以及层次性.这对于高层建筑结构选型具有着非常重要的作用.

1 结构的功能适应性

1.1 建筑物的使用空间要求

不同的建筑物都要求有着不同的客观空间环境.这也能够反映出建筑物的规模、尺度以及不同建筑物之间的关系.建筑物的使用空间要求也代表着建筑方案的特征.而这对于结构选型有着两方面的影响.第一，结构型式对于建筑物的使用空间有着一定的影响.如果结构型式不同，那么建筑物的使用空间也会有所不同.这主要是由于不同的结构体系有着不同的建筑内部空间.第二，结构型式能够影响到建筑物的空间高度.如果结构型式不同，那么建筑物会有着不同的空间高度.这主要是由于结构型式对于结构构件高度有着决定性的作用.

1.2 建筑物的使用功能要求

一般情况下，高层建筑的主要类型为住宅、公寓、公共建筑以及旅馆等.不同类型的高层建筑都有着不同的功能要求.如果建筑物内部的平面布局和空间分隔有着不同的特点，那么结构体系的选型要求也有着很大的不同.如果建筑物的功能不同，那么和建筑物相匹配的结构形式也会只有几种.比如：高层住宅建筑不具有较大的使用空间，并且有着许多的分隔墙体，同时每层都有着相同的平面设置.这些特点和功能都表明了高层住宅建筑只能够和框架剪力墙结构或者剪力墙结构相匹配.

2 结构的受力合理性

不同的结构体系具有着不同的受力特征.并且不同的结构体系有着不同的抗震能力以及抗风能力等.同时结构选型也必须确保结构体系的受力具有一定的合理性.因此，结构选型当中应当仔细分析不同结构体系的优势以及不足之处，并且结合其他的影响因素来挑选出符合条件的结构体系.结构抗风的有效性、抗震的可靠性、应力分布的合理性、传力途径的明确性等都能够体现出结构受力的合理性.同时，如果场地条件不同，那么基本风压、设防烈度等环境条件的影响也会所不同.

2.1 环境条件

高层建筑结构设计会受到水平荷载的控制.对于非地震区而言，水平荷载中的风荷载会对高层建筑结构设计起到控制的作用.第一，如果层间位移过大，那么结构体系中的柱、墙以及梁等承重构建就会在不同程度上受到严重的破坏，甚至一些构建会出现比较大的摆动.第二，风荷载会使得高层建筑当中工作和生活的人群感到非常的不舒服.因此，在非地震区，高层建筑结构选型应当特别重视风荷载因素的作用，并且应当根据结构体系的变形、强度等进行结构选型.另外，结构选型应当控制风荷载的振动作用不会使人们产生不适感.地震运动的过程比较复杂并且非常的随机.因此，结构选型不仅不能给准确的划定出地震的区域和范围，也不能够在全国范围内设置一定的标准.这使得结构选型具有着非常大的困难.大量经验表明，数值计算分析的精确性能够在很大程度上保证抗震结构体系选择的合理性.但是在这个过程中，工程经验以及概念设计思想运用的正确性同样具有着非常重要的作用.

2.2 场地条件

建筑场地条件对于设防烈度以及基本风压有着非常重要的影响.在结构选型的过程当中，建筑企业应当根据工程地质以及地震活动情况来选择建筑场地，并且要按照相关的规范以及工程的需求来对建筑场地进行综合性的评价.如果没有条件进行建筑场地的选择，那么结构选型时要加强对于结构型式的选择.这样能够保证结构受力更加合理.

3 结构的经济有效性

在工程建设的过程当中，每个国家都需要采取一定的措施来提高工程投资所带来的经济效益.高层建筑结构选型从经济角度来对不同结构体系的比较具有着非常重要的作用.而建筑企业一般通过衡量结构方案来对经济进行综合性的分析.分析的内容主要为影响经济效益的因素，同时也要能够对结构方案的经济性进行全面的分析.

3.1 一次性投资成本

建筑工程的投资成本主要指的是在施工过程中所应用到的劳力、建筑材料以及施工机械设备等的费用.因此，一般情况下，建筑材料的节省能够在很大程度上降低一次性投资.

3.2 综合考虑结构方案对建筑物造价的影响

有些结构材料价格比较贵，但由于其具备良好的质量，也可能会提升建筑物的整体质量，为造价工作带来好处.例如，在一定的跨度条件下密肋楼板和梁板的结构进行比较，使用前者费用较高，但却可以降低结构高度，所有可能会更好的降低楼层增加经济效益.

3.3 考虑因为减少工期而增加的经济效益

减少施工周期，能够使建筑提前交付使用，建设企业可以提前得到经济收入，减少贷款时间，进而少付利息.所以，有些结构方案有可能一次性投入很高，但在长远看来却是非常经济的方案.

3.4 考虑结构全寿命期费用

在对结构方案的经济性进行分析的时候，只考虑一次性费用这是不合理的.通常情况下，一栋建筑的使用周期为五十年，在这段时间内可能会产生维修、保养、灾后重建等费用，这往往是一笔很大的支出.所以在进行结构方案选型决策的时候也必须考虑到.比如，对一栋高层建筑来说，如果采用的是钢结构，那么在后期必定要进行防腐处理，从其使用周期来说，这比费用是十分巨大的.但若是使用钢筋混凝土也不用花费这项支出，从长远来看会节省很多费用.对于类似情况，在进行结构选型的时候，必须要经过综合考虑后再进行决策.

4 结构的施工方便性

建筑施工技术以及生产手段对结构的影响有以下三点：第一，先进的施工技术是保障先进结构选型的前提.第二，结构方案的选择，要和施工条件相结合.如果施工技术达不到结构方案的标准，会给施工带来很大的难度.比如若采用框架结构，就要充分的考虑到焊接技术，若是焊接技术不足，就无法保证工程的质量.另外，进行结构选择的时候还要充分的考虑到施工条件.因为可能同一种结构类型对施工工艺的要求不同，而不同的施工工艺也所使用的材料以及劳动力和工期、造价也会有所不同.并且还会对结构的受力状态、抗震性能以及计算分析和构造措施造成一定的影响，因此，在对高层建筑结构选型进行选择的时候，要充分的考虑到施工的工艺以及各方面的因素.第三，要充分考虑到一些结构的受力状况，是否在施工和使用阶段存在出入.比如升板结构在使用阶段类似于现浇无梁楼盖结构，柱子和楼板进行连接，而在施工提升阶段柱板节点只能视为铰接，很明显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、抗地质灾害比如滑坡、沉降等性能.其中抗风减灾性能可以通过抗风压的形式进行优化，实现高度和刚度的合理性；康地质灾害能可在场地选择及基础选型中考虑；结构抗火减灾性能可以选择防火抗火材料、加强消防设施建设来实现，所以在进行选型的时候，一般不会考虑到这方面因素.结构的抗震减灾能力是建筑结构必须要考虑的问题，主要包括以下几个方面：（1）结构体系应该具备明确的计算简图和合理的地震作用传递途径.（2）结构体系的抗震性设计，要防止因为一些结构或者构件的损坏，而对整个结构体系的抗震性能造成影响.（3）要具备良好的承载能力以及变形能力和消耗地震能力的能力，其中钢筋混凝土具有良好分地震能力的作用，采用钢筋混凝土可以有效的降低地震造成的破坏.（4）结构体系应该具备许多抗震防线，框架-剪力墙结构就是具备很好性能的多道防线和抗震结构，其中剪力墙不但是主要的抗侧力构件，还是第一道抗震防线.（5）结构体系的设计应该具有一定的刚度，使高层的主体抗侧力结构的刚度具备一定的和力度，是进行高层结构设计的重要指标之一.高层建筑的主体抗侧力结构的刚度必须要达到施工的标准规范所规定的水平位移以及整体稳定和强度延性的高要求，确保高层建筑结构的稳定性，提升抗震性能.

6 结构的美学效应

对高层建筑的建设来说，除了物质上的功能来说，人们还对其另外一种需求，那就是美学性能，主要包括四个方面：单体视觉形象美、外部环境系统的协调美、内部功能系统的协调美、结构系统的技术美.前三种美学性能要求高层建筑实使用功能和美学功能得到统一.第四种美学性能是建筑构件以及材料性能方面的先进性.总的来说，就是要求高层建筑在具备所有使用功能的同时符合人们的审美标准，并保证其结构和材料的先进性，使高层建筑综合性能得到提高.

在对高层建筑结构进行实际设计的时候，设计师往往会忽略到各种因素对结构造成的影响，进而使选型和实际需求产生误差，影响了高层建筑的质量.因此在进行结构选型决策的时候，要注意到这一点，在对各种影响因素进行综合性考虑之后，再进行结构选型，保证选型的正确性，提升高层建筑结构选型的正确性.

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〔3〕陶忠,张耀春,韩林海,王光远.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报，2000(01).

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