高层建筑功能合理性和结构设计经济性方面的思考

摘要：本文试图就结构型式的优化设计与经济选择对工程造价的影响，提醒结构设计人员在选择结构型式时，既要选择合理的结构型式承受荷载，从总体上协调各部分受力，又要进行技术经济指标比较，研究分析影响造价的因素，寻求综合经济效果最佳的方案。

关键词：高层建筑；结构设计；技术经济

Abstract: the paper discusses the optimization design of the structural type and economic choice cost of the project, the influence of structural design personnel in the choice to remind structural type, should choose reasonable structure types of bear loads, from the overall coordination of the force, and technical and economic indexes are compared, and the influence factors of cost analysis, seeking comprehensive economic effect the best scheme.

Keywords: high building; Structure design; Technology economy

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

近年来高层建筑发展迅速，体型复杂，功能多样，因而相应结构形式也复杂多样。在实际工作中，我们已经取得了很多成功经验，但也还存在许多不足之处。特别是设计和施工的经验不足引起的各建筑物技术经济指标数据存在较大差异，其中有很多不合理之处。对于高层建筑的一些特殊要求和构造问题，近年来研究得比较少。究其原因是建筑结构方案考虑不够周全细致和构造做法不统一造成使用功能的不合理，结构设计浪费；施工图纸过于简单、粗糙和施工单位技术力量薄弱造成施工中的错误和浪费。

一、高层建筑物经济指标会相差很大的原因与对策

目前高层建筑构件纵向钢筋之间几乎没有空隙，配筋多到连混凝土都浇捣不进去；特别是梁、柱节点钢筋纵横交错，简直无法施工。另一方面，一些高层建筑中梁、板、墙出现裂缝的例子。

1.1目前，高层建筑结构设计大都是根据已经确定好的建筑平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算，再乘上一个大于1的安全系数以确定建筑构件的配筋。其中如果电算结果是个别指标超限，则对这些部分进行调整。至于这个方案是否经济合理；一些指标是否超出规定太多；对构件尺寸假定是否太大等，则心中无数，或根本未考虑。有比较才有鉴别。

1.2现在中高层建筑的设计几乎全部要考虑抗震，而我国的抗震规范强调“概念设计”，即地震影响和场地、建筑形体、平面与竖向布置、抗震结构体系等都应考虑结构的合理性。而高层建筑结构设计往往在城市规划、建设单位和建筑设计的要求和压力下让步，从而结构设计只能在已确定好的平面与竖向来进行修补、完善。

1.3计算判断高层建筑的可行的标准主要根据在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线、自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理的范围内。地震作用下，如果用结构按弹性计算的定点位移与建筑物总高度之比U/H近似地反映建筑物刚度的大小，则目前大多数中高层建筑物在1/7000~1/700之间，有些建筑物甚至达万分之一，大多数比规范的限值小得多，即刚度太大。刚度过大，周期则短，导致地震效应的增大，造成不必要的材料浪费；但刚度过小，结构变形加大，影响建筑物的使用。合理的刚度是多少，笔者建议：对于框架-剪力墙、框架-筒体、筒中筒结构U/H取1/2000~1/2500；对于剪力墙结构U/H取1/2500~1/3000。当然，这个限值还要与其他因素综合考虑。

1.4高层建筑计算下来，许多构件是构造配筋，对大多数构件，只规定了一个极限限值，如柱子轴压比、最小配筋率等；而有些限值又在很大范围内变动，如柱子加密区最小配箍率；有些规范没有规定，如剪力墙轴压比和最大配筋率等，但设计时到底取多少合适，则与设计人员的经验、习惯，对规范和计算程序的理解程度等有关。

二、高层房屋的结构体系和布置的技术经济分析

2.1高层房屋的结构体系

在房屋的纵向，一般可设置连系梁与框架相连。这样，这些连系梁与柱实际上也形成了几榀纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平(风)荷载，但由于房屋端部横墙的受风面积小、纵向的框架跨数又多，所以纵向水平(风)荷载所产生的框架内力不大而常被忽略不计。有时，也可利用柱网纵向轴线上的卡口板替代连系梁。若楼板为现浇，则一般应布置次梁。在纵向尺寸较横向尺寸大得多时，采用框架横向布置较为经济合理。在框架纵向布置的房屋中，框架不但承受竖向荷载，而且还承受平行于房屋纵向的水平(风)荷载。为了承受平行于房屋横向的水平(风)荷载，在房屋的横向应设置连系梁，与立柱也形成横向的框架。这时楼板的布置方向与框架横向布置的方向相垂直。这种布置方式，从技术经济的角度看不太合理，应用较少。在框架纵横双向布置的房屋中，两个方向的框架都同时承受竖向荷载和水平荷载。这时，楼面常采用现浇双向板楼面或井字梁楼面。当柱网平面为正方形或接近于正方形、或当楼面上的活荷载较大时，框架采用这种布置方式较为经济合理。框架可分为现浇式、装配式及装配整体式三种。框架结构用以承受竖向荷载是经济合理的。当房屋层数不多时，水平(风)荷载的影响较小，在非地震区框架结构一般可建至15层，最高可达20层左右。如果层数更多时，则由水平荷载所引起的柱中弯矩将很大，可能使柱截面尺寸大到不合理的地步，而且也会给建筑设计带来困难，经济效益状况较差。框架结构在水平荷载作用下，房屋的抗侧移刚度小，水平位移大，故一般称它为柔性结构体系。

2.2高层房屋结构布置原则

高层房屋结构布置的合理与否在很大程度上会影响到结构的经济性及施工的合理性，设计者应根据房屋的性质、高度、荷载情况和所具备的物质与施工技术条件等因素确定结构形式和体系，再就是能满足建筑使用和造型要求。在进行结构布置时，一般应考虑以下原则，一是应满足建筑使用要求，便于施工。二是应使房屋平面尽可能规则整齐、均匀对称，体型力求简单，以尽可能减小房屋的扭转效应。三是提高结构的总体刚度减小侧移。除选择合理的结构体系外，还应从平面形状和立面变化等方面考虑有利于减小结构的侧移。

总之建筑师应有正确的建筑美学观点，杜绝片面求变求异，努力设计自然、协调、美观大方的建筑，从而达到建筑、结构和经济的协调统一在建筑设计时，建筑师和结构工程师应通力合作，对建筑结构方案进行多方面分析比较和优化。结构工程师应加强基础理论、规范和设计软件工具的学习和研究，提高设计水平，认真对待每一个设计项目，真正作到结构体系合理、经济节约。

参考文献

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[2]马宏旺，吕西林，陈晓宝. 建筑结构地震直接经济损失估计方法[J]. 土木工程学报

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