建筑結(jié)構(gòu)選型及影響因素

1、.建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素 摘要： 一個(gè)好的結(jié)構(gòu)形式的選擇 ,不僅要考慮建筑上的使用功能 ,結(jié)構(gòu)上的安全合理 ,施工上的可能條件 ,也要考慮造價(jià)上的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藝術(shù)上的造型美觀。本文探討了影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素。 關(guān)鍵詞：影響；建筑結(jié)構(gòu)；選型；重要性；因素 在建筑工程建設(shè)中 ,工程造價(jià)中2/3 左右的費(fèi)用用于結(jié)構(gòu)工程 ,而結(jié)構(gòu)工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的一半以上。因此搞好結(jié)構(gòu)工程對于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用，搞好結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型 。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)形式的選擇 ,不僅要考慮建筑上的使用功能 ,結(jié)構(gòu)上的安全合理 ,施工上的可能條件 ,也要考慮造價(jià)上的經(jīng)

2、濟(jì)價(jià)值和藝術(shù)上的造型美觀。如果選型不當(dāng)會(huì)給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來無法彌補(bǔ)的缺陷 ,同時(shí)也會(huì)延誤工期 ,提高造價(jià)。因此在建筑物方案設(shè)計(jì)中必須將結(jié)構(gòu)選型放在重要地位。 一、建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性 1.建筑與城市社會(huì)發(fā)展的關(guān)系密切 我國城市化進(jìn)程及人口的持續(xù)增長導(dǎo)致城市人口急劇上升,城市居住、 生產(chǎn)、 生活用地日趨緊張。 為節(jié)約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費(fèi)、 市政工程費(fèi)和復(fù)雜地形處理費(fèi), 提高城市社會(huì)吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴(yán)峻供需矛盾,改善城市環(huán)境與調(diào)節(jié)心理等城市社會(huì)性問題,建筑的數(shù)量仍將在全國各大中城市持續(xù)增長,且其規(guī)模、高度、 復(fù)雜性及建設(shè)速度也將呈上升趨勢。 2

3、.建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高現(xiàn)代建筑體形與平立面空間分布日益復(fù)雜,高度、 規(guī)模、 投資日益增大,要求性能更先進(jìn)、 更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式與之相適應(yīng)。主要表現(xiàn)為: (1)需求多元化、 功能綜合化的趨勢, 必然要導(dǎo)致建筑方案平立面形狀與內(nèi)部空間分布等多樣化、 個(gè)性化與復(fù)雜化,為增大建筑凈空高度,很多一般多高層建筑中不存在的新問題與矛盾開始出現(xiàn),對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式的要求提高。(2)隨著高度與規(guī)模等增大,建筑投資增加、 工期增長,其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化的必要性及可優(yōu)化的空間與效益將更明顯。結(jié)構(gòu)優(yōu)化,首先是其形式的優(yōu)化, 然后才是其布局與構(gòu)件參數(shù)的優(yōu)化。(3)建筑需考慮的影響因素日益復(fù)雜、 系統(tǒng)、 綜合和多變,選型需要的知識

4、信息愈加龐大,選型結(jié)果受人為因素的影響也將增大。 二、影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素 1.施工水平 建筑施工的生產(chǎn)技術(shù)水平及生產(chǎn)手段對建筑結(jié)構(gòu)型式有很大影響。 正是大型起重機(jī)械及各種建筑機(jī)械例如混凝土泵，相繼問世才使高層建筑的各種結(jié)構(gòu)型式成為現(xiàn)實(shí)，施工水平對建筑結(jié)構(gòu)型式的影響表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： (1)先進(jìn)施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)型式的前提。 (2)建筑結(jié)構(gòu)方案要密切與施工條件相結(jié)合。 一方面，施工技術(shù)條件不具備或選用的結(jié)構(gòu)方案不適應(yīng)現(xiàn)有施工技術(shù)能力，將給工程建設(shè)帶來困難 。例如選擇裝配式框架結(jié)構(gòu)方案時(shí)需要認(rèn)真考慮施工單位焊工技術(shù)力量，否則將給工程質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響。 如果決策人員在結(jié)構(gòu)選型時(shí)考慮不周也將

5、會(huì)給施工單位帶來不必要的困難。 因此選型時(shí)有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)多與施工單位人員溝通，共同磋商解決選型中出現(xiàn)的矛盾。 另一方面，選擇結(jié)構(gòu)型式時(shí)要結(jié)合施工工藝因素考慮工程的具體施工條件，同一種結(jié)構(gòu)型式可以對應(yīng)不同的施工工藝，而不同的施工工藝不僅影響材料消耗，勞動(dòng)力工期施工工期的影響已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)因素中分析及造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而且會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài) 、抗震性能 、計(jì)算分析及構(gòu)造措施。 所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)選型中應(yīng)對施工工藝連同其它因素加以全面綜合權(quán)衡考慮。 2.建筑結(jié)構(gòu)材料 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的結(jié)構(gòu)材料如高強(qiáng)砼 、輕骨料砼、 復(fù)合材料中的鋼管砼 、鋼纖維砼等等不斷誕生，新的結(jié)構(gòu)材料促使傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式發(fā)

6、生變革，新的結(jié)構(gòu)型式產(chǎn)生，從而不可避免地給結(jié)構(gòu)選型問題帶來深刻影響 。眾所周知在傳統(tǒng)的建筑材料中，鋼材符合輕質(zhì)又高強(qiáng)的條件，在國外高層建筑中很多采用鋼結(jié)構(gòu)體系，鑒于我國國情和條件，絕大部分高層建筑都采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系，且一般都采用普通鋼筋砼。 混凝土及鋼材的強(qiáng)度等級不高，建筑物的自重一般平均在 1217kN/平方米 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國已建成的高層建筑中，自重小于 12kN/平方米的只占 22%，而大于 14kN/平方米的占 46%，總的來說，自重偏大給設(shè)計(jì)、 施工、 材料運(yùn)輸、 結(jié)構(gòu)抗震性能及結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來較多不利影響。因此在考慮了材料的供應(yīng)狀況的前提條件下，優(yōu)先選用能減輕建筑物自重的結(jié)構(gòu)

7、材料是很有必要的。 減輕建筑物自重給整個(gè)高層建筑帶來的效益有：(1)有利于減小結(jié)構(gòu)截面節(jié)約建筑材料尤其對于高層建筑下部樓層的柱子影響更大。(2)有利于減小基礎(chǔ)投資據(jù)統(tǒng)計(jì)在軟土地基地區(qū)基礎(chǔ)的造價(jià)約占土建總投資的 25%左右在上海市約占 20%30%有的甚至達(dá)到35%。例如：天津市樁箱型基礎(chǔ)約占28%，隨著目前地下室越來越深這個(gè)比例有加大的趨勢。所以減輕高層建筑自重對減少軟土地基地區(qū)高層建筑基礎(chǔ)投資有重大意義。 3.建筑物的功能 建筑物的功能要求是建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的首要因素。任何建筑都具有對客觀空間環(huán)境的要求, 根據(jù)這些要求可大體確定建筑物的尺度、規(guī)模與相互關(guān)系。在結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)使所選擇的結(jié)構(gòu)形式剖

8、面與建筑物使用空間相適應(yīng), 盡可能降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度, 才能提高空間的使用效率、節(jié)省維護(hù)結(jié)構(gòu)的初始投資費(fèi)用、減少照明采暖空調(diào)負(fù)荷、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用從而降低建筑物全壽命期費(fèi)用。其次通過對結(jié)構(gòu)體系裸露和藝術(shù)加工, 將結(jié)構(gòu)形式與建筑的空間藝術(shù)形象融合為一體來表現(xiàn)建筑美。建筑界公認(rèn)的典型例子意大利佛羅倫薩運(yùn)動(dòng)場的大看臺(tái), 是一個(gè)鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu), 雨蓬的挑梁伸出17m, 它的彎矩圖是二次拋物線, 建筑師把挑梁的外形與其彎矩圖統(tǒng)一起來, 同時(shí)利用混凝土的可塑性, 對挑梁的外輪廓進(jìn)行藝術(shù)處理, 在挑梁支座附近挖了一個(gè)帶有橢圓弧線的三角形孔, 既減輕了結(jié)構(gòu)自重, 又獲得良好的藝術(shù)效果。直接將結(jié)構(gòu)的自然形體進(jìn)

9、行恰如其分的藝術(shù)加工而又不做任何多余的裝飾, 使結(jié)構(gòu)形式與建筑空間藝術(shù)形象高度地融合起來。 4.建筑物結(jié)構(gòu)受力合理性 結(jié)構(gòu)受力合理性包括結(jié)構(gòu)能有效抗風(fēng)、可靠抗震、傳力途徑明確、應(yīng)力分布合理、 破壞機(jī)制合理等等。 它受環(huán)境條件，諸如基本風(fēng)壓、設(shè)防烈度等影響，而基本風(fēng)壓、設(shè)防烈度又因場地條件不同而不同。具體分析如下： (1)環(huán)境條件：基本風(fēng)壓、設(shè)防烈度水平荷載在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起控制作用，具體到非地震區(qū)，特別是風(fēng)荷載較大的地區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型應(yīng)對風(fēng)荷載作用引起足夠重視，選擇時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)體系在強(qiáng)度、變形方面滿足要求，還要使結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的振動(dòng)控制在人對不適感的容許限度范圍之內(nèi)。地震區(qū)高層

10、建筑的抗震安全性與經(jīng)濟(jì)合理性，很大程度上取決于抗震結(jié)構(gòu)體系的選型是否恰當(dāng)合理。而選型是根據(jù)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)又得依據(jù)設(shè)防烈度，設(shè)防烈度又受建筑物所在場地的地質(zhì)條件影響。由于地震運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性及復(fù)雜性，既不可能準(zhǔn)確地劃定高烈度地震可能發(fā)生的地區(qū)和范圍，又不能在全國范圍內(nèi)普遍按照高烈度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，勢必給結(jié)構(gòu)選型工作帶來困難。 (2)高層建筑場地條件。建筑場地條件不同，基本風(fēng)壓、設(shè)防烈度也就不同，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系選型時(shí)，如果有條件選擇建筑場地時(shí)應(yīng)掌握工程地質(zhì)和地震活動(dòng)情況的有關(guān)資料，根據(jù)工程需要，按有關(guān)規(guī)范對建筑場地作綜合評價(jià)， 宜選擇有利抗風(fēng)、 抗震的地段;當(dāng)沒有條件選擇建筑場地時(shí)，選型時(shí)應(yīng)慎重

11、選擇結(jié)構(gòu)型式，確保結(jié)構(gòu)受力合理性。 5.經(jīng)濟(jì)因素 衡量結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性的手段是進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析。所謂綜合經(jīng)濟(jì)分析就是要全面考察影響經(jīng)濟(jì)效益的各要素，從整體的和長遠(yuǎn)的角度，系統(tǒng)地考慮結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性：第一，不但要考慮某個(gè)結(jié)構(gòu)方案付諸實(shí)施時(shí)的一次投資費(fèi)用，還要考慮其全壽命期費(fèi)用；第二，除了以貨幣指標(biāo)核算結(jié)構(gòu)的建造成本外，還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動(dòng)力等各項(xiàng)指標(biāo)來衡量，此外，從可持續(xù)發(fā)展的角度來考慮，還要特別考慮資源的節(jié)約；第三，某些生產(chǎn)性建筑若能早日投產(chǎn)交付使用，可以較快地回收投資資金，更能得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此在結(jié)構(gòu)方案比較時(shí)還應(yīng)綜合考慮一次性開發(fā)初始投資和建設(shè)速度之間的關(guān)系。 綜上所述，影響結(jié)構(gòu)選型決策的因素主要體現(xiàn)在建筑物的功能要求、結(jié)構(gòu)受力合理性、 經(jīng)濟(jì)因素的制約等方面。 所有的這些確定性的和非確定性的因素都或多或少對結(jié)構(gòu)選型產(chǎn)生影響, 在某些情況下, 不為人們重視甚至被忽略的一些因素往往起著決定性的作用。 因此, 在結(jié)構(gòu)選型決策工作中應(yīng)該綜合考慮各種決策影響因素的作用特點(diǎn)和對決策結(jié)果的影響度, 并將它們綜合、 協(xié)調(diào)、 統(tǒng)一起來, 這樣才能對下一步用科學(xué)的方法進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)選型做好基礎(chǔ)與鋪墊。 參考文獻(xiàn)： 1 史立社,周舒淵. 淺析小高層建筑的結(jié)構(gòu)選型J. 陜西建筑, 2008,(12) .