淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性探討

呂云飛?王鋒

摘 要：近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，我國(guó)超高層建筑不斷增多。因超高層建筑的投資金額巨大，結(jié)構(gòu)造價(jià)比例較大，加上結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型影響，施工方案、施工周期對(duì)結(jié)構(gòu)造價(jià)具有一定影響。針對(duì)300m高度建筑，初步統(tǒng)計(jì)、分析其鋼筋用量和結(jié)構(gòu)，可合理控制造價(jià)平衡點(diǎn)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，提升超高層建筑的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：超高層；建筑結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)性

近些年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)獲得巨大發(fā)展，各城市的超高層建筑數(shù)量逐漸增多，按照我國(guó)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)表明，每5天，我國(guó)就有一棟超高層建筑封頂，在未來(lái)10年內(nèi)，我國(guó)超高層建筑將超過(guò)美國(guó)。針對(duì)超高層建筑，引起樓層較高，施工周期較長(zhǎng)，投資金額巨大，結(jié)構(gòu)造價(jià)占據(jù)了40%左右。所以，合理控制結(jié)構(gòu)造價(jià)，可有效減少投資成本，促進(jìn)綠色建筑、節(jié)能建筑的發(fā)展。筆者根據(jù)自身多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要分析超高層建筑的經(jīng)濟(jì)性。

1.超高層建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性研究

首先，高寬比。若其它條件形同，超高層建筑在風(fēng)荷載作用力下，基底傾覆力矩、高度呈正比。高度四次方和頂產(chǎn)側(cè)向位移呈正比，超高層建筑寬度、高度明顯大于普通建筑，且側(cè)移能力、抵抗水平，是超高層建筑結(jié)構(gòu)的重要問(wèn)題。所以，針對(duì)超高層建筑設(shè)計(jì)，通過(guò)增加其寬度，可降低工程造價(jià)。

其次，錐形化體型。針對(duì)超高層建筑，錐形化體型結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)，在伸高過(guò)程中，利用截面收縮，使風(fēng)荷載作用下降，產(chǎn)生橫風(fēng)向、漩渦脫落效果，使結(jié)構(gòu)抵抗水平得以提升，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度，增強(qiáng)傾覆力矩的抵抗力。所以，使用錐形化體型結(jié)構(gòu)，不僅具有安全性，還具備了美觀性和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。

第三，抗風(fēng)體型。若建筑高度大于150m，均會(huì)受到風(fēng)力影響。所以，針對(duì)高層建筑的經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇扭轉(zhuǎn)、御風(fēng)體型設(shè)計(jì)。其一，御風(fēng)體型。在建筑高區(qū)立面，設(shè)置洞口，以減小迎風(fēng)面面積，降低基底風(fēng)荷載，提升建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性。其二，扭轉(zhuǎn)體型。使用扭轉(zhuǎn)體型，可降低橫風(fēng)向荷載，降低設(shè)計(jì)造價(jià)。

2.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題分析

目前，我國(guó)建筑行業(yè)正處于高速發(fā)展階段，建筑發(fā)展、內(nèi)涵必須重新審視?，F(xiàn)階段，在建筑創(chuàng)作中，我國(guó)不注重建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，或認(rèn)識(shí)較為片面。筆者認(rèn)為，主要包含如下問(wèn)題：

首先，不重視建筑方案經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思，習(xí)慣采取一般性建筑形式、建筑表現(xiàn)和建筑功能。在設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)時(shí)，只重視空間、技術(shù)、形式等先進(jìn)性，缺乏經(jīng)濟(jì)性研究，未開(kāi)展經(jīng)濟(jì)條件分析，導(dǎo)致實(shí)際工程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)濟(jì)條件。

其次，不注重建筑使用消費(fèi)成本。對(duì)于建筑經(jīng)濟(jì)性，片面認(rèn)為是控制建設(shè)成本，不注重資源成本、能源消耗下降，缺乏社會(huì)資源的二次高效利用，使得建設(shè)低投入，而使用低效率和高能耗問(wèn)題。

第三，綜合效益觀念缺乏。片面理解經(jīng)濟(jì)效益，在建筑發(fā)展中，把高經(jīng)濟(jì)回報(bào)作為首要目標(biāo)，而忽略社會(huì)效益和環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而難以保證經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)思路，經(jīng)濟(jì)性認(rèn)為是投入成本限制、最大化產(chǎn)出。產(chǎn)生這些問(wèn)題，主要是由于傳統(tǒng)發(fā)展觀念影響。針對(duì)超高層建筑，社會(huì)消費(fèi)觀念、整體利益協(xié)調(diào)、自然資源消耗等，并未納入到經(jīng)濟(jì)性范疇，傳統(tǒng)發(fā)展思路制約了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性策略

首先，合理使用計(jì)算簡(jiǎn)圖。針對(duì)超高層建筑，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，是以計(jì)算簡(jiǎn)圖為基礎(chǔ)，若計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇不合理，必然會(huì)引起結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生。因此，選擇合理計(jì)算簡(jiǎn)圖，是確保結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的重要保障。同時(shí)，還需采取構(gòu)造措施，保證計(jì)算簡(jiǎn)圖準(zhǔn)確性。針對(duì)實(shí)際饑餓哦股節(jié)點(diǎn)，不會(huì)是單純剛結(jié)點(diǎn)、絞結(jié)點(diǎn)，和計(jì)算簡(jiǎn)圖誤差，必須控制在允許范圍內(nèi)。可以說(shuō)，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理使用計(jì)算簡(jiǎn)圖，是經(jīng)濟(jì)性保證的基礎(chǔ)。

其次，選擇合理基礎(chǔ)方案。在超高層進(jìn)駐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，需按照工程地質(zhì)條件，結(jié)合荷載分布狀況和上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型，考慮施工條件、相鄰建筑物影響等因素，明確合理性、經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，使地基潛力得以充分發(fā)揮。如有必要，需實(shí)施地基變形計(jì)算。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需具有詳細(xì)、真實(shí)的地質(zhì)勘查報(bào)告。若缺乏地質(zhì)勘查報(bào)告，必須考察臨近建筑和現(xiàn)場(chǎng)查看。一般而言，若為同一結(jié)構(gòu)單位，不能選擇兩種不同類(lèi)型設(shè)計(jì)。通過(guò)合理基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)，確保建筑經(jīng)濟(jì)性。

第三，選擇最佳結(jié)構(gòu)方案。如上文所述，建筑結(jié)構(gòu)方案，對(duì)超高層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性具有嚴(yán)重影響?？梢哉f(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)是否合理，必須選擇經(jīng)濟(jì)、安全的結(jié)構(gòu)方案，明確可行性結(jié)構(gòu)體系，制定合理結(jié)構(gòu)形式。在結(jié)構(gòu)體系中，做到簡(jiǎn)捷傳力和明確受力。針對(duì)同一結(jié)構(gòu)單元，防止選擇不同結(jié)構(gòu)體系，以滿(mǎn)足地震區(qū)的豎向、平面應(yīng)力要求。同時(shí)，針對(duì)工程設(shè)計(jì)，需綜合考慮施工條件、地質(zhì)狀況和材料供應(yīng)因素，和建筑各方進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，明確結(jié)構(gòu)選型，合理制定結(jié)構(gòu)方案。如有必要，需加強(qiáng)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，選擇最佳結(jié)構(gòu)方案。

第四，正確分析經(jīng)濟(jì)性結(jié)果。針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常選擇計(jì)算機(jī)技術(shù)，然而因各類(lèi)軟件種類(lèi)眾多，使用不同軟件，計(jì)算結(jié)果也不同。所以，設(shè)計(jì)是應(yīng)明確程序使用條件和適用范圍。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，防止人工輸入誤差，確保結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況和程序相符。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師拿到計(jì)算結(jié)果后，需加強(qiáng)分析、科學(xué)校核，作出正確判斷。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)輔助軟件，可確保經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)超高層建筑投資，結(jié)構(gòu)造價(jià)比例較大。所以，針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須立足概念設(shè)計(jì)，考慮建筑材料、施工、體系和體型等方面因素，不斷提升建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在具體措施中，必須合理使用計(jì)算簡(jiǎn)圖，選擇合理基礎(chǔ)方案和最佳結(jié)構(gòu)方案，正確分析結(jié)果，選擇科學(xué)構(gòu)造措施，通過(guò)各項(xiàng)措施的合理化、規(guī)范化，有效降低超高層建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本，提升結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。

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