关于影响建筑结构选型的因素

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【摘 要】由于存在着众多的未知因素和不确定因素,并且涉及的领域非常广泛（例如安全、经济、环境、适用等）,使得建筑结构选型尤其是高层建筑选型变得极其复杂.因此必须对建筑结构选型的影响因素进行通盘考虑,分清主和次、重点和非重点,对于一些位置因素和不确定性也要做一些预见性的处理.鉴于此,笔者在本文中主要论述了影响建筑结构选型的相关因素.

【关 键 词】结构选型；高层建筑；影响因素

建筑结构选型工作之所以复杂,不但是因为它涉及到安全、经济、环境、适用等众多领域,还存在许多确定性因素和未知因素需要预见性考虑.

1合理选择建筑结构的必然性

在城市空间环境日益紧张、人们审美能力不断提升、环境质量问题受到社会广泛关注的今天,合理的建筑结构选型,势必更加符合城市发展的需要、符合城市居民反对建筑风格单一化的要求,也能在一定程度上缓解建筑扩张给环境带来的压力.具体分析,决定必须合理选择建筑结构的因素主要有：

1.1建筑多功能化趋势下的必然要求

功能综合化、需求多元化是现代建筑发展的大趋势,因此,现代建筑尤其是现代高层建筑,其立体和平面形状更加多样化、内部空间的分布更加复杂化与个性化,另外建筑净空高度的增加对建筑的结构系统提出更高、更新的要求,合理选择建筑结构显得更加必要.

1.2建筑结构所要涉及的领域越来越宽广,需要综合考虑众多领域的信息和内容,假若考虑范围出现漏洞,导致建筑结构选型不合理,“蝴蝶效应”便会产生作用,则其后续问题更多更加麻烦.

1.3建筑施工尤其是高层建筑施工更是旷日持久的大工程,不仅投资大,而且工期通常非常长,一旦建筑结构选型不合理并付诸实践,则积重难返.结构选型的问题需要从外形方面和内部空间布置方面来综合考虑,统筹兼顾.

2建筑结构选型需要综合考虑的因素

影响建筑结构选型的因素不仅多而且具有未知性和不确定,虽然因素较多,但是综合说来,主要体现以下几个方面：

2.1建筑结构功能适应方面

功能适应方面的要求是建筑结构设计必须要考虑的问题而且是优先考虑的问题.在此方面,主要从内部空间设计和使用功能方面来考虑.

首先,内部空间设计方面.根据建筑的实际用途应该对建筑的内部空间设计方面进行考虑.影响建筑内部空间设计的因素主要有：①选取不同的结构型式,建筑物所能获得的使用空间大小不同.因为各种结构体系所能提供的建筑内部空间及结构体系本身所占用的空间是不同的；②选取不同的结构型式,建筑物所能获得的空间高度不同,因为不同的结构型式决定不同的结构构件高度.

其次,建筑使用功能方面.目前（高层）建筑的主要用途大体可分为：住宅、旅馆、公寓、各种用途的公共建筑.某种功能的建筑物可能只有某几种结构型式和它相匹配.例如,高层住宅,由于其使用空间较小,分隔墙体较多,且各层的平面布置基本相同,因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构.

2.2建筑结构受力结构方面

各种结构体系有各自的受力特征,在抗风能力、抗震能力、整体刚度等各方面各不相同,选型必须保证结构体系受力合理,所以要认真比较各种结构体系优缺点,挑选出能“入围”的几个结构体系,然后再结合其它影响因素作分析、筛选.

结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等.它受环境条件,诸如基本风压、设防烈度等影响,而基本风压、设防烈度又因场地条件不同而不同.

首先,环境条件水平荷载在高层建筑结构设计中起控制作用,具体到非地震区,起控制作用的水平荷载就是风荷载.在风荷载作用下,高层建筑可能出现：①层间位移过大,导致结构体系中的承重构件如梁、柱、墙等出现不同程度损坏,或者整个结构摆动过大；②使在高层建筑中居住和工作的人感到不舒服.

其次,场地条件建筑场地条件不同,基本风压、设防烈度也就不同,在进行结构体系选型时,如果有条件选择建筑场地时应掌握工程地质和地震活动情况的有关资料,根据工程需要,按有关规范对建筑场地作综合评价；当没有条件选择建筑场地时,选型时应慎重选择结构型式,确保结构受力合理性.

2.3建筑结构美学理念方面

人们除了对高层建筑物质功能的需求外,另一个很重要的需求就是美学性能的需求.

对建筑结构综合美学效应的需求,可概括为以下4个方面：单体视觉形象美、外部环境系统的协调美、内部功能系统的协调美、结构系统的技术美等.其中,前三个方面的美学需求应与使用功能一起在建筑方案阶段的总平面图及单体方案中统一考虑.第四方面的需求包括结构构件、材料性能充分发挥的先进性；结构型式的新颖性及高新技术含量；结构型式所决定结构体系的施工工艺、施工技术的先进性、经济有效性及可能采用设计理论的先进性等.

2.4建筑结构成本控制方面

任何国家的工程建设实践都必须考虑提高工程投资的经济效益,在结构选型决策时对不同结构体系进行经济比较是十分重要的.衡量结构方案经济性的手段是进行综合经济分析.所谓综合经济分析就是全面考察影响经济效益的各要素,从整体和长远的角度全面地考虑结构方案的经济性.

首先,建筑工程的直接费用主要由材料费用、劳动力费用以及施工机械使用费三部分组成.因此在一般条件下材料消耗量的节省必将带来一次性投资的节省.

其次,某些结构材料单价较高,但可能给建筑物整体造价带来好处.比如在一定跨度条件下密肋楼板与梁板结构的比较.采用密肋楼板由于单位面积用钢量较高以及模壳费用较高,每1m2建筑面积的造价可能高于普通梁板结构；但由于采用密肋楼板后使结构高度降低,因此降低建筑物层高而带来的综合经济效益可能更大.

再次,缩短结构施工周期,可以使整个建筑更早地投入使用,取得经营收入,同时还可以缩短贷款建设的还贷时间,从而减少还贷利息.因此,即使结构方案的一次投资费用较高,也可能是经济的方案.

最后,在进行结构方案的经济分析时,通常考虑的是一次性投资费用,这是不够全面的.一幢建筑物在其整个使用寿命期内(一般为50年),会有其它费用,如结构的一般维护、维修费用,灾后的重建费用等等.这些费用的数额往往也是不容忽视的,在进行结构选型决策时也应予以考虑.

例如,对于一幢高层建筑,如果采用钢结构方案,由于钢材易锈蚀,在整个建筑物投入使用后,必须对钢结构构件进行定期的防锈蚀处理和维护.从建筑整个使用寿命期来看,这一笔维护费用的数额是巨大的.但如果采用钢筋混凝土结构方案,基本上不需要对结构构件进行维护.从建筑整个使用寿命期来看,不存在结构构件的维护费用.当对类似的高层建筑进行结构方案的选择时,要综合考虑,权衡各方面利弊,从结构的全寿命期来进行综合经济分析,才能得出“令人满意”的决策结论.