高层建筑结构选型的影响因素与选取方法,建筑结构论文

高层建筑结构选型的影响因素与选取方法,建筑结构论文在高层建筑设计中,构造设计赋予建筑物一个支撑骨架.该骨架型式及其空间关系的合理性不仅直接关系到建筑物的安全,而且关系到建筑物能否实现其预定的功能和能否到达预期的经济效益.根据工程实践经历体验,若高层建筑构造体系选型不当,同样难以做出安全可靠、经济合理的高层建筑构造设计.正确处理高层建筑构造体系的选型问题,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.1高层建筑构造选型的问题当下我们国家高层建筑构造选型普遍不重视构造选型决策工作,而且缺乏一套完好系统、可行的方式方法来操作,仅以上部构造土建造价单一指标或几个易于转换成计量单位评估的定量指标来进行决策.因而高层建筑构造选型存在如下问题:第一是影响因素的不确定性.构造选型决策工作具有很强的综合性,包含大量确定与不确定的因素,多因素共同作用的结果断定构造的型式,需要对众多因素做大量细致分析.对一栋高层建筑来讲,按当下常规做法是不太可能得到完善合理的构造型式的.选错构造型式,不仅会使高层建筑综合经济效益低下,而且使该建筑物给社会经济环境带来不良影响[1].第二是影响因素的多样性.构造体系的选择遭到众多条件和因素影响,除了要考虑工程造价和投资能力,还要考虑所选构造型式对建筑功能的适应性、施工条件、技术能力、施工工期、建筑材料和能源供给、建筑美学要求,包括建筑群及其环境的配合,建设场地的地形、地貌、自然灾祸等等.一个合理的构造型式是通过进行多目的决策,将众多因素统一协调而产生.而设计人员正是缺乏这种从整体(或全局)的综合经济效益出发来处理构造选型问题的观念,并由于缺乏处理模糊概念的方式方法和手段,不自觉地把不少本来为模糊的量忽略或当成确定性的,这使得设计变量和目的函数不能到达应有的取值范围,进而导致决策结果不是真正的最满意的.2高层建筑构造选型的影响因素分析2.1高层建筑构造选型不合理的情况及原因分析2.1.1超出建筑构造设计规范中规定的适用范围高层建筑的各种构造体系有各自的适用范围,我们国家(钢筋混凝土高层建筑构造设计与施工规程〕(下面简称为(高规〕)给出了各类钢筋混凝土构造房屋适用的最大高度.首先房高超规.如高规规定对位于IV类场地的建筑或不规则建筑高度应适当降低.抗震规范条文讲明指出:不规则或在IV类场地上的构造,适用高度一般降低20%左右.有框支剪力墙的构造,抗震的不利因素是明显的,适用高度一般降低20%~30%.有的不规则高层建筑高度未按要求降低.其次是剪力墙间距超规主要具体表现出为框剪构造中超过高规中关于剪力墙间距的规定和在有框支墙的现浇剪力墙构造中,落地剪力墙间距超过(高规〕规定.超过的原因主要是为知足建设方对大空间的要求.2.1.2选用建筑设计规范中没有的构造体系近年来,由于建筑功能、建筑艺术以及城市规划的需要,高层建筑不仅在层数、高度上迅速增长,而且构造体系日益复杂多变,很多高层建筑的高度已处于(高规〕适用范围之外.这些非常规构造往往没有先例可依循,理论和实验根据不够,设计人员在没有充分计算、试验、论证的情况下自行创新出一些构造;这些构造型式本身就很可能受力不合理,更谈不上综合经济效益好[2].2.1.3选用不合理的构造型式首先有的地方新建高层住宅采用重量大、刚度过大、地震反响力大、基础大、造价高、工期长、不利抗震、不便使用的小开间剪力墙构造.如新建4栋23层~25层高层住宅采用小开间剪力墙构造,两层箱形基础,构造方案不合理,造成很大浪费.其次高层建筑与裙房用后浇缝连成整体(包括基础与上部构造),一般裙房用框架构造,主楼用框剪构造或框筒构造或剪力墙构造.在用后浇缝连成整体前,高层建筑与裙房选用的构造型式均无问题,用后浇缝连成整体后则明显有剪力墙布置不均匀、不符合(高规〕关于框剪构造中剪力墙最大间距的要求和剪力墙数量过少,其承当的底部弯矩小于总地震弯矩的50%等问题.2.2影响高层建筑构造选型的因素2.2.1构造受力合理性构造受力合理性包括构造能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、毁坏机制合理等等.构造选型必须保证构造体系的受力合理,要根据力学要求比拟各种构造体系优缺点,选择出适宜的几个构造体系,结合影响因素做分析、挑选.水平荷载在高层建筑构造设计中起控制作用,详细到非地震区,起控制作用的水平荷载就是风荷载.在风荷载作用下,高层建筑可能出现层间位移过大,导致构造体系中的承重构件如梁、柱、墙等出现不同程度损坏;或者整个构造摆动过大.因而,在非地震区,十分是风荷载较大的地区,高层建筑构造选型应对风荷载作用引起足够重视,选择时要考虑构造体系在强度、变形方面知足要求,还要使构造在风荷载作用下产生的振动控制在人对不适感的容许限度范围之内.现有地震灾祸资料及工程经历体验表示清楚,在知足建筑物使用功能要求前提下,地震区高层建筑的抗震安全性与经济合理性,很大程度上取决于抗震构造体系的选型能否恰当合理.而选型是根据抗震设防标准,抗震设防标准又得根据设防烈度,设防烈度又受建筑物所在场地的地质条件影响.因地震运动的随机性及复杂性,既不可能准确地划定高烈度地震可能发生的地区和范围,又不能在全国范围内普遍根据高烈度标准设防,给构造选型工作带来困难.实验表示清楚,要合理选择抗震构造体系,使设计的构造总体方案愈加创新和完美,精到准确的数值计算分析虽然重要,但更有赖于正确运用概念设计的思想及工程经历体验的定性判定[3].所以,构造设计理论及计算手段改良也是影响构造选型的一大因素.2.2.2经济因素对高层建筑构造选型的制约我们国家的适用、经济、安全、美观建设方针把经济放在重要地位,在构造选型决策时对不同构造体系进行经济比拟具有重要性.从整体的和长远的角度利用综合经济分析方式方法系统地考虑构造方案的经济性.首先是不但要考虑某个构造方案付诸施行时的一次性投资费用,还应考虑其全寿命期费用;其次是除了以货币指标核算构造的建造成本外,还应从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量.除此之外,从可持续发展的角度来考虑,还要十分考虑资源的节约;再次是某些生产性建筑若能早日投产交付使用,能够较快地回收投资资金,更能得到较好的经济效益.从能耗面分析,我们国家建筑能耗约占全国总能耗的25%~30%,随着人民生活水平提高,建筑能耗在我们国家总能耗中所占比例还将增加.根据国内外统计,日常使用能耗占建筑总能耗的90%以上,因而建筑节能的重点为日常使用能耗,华而不实尤以采暖及空调耗能为主.从构造施工周期的缩短考虑,能够使整个建筑更早地投入使用,获得经营收入,同时还能够缩短贷款的还贷时间,减少还贷利息.因而,即便构造方案的一次投资费用较高,可以能是经济的方案.从构造全寿命周期费用角度考虑,在进行构造方案的经济分析时,考虑一次性投资费用不够全面.一幢建筑物在其整个使用寿命期内(一般为50a)会发生其它费用,如构造的一般维护、维修费用,灾后的重建费用等等,这些费用的数额较大,进行构造选型决策时也应予以考虑.2.2.3施工水平对高层建筑构造选型的影响建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑构造型式有很大影响,主要表如今先进施工技术、建筑构造方案密切与施工条件相结合以及施工使用阶段阶构造受力状况三个方面.施工技术条件不具备或选用的构造方案不适应现有施工技术能力,将给工程建设带来困难.在构造选型时,有关设计人员应与施工单位人员沟通,共同商量解决选型中出现的矛盾.另外选择构造型式时应结合施工工艺因素考虑工程的详细施工条件.同一种构造型式能够对应不同的施工工艺,而不同的施工工艺会影响材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标和构造受力状态、抗震性能、计算分析及构造措施.因而高层建筑构造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.3高层构造选型的方式方法高层建筑构造选型决策受众多确定性因素和不确定性因素的影响.这些因素中有的能量化为定量指标,而有一部分要凭经历体验做出主观判定,因而比拟分析备选方案应从定量分析和定性分析两方面进行.通常,先对备选构造方案进行定量分析,然后进行定性分析,最后两者综合起来进行整体成本分析,选出最佳方案.整体成本分析方式方法遭到构造占用面积和构造施工工期两方面的影响.高层建筑采用钢构造或钢-混凝土混合构造的构造占用面积比采用混凝土构造的构造占用面积小,建筑的有效使用面积相对增加,在销售上就能具体表现出出其经济效益,能够抵消一部分因采用钢构造而增加的费用.施工工期对整体成本的影响主要具体表现出在时间即是成本的关系上[4].施工工期的缩短,可使建筑物提早投入使用,缩短贷款建设的还贷时间,并且能提早出租增加租金收入,对整体成本的影响具体表现出在利息和租金的收益上.高层建筑采用钢构造或钢混构造与采用混凝土构造相比,在建筑有效使用面积与施工工期方面具有一定的优势,能获得较可观的经济收益,进而可抵消一部分因采用钢构造而增加的费用,进而使得工程的整体成本明显降低.通过整体成本分析高层建筑钢构造或钢混构造的经济效益主要来自构造施工工期的缩短带来的贷款利息节约、租金收入增加.从分析中还可知,高层建筑的层数越高,这方面的优势越明显.而钢筋混凝土构造的造价低但工期长,时间成本相对要高,在超高层建筑中的综合经济效益就显得相对较低.因而,当业主对高层建筑的构造材料方案进行评估时,应该对钢构造的施工工期优势加以充分考虑以争取节约成本的时机.从构造方案的整体成本出发以定量方式方法对影响整体造价的主要因素进行量化和计算,根据得出的整体成本指标直接进行构造方案的比拟、选择.这种定量方式方法把大量的不确定性因素的影响排除在外,其决策目的函数为只追求造价(成本)最低的单目的.造成由于目的函数达不到应有的数量(这里目的函数的数量是指综合目的函数中包含的子目的函数的个数)进而降低决策结果的可信度的后果.4小结构造选型所牵涉的影响因素是比拟多,它是一个多目的的综合决策问题.要求在确定决策的综合目的函数时,要尽可能多地考虑各种影响因素(包括确定性和非确定性的影响因素),并反映到详细的子目的函数上来.一个综合目的函数只要充分地考虑了大多数的影响因素时,得出的综合目的函数值才有足够的根据,最终的决策才可能有足够的讲服力和可信度.进而综合目的函数值最高的构造方案即为能使该高层建筑的综合经济效益到达令人满意的构造方案.在考虑子目的函数时由于在多个目的之间可能存在矛盾甚至可能是互斥,对一个目的来讲是最优的,对另一些