超高层建筑结构选型与经济性分析

王一峰

摘 要：目前超高层建筑越来越多，为了确保超高层建筑的安全性及经济性，必须合理进行选型，本文即进行了超高层建筑结构选型及经济性分析。

关键词：超高层建筑；结构选型；经济性分析

前言：超高层建筑结构选型的合理性直接关系到资源利用和经济效益的实现，同时，在进行结构选型时，要充分考虑结构的性能要求及经济性。

1、超高层建筑结构体系概述

1.1成束筒结构体系

成束简结构是束状体，通过多个单筒集合而成，此结构是具有空间刚度极大的特点。在受到水平力的作用时，成束筒结构会产生一定程度的弯曲，造成内外侧板框架弯曲，并且最终导致成束筒产生很大的轴力。由此造成，成束筒结构柱的轴力分布近乎均匀水平，滞后现象因为水平力的作用而减弱，同时增强了结构的空间作用。成束筒结构可以形成多种形式，比如说平面矩形、六边形等。能形成多种形式的原因是因为成束筒结构的木质是能够将单个筒体进行组合，并且可以根据建筑的各项要求，将各个筒进行灵活地布置。

1.2巨型结构体系

巨型结构体系一般分为两类，即巨型框架结构体系与巨型析架结构体系。由于是由多级结构组成，因此巨型结构体系与一般超高层建筑结构体系相比，具有一些自己独特的优点，比如说刚度大，适应性好等。巨型结构体系具有刚度大的原因是，它的主结构构件的截面积比一般的要大出好多。巨型结构体系具有适应性好的原因是，它具有较大的灵活空间，可以根据建筑需求，灵活布置结构。对于巨型结构体系来说同样也是有缺点的。由于巨型结构高度大，因此，万一出现火灾的话，其消防难度可想而之。巨型结构体系通常使用大量玻璃作装饰面，因此造成严重的光污染现象。由于巨型结构体系形体复杂，因此对应于它的抗展性设计方案目前还不成熟，仍需进一步研究。

1.3伸臂结构体系

由中央核心简伸出刚有和外侧柱相连的结构就是所谓的伸臂结构体系。此体系具有结构抗侧刚度大的优点，刚臂的选择也有三种可能，可以是刚析架，也可以是开洞或者无洞的混凝土梁。伸臂结构在限制水平位移和减小简体内弯矩方面具有非常好的效果，是因为它可以限制芯筒弯曲程度。

2、超高层建筑结构选型分析

2.1经济性的要求

经济性的问题是结选型时最重要的因素。结构的高度、平面形状、规则程度以及施工方法等，都是影响经济性的重要的因素。任意因素变化都会导致经济指标的巨大变化。对于超高层建筑来说，抗侧力结构体系是重中之重。二要使技术经济指标在一个合理的水平，就需要对平面或者竖向进行合理的布置。侧向力产生的弯曲应力小于等于轴向应力三分之一时，对于超高层建筑来说，此时的的结构体系最是经济的。一般的高层建筑很容易就达到侧向力产生的弯曲应力小于等于轴向应力三分之一的要求，但是随着建筑高度的增加，达到这种要求的可能性就越来越小，因为此时是整个结构的刚度限制了结构的设计。

2.2抗震性的要求

近些年来，我国一些地区出现不同程度的地震，不止我们国家，新闻报导外国也时常有地震发生。对于这样的天灾，我们不能避免，但是我们可以减少地震带给我们的伤害。首先要做的就是，把我们的建筑修的尽可能地牢固。一般来说，超高层建筑抗震性能分为四个等级，即为完全可使用、基本可使用、修复后使用、生命安全四个等级。为了要将結构受力合理与建筑造型美观和谐地统一起来，建筑师与结构工程师在超高层建筑设计过程中一定要好好合作，共同讨论，一起商讨出既满足美观要求又满足结构受力合理的建筑物设计方案。由于要保证超高层建筑的经济性，结构工程师务必要尽早参与建筑设计方案，只有这样才能避免设计方案与施工方案产生不符合实际的情况。

2.3施工方法要求

施工方法对于超高层建筑来说，就如同做菜方法与菜的关系一样。做菜的方法正确，步骤正确，做出的饭自然就是无毒的，自然就是美味可口的，自然就是会受人们喜欢。同样，只有施工方法正确，才能保证超高层建筑物的质量，才能保证施工人员生命的安全性。选择好的施工方法就是选择了以最少工程建设费用，以最短工期，建造出质量最好的超高层建筑。一般来说，建筑物越复杂，楼层越高，对应于它们的施工方法也就更加复杂，更加需要经过深思熟虑。

3、超高层建筑经济性影响因素

3.1设计阶段

超高层建筑在设计中，需要考虑到外观、平面布置等方面。在建筑设计中，假如出现不合理的现象，则会增大建筑的结构受力，导致内力传递不合理的发生，为了满足施工设计需求，则必须通过增大构建截面尺寸、钢筋用量等措施来满足建筑承载力的需求。这就极易造成建筑材料的增加，导致施工成本的提高。在超高层建筑结构设计时，建筑结构设计对建筑的承载力有着直接影响。因此，在进行建筑结构设计时，要考虑到建筑的经济性，需要进行合理的结构选型。结构的不同消费的成本也有所不同。建筑排水设计也是至关重要的内容，在设计过程中，需要满足上部楼层用户的水压问题。

3.2施工阶段

在施工阶段的经济性影响因素主要是施工效率的问题。在超高层建筑施工过程中，应该根据实际情况，考虑施工质量、施工进度和施工成本等综合评价制定合适的施工方案。在施工中施工方案不合理，会导致施工过程中材料、器械的浪费；还会由于施工进度安排不合理造成工作人员窝工等现象。这些都对超高层建筑经济性有不利影响。

4、超高层建筑经济性的措施

4.1合理进行结构选型

在超高层建筑的结构选型过程中，需要选择最为适当的结构类型。其中有框架核心结构、核心筒结构等。不同的结构类型都有各自的优点与缺点。因此，在结构选型时，要考虑到各个因素，选择最符合建筑施工需求且经济性较高的。

4.2科学进行结构设计

结构设计和建筑设计相关，在进行结构设计时遇到问题可以与建筑设计单位进行沟通交流。结构设计应该满足以下要求：首先应该进行合理的荷载统计，在设计时充分发挥构件的性能，按照规范要去进行构件截面尺寸、配筋的设计。对于基础设计时，选择合适的基础类型，充分发挥桩和地下持力层的作用，避免设计富余。

4.3合理进行外观设计

建筑外观的设计不仅要考虑到美观的效果，还要注重建筑外观的成本影响。因此，在进行建筑外观设计时，应注意到这几点：一是注意到建筑的横向对称，其主要是为了避免风荷载给建筑带来影响，假如结构设计出现不对称的现象，就会极易产生扭矩。另外，还应注意到纵向保持刚度均匀，保证其不发生突变当发生突变时，就会造成很大的层间位移，这时则需设置加强和转换层，从而导致成本的增加。二是在平面布置时，应注意到建筑设计的各个方面，其中包括排水、建好组消防等，这样才能使建筑设计符合建筑施工的实际需求，从而避免资源浪费的现象，从而提高超高层建筑的经济效益。

5、结语

总的来说，结构选型在于考虑结构自身的综合性能，在超高层结构选型中，要确保满足结构性能要求，并且可以兼顾结构经济性。

参考文献：

[1]陈孝堂.超高层建筑结构体系方案优选[J].建筑结构，2012，（6）：72-73.

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