建筑结构体系及选型中的若干问题
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摘要：本文论述了建筑结构体系及选型队结构设计的重要性，并提出了若干问题及影响因素，对这些问题及影响因素进行了详细的分析，并提出解决方案。
关键词：建筑结构体系；选型；问题；影响因素；技巧
一、前言
至今一百多年国内、外高层建筑发展的历史可见，无论是作为城市发展的象征、新景点，还是作为建造业主实力雄厚的象征、城市高空俯视轮廊线的控制点，都引发了人们的广泛关注与推崇。
结构选型在高层建筑结构设计中占有重要的地位，结构选型是赋予建筑物的空间受力骨架体系，包括梁、屋架、单层刚架、拱、薄壁空间结构、网架、网壳、楼梯、楼盖、悬索、拉力薄膜结构、混合空间结构等内容。这个骨架体系的型式及其空间关系的合理性不仅直接影响到建筑物的安全，而且关系到能否达到建筑物预定的功能要求和能否取得合理的经济效益。所以，建筑结构设计的其中一个关键环节是高层建筑结构体系的正确选型。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。
广东处于华南地震区的东南沿海外带地震带，因此，在地震带高层建筑的结构选型主要是抗震设计，它是在总结震害规律的基础上，于高层建筑结构设计方案中选择合理的结构体系，能达到及时、有效地抗震。具体的做法：勘察选址的地质状况，选择抗震性能良好的地段；应该具有很好地传递地震作用，并拥有足够的抗震防线；使强度和刚度合理地分布。另外应选择风荷载系数较小的结构并严格控制高宽比。
二、结构体系和选型中应考虑的问题及注意事项
高层建筑结构体系选型时应充分考虑的特点：水平荷载起控制作用；侧面位移必须加以限制；轴向变形在侧移中占有很大的份额。大体上可将高层建筑结构选型的各种影响因素归纳为：建筑功能要求；结构受力合理性：经济因素；施工技术水平等四个方面。
2.1 建筑物的功能要求
在建筑物结构选型中首先应考虑建筑物的功能要求及适应性。建筑物有以下几点功能要求：使用空间要求，使用功能要求以及美观功能要求。
2.1.1使用空间的要求
建筑骨架所形成的空间必须能良好地为人类生活与生产服务，并满足人类对美观的需求，为此须选择合理的结构形式。建筑使用空间要求对结构选型的影响：高宽比、建筑物的高度、长宽比和建筑体型，其中建筑体型包括立体体型和平面体型。这些因素的确定对结构的可行性和经济性的影响很大。
2.1.2建筑物的使用功能要求
目前高层建筑的主要用途为：旅社、居住、公寓、各种用途的公共建筑以及集居住、办公、商业、娱乐为一体的综合楼。因此高层建筑结构选型时应充分考虑不同建筑的功能要求。当建筑物包括两个以上主要结构时，这些主要结构之间必然存在一定的横向联系，将它们每一个结构优化之后拼凑成的建筑结构并非最优的，而是应该从整个“建筑工程”出发进行全面优化决策，根据工程的具体情况和条件正确解决结构体系的选型问题。
2.1.3美观功能要求
建筑艺术形象是靠建筑结构来体现的。通常结构选型的建筑师们比较重视结构型式适应建筑表观造型的美观性要求，却往往疏忽结构本身的美学效应。各种结构体系利用自身美学表现力，按一定的规律而形成的装饰效果。建筑师们必须注意发挥结构体系的表现力和利用它的装饰结果，将结构型式与建筑空间艺术形象自然地结合，使二者融为一体。世界有名的意大利佛罗伦萨运动场的大看台，是一个钢筋砼梁板式结构，雨蓬伸出17m的挑梁，它采用二次抛物线的弯矩图，建筑师把弯矩图与其挑梁的外形有机统一起来，并利用砼的可塑性来处理挑梁的外轮廓，使其具有艺术性，在挑梁支座附近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔，三角结构有稳固的作用，既减轻结构的竖向荷载，又获得良好的艺术效果。对结构的形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装饰，使结构型式与建筑的空间艺术形象自然地融合起来。
2.2使结构受力合理
结构受力合理性主要是使结构能可靠抗震，有效抗风，地震传递途径明确，应力分布合理，破坏机制合理等。它受环境条件，如设防烈度，基本风压等影响。
2.2.1环境条件影响
广东是一个台风、飓风活动比较频繁的地区，对于风荷载较大的地区，高层建筑结构选型时必须对风荷载作用引起足够重视，风荷载作用所产生的侧向力会产生很大的倾覆力矩和剪切变形。侧向荷载对建筑物的效应是随着建筑物的增高而迅速增大，并非竖向荷载的线性增大。常常不得不进行专门的结构布置来抵抗高层建筑相当大的侧向荷载和侧移，因此，柱、梁、板和墙的截面应该大一些，这样就会增加材料的消耗，影响经济效益。在选型时不仅要考虑结构体系在强度、变形方面满足要求，还要使结构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，使应力分布合理。
2.2.2 有效增大高层建筑抵抗侧向力和侧移的能力
在砼、钢结构的设计中，有一些能增大高层建筑抵抗侧向力和侧移能力的技巧，这些技巧不需要加大成本。
1)使抗弯结构体系的有效宽度加大。当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方比例减小，当然，必须使结构体系中的竖向构件良好的连接，否则，会产生相反效果。
2)应使分体系的构件以最有效的方式相互作用。
3)增大主要承受荷载构件的截面。
4)由主要抗弯构件承受大部分竖向荷载。这将有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。
5)在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力，而且比较经济。
6)每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使结构体系的各个构件共同作用，而不是单独起作用。
7)将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。
2.3经济因素对高层建筑结构选型的制约
要综合分析、衡量结构方案的经济性，第一，不但要考虑单个结构方案施工时的投资费用，还要考虑其使用过程中费用，但在考虑经济效益的同时不可忽略其他各方面，如拱形结构能承受较大压力，空心结构能省材料，三角结构有稳固的作用，如果只是考虑经济效益，而忽略质量、安全、寿命等问题，这也是不可取的；第二，除了核算结构的建设成本外，还要从节约资源，减少排放和节约劳动力等各项指标来衡量；第三，有效地缩短建设期，使生产性建筑早日投产使用，可以加快投资资金的回收，能得到更好的经济效益。因此在比较结构选型方案时应综合考虑施工时的投资费用和建设期之间的关系。
2.4 施工水平的影响
施工水平对建筑结构型式的影响主要表现在以下几个方面：
1) 实现完美结构型式的前提是运用先进的施工技术；
2) 结构选型方案要与施工条件密切结合
首先，施工技术条件不具备现有施工技术能力，将给工程建设带来困难。其次，结构选型时要结合施工工艺因素综合考虑工程的施工条件，因为不同的施工工艺不仅影响到资源、材料消耗、施工期、劳动力资源及工程成本造价等技术经济指标，而且也会影响到结构的抗震性能、受力状态等。
3) 在施工阶段和使用阶段对受力状况的考虑也不尽相同。
三、结语
结构理论的发展使建筑结构选型朝着复杂化和综合化方向发展。结构的选型决策是对结构整体性能进行规化、评价、控制等的关键环节。结构选型不仅受功能要求、经济要求、受力合理性要求等的影响，施工水平也是一个重要因素，既要求具有艺术效果，有要求很好的经济效益及质量安全，这些就需要建筑师、结构师、经济师、设备师等共同决策，精心设计。