超高层建筑结构经济性研究朱小成

超高层建筑结构经济性研究朱小成

朱小成

联创新锐设计顾问（武汉）有限公司湖北武汉430010

摘要：现阶段，我国建筑市场竞争非常激烈。在该环境下，建筑企业为获得更高经济效益，推动企业可持续发展，降低成本投入，成为众多建筑企业思考重点。基于此，文章对不同建筑工程结构的经济性展开分析，并从中选择成本低廉，工程质量较高的建筑结构，以此提高建筑企业的经济效益、社会效益，推动我国建筑行业更进一步发展。

关键词：超高层建筑；结构经济性；研究

引言

随着我国房地产行业的不断发展，建筑物的总体高度逐渐超过了《高层建筑混凝土结构设计规程》规定的高度。现阶段，150～250m的超高层建筑数量不断增加。该类型建筑物的建设技术发展到今天已经达到了专业的技术水准。但是，当前建筑市场竞争十分激烈，建筑企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，就要对建筑结构的经济性予以高度重视。

1超高层建筑结构的特点

1.1竖向荷载大

因为超高层建筑高度较高，其层数非常多，所以其结构的竖向荷载较大。而建筑体积和材料决定了建筑结构的自身重量。超高层建筑其需要使用大量建筑材料，而且同时需要承载巨大的荷载作用。加上超高层建筑内部容量非常大，可容纳物品以及人员数量极多，因此其需承载巨大荷载重量。

1.2抗侧移能力低

由于超高层建筑高度较高，所以风荷载对其影响较大，并且建筑底部亦会出现较大弯矩。加上超高层建筑抗震性相对较弱，因此在实际设计时还需将抗震功效考虑在内。除此之外，在设计过程中，超高层建筑还需对其顶部最大侧向位移进行严格控制，并控制建筑各楼层的最大层间位移。

1.3高空作业较多

超高层建筑不可避免要开展高空作业，因此不但要构建起完善的安全的生产体系，而且还应当要配备齐全的升降器械、大型起吊等机械设备，往往具有较大的施工成本与难度。

2基于性能要求的结构选型分析

2.1建筑结构选型的要求

对于超高层建筑，其结构选型主要从两方面考虑，即结构体系与结构形式。一般超高层建筑结构形式包含钢筋混凝土结构、钢结构、钢筋混凝土—钢组合结构等。结构形式的选取主要考虑实现结构的安全与性能，同时兼顾结构成本，还要符合相关规范要求。根据国家现行有关规范规定，钢筋混凝土结构形式已难以满足建筑适用最大高度，需要选择组合结构形式。

2.2建筑结构的适用结构形式

在考虑建筑结构的各项性能达标的前提下，型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构体系（6度区A级）最大适用高度为150m。依据规范和技术指标要求，本建筑高度为149.5m，可以选择的混合结构形式有：型钢混凝土柱-型钢混凝土梁-钢筋混凝土核心筒（以下称为“结构形式一”）和钢管混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土核心筒（以下称为“结构形式二”）。

从两种结构形式的研究来看，结构形式一比结构形式二有更好的防火性，并节省钢材。结构形式二的比结构形式一有更好的延展性，并且结构质量轻、塑性好。

3超高层建筑结构经济性研究

3.1科学选择建筑材料

通常情况下是根据建筑结构来确定建筑材料，这关系到了整体建筑结构的安全性与稳定性。在选择建筑材料时应当要在保质保量的基础上，基于经济角度来进行考虑与决定。例如，在选择结构钢材时，基本优质钢就能够达到设计的需求，不过，在分析不全面、技术不成熟的情况下，为了确保设计效果而采取特种钢，如此一来，便会大大增加结构成本。尤其是在分析设计可行性时，对材料与受力间的关系进行验证过程中，仅需要确保其大于相应需求便可，在确保质量不受影响基础上，选择具有较高性价比的材料，便可以有效提高整体超高层建筑的经济性。

3.2科学设计外观与平面

在设计超高层建筑外观过程中，不但要将美观效果考虑在内，而且还需考虑其外观的成本。所以在实际设计过程中，需对如下几方面内容予以重视：第一，重视建筑横向对称，防止风荷载对整体建筑造成影响。如若出现结构不对称的情况，就非常容易产生扭矩。第二，还需重视纵向刚度均匀，确保其不产生突变。一旦出现突变，便会导致巨大的层间位移，此时便要设计转换与加强层，进而增加了整体建筑成本。第三，在布置平面过程中，需要将建筑设计的各个方面都考虑在内，包括消防、给排水等，以确保整体建筑与施工工序相符，防止出现资源浪费的情况，以提升整体建筑经济效益。

3.3合理设计建筑面积与体积

通常情况下，超高层建筑工程造价随着建筑的面积与体积的增加而增高。所以在进行建筑结构设计过程中，应该尽可能将面积比例减小，且采取合理的方法来提高有效面积。简而言之，就是尽可能将建筑的面积与结构面积减小，进而确保整体建筑的经济性。

3.4科学设计建筑结构

由于建筑结构设计对整体建筑的经济性有着极大的影响。所以，在设计建筑结构过程中，需要加强和有关部门以及专业人员的沟通与交流。在结构设计时，需要与整体建筑的荷载相符，确保整体结构可以在具体作业环节中将其作用充分发挥出来，避免结构设计不到位而致使资源浪费的情况出现。

4不同结构方案的比较分析

4.1工程案例

某超高层建筑位于城市中心，高200m，53层，地下3层，地上50层，建筑面积为1057824m2，主体结构采用混凝土框架—核心筒结构，露面为钢板混凝土组合楼板，抗震等级要求为一级，建筑工程主要荷载如下所示：玻璃幕墙，荷载值为1.5kN/m2，基本风压为0.35kN/m2；楼梯、设备井与外墙的荷载值为2.5kN/m2，风压为0.385kN/m2；内隔墙的荷载值为1.6kN/m2，风压为0.25kN/m2。

4.2超高层建筑主要设计参数指标

在本次超高层工程设计中，地震荷载参数如下：工程抗震等级为一级，结构阻尼比5%，地震影响系数最大值设定为0.083，特征周期为0.35。风荷载参数：为保障超高层建筑工程质量，基本风压为0.35kN/m2，舒适度风压0.25kN/m2，阻尼比为2%。配件参数：梁箍筋间距100，柱箍筋间距100，墙水平分布筋间距200，梁箍筋、柱箍筋强度设计值360N/mm2。设计参数：结构重要性系数为1，梁、柱保护层厚度30，钢构件截面净毛面积比为0.85。

4.3不同结构方案的比较分析

采用了三种不同的外框架柱结构：方案一，钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构；方案二，普通钢筋混凝土框架核心筒结构；方案三，型钢混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构，国家对超高层建筑的周期比有统一规定，（B级高度）为0.85，三种建筑方案的周期比分别为0.72，0.71，0.56。对比三种方案的位移最大值可以发现，在地震作用考虑偶然偏心5%作用下，三种方案的位移角分别为1/839，1/884，1/790，方案三位移角最大。最终，根据三种方案的钢用量、标准层钢筋用量，方案三全寿命期内的成本最小，因此，选择第三种方案作为此超高层建筑设计方案。

结语

总的来说，超高层建筑能够效缓解住房压力，但是其也存在诸多安全隐患，为此，必须要切实做好其结构选型工作。并且还需要兼顾做好经济性，在保质保量的基础上确保整体建筑工程的经济效益，进而切实推动超高层建筑的发展。

参考文献:

[1]张晓东.高层建筑结构设计及结构选型实例分析[J].城市建设理论研究:电子版,2013.

[2]叶浩波.高层建筑结构选型影响因素分析[J].中国高新技术企业,2007(13):153~154.

[3]缪仨胤.某超高层建筑计算分析结构选型和结构经济合理性研究[J].建设科技,2017(4):74~77.