高层建筑结构选型与建筑美学

高层建筑结构选型与建筑美学

苏茂琦

广西壮族自治区建筑科学研究设计院广西南宁530000

摘要：建筑结构设计的合理性对整个建筑物的质量和安全都起着重要的作用，因此建筑设计人员要不断提高专业技能，综合考虑各方面因素，以确保设计的建筑物结构满足相关规范和使用要求。更多的满足多样化的建筑需求，又有助于提高城市发展效率。在建筑结构选型过程中需要综合考虑建筑物施工单位的技术水平、建筑原料性能、建筑物的建筑功能、建筑物结构合理性以及项目预算等因素，这些都会影响到建筑结构选型的最终方案。

关键词：高层建筑结构选型要点

引言

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。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。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等因素；在形体上要考虑建筑美学的要求，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重要性

1.1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。

1.2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。

2.影响建筑结构选型的因素

2.1施工单位技术水平

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两个方面：

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。

2.2新型材料

随着建筑业的发展，建筑业内部开始出现行业细分现象，建筑材料学就是细分行业的成果，当前针对建筑材料的研究已经形成了规模化发展，大量的高强度、轻材质的建筑原料问世，并广泛的应用于各种建筑设计与施工中。我国高层大多为钢筋砼体系，因此对钢筋和混凝土依赖性高，总体的质量偏重，因此迫切需要上述新型材料的引入来优化结构体系。

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%。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。

2.3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，任何建筑物都具有对客观空间环境要求这一特性，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。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。

3.高层建筑结构选型的要点

从上文的分析中我们看到，高层建筑是当今城市发展重要的组成部分，这就要求现代设计人员做好结构的选型工作，具体来说，有以下几点特别要注意：

3.1竖向结构的选型

在进行竖向结构的选型过程中，要以建筑物的功能、高度及所在区域的抗震设防等级为前提。结构体系不同的刚度与强度的要求不同，所适应的高度也是不同的。一般情况下，对于高度较低，层数少的建筑可以采用框架结构；而对于层数高的建筑则多采用框架一剪力墙结构或者剪力墙的结构。层数多、设防高的建筑多采用筒体结构。筒体结构还分为框架核心筒结构、束筒结构、筒中筒结构等。结构体系的选择要充分考虑建筑物的功能布局。

3.2水平承重结构的选型

水平承重结构主要是为了保证结构的整体稳定及传递水平力的重要功能。水平承重结构的选择主要可以分为平板体系、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。其最大的优势是板底平整，可以不用吊顶，结构的高度较低，降低了层高。如果跨度较大的情况下，采用平板的难度大，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板的厚度过大，就会增加楼面的重量。使用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：就是在层高受到限制的情况下，公用建筑中使用的无梁楼盖。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C20，也不宜高于C40。

4.结束语

高层建筑的结构选型与结构布置对于整个工程来说都是十分中要的，其对抗震的影响也直接关系到结构的安全与经济性。总之，高层建筑结构选型不仅包括布置平面结构，同时也包括竖向布置及变形缝的设置等等。在设计过程中，要根据当地的环境要求即房屋的高度、宽度等要求选型最合适的结构体系，为工程后续施工及管理奠定基础。

参考文献

[1]侯义军.工民建高层建筑结构选型因素分析[J].中国新技术新产品，2011（13）：167-168.

[2]冯顺，刘立.经济学理念的高层建筑结构选型分析[J].四川建筑，2014（04）：170-171.