高层建筑结构合理构成与高效率结构设计

薛博

摘   要：随着我国经济的发展和社会的进步，我国高层建筑工程也在不断增加。通过大量的高层建筑工程实践可以得出，充分利用钢结构混凝土的性能、建筑创意与结构方案的合理融合、创新技术成果的大胆应用、合理建造成本的控制以及通过技术创新推动超高层建筑的工业化发展等措施，可以有效实现高层建筑结构的合理化，节省各类资源，从而获得长远的经济效益。文章主要针对此进行讨论，并且提出合理化的建议，希望对我国高层建筑结构的发展有一定的帮助。

关键词：高层建筑;结构合理;高效率

近些年来，我国的城市化进程发展越来越快，随之产生了一系列的基础建设更新和改造项目，超高层建筑成为城市的象征，充分体现出城市发展的水平以及整体的经济实力。各种功能的高层建筑能够给城市带来丰富的工程空间，也提高了城市的整体美感，为城市的发展奠定基础。但是在实际的发展过程中，其也造成了大量自然资源的浪费，这就需要对高层建筑结构进行合理化的设计，从而节约建造成本，提高绿色环保的长远效益。

1    新时代下的结构设计评价标准

随着时间的推移，传统的建筑结构也在不断发展。从最初的“安全、经济、合理”逐渐进行深入的改革和优化，对其赋予更多内涵，也对结构设计师提出了挑战。安全是建筑的底线，在追求品质的过程中需要严格保障建筑的安全性。经济不仅是成本的优化，在建筑材料上不能打折扣，在结构设计的过程中，对方案的设计需要进行具体的结构论证，并对各种施工技术进行实际的考察，从整体成本考虑，才是未来结构成本控制的方向。合理主要是指建筑、结构和机电等专业之间进行协调配合，通过结构力学来实现建筑的美学，同时各部分结构构件和体系之间也要保证合理的美学要求[1]。高效是现在新形势下对结构工程师提出的一个挑战，需要充分发挥材料的性能，并且采用更高效的方式进行结构的施工，提高结构的功能性和经济性。

2    结构合理的构成

2.1  充分发挥材料的性能

混凝土，有着较好的抗压性能，但是其受拉性能相对较差，钢材具有较好的拉伸性能，但是在受压时往往会发生形变。钢材混凝土的结构是基于钢筋混凝土和钢结构的基础上演变出来的，充分地利用了两种材料的性能，使其具有更好的效果。

2.2  合理的刚度构成

在结构设计的过程中，需要在重视结构外部因数的基础上，牢牢地掌握并且控制好结构内部因素的刚度，从而实现力的平衡、结构或者构件变形的协调。钢结构的设计贯通了整体结构设计的全过程，可以有效地降低连体结构设计的难度，并且降低成本，也可以考虑连接体设计为“弱连接”或者“半刚性连接”，通过弱化连接刚度减小或者释放塔楼之间的“协调力”。刚度理论在实际设计的过程中起着重要的指导作用，只有充分领悟刚度理论，才能够在设计的过程中牢牢地抓住这一概念，从而创造出建筑和结构相得益彰的合理方案。

2.3  结构与建筑方案的前期配合

对于受力结构而言，在建筑物本身上也有一定的关键性技术指标，对于整体结构的效率以及成本也有着较为强烈的影响。对于一些超高层塔楼而言，其高度和宽度都不宜过大，否则会造成整体效率的降低和成本的增加。针对此，就需要相关的工程师在实际设计的过程中，充分地考虑建筑物的平面外观以及外形对结构效率的影响，采用对称并且规则的建筑设计，从而提高其受力机理，实现较高的结构效益，控制建筑成本。

3    合理结构成本控制的相关理念

3.1  结构体系合理化

从一些早期的方案研究过程中可以得出，早期的预案可以间接性地确定90%以上的成本。早期的方案通过基础选型、上部结构成型以及体系等多种方案的论证都可以保障结构的合理性和经济性。

3.2  外部输入条件对于成本的影响

对于建筑、机电以及基坑等外部输入的条件也会对整体的建筑成本有一定的影响。这就需要咨询有经验的顾问团队进行动态的协调，从而有效地实现建筑商业价值，配合好建筑工程的灵活性，把握好结构成本和后期使用价值的平衡，实现经济和品质共存的效果。

3.3  施工的便捷性以及工期对成本的影响

对于一些大型的建筑项目，财务以及时间成本都在项目的总投资里占有一定的比重，基于此，有效地提高施工效率和质量对于总体成本的控制有着较好的效果，并且在受力合理的情况下，更多地关注施工的便利性以及项目总工期，可以有效地控制施工成本。

3.4  采用动态的设计，较好地的掌控宏观的结构成本

在工程的不同阶段，对钢材、混凝土进行定向的實时跟踪，主要监测其合理性以及建筑的品质，并且在此基础上细化材料的成本，从宏观角度考虑结构成本，起到抓重点顾大局的作用[2]。

对于高层建筑的结构，也需要进行多方案的协调和考察，对比分析出最符合实际情况的设计方案，即便适当增加一些施工成本，也需要起到对项目有利的作用。结构成本的考虑不能够成为结构专业的重点考核对象，需要以项目质量、效率为重点进行建筑的设计。

4    创新技术的应用

随着科技的发展，高层建筑要想一直保持结构合理和高效率的结构设计，就需要不断引入一些分析手段，比如软件以及技术，从而打破传统结构设计的局限性。可以通过各种参数的优化，提高建筑的建模效率。在此基础上，还可以不断地引入一些先进的材料技术，通过使用高强度的建筑材料和混凝土，体现出明显的技术优势，为整体的建筑质量打下坚实的基础。除此之外，还需要大胆地加强创新性思维的设计应用，确保其具有节能减排、降低能耗以及绿色环保的社会意义，从而为往后的建筑结构设计确定新的发展方向。

5    结语

针对目前我国的高层建筑结构合理构成与高效率结构设计还有一定的进步空间，需要相关工作人员不断加强对于建筑设计的研究，从而在此基础上提高我国高层建筑的合理性和高效性，为我国高层建筑的发展奠定坚实的基础，也为城市化的进程提供一定的帮助作用。

[参考文献]

[1]JGJ 3—2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]DBJ 15-92—2013.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.