高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素與選取方法,建筑結(jié)構(gòu)論文

高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素與選取方法,建筑結(jié)構(gòu)論文在高層建筑設(shè)計(jì)中,構(gòu)造設(shè)計(jì)賦予建筑物一個(gè)支撐骨架.該骨架型式及其空間關(guān)系的合理性不僅直接關(guān)系到建筑物的安全,而且關(guān)系到建筑物能否實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的功能和能否到達(dá)預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益.根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)歷體驗(yàn),若高層建筑構(gòu)造體系選型不當(dāng),同樣難以做出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì).正確處理高層建筑構(gòu)造體系的選型問題,對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)、施工乃至使用、維護(hù)而言,都具有至關(guān)重要的意義.1高層建筑構(gòu)造選型的問題當(dāng)下我們國家高層建筑構(gòu)造選型普遍不重視構(gòu)造選型決策工作,而且缺乏一套完好系統(tǒng)、可行的方式方法來操作,僅以上部構(gòu)造土建造價(jià)單一指標(biāo)或幾個(gè)易于轉(zhuǎn)換成計(jì)量單位評(píng)估的定量指標(biāo)來進(jìn)行決策.因而高層建筑構(gòu)造選型存在如下問題:第一是影響因素的不確定性.構(gòu)造選型決策工作具有很強(qiáng)的綜合性,包含大量確定與不確定的因素,多因素共同作用的結(jié)果斷定構(gòu)造的型式,需要對(duì)眾多因素做大量細(xì)致分析.對(duì)一棟高層建筑來講,按當(dāng)下常規(guī)做法是不太可能得到完善合理的構(gòu)造型式的.選錯(cuò)構(gòu)造型式,不僅會(huì)使高層建筑綜合經(jīng)濟(jì)效益低下,而且使該建筑物給社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境帶來不良影響[1].第二是影響因素的多樣性.構(gòu)造體系的選擇遭到眾多條件和因素影響,除了要考慮工程造價(jià)和投資能力,還要考慮所選構(gòu)造型式對(duì)建筑功能的適應(yīng)性、施工條件、技術(shù)能力、施工工期、建筑材料和能源供給、建筑美學(xué)要求,包括建筑群及其環(huán)境的配合,建設(shè)場(chǎng)地的地形、地貌、自然災(zāi)禍等等.一個(gè)合理的構(gòu)造型式是通過進(jìn)行多目的決策,將眾多因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)而產(chǎn)生.而設(shè)計(jì)人員正是缺乏這種從整體(或全局)的綜合經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)來處理構(gòu)造選型問題的觀念,并由于缺乏處理模糊概念的方式方法和手段,不自覺地把不少本來為模糊的量忽略或當(dāng)成確定性的,這使得設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)不能到達(dá)應(yīng)有的取值范圍,進(jìn)而導(dǎo)致決策結(jié)果不是真正的最滿意的.2高層建筑構(gòu)造選型的影響因素分析2.1高層建筑構(gòu)造選型不合理的情況及原因分析2.1.1超出建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的適用范圍高層建筑的各種構(gòu)造體系有各自的適用范圍,我們國家(鋼筋混凝土高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工規(guī)程〕(下面簡(jiǎn)稱為(高規(guī)〕)給出了各類鋼筋混凝土構(gòu)造房屋適用的最大高度.首先房高超規(guī).如高規(guī)規(guī)定對(duì)位于IV類場(chǎng)地的建筑或不規(guī)則建筑高度應(yīng)適當(dāng)降低.抗震規(guī)范條文講明指出:不規(guī)則或在IV類場(chǎng)地上的構(gòu)造,適用高度一般降低20%左右.有框支剪力墻的構(gòu)造,抗震的不利因素是明顯的,適用高度一般降低20%~30%.有的不規(guī)則高層建筑高度未按要求降低.其次是剪力墻間距超規(guī)主要具體表現(xiàn)出為框剪構(gòu)造中超過高規(guī)中關(guān)于剪力墻間距的規(guī)定和在有框支墻的現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)造中,落地剪力墻間距超過(高規(guī)〕規(guī)定.超過的原因主要是為知足建設(shè)方對(duì)大空間的要求.2.1.2選用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有的構(gòu)造體系近年來,由于建筑功能、建筑藝術(shù)以及城市規(guī)劃的需要,高層建筑不僅在層數(shù)、高度上迅速增長(zhǎng),而且構(gòu)造體系日益復(fù)雜多變,很多高層建筑的高度已處于(高規(guī)〕適用范圍之外.這些非常規(guī)構(gòu)造往往沒有先例可依循,理論和實(shí)驗(yàn)根據(jù)不夠,設(shè)計(jì)人員在沒有充分計(jì)算、試驗(yàn)、論證的情況下自行創(chuàng)新出一些構(gòu)造;這些構(gòu)造型式本身就很可能受力不合理,更談不上綜合經(jīng)濟(jì)效益好[2].2.1.3選用不合理的構(gòu)造型式首先有的地方新建高層住宅采用重量大、剛度過大、地震反響力大、基礎(chǔ)大、造價(jià)高、工期長(zhǎng)、不利抗震、不便使用的小開間剪力墻構(gòu)造.如新建4棟23層~25層高層住宅采用小開間剪力墻構(gòu)造,兩層箱形基礎(chǔ),構(gòu)造方案不合理,造成很大浪費(fèi).其次高層建筑與裙房用后澆縫連成整體(包括基礎(chǔ)與上部構(gòu)造),一般裙房用框架構(gòu)造,主樓用框剪構(gòu)造或框筒構(gòu)造或剪力墻構(gòu)造.在用后澆縫連成整體前,高層建筑與裙房選用的構(gòu)造型式均無問題,用后澆縫連成整體后則明顯有剪力墻布置不均勻、不符合(高規(guī)〕關(guān)于框剪構(gòu)造中剪力墻最大間距的要求和剪力墻數(shù)量過少,其承當(dāng)?shù)牡撞繌澗匦∮诳偟卣饛澗氐?0%等問題.2.2影響高層建筑構(gòu)造選型的因素2.2.1構(gòu)造受力合理性構(gòu)造受力合理性包括構(gòu)造能有效抗風(fēng)、可靠抗震、傳力途徑明確、應(yīng)力分布合理、毀壞機(jī)制合理等等.構(gòu)造選型必須保證構(gòu)造體系的受力合理,要根據(jù)力學(xué)要求比擬各種構(gòu)造體系優(yōu)缺點(diǎn),選擇出適宜的幾個(gè)構(gòu)造體系,結(jié)合影響因素做分析、挑選.水平荷載在高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中起控制作用,詳細(xì)到非地震區(qū),起控制作用的水平荷載就是風(fēng)荷載.在風(fēng)荷載作用下,高層建筑可能出現(xiàn)層間位移過大,導(dǎo)致構(gòu)造體系中的承重構(gòu)件如梁、柱、墻等出現(xiàn)不同程度損壞;或者整個(gè)構(gòu)造擺動(dòng)過大.因而,在非地震區(qū),十分是風(fēng)荷載較大的地區(qū),高層建筑構(gòu)造選型應(yīng)對(duì)風(fēng)荷載作用引起足夠重視,選擇時(shí)要考慮構(gòu)造體系在強(qiáng)度、變形方面知足要求,還要使構(gòu)造在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的振動(dòng)控制在人對(duì)不適感的容許限度范圍之內(nèi).現(xiàn)有地震災(zāi)禍資料及工程經(jīng)歷體驗(yàn)表示清楚,在知足建筑物使用功能要求前提下,地震區(qū)高層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構(gòu)造體系的選型能否恰當(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)又得根據(jù)設(shè)防烈度,設(shè)防烈度又受建筑物所在場(chǎng)地的地質(zhì)條件影響.因地震運(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)普遍根據(jù)高烈度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防,給構(gòu)造選型工作帶來困難.實(shí)驗(yàn)表示清楚,要合理選擇抗震構(gòu)造體系,使設(shè)計(jì)的構(gòu)造總體方案愈加創(chuàng)新和完美,精到準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算分析雖然重要,但更有賴于正確運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想及工程經(jīng)歷體驗(yàn)的定性判定[3].所以,構(gòu)造設(shè)計(jì)理論及計(jì)算手段改良也是影響構(gòu)造選型的一大因素.2.2.2經(jīng)濟(jì)因素對(duì)高層建筑構(gòu)造選型的制約我們國家的適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀建設(shè)方針把經(jīng)濟(jì)放在重要地位,在構(gòu)造選型決策時(shí)對(duì)不同構(gòu)造體系進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比擬具有重要性.從整體的和長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度利用綜合經(jīng)濟(jì)分析方式方法系統(tǒng)地考慮構(gòu)造方案的經(jīng)濟(jì)性.首先是不但要考慮某個(gè)構(gòu)造方案付諸施行時(shí)的一次性投資費(fèi)用,還應(yīng)考慮其全壽命期費(fèi)用;其次是除了以貨幣指標(biāo)核算構(gòu)造的建造成本外,還應(yīng)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.除此之外,從可持續(xù)發(fā)展的角度來考慮,還要十分考慮資源的節(jié)約;再次是某些生產(chǎn)性建筑若能早日投產(chǎn)交付使用,能夠較快地回收投資資金,更能得到較好的經(jīng)濟(jì)效益.從能耗面分析,我們國家建筑能耗約占全國總能耗的25%~30%,隨著人民生活水平提高,建筑能耗在我們國家總能耗中所占比例還將增加.根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì),日常使用能耗占建筑總能耗的90%以上,因而建筑節(jié)能的重點(diǎn)為日常使用能耗,華而不實(shí)尤以采暖及空調(diào)耗能為主.從構(gòu)造施工周期的縮短考慮,能夠使整個(gè)建筑更早地投入使用,獲得經(jīng)營(yíng)收入,同時(shí)還能夠縮短貸款的還貸時(shí)間,減少還貸利息.因而,即便構(gòu)造方案的一次投資費(fèi)用較高,可以能是經(jīng)濟(jì)的方案.從構(gòu)造全壽命周期費(fèi)用角度考慮,在進(jìn)行構(gòu)造方案的經(jīng)濟(jì)分析時(shí),考慮一次性投資費(fèi)用不夠全面.一幢建筑物在其整個(gè)使用壽命期內(nèi)(一般為50a)會(huì)發(fā)生其它費(fèi)用,如構(gòu)造的一般維護(hù)、維修費(fèi)用,災(zāi)后的重建費(fèi)用等等,這些費(fèi)用的數(shù)額較大,進(jìn)行構(gòu)造選型決策時(shí)也應(yīng)予以考慮.2.2.3施工水平對(duì)高層建筑構(gòu)造選型的影響建筑施工的生產(chǎn)技術(shù)水平及生產(chǎn)手段對(duì)建筑構(gòu)造型式有很大影響,主要表如今先進(jìn)施工技術(shù)、建筑構(gòu)造方案密切與施工條件相結(jié)合以及施工使用階段階構(gòu)造受力狀況三個(gè)方面.施工技術(shù)條件不具備或選用的構(gòu)造方案不適應(yīng)現(xiàn)有施工技術(shù)能力,將給工程建設(shè)帶來困難.在構(gòu)造選型時(shí),有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)與施工單位人員溝通,共同商量解決選型中出現(xiàn)的矛盾.另外選擇構(gòu)造型式時(shí)應(yīng)結(jié)合施工工藝因素考慮工程的詳細(xì)施工條件.同一種構(gòu)造型式能夠?qū)?yīng)不同的施工工藝,而不同的施工工藝會(huì)影響材料消耗、勞動(dòng)力、工期及造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和構(gòu)造受力狀態(tài)、抗震性能、計(jì)算分析及構(gòu)造措施.因而高層建筑構(gòu)造選型中應(yīng)對(duì)施工工藝連同其它因素加以全面綜合權(quán)衡考慮.3高層構(gòu)造選型的方式方法高層建筑構(gòu)造選型決策受眾多確定性因素和不確定性因素的影響.這些因素中有的能量化為定量指標(biāo),而有一部分要憑經(jīng)歷體驗(yàn)做出主觀判定,因而比擬分析備選方案應(yīng)從定量分析和定性分析兩方面進(jìn)行.通常,先對(duì)備選構(gòu)造方案進(jìn)行定量分析,然后進(jìn)行定性分析,最后兩者綜合起來進(jìn)行整體成本分析,選出最佳方案.整體成本分析方式方法遭到構(gòu)造占用面積和構(gòu)造施工工期兩方面的影響.高層建筑采用鋼構(gòu)造或鋼-混凝土混合構(gòu)造的構(gòu)造占用面積比采用混凝土構(gòu)造的構(gòu)造占用面積小,建筑的有效使用面積相對(duì)增加,在銷售上就能具體表現(xiàn)出出其經(jīng)濟(jì)效益,能夠抵消一部分因采用鋼構(gòu)造而增加的費(fèi)用.施工工期對(duì)整體成本的影響主要具體表現(xiàn)出在時(shí)間即是成本的關(guān)系上[4].施工工期的縮短,可使建筑物提早投入使用,縮短貸款建設(shè)的還貸時(shí)間,并且能提早出租增加租金收入,對(duì)整體成本的影響具體表現(xiàn)出在利息和租金的收益上.高層建筑采用鋼構(gòu)造或鋼混構(gòu)造與采用混凝土構(gòu)造相比,在建筑有效使用面積與施工工期方面具有一定的優(yōu)勢(shì),能獲得較可觀的經(jīng)濟(jì)收益,進(jìn)而可抵消一部分因采用鋼構(gòu)造而增加的費(fèi)用,進(jìn)而使得工程的整體成本明顯降低.通過整體成本分析高層建筑鋼構(gòu)造或鋼混構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)效益主要來自構(gòu)造施工工期的縮短帶來的貸款利息節(jié)約、租金收入增加.從分析中還可知,高層建筑的層數(shù)越高,這方面的優(yōu)勢(shì)越明顯.而鋼筋混凝土構(gòu)造的造價(jià)低但工期長(zhǎng),時(shí)間成本相對(duì)要高,在超高層建筑中的綜合經(jīng)濟(jì)效益就顯得相對(duì)較低.因而,當(dāng)業(yè)主對(duì)高層建筑的構(gòu)造材料方案進(jìn)行評(píng)估時(shí),應(yīng)該對(duì)鋼構(gòu)造的施工工期優(yōu)勢(shì)加以充分考慮以爭(zhēng)取節(jié)約成本的時(shí)機(jī).從構(gòu)造方案的整體成本出發(fā)以定量方式方法對(duì)影響整體造價(jià)的主要因素進(jìn)行量化和計(jì)算,根據(jù)得出的整體成本指標(biāo)直接進(jìn)行構(gòu)造方案的比擬、選擇.這種定量方式方法把大量的不確定性因素的影響排除在外,其決策目的函數(shù)為只追求造價(jià)(成本)最低的單目的.造成由于目的函數(shù)達(dá)不到應(yīng)有的數(shù)量(這里目的函數(shù)的數(shù)量是指綜合目的函數(shù)中包含的子目的函數(shù)的個(gè)數(shù))進(jìn)而降低決策結(jié)果的可信度的后果.4小結(jié)構(gòu)造選型所牽涉的影響因素是比擬多,它是一個(gè)多目的的綜合決策問題.要求在確定決策的綜合目的函數(shù)時(shí),要盡可能多地考慮各種影響因素(包括確定性和非確定性的影響因素),并反映到詳細(xì)的子目的函數(shù)上來.一個(gè)綜合目的函數(shù)只要充分地考慮了大多數(shù)的影響因素時(shí),得出的綜合目的函數(shù)值才有足夠的根據(jù),最終的決策才可能有足夠的講服力和可信度.進(jìn)而綜合目的函數(shù)值最高的構(gòu)造方案即為能使該高層建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益到達(dá)令人滿意的構(gòu)造方案.在考慮子目的函數(shù)時(shí)由于在多個(gè)目的之間可能存在矛盾甚至可能是互斥,對(duì)一個(gè)目的來講是最優(yōu)的,對(duì)另一些