高层住宅建筑结构选型与经济

【摘 要】随着城市化进程的不断加快,城市可利用的富余土地越来越少,高层建筑逐渐被人们认可和选择.高层建筑的结构选型是一个非常复杂问题,结构选型决定了建筑物的骨架,对高层建筑的安全性能和使用性能都有较大影响.而且在结构选型中存在很多不确定的因素,还要考虑到建筑物后期的经济效益.本文简单介绍了高层建筑结构选型的意义,以及其特点和类型,然后分析了高层住宅建筑结构的选型和其经济性分析.

【关 键 词】高层住宅；结构选型；经济分析

一、高层建筑结构选型的意义

高层建筑在节约土地方面有着重要优势,几十层甚至上百层的大楼容纳更多的人员,使人们的活动更加的集中,更为集中的生活和工作方式极大地提高了效率,不仅节约了土地资源,还节约了其他的资源.高层建筑可以有效改善城市绿化,增加绿化面积.当然,高层建筑也有其存在的劣势,按单位建筑面积计算高层建筑的造价和管理费用都远远超过多层建筑,高层建筑中结构设备占去更多的空间,便有效使用的建筑面积减少.高层建筑的供热通风系统消耗更多的能量等等.建筑设计往往决定了建筑物的造型和功能,而建筑物的结构设计则决定了建筑物的整体骨架,是整个建筑的基础部分,这也正是高层建筑结构设计之所以重要的原因.结构设计完成的是建筑物的骨架,骨架的形式以及它所在空间结构的合理性将直接影响到高层建筑的造型和高层建筑的功能,以及建筑物的安全.还将间接影响到高层建筑的经济效益,预设功能的发挥.科学合理的选型,对于高层建筑来说有着重要意义.一旦在结构设计中出现问题,选型不合理,将严重威胁建筑物的安全,同时造成重大的经济损失,再精确的计算和高明的理论也无法挽回这种损失.结构设计正确处理高层建筑结构体系的选型问题,对于高层建筑的设计施工乃至使用维护而言都具有至关重要的意义.

二、高层建筑结构特点及类型

（一）高层建筑结构特点

高层建筑的设计在结构上一般要考虑三个方面的影响,垂直荷载、水平荷载以及抗地震能力.垂直荷载是任何建筑都必须面对的,高层建筑也不例外,而且随着高度的增加垂直荷载也在不断增加,建筑底层承受了较重的负荷.所以,一般都会尽量减轻上面的重量.抗地震的能力也是建筑物必须具备的,高层建筑的建筑成本较高,商业价值巨大,而且一旦出现倒塌其破坏性也很强,高层建筑的抗震能力是必须要加强的.与低层建筑相比,高层建筑必须面对水平负荷,高层建筑由于高度的增加,会是的建筑物自身出现摇摆,也就是侧移,而且楼层越高,侧移就越明显.侧移过大首先会使人感觉不舒服,降低了建筑物的使用性能.其次,侧移还会损坏建筑物的建构部件,减少使用寿命.从实际的经验来看,抗震能力和水平负荷是高层建筑结构设计最为关键的因素,对于建筑物的使用和经济性有着重要影响.

（二）高层建筑结构类型

高层建筑的结构最常见的主要有钢结构和钢筋混凝土结构两种,随着钢结构施工工艺的不断完善,施工质量越来越有保证,钢结构逐渐成为了高层建筑的首选,在西方,高层建筑多以钢结构为主.钢结构有着诸多方面的有点,例如,建筑物自重小,施工方便,工期较短,结构断面小,韧性好等等.但是高层建筑对钢材的需求量非常大,工程造价也是大幅度增加,钢材成本是限制钢结构的主要因素.随着国内土地资源的紧张,高层建筑也逐渐增多,一些工程也开始使用钢结构.但是考虑到钢筋混凝土结构和钢结构各有优点,更多情况下,国内还是采用两者混合使用的处理方案,在不影响建筑物性能的前提下降低造价.这种结构可以使两种材料互相取长补短,取得经济合理、技术性能优良的效果.

三、高层住宅建筑结构的选型的分析

（一）高层住宅建筑结构的选型的因素

影响高层建筑结构选型的因素很多,其中存在很多不确定因素.而且,影响选型的因素中很多又是不能量化的,只能凭一些工作经验而定,这为选型工作带来了很大的风险.因此,在选型之初一定要做好调查研究工作,根据高层建筑的要求以及所处的位置环境,搜集尽可能多的资料,为建筑物的结构选型和方案的确定打下坚实的基础.做好数据的处理,尽可能得出数据,将各种因素量化,只有这样得出的结论才是科学合理的.一些工作需要经验判断,但也需要数据的支持,所以要重视量化,现代建筑技术也来越注重量的分析,更多地是依靠可靠的数据分析.但是,也需要听取一些专家的意见,毕竟现在的技术还没有达到数据就能处理一切的地步,而且很多因素本身是不能量化的.

尽管有众多的因素,但是通常有三个因素是不得不考虑的,因为这三个不仅影响到了经济效益,还影响到了高层建筑的安全性能.首先是水平荷载,高层建筑与其他建筑一个很重要的区别在于水平荷载,因为大多数主要是考虑垂直荷载,但是对于高层建筑而言,决定其结构选型的因素却是水平荷载.高层建筑无时无刻不受到气流的影响,而且由于地球自转本身会存在摇摆,这对建筑物的安全构成严重威胁,同时也影响到高层建筑的使用性能.一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中产生作用,而水平荷载也对结构产生倾覆作用,并由此产生高层建筑在竖构件中的作用力；另一方面,对高层建筑来说,竖向荷载和地震作用,也随建筑结构动力特性而发生大幅度的变化.其次是侧移,这是结构选型的主要指标,与低层建筑不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素.随着楼层的增加,水平荷载作用下高层结构的侧向变形迅速增大.设计高层结构时,不仅要求结构具有足够的强度,能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,确保良好的居住和工作安全.由此可见,高楼的使用功能和安全,与结构侧移的大小密切相关.

（二）高层住宅建筑结构体系的形式

1、钢筋混凝土结构体系

钢筋混凝土的使用已经有了200多年的历史,从施工工艺上看已经比较成熟,目前世界范围内大多数的工程都有应用钢筋混凝土,这也得益于其诸多优点,例如钢筋混凝土结构体系便于就地取材,耐火性和持久性都比较好,而且其巨大的优势就是造价低.这种结构合理的利用了钢筋和混凝土两种材料的受力特性,可以取长补短.目前我国的大多数建筑工程都是钢筋混凝土结构体系,但是,随着其他结构的不断出现,其劣势也逐渐显现出来,比如说自重太大,尤其是对高层住宅建筑,构件的截面积也大,由于使用了混凝土,其抗裂性能很一般.加之钢筋混凝土受温湿度影响很大,一些工程受到了限制.

2、钢结构体系

钢结构体系在国外已经比较普遍,但是在国内还是不是很多,其在我国被限制的主要因素就是钢结构高昂的造价,在上世纪我国的经济并不繁荣的时期,很少有企业能负担起这样的建筑,即便是国家工程也会考虑成本问题.但是随着经济条件的好转,钢结构逐渐在国内得到使用,而且其施工工艺也在逐步完善.钢结构相对于钢筋混凝土结构的特点也是比较突出,自重小,截面积小,抗震性能优良,建设周期短,施工简单等.

3、钢-钢筋混凝土结构

顾名思义这是一种比较折中的结构,首先它利用了钢筋混凝土比较成熟的施工工艺,而且在原材料方面大大降低了成本.但是,为了取得良好的抗震性能和缩短周期,加入了钢结构体系部分技术.两种结构有机的结合,取长补短,获得良好的经济效益.这种结构是目前国内比较流行的选择,尤其对于一些资金不是非常充足的企业这是很好的选择.

四、高层住宅建筑结构的经济性分析

高层住宅建筑的结构选择涉及到工程的造价,还会影响到建筑物的功能的发挥,这就直接关系到了建筑物的经济效益.任何一项建筑工程都必须考虑其经济效益,更直接的说,现在的高层住宅建筑更多的是为了盈利,建筑结构选择的不同,经济效益相差很大.所以,在结构选型中要综合考虑对经济效益的影响,并把这作为很重要的因素考虑进去.

（一）考虑一次性投资费用

建筑物从建筑材料变成建筑产品一定需要材料和人力的投入,而且还需要机械的投入,这三部分大多数是一次性的投入,这是建筑工程最重要的投入.所以,结构选型一定要选择节省一次性成本的方案.