高层建筑结构选型影响因素及选型分析.pdf

许崇山 高层建筑结构 选型影 响因素及 选型分析 1 61 高层建筑结构选型影响因素及选型分析 许崇山 大庆市城 乡规划局城市规划监察支队 。 黑龙江大庆1 6 3 0 0 0 【 摘 要】 高层建筑的结构选型关系着建筑的使用性能的高低， 同时也关系着现代城市规划的合理与美观。 对于高层建筑结构选型来说， 影响的因素是很多的， 大体上可将各种影响因素归纳为 建筑功能要求 ； 结构受力合 理性； 经济因素； 施工技术水平； 设计理论水平等多个方面。本文就高层建筑结构选型的相关因素 ， 探讨了其结构 选型的方法与原则， 并 以某工程实践为案例， 阐述了在高层建筑结构选型中需要注意的事项。 【 关键词】 高层建筑； 结构选型； 影响因素； 方法原则 【 中图分类号】 T U 9 7 3 ． 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 o 6 0 1 6 1 0 2 1 影响高层建筑选型的主要因素 由于城市空间环境对建筑工程施工的限制以及高层建 筑 自身复杂的特点 ， 使得在高层建筑的选型设计过程 中， 需 要全面考虑所有的相关 因素对选型设计的影响， 以实现选 型设计的可行性与合理性。除了需要考虑成本、 施工技术、 性能质量等大的因素以外 ， 对于一些几乎可以忽略的不确 定因素也当充分考虑到， 以免影响建筑工程的顺利实施与 建设。笔者在 自身多年的建筑工作经验的基础上 ， 总结出 当前的高层建筑选型中需要注意的几点影响因素 ， 具体分 析如下。 1 ． 1 建筑功能因素 建筑功能一般是在该高层建筑项 目方案形成时就可以 确定的， 而建筑的结构设计也是需要围绕其建筑功能而开 展的， 这是建筑结构选型中最基础的影响因素。为了满足 建筑功能的需要， 在结构选型中就必须设计 出符合其功能 的结构形式， 如酒店的高层建筑结构设计中， 其结构选型就 要以方便酒店服务顾客为依据进行选型设计 ， 空间分布要 符合酒店管理的要求； 而不能按照民用住宅 的结构进行选 型设计 。 1 ． 2 建筑方案因素 建筑方案特征主要包括方案建筑的高度、 高宽比、 长宽 比以及建筑体型， 其中建筑体型包括平面体型和立体体型。 平面体型是由平面规则性、 平面对称性、 平面质量和刚度偏 心等组成， 立体体型是由结构高宽比、 立面收进体型、 塔楼 和层间刚度等组成。 1 ． 3 结构受力因素 因为各种结构体系有各 自的受力特征 ， 比如在抗风能 力、 抗震能力、 整体刚度等各方面各不相同， 而选型必须保 证结构体系的受力合理 ， 所 以要根据力学上的要求认真比 较各种结构体系优缺点， 挑选出适当的几个结构体系， 然后 再结合其他影响因素作分析。 1 ． 4 施工技术因素 建筑结构的选型与设计要依照当前的建筑技术水平而 确定， 选型要切合实际， 具有可行性 ， 而不可盲 目追求新颖 结构， 或选型过于先进 ， 超越了我 国目前现有的施工条件和 施工技术水平， 这将会给建筑工程的施工带来很大难度， 也 不易控制建筑的施工质量。为此 ， 在高层建筑 的结构选型 中， 必须要考虑到施工技术水平和施工工艺的现状。即使 在同样的结构选型中， 也要考虑到不同的施工技术所需要 的机械设备、 建筑材料、 施工时间、 建筑成本等不同的技术 经济指标 ， 以及结构的荷载能力、 抗剪能力、 抗震性等多方 面力学性能对建筑施工的影响。 1 ． 5 建筑经济因素 经济因素是所有建筑项 目中都必须要慎重考虑的因 效益， 美国斯坦福大学整合设施工程中心 C I F 根据 3 2个 项 目总结了使用 B I M技术的效果 ， 发现可以消除 4 0 ％预算 外变更、 造价估算耗费时间缩短 8 0 ％、 通过发现和解决冲 突， 合同价格降低 1 0 ％、 项 目工期缩短 7 ％ 。根据 建筑 业发展“ 十二五” 规划 和我国城市化进程的不断推进 ， 在我 国的建筑业中应用和推广 B I M技术势必会为整个建筑业带 来巨大的效益 ， 同时也为 国家节约大 量的人才、 物力和 财力。 参考文献 [ 1 ] 2 o l l - 2 0 1 5年建筑业信息化发展纲要 ， 中华人民共和国中 央人 民政府 网， 2 0 1 l ， 5 ．h t tp ／ ／ w w w． g o v ． c n ／ g d t ／ 2 0 1 10 5 ／ 1 9 ／ e o n t e n t _l 8 6 6 6 41 ． h t m． [ 2 ] 何关培， 等． B 1 M总论[ M ] ． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ． [ 3] 中国房地产业 协会 商业地产专 业委员会 、 中 国建筑 业协会 工 程建设质量管理分会、 中国建筑学会工程管理研究分会、 中国 土木 工程学会计算机应用学 术委员会． 中国工程 建设 B I M应 用研究报告 201 1 [ R ] ． 2 0 1 l l 2 ． [ 收稿 日期] 201 3 0 2一 O 1 [ 作者简介】 邹坤 1 9 7 5一 ， 男 ， 云南西双版 纳人 ， 副教 授 ， 从事建筑工程方面教学及科研工作。 1 6 2 低温建筑技术 2 0 1 3年第 6期 总第 1 8 0期 素， 尤其是对于高层建筑来讲， 规模的扩大， 工期的延长 ， 人 员和材料的增多等都需要比低层建筑花费更多的成本 ， 其 资金投入使用的管理也将更复杂。为此 ， 在进行建筑结构 选型时， 需要充分考虑到经济因素对于选型的影响。首先 应进行全面的建筑工程成本预算 ， 其预算结果在经过投资 方肯定后方能采用该建筑设计方案， 若投资方认 为预算过 高， 就要对其设计方案进行调整 J 。 1 ． 6 美学效应因素 除了功能、 技术、 经济等方面有关建筑本身各方面对建 筑结构选型的影响因素以外， 建筑结构的美学效应也是 当 前城市高层建筑结构设计中需要考虑的重要因素。建筑结 构选型的外观是否与城市文化内涵相吻合， 其形状特点是 否与周边建筑相得益彰不显突兀 ， 美学特征是否符合人们 的审美需求等等， 都是在建筑结构选型中需要注意的问题。 除了外在观感， 建筑结构的内部美感也是非常重要的。 2 高层 建筑如何选型 从上述分析可以看出， 高层建筑的结构选型以及初步 设计会受到很多因素的干扰和影响， 这需要结构选型设计 人员具有较为广泛的知识面、 强大的综合分析能力和丰富 的建筑结构设计经验。需要对所有影响建筑结构选型的因 素都考虑在内， 并一一满足这些 因素的要求。但 由于外在 环境以及建筑施工中会有很多不确定性 因素的发生， 也会 对建筑的顺利建设实施带来很大影响。为了将这些定性因 素与不确定因素产生的影响都合理考虑到， 就需要按照一 定的结构选型方法和原则进行选型设计。 2 ． 1 量化重要指标 在影响高层建筑选型的各方面因素中， 提取可以量化 的指标 ， 例如层高、 层数、 场地土性质、 设防烈度、 最大风压、 最大层问位移等作为输入节点， 高层建筑的结构形式作为 输出节点， 收集样本， 利用神经网络进行训练和检测。在解 决高层建筑结构选型的问题中， 引人人工神经 网络可以达 到预期效果 ， 只要掌握了该建筑的基本信息， 就可以充分运 用神经网络高度的非线性、 高度的容错性和鲁棒性等特点， 并且利用神经网络存储专家的设计经验 ， 在建筑结构设计 的前期阶段， 得知该建筑适合选取哪种结构形式。 2 ． 2 进行层次分析 在方案的评价阶段利用基于层次分析法的模糊综合评 判方法能够考虑结构选型时许多不可量化的影响因素 ， 例 如施工技术、 经济性 、 安全性、 审美要求。这样两种方法相 结合 ， 合理全面的考虑了影响高层建筑的定性与定量因素 ， 使选型更加科学、 简明， 更具有说服力。 2 ． 3遵循选型 原则 在长期的工程实践中， 建筑设计人员综合各方面对建 筑选型的影响和要求， 总结出一些在建筑结构选型中应 当 遵循的基本原则。在建筑结构选型设计 中按照这些基本原 则进行选型设计， 可以使建筑结构选型更加合理科学。结 构选 型的原则主要 包 括 建筑 结构 必须 要具 备一 定 的物理 力学性质， 如必要的荷载能力、 整体刚度和变形能力； 建筑 结构应充分考虑到主体的抗震性能， 尽可能使建筑结构在 遇到地震等强大外力的作用时， 能够保证主体不受损害 ； 整 个建筑结构的布置要合理科学 ， 不可因部分结构遭受损害 就影响到整个结构主体； 对结构中可能出现问题的部位多 加考虑， 并采取有效措施处理 ； 整体结构设计应当和谐不 突兀 。 3案例分析 本文 以大庆外 国语 学校 办公 楼 为例 ， 从空 间 和造 型这 两方面因素的影响考虑， 来阐述高层建筑结构选型的方法 与优化措施。 在该建筑的结构选型中， 由于考虑到建筑防火的要求， 将办公楼的多功能厅设置在三楼 ， 将大空间部分放置在塔 楼部分。结合这一目标， 试图将核心筒放置在塔楼一侧， 但 仍遇到了无法创造无柱空间的问题。在方案推敲过程 中曾 做过两个方向的尝试。一是尝试设置结构转换层 ， 但结构 复杂， 施工困难， 造价高 ， 并增加塔楼高度， 不利于立面构 图； 二是尝试使用大跨度空间结构 ， 在方案评价阶段通过简 单的预算得出此方式仍旧非常不经济 。办公楼需要有较 大的安全通道， 以便于发生火灾的时候进行消防疏导， 同时 也能够获取更多的内部空间， 可以再根据实际需要隔离为 不同的小会议室， 整个楼层的空间布置设计较为灵活多样， 不拘于单一的结构形式。在此基础上， 再结合建筑结构设 计的相关专业知识 ， 对本工程采用框架 一 剪力墙结构形式 ， 该结构主体的粱柱参数根据实际情况和要求确定下来， 就 基本完成了办公楼的结构选型， 按照这种结构设计方案施 工， 实现了良好的建筑工程效果。 4 结语 本文主要探讨了在高层建筑结构的选型与设计 中， 需 要考虑到的影响因素与选型方法 ， 并以实例分析来阐述高 层建筑结构选型的具体实施。除了文中提到的一些因素与 方法以外， 建筑结构 的选型设计还可以根据实际情况进行 一 些创新与改进， 如通过一些结构设计增大建筑的绿化面 积， 结合建筑功能需求做出特色空间设计或装饰等等。 参考文献 [ 1 ] 张世海 ， 刘正保， 张世忠． 高层建筑结构选型需求分析[ J ] ． 四 川建筑科学研 究 ， 2 0 0 4 ， 4 ． [ 2 ] 王经建， 刘伯权． 结构选型的模糊多属性决策方法[ J ] ． 长安大 学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 ． 【 收稿日期】 2 0 1 3 0 2一 O 1 【 作者简介】 许崇山 1 9 7 9一 ， 男， 黑龙江鸡西人， 工程师． 从 事建筑工程管理。