建筑结构选型的影响因素

摘 要： 一个好的结构形式的选择 ,不仅要考虑建筑上的使用功能 ,结构上的安全合理 ,施工上的可能条件 ,也要考虑造价上的经济价值和艺术上的造型美观。本文探讨了影响建筑结构选型的因素。

关键词：影响；建筑结构；选型；重要性；因素

在建筑工程建设中 ,工程造价中2/3 左右的费用用于结构工程 ,而结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的一半以上。因此搞好结构工程对于建筑工程建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用，搞好结构工程的关键在于结构选型 。一个好的结构形式的选择 ,不仅要考虑建筑上的使用功能 ,结构上的安全合理 ,施工上的可能条件 ,也要考虑造价上的经济价值和艺术上的造型美观。如果选型不当会给结构的安全使用及耐久性带来无法弥补的缺陷 ,同时也会延误工期 ,提高造价。因此在建筑物方案设计中必须将结构选型放在重要地位。

一、建筑结构选型的重要性

1.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,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.建筑结构复杂性提高现代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,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)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。

二、影响建筑结构选型的因素

1.施工水平

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。 正是大型起重机械及各种建筑机械例如混凝土泵，相继问世才使高层建筑的各种结构型式成为现实，施工水平对建筑结构型式的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。 如果决策人员在结构选型时

考虑不周也将会给施工单位带来不必要的困难。 因此选型时有关设计人员应多与施工单位人员沟通，共同磋商解决选型中出现的矛盾。

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，劳动力工期施工工期的影响已经在经济因素中分析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。

2.建筑结构材料

随着科学技术的发展，新的结构材料如高强砼 、轻骨料砼、 复合材料中的钢管砼 、钢纤维砼等等不断诞生，新的结构材料促使传统结构型式发生变革，新的结构型式产生，从而不可避免地给结构选型问题带来深刻影响 。众所周知在传统的建筑材料中，钢材符合轻质又高强的条件，在国外高层建筑中很多采用钢结构体系，鉴于我国国情和条件，绝大部分高层建筑都采用钢筋砼结构体系，且一般都采用普通钢筋砼。 混凝土及钢材的强度等级不高，建筑物的自重一般平均在 12~17kN/平方米 。据统计，在我国已建成的高层建筑中，自重小于 12kN/平方米的只占 22%，而大于 14kN/平方米的占 46%，总的来说，自重偏大给设计、 施工、 材料运输、 结构抗震性能及结构技术经济指标带来较多不利影响。因此在考虑了材料的供应状况的前提条件下，优先选用能减轻建筑物自重的结构材料是很有必要的。

减轻建筑物自重给整个高层建筑带来的效益有：(1)有利于减小结构截面节约建筑材料尤其对于高层建筑下部楼层的柱子影响更大。(2)有利于减小基础投资据统计在软土地基地区基础的造价约占土建总投资的 25%左右在上海市约占 20%~30%有的甚至达到35%。例如：天津市桩箱型基础约占28%，随着目前地下室越来越深这个比例有加大的趋势。所以减轻高层建筑自重对减少软土地基地区高层建筑基础投资有重大意义。

3.建筑物的功能

建筑物的功能要求是建筑设计中应考虑的首要因素。任何建筑都具有对客观空间环境的要求, 根据这些要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应, 尽可能降低结构构件的高度, 才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、减少照明采暖空调负荷、节省维护费用从而降低建筑物全寿命期费用。其次通过对结构体系裸露和艺术加工, 将结构形式与建筑的空间艺术形象融合为一体来表现建筑美。建筑界公认的典型例子意大利佛罗伦萨运动场的大看台, 是一个钢筋混凝土梁板式结构, 雨蓬的挑梁伸出17m, 它的弯矩图是二次抛物线, 建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来, 同时利用混凝土的可塑性, 对挑梁的外轮廓进行艺术处理, 在挑梁支座附近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔, 既减轻了结构自重, 又获得良好的艺术效果。直接将结构的自然形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装饰, 使结构形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来。

4.建筑物结构受力合理性

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。具体分析如下：

(1)环境条件：基本风压、设防烈度水平荷载在高层建筑结构设计中起控制

作用，具体到非地震区，特别是风荷载较大的地区，高层建筑结构选型应对风荷载作用引起足够重视，选择时要考虑结构体系在强度、变形方面满足要求，还要使结构在风荷载作用下产生的振动控制在人对不适感的容许限度范围之内。地震区高层建筑的抗震安全性与经济合理性，很大程度上取决于抗震结构体系的选型是否恰当合理。而选型是根据抗震设防标准，抗震设防标准又得依据设防烈度，设防烈度又受建筑物所在场地的地质条件影响。由于地震运动的随机性及复杂性，既不可能准确地划定高烈度地震可能发生的地区和范围，又不能在全国范围内普遍按照高烈度标准设防，势必给结构选型工作带来困难。

(2)高层建筑场地条件。建筑场地条件不同，基本风压、设防烈度也就不同，在进行结构体系选型时，如果有条件选择建筑场地时应掌握工程地质和地震活动情况的有关资料，根据工程需要，按有关规范对建筑场地作综合评价， 宜选择有利抗风、 抗震的地段;当没有条件选择建筑场地时，选型时应慎重选择结构型式，确保结构受力合理性。

5.经济因素

衡量结构方案的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要全面考察影响经济效益的各要素，从整体的和长远的角度，系统地考虑结构方案的经济性：第一，不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投资费用，还要考虑其全寿命期费用；第二，除了以货币指标核算结构的建造成本外，还要从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量，此外，从可持续发展的角度来考虑，还要特别考虑资源的节约；第三，某些生产性建筑若能早日投产交付使用，可以较快地回收投资资金，更能得到较好的经济效益。因此在结构方案比较时还应综合考虑一次性开发初始投资和建设速度之间的关系。

综上所述，影响结构选型决策的因素主要体现在建筑物的功能要求、结构受力合理性、 经济因素的制约等方面。 所有的这些确定性的和非确定性的因素都或多或少对结构选型产生影响, 在某些情况下, 不为人们重视甚至被忽略的一些因素往往起着决定性的作用。 因此, 在结构选型决策工作中应该综合考虑各种决策影响因素的作用特点和对决策结果的影响度, 并将它们综合、 协调、 统一起来, 这样才能对下一步用科学的方法进行高层建筑结构选型做好基础与铺垫。

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第二篇：高层建筑结构选型影响因素

高层建筑结构选型影响因素分析

摘要:高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键,随

着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。论文总结了各种高

层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受

力特征,进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨。

关键词:高层建筑；结构设计；选型结构；

选型工作具有很强的综合性包含大量确定与不确定的因素,受诸

多条件和因素影响,高层结构是否合理、经济的关键,随着建筑高度

和功能的发展需要而不断发展变化。除了要考虑工程造价和投资能

力,还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性,施工条件,技术能

力,施工工期,建筑材料和能源供应,建筑美学要求包括建筑群及其

环境的配合建设场地的地形地貌自然灾害等等。

1高层建筑结构选型的相关概述

高层建筑的结构体系主要有框架结构,异型柱框架结构,框架一剪

力墙结构,剪力墙结构,部分框支剪力墙结构,筒体结构(框架一核

心筒结构,筒中筒结构),以及混合结构,即由多种材料构件如钢筋

混凝土构件、钢构件、组合结构构件(钢管混凝土构件、型钢混凝

土构件及组合梁等)构成的结构。主要分为:(1)一般高层建筑结构

体系。一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架－

剪力墙体系、框架－筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。

(2)复杂高层建筑结构体系。复杂高层建筑结构体系一般是指带转

换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、

平面不规则结构体系等。(3)新颖高层建筑结构体系。近年来,出现

了一些新颖的高层建筑结构体系。其中具有代表性的有束筒体系、

巨型框架体系、脊骨体系等结构体系。

2高层建筑结构选型的重要性

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。

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。

3高层建筑结构选型的若干思考

竖向承重结构的选型在对竖向承重结构进行选型时,首先考虑的

是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的,

因而它们适应的高度也不同。一般说来,框架结构适用于高度低、

层数少、设防烈度低的情况;框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以

满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时,可用

筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采

取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用

途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类:住宅、旅馆及公

共性建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用

剪力墙结构。

水平承重结构的选型水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传

递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种,平板体

系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系:平板体系采用单

向板或双向板,常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整,

可以不加吊顶,结构高度低,可以降低层高。但当跨度大时,采用平

板较困难,一般非预应力平板不宜成过6m,预应力平板不宜超过9m,

否则平板厚度过大,楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼

面可以减少板厚。无梁楼盖:在层高受限制情况下,公用建筑常采用

无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽,以加强板柱连接的可靠性。

无梁楼盖的合适跨度是:普通钢筋混凝土楼面6m以内;预应力混凝

土楼面可达9m。密肋楼盖:密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制

的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板

时,框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足:房屋

高度超过50m时,框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结

构应采用现浇搂盖结构;剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。

房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用

现浇楼盖结构;6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体

式楼盖;框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇

楼盖,混凝土强度等级不宜低于c25,也不宜高于c40。

下部结构的选型高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它

将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的

好坏,不但关系到结构的安全,而且对房屋的造价、施工工期等有重

大的影响。高层建筑基础形式通常有以下几种:(1)柱下独立基础:

适用于层数不多、土质较好的框架结构。 (2)交叉梁基础:即双向

为条形基础。适用:层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－

剪力墙结构。(3)片筏基础:适用于层数不多土质较弱或层数较多土

质较好时用。当基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表

不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时,选用片筏基础比选用

桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱,应注意

对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时,还

要进行抗浮验算。(4)复合基础:适用于层数较多或土质较弱时采

用。cfg桩复合地基是高粘结强度复合地基代表,目前它已大量应用

于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础,也可用于筏基和

箱形基础。可用于填土、饱和土及非饱和土粘性土。

4结语

高层建筑结构的选型与结构布置在结构抗震概念设计中占有极其

重要的地位,它们直接影响着结构的安全性与经济性。总的来说,高

层建筑结构选型包含竖向承重结构选型、水平承重结构选型以及下

部结构选型;结构布置包括结构平面布置、结构竖向布置及变形缝

设置。设计中应根据房屋的高度、高宽比等多方面因素选取合理的

结构体系,以上因素在结构选型方面应该重点考虑。

参考文献

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