分析高层建筑施工中的结构设计与成本控制尝试

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　　摘    要：近年来，我国城市化进程不断加快，城市的规模和人口数量都在迅速增加，高层建筑已经成为现代城市建筑的主要发展趋势之一。而在高层建筑的结构设计中，既要严格遵守相关的设计规范，综合考虑建筑结构的承载能力、抗震性能以及结构强度等因素，合理选择结构体系，同时结构设计人员也要加强成本控制意识，提高结构设计的经济性，优化设计方案。
　　关键词：高层建筑;结构设计;成本控制
　　1  引言
　　随着我国建筑行业的发展，新的建筑结构体系以及新的建筑施工材料不断出现，同时在高层建筑的结构构件的生产加工以及施工工艺等方面也取得了明显的进步，这些因素都在客观上促进了高层建筑结构设计水平的提高。因此在高层建筑的结构设计中，设计人员既要严格遵守相关的设计规范，科学计算荷载、结构变形、侧移以及延展性等多项指标参数，合理选择结构体系以及施工材料。同时由于结构设计阶段对高层建筑工程整体造价的影响达到了75%以上，是成本控制中关键环节，所以设计人员在高层建筑的结构设计中也要增强成本控制意识，提高结构设计的经济性，促进高层建筑结构设计向实用性、经济性以及功能多样性等方面不断发展。
　　2  分析高层建筑工程中的结构设计
　　2.1  高层建筑施工中结构设计的要点
　　（1）合理确定高层建筑工程的水平荷载。在高层建筑的结构设计中，由于其竖向荷载主要来自于楼体的自重，在结构设计中可以作为定值来考虑[1]。而高层建筑的水平荷载则会受到地震以及强风等多种因素的影响，并且存在一定的可变性因此在建筑结构的动力特性设计中要充分考虑水平荷载因素。
　　（2）合理控制高层建筑工程的轴向变形。由于高层建筑具有较大的竖向荷载，其发生轴向变形的机率比较大，而轴向变形会直接影响连续梁的弯矩，从而使连续梁端支座以及跨中正弯矩增加，而中间支座则会出现负弯矩降低的情况。同时，轴向变形还会影响到预制构件的规格。因此在结构设计中确定预制构件长度时应充分考虑轴向变形因素，并适当调整设计长度。此外，轴向变形因素也会影响建筑结构的侧移以及建筑构件剪力，如果在结构设计中没有对其进行充分的考虑，会影响建筑结构的安全性和稳固性。
　　（3）合理控制高层建筑工程的结构侧移。在设计高层建筑结构时，应充分考虑其结构侧移因素。由于高层建筑的高度比较高，其结果在水平荷载作用下会产生较大的侧移变形，所以在结构设计中应根据设计规范的要求，并结合水平荷载，合理控制高层建筑结构的侧移。
　　（4）合理确定高层建筑工程的延性特点。高层建筑与普通建筑相比，其结构柔性相对较大，因此其受地震影响也比较明显，更容易出现结构变形的情况。因此在高层建筑的结构设计中应适当增加结构的延性设计，提高高层建筑结构的抗震性能，以保证建筑结构的安全性和稳固性。
　　2.2  高层建筑工程结构体系设计
　　（1）高层建筑结构的剪力墙体系分析。在高层建筑结构设计中可以采用剪力墙结构体系来进行主体结构的设计。由于剪力墙结构具有较高的刚性以及强度，同时其结构延性也相对较高，能够实现均匀传力，因此其是一种整体性和抗震性能都比较突出的结构体系，与框架结构体系相比，其能建高度更高[2]。
　　（2）高层建筑结构的剪力墙结合框架体系分析。如果采用框架结构体系达不到高层建筑工程的刚度以及强度要求时，在结构设计中将部分框架结构改为剪力墙结构，使其形成剪力墙与框架的综合性结构体系，这样就可以有效增加建筑结构的承载能力，剪力墙以及框架结构可以通过连梁以及高刚度楼板的相互配合来形成强度更高的综合性结构。在这一结构体系中，主要由剪力墙来承担水平荷载，而垂直荷载则主要是由框架结构来承担。通过增加剪力墙的结构设计，使高层建筑结构增加了侧向刚度，有效的控制了其水平位移，因此该结构体系能够适应较高建筑的施工要求。
　　（3）高层建筑结构的筒体体系分析。筒体体系也就是在高层建筑结构的抗侧力构件设计中采用单筒体、多束筒以及筒体框架等多种筒体结构来进行设计。常用的筒体结构主要包括空腹筒以及实腹筒这两大类空间受力类型，其中空腹筒主要指的是通过混凝土外墙以及密排柱等形成的受力结构，而实腹筒则主要是建筑曲面或平面墙所形成的单体受力结构。由于筒体结构体系不仅受力均匀，而且其强度以及刚度也比较高，因此具有更好的抗震以及抗风能力，能够适应超高层建筑的施工需要。
　　3  分析高层建筑结构设计阶段的成本控制措施
　　3.1  在材料选择环节加强成本控制
　　在高层建筑的结构设计中，选择不同的建筑材料将直接影响工程的成本控制效果。由于近年来我国新型建筑材料得到了较快的研发应用，因此设计人员应积极理解最新的材料性能以及相关的施工工艺，以提高材料选择的合理性，在保证材料的质量性能能够符合高层建筑施工要求的基础上，提高材料选择的经济性。例如在钢板的选择上，应根据高层建筑工程的特点以及相关的环境因素等合理选择单板、保温板以及不同材质保温层的板材等，对高程建筑施工的成本进行合理的控制。此外，在选择高层建筑的墙体材料时，也应在保证墙体结构强度的基础上尽量选择节能性和经济性比较好的墙板。由于墙体材料成本在高层建筑工程成本中的占比达到了15%～25%左右，因此合理选择墙体材料将直接关系到工程成本控制的效果[3]。
　　3.2  在结构体系选择环节加强成本控制
　　在高层建筑的结构设计中，结构体系的选择也会对工程的成本控制效果产生重要的影响。例如在小高层建筑的结构设计中，可以选择框架、剪力墙以及短肢剪力墙等多种结构体系。因此需要设计人员根据工程的抗震等级要求以及施工条件等选择相应的结构体系。例如短肢剪力墙结构的抗震性能比较好，但是由于其配筋率比较高，因此其成本也相对增加，在设计中应在保证满足建筑结构的抗震要求的基础上，尽量选择经济性比较好的结构体系。
　　3.3  在结构布局环节加强成本控制
　　在高层建筑的结构设计中，结构布局的合理性也直接关系到工程的造价，因此在设计中要合理布置建筑的柱网结构，尽量采用规则性的轴网设计。例如在设计高层建筑的地下车库时，与两层地下室的结构设计相比，采用单层大底盘的结构设计会明显增加工程造价[4]。因此在保证建筑结构的稳定性，实现建筑各项设计功能的基础上应合理选择结构布局，对设计方案进行优化，以提高结构设计阶段的成本控制效果。
　　3.4  在配筋设计环节加强成本控制
　　此外，在高层建筑的结构设计中，提高混凝土配筋的合理性能够有效提高成本控制的效果。在设计混凝土的配筋率时，应在保证其强度的基础上对配筋率进行优化设计，可以采取综合适应分离式钢筋以及通长钢筋等方式，并对构件界面进行相应的调整，从而提高配筋率设计的经济性。
　　4  总结
　　高层建筑施工对结构设计提出了更高的要求，设计人员必须在保证建筑结构稳定性和安全性的基础上，提高结构设计方案的经济性。这就要求设计人員要不断提高个人的综合素质和业务水平，及时了解新的结构设计理论和新的材料工艺，增强成本控制意识，这样才能在结构设计中积极运用先进的设计技术手段，对各种相关因素进行综合性的分析，提高结构布局的合理性和成本控制的效果，优化结构设计方案，全面提升高层建筑结构设计的水平和质量。
　　参考文献：
　　[1] 郝丽娜.浅谈高层建筑结构设计中的选型设计和成本控制[J].门窗，2018（3）：143+145.
　　[2] 雷波.浅析建筑施工中成本控制及结构设计问题[J].江西建材，2013（6）：30～31.
　　[3] 高芳芳.浅谈高层建筑的结构设计与建筑成本的控制[J].中国建筑金属结构，2013（10）：186.
　　[4] 张嵩.分析高层建筑施工中的结构设计与成本控制[J].广东科技，2009（20）：85～86.
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