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摘要:高层建筑结构体系的选型通常要遵循一定的原则,它不仅要考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求,而且要从建筑设备安装、结构选材方面进行考虑。最后还需考虑各种结构体系的综合经济指标。选型不当带来的后果严重且难以修复,选型风险增大,传统的结构选型设计思想与方法将面临新的困难和挑战。因此,分析现代高层建筑发展给结构选型带来的新困难与新要求,重新认识结构选型设计问题的本质与规律,进一步明确结构选型的必要性与复杂性特征,既是现代高层建筑建设实践的要求,也是全面认识结构选型问题的需要。
关键词:高层建筑;建筑结构;选型
一、高层建筑结构选型的重要性
建筑工程项目中,设计是最为关键的一个环节,高层建筑作为建筑领域的重要组成部分,做好设计更是不容忽视。目前工作中,为了能够保证建筑结构设计质量,就需要严格依据现有的设计规章及制度,结合工程实际,在充分考虑建筑物抗震性、经济性基础上加以优化。就目前的高层建筑结构选型而言,具体包含了以下几个方面。
1、多元化要求
近期,建筑物的多元化、功能化已成为时代发展的必然趋势,这也必然导致建筑结构设计方案在平面立体上和内部空间布局上追求多元化、综合化及复杂化。但是面对这种时代发展需求,住户室内大空间、个性化又产生新矛盾。
2、建筑结构优化方式
随着建筑物高度与规模的不断扩大,高层建筑物的投资、工程建设周期也在不断的增长,建筑结构系统优化已成为当今业界谈及最多的问题。结构优化其形式优化已成为当今建筑结构选型及设计的重点,也是其布局与构件参数优化的基础。
3、因素的复杂化
城市化建设进程的增加,各地高层建筑不断耸立,高层建筑施工建设所涉及的因素越来越复杂,系统、综合、多变的选型模式越来越常见,对建筑专业的知识要求也在不断复杂。
二、高层建筑结构选型设计的方法探讨
1、模糊推理法
在进行高层建筑结构选型设计时,相关的建筑结构设计人员可以在运用信息技术的基础上进行模糊推理,建立一个完整的综合评判的数学模型。在模糊推理的过程中,可以将影响结构选型设计的某些定性、定量的因素综合起来,再根据所有相关的数据和信息进行分析。由于在推理的过程中依据的是大量的真实数据,因此在进行结构选型设计时具有一定的准确性。但是,运用模糊推理的方法也有其自身的缺陷,就是在推理时考虑到的数据和因素具有极大不确定性和模糊性,在所有的因素影响下,高层建筑的结构选型设计需要进行多目标决策。这个方法最大的优势在于,结构选型设计能够做到较为客观与科学。
2、定量方法
高层建筑结构选型设计还可以采用定量的方法,即在结构设计中设置好结构体系比较和选择的范围,先舍弃结构选型设计中的一些次要的影响因素,进行定量选择在运用定量方法进行结构选型设计时,忽略掉不容易将影响因素转换成数学计量单位进行评估比较的成分,把可以转换成数学计量单位的成分因素留下,再将这些成分进行计算比较。例如,在高层建筑结构选型设计时,计算工程建设的工程概况中相关的数据、将结构造价与整个建筑的成本价格进行比较、结构施工工期与整体成本的比较。在这些比较中,包括了利息、租金等计算。依据定量的方法进行结构选型,实际上也具有一定的局限性,在定量计算时仅仅只是以整体成本为目标,而且定量计算中的数据是无法分析的。此外,定量计算在数据的选择上会受到人为的主观的影响,最后结构选型设计的方案也会受到影响。
三、针对高层建筑结构选型进行设计
1、结构选型设计的条件
在进行建筑结构选型设计前,需要对建筑结构的功能要求进行充分的分析,在满足相应功能要求的基础上,实现合理的高层建筑结构选型设计。在高层建筑选型上,需要充分的考虑到各种建筑結构形式,并针对材料的选用情况进行慎重的分析。一般来说,很多的建筑成本花费最高的阶段就是结构设计阶段,而且在这一阶段,施工工期也相对较长。所以,有效的保障结构选型设计的质量,就能够使得高层建筑建设的整体质量得到保障。
2、结构选型的重要性
结构选型对于结构工程的建设来说,有着重要的影响作用。如果出现选型不恰当的问题,那么就会使得结构设计也存在相应的偏差,结构的安全性和耐用性就会大打折扣。因此,就需要合理的进行高层建筑结构选型。在一些特定的区域,如非地震带,高层建筑的结构选型,需要充分的考虑到水平荷载和风荷载这两种荷载因素。在这一区域,高层建筑结构需要选用抗风性较强的结构形式,而建筑的体型则需要选用风压系数相对较小的体型。
而在对建筑结构平面进行设计的过程中,则需要合理的对平面结构的形态和刚度进行精确的设计,以保障结构的稳定。在地震高发区域,建筑选型需要充分的考虑到地震因素,将宏观调控作为主要的指导方针,有针对性的对高层建筑整体方案进行设计,构建相应的结构体系,使得抗震效果得到最大化的体现。
3、建筑的结构体系设计具有一致性
建筑的形式有很多种,主要为多层建筑、高层建筑和低层建筑。无论是何种形式的建筑,其在水平结构体系设计以及竖向结构体系设计上,均参照一致的原理。然而,在建筑楼层逐渐增多的基础上,竖向结构体系在设计上也需要进行控制。之所以会出现这样的情况主要是因为在建筑楼层数增多的情况下,竖向荷载也会增大,对于支撑柱、墙和井筒的要求就会提高。同时,在建筑侧面所呈现出的倾覆力以及剪切力等也会相应的增大,因此要合理的对设计进行控制。
高层建筑与低层建筑和多层建筑在结构荷载的设计上有着一定的不同,高层建筑需要克服的问题是变形的问题,有效的针对变形进行抵抗。而低层建筑和多层建筑则主要需要解决的问题则是抗剪。要想能够使得高层建筑筑足以抵抗相当大的侧向荷载和侧移,常常不得不进行专门的结构布置,柱、梁、墙和板的截面总是要大一些。
四、高层建筑结构选型要点
高层建筑结构选型从本质上看,是考虑高层建筑施工的影响因素,这些因素既包括客观环境的限制,也包括建筑公司主观的原因,因而,以下对主客观原因进行分类分析。
1、客观因素
1.1环境。环境是影响高层建筑结构选型的主要因素,它包括两个层面,其一是高层建筑的建设环境对建筑安全与质量的影响,这一层面,要考虑地质条件、地下水、土质情况、高空空气对流状况以及地形、区域地质灾害史等,从各种层面进行考察论证是否适合发展高层建筑,同时,结合地理条件,进行稳妥的高层建筑结构选型。其二是高层建筑与周边的环境的和谐程度,这是从人文理念的环境定义出发,考虑高层建筑结构选型与城市文化的和谐发展。
1.2建筑功能。建筑功能是高层建筑结构选型的重要推力。这是从高层建筑的业主立场而言的,即高层建筑的拥有者对高层建筑的使用方式。结合不同的使用方式,就应当因地制宜的选择恰当的结构选型,不能简单的使用千篇一律的结构选型,使高层建筑功能失效,从而造成成本增加以及高层建筑资源的浪费。
1.3结构材料。结构材料是高层建筑结构选型的保障,结合地理条件、功能分区,选择混凝土结构或者钢架结构。从结构材料的特性出发,进行高层建筑结构选型。
2、主观因素
施工水平。施工水平是高层建筑结构选型的直接影响因素,这一因素施加影响主要表现在复杂高层建筑结构选型与新式高层建筑结构选型。由于高層建筑的设计者与施工者之间存在理念与认知的差异,设计者的意图往往得不到充分的发挥,结构选型也造成施工方在施工过程中的困惑,安全事故风险大大增加,成本与工期也会随着这种困惑而大大增加,造成概念化或高难度的高层建筑结构选型无法完成。
结束语
综上所述,随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。为了革新高层建筑,体现其魅力,追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
参考文献
[1]刘娜.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].城市建设理论研究,2014(10).
[2]秦杰.高层建筑结构设计及工程结构的选型研究[J].华东科技:学术版,2016(4):83-83.