超高层建筑结构经济性研究

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摘要：对于超高层建筑，不仅需要重视结构的安全性能，还应该对超高层建筑结构的经济性进行研究，节约建设成本。本文结合福建省超高层建筑的建设情况，介绍了超高层建筑的经济性影响因素，并提出了相应提高建筑经济性的措施，为福建省超高层建筑建设提供理论指导。

关键词：超高层建筑；经济性；影响因素；措施

在近几十年来，中国建筑行业取得了飞速的发展，在超高层建筑建设方面也展现了卓越的实力。福州市作为福建省的省会城市，在近几十年来也建设了不少超高层建筑，例如：福州市世贸俪园（178米）、福建省电力调度指挥中心（166米）、福建省广播电视中心（149米）等，都属于超高层建筑。超高层建筑在建设过程中不仅要保证建筑结构的整体安全性能，还应该采取适当措施提高超高层建筑的经济性。本文对超高层建筑结构经济性进行探讨，旨在为福建省超高层建设提供指导，从而节约建设成本，增大建设经济效益。

1超高层建筑结构的特点

超高层建筑指的是总层数在40层以上或建筑高度在100米以上的建筑物。超高层建筑的建筑高度相比一般建筑要高很多，因此也造成了超高层建筑在设计、施工过程中与一般建筑有很大的区别。超高层建筑的特点体现在以下几个方面：

（一）超高层建筑竖向荷载大。建筑结构的竖向荷载主要有自重荷载和楼面荷载。建筑结构的自重主要由建筑材料和建筑体积决定。对于超高层建筑，建筑材料用量大，因此建筑的自重荷载很大。同时超高层建筑层数多，容纳的人流量和物品也更多，因此楼面荷载也比一般建筑大得多。竖向荷载大导致超高层建筑在设计时对于基础的要求很高。

（二）抗侧移能力弱。超高层建筑由于高度大，受到的风荷载作用大，对建筑底部会产生很大的弯矩。同时超高层能力抗震能力弱，在设计时不仅需要考虑竖向地震作用还需要考虑横向地震作用。在进行设计时不仅需要控制建筑顶部的最大侧向位移，还需要对不同楼层之间的最大层间位移进行控制。

（三）超高层建筑需要高空作业。在超高层建筑施工过程中，需要高空作业，要建立完备的安全生产系统，还需要用到大型的起吊和升降器械，因此施工难度、施工风险和施工成本都比一般建筑施工要大。

2超高层建筑经济性影响因素

超高层建筑由于工程量大，建筑设计和施工过程复杂，因此影响经济性的因素很多，本文从设计阶段和施工阶段两方面进行分析。

2.1设计阶段

超高层建筑结构由于建筑高度大，受力复杂，因此必须经过详细的设计后才可以展开建设工作。超高层建筑设计阶段分为：建筑设计、结构设计、给排水设计等。

（一）对于建筑设计，主要是对建筑的外观、平面布置等进行设计。建筑设计直接影响到建筑整体的受力，对紧接着的结构设计会产生影响。当建筑设计不合理时，会导致结构受力增大，内力传递不合理等，为了满足设计要求则必须通过增大构件截面尺寸、钢筋用量等措施是构件满足承载力要求，这样会使建设成本增大，对建筑经济性不利。

（二）结构设计：建筑结构设计是保证超高层建筑满足承载力要求和正常使用要求的关键。结构设计时应该考虑经济性，进行合理的结构选型，不同的结构体系下的建设方案所消耗的成本也不同。在进行结构设计时，如果选择结构类型不合理，会导致部分构件没有完全发挥承载力作用，造成资源浪费，增大成本。

（三）给排水设计：超高层建筑在进行给排水设计时的关键是如何满足上部楼层用户的水压问题。给排水管网设计不合理，会导致管网系统材料和资源的浪费，对于节约建设成本不利。其实在设计过程中还涉及到超高层建筑的消防设计、人员流通设计等，任何设计的不合理都会导致建设成本增加，对建筑结构经济性不利。

2.2施工阶段

在施工阶段的经济性影响因素主要是施工效率的问题。在超高层建筑施工过程中，应该根据实际情况，考虑施工质量、施工进度和施工成本等综合评价制定合适的施工方案。在施工中施工方案不合理，会导致施工过程中材料、器械的浪费；还会由于施工进度安排不合理造成工作人员窝工等现象。这些都对超高层建筑经济性有不利影响。

3超高层建筑经济性措施

在超高层建筑结构进行设计施工时，必须要采取相应的措施，节约成本，提高超高层建筑结构经济性。可以从以下几个方面着手：

3.1建筑外观和平面布置合理

建筑外观在进行设计时即要考虑到美观，也应该考虑到建筑外观对成本所带来的影响，可以按照以下几个原则进行设计：

（一）建筑外观在横向应该保持对称。这是考虑到风荷载的影响，当结构设计不对称时会产生扭矩，对结构承载力要求提高。在纵向应该保持刚度均匀，不要发生突变。当竖向刚度发生突变时，会产生较大的层间位移，需要设置加强层和转换层，这样会增大建设成本。在对建筑屋面进行设计时，应该结合风载体型系数，进行选型，选择视觉效果美观，风荷载影响小的设计方案。

（二）平面布置时，应该将给排水、建筑消防、人员流通等因素结合在一起，集中进行设计，避免某一项设计对另外的设计工作带来不便，增加设计成本和建设成本。还应该对空间合理利用，充分发挥超高层结构的价值，从而提高经济效益。

3.2适当的结构选型

结构选型应该适当，超高层建筑结构有框架核心筒结构、核心筒结构和框架剪力墙结构等。不同的结构类型适用的情况和优缺点各不相同，在结构选型时应该根据功能需要并考虑经济性进行选择。

3.3科学的结构设计

结构设计和建筑设计相关，在进行结构设计时遇到问题可以与建筑设计单位进行沟通交流。结构设计应该满足以下要求：首先应该进行合理的荷载统计，在设计时充分发挥构件的性能，按照规范要去进行构件截面尺寸、配筋的设计。对于基础设计时，选择合适的基础类型，充分发挥桩和地下持力层的作用，避免设计富余。

4总结

超高层建筑的经济性应该予以重视。在实际建设过程中，进行合理的外观设计和平面布置；选择恰当的结构类型；在设计过程中充分发挥材料和构件的承载能力；施工时采取适当的施工方案进行施工等措施，对于提升超高层建筑结构经济性具有显著作用。

作者:李丽萍 单位:福建永昌建筑工程有限责任公司

参考文献:

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[3]周建龙.超高层结构设计的经济性及相关问题的研究[J],工程力学.2015，9：9～15.