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摘要：結(jié)構(gòu)型式關(guān)系到建筑物的使用、經(jīng)濟(jì)、美觀，一個好的建筑設(shè)計(jì)，必須要有一個好的結(jié)構(gòu)型式才能實(shí)現(xiàn)。因此，對影響建筑結(jié)構(gòu)選型的主要因素作簡要論述，使設(shè)計(jì)人員在方案設(shè)計(jì)過程中予以考慮。...

簡述影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素

吳  瑩

(陜西省輕工業(yè)研究設(shè)計(jì)院710054西安)

    在建筑工程建設(shè)中，建筑物的安全性和耐久性主要取決于建筑物的結(jié)構(gòu)能否滿足要求。此外，工程造價(jià)中2／3左右的費(fèi)用用于結(jié)構(gòu)工程，而結(jié)構(gòu)工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的一半以上。因此搞好結(jié)構(gòu)工程對于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用。搞好結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型。一個好的結(jié)構(gòu)形式的選擇，不僅要考慮建筑上的使用功能，結(jié)構(gòu)上的安全合理，施工上的可能條件，也要考慮造價(jià)上的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藝術(shù)上的造型美觀。如果選型不當(dāng)，給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來無法彌補(bǔ)的缺陷，同時(shí)也會延誤工期，提高造價(jià)。因此在建筑物方案設(shè)計(jì)中必須將結(jié)構(gòu)選型放在重要地位。

    影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素主要有：建筑物的功能、建筑結(jié)構(gòu)材料、施工技術(shù)水平、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及計(jì)算手段、經(jīng)濟(jì)因素等。

1、建筑物的功能要求

    建筑物的功能要求是建筑物設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的首要因素。任何建筑物都具有對客觀空間環(huán)境的要求，根據(jù)這些要求可大體確定建筑物的尺度、規(guī)模與相互關(guān)系。如工業(yè)建筑通過考慮車間的使用性質(zhì)、工藝流程及工藝設(shè)備、垂直及水平運(yùn)輸要求以及采光通風(fēng)功能要求初步定出建筑物的跨度、開間及最低高度。在結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)使所選擇的結(jié)構(gòu)形式剖面與建筑物使用空間相適應(yīng)，盡可能降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度，才能提高空間的使用效率、節(jié)省維護(hù)結(jié)構(gòu)的初始投資費(fèi)用、減少照明采暖空調(diào)負(fù)荷、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，從而降低建筑物全壽命期費(fèi)用。如散粒材料倉庫，采用落地拱型式最適宜。其次通過對結(jié)構(gòu)體系裸露和藝術(shù)加工，將結(jié)構(gòu)形式與建筑的空間藝術(shù)形象融合為一體來表現(xiàn)建筑美。建筑界公認(rèn)的典型例子意大利佛羅倫薩運(yùn)動場的大看臺，是一個鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)，雨蓬的挑梁伸出l7m，它的彎矩圖是二次拋物線，建筑師把挑梁的外形與其彎矩圖統(tǒng)一起來，同時(shí)利用混凝土的可塑性，對挑梁的外輪廓進(jìn)行藝術(shù)處理，在挑梁支座附近挖了一個帶有橢圓弧線的三角形孔，既減輕了結(jié)構(gòu)自重，又獲得良好的藝術(shù)效果。直接將結(jié)構(gòu)的自然形體進(jìn)行恰如其分的藝術(shù)加工而又不做任何多余的裝飾，使結(jié)構(gòu)形式與建筑空間藝術(shù)形象高度地融合起來。

2、建筑結(jié)構(gòu)材料對結(jié)構(gòu)選型的影響

    建筑結(jié)構(gòu)材料是形成結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)。木結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各因其材料特征不同而具備各自的獨(dú)特規(guī)律。如磚石結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度高，但抗彎、抗剪、抗拉強(qiáng)度低，而且脆性大，往往突然破壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有較大的抗彎、抗剪強(qiáng)度，而且延性優(yōu)于磚石結(jié)構(gòu)，但仍屬于脆性材料而且自重大。鋼結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高，自重輕，但其當(dāng)長細(xì)比比較大時(shí)在軸向壓力作用下的桿件容易失穩(wěn)。因此選擇材料時(shí)充分利用其長處，避免和克服其短處，選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)。如建筑結(jié)構(gòu)的桿件，其軸心受壓時(shí)比偏心受壓或受彎時(shí)更能充分利用材料強(qiáng)度。以簡支梁為例，其屬于受彎構(gòu)件，在均布荷載作用下，彎矩圖是拋物線，跨中彎矩最大而支座彎矩為零，在每個截面上，彎矩應(yīng)力以上下邊緣處最大，中和軸處應(yīng)力為零。但為了使構(gòu)件形狀簡單便于施工，常按等截面梁設(shè)計(jì)并采用矩形截面，選擇截面尺寸時(shí)只能以跨中處最大邊緣應(yīng)力作為最危險(xiǎn)部位來驗(yàn)算，因此梁的大部分材料應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力。為了使材料應(yīng)力充分發(fā)揮同時(shí)節(jié)約材料，可按彎矩圖設(shè)計(jì)梁的形狀，即成為魚腹式梁。

3、施工技術(shù)水平對建筑結(jié)構(gòu)型式的影響

    建筑施工的生產(chǎn)技術(shù)水平及生產(chǎn)手段對建筑結(jié)構(gòu)形式有很大影響。先進(jìn)的施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)型式的前提。如果施工技術(shù)條件不具備或結(jié)構(gòu)方案不適應(yīng)現(xiàn)有的技術(shù)能力將給工程建設(shè)帶來很大困難。如薄殼結(jié)構(gòu)是一種薄壁空間結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的薄膜內(nèi)力(或無矩內(nèi)力)作用，所以材料強(qiáng)度能得到充分作用，同時(shí)由于它的空間工作所以具有很高的強(qiáng)度和很大的剛度。因此可以采用很薄的結(jié)構(gòu)厚度來建造大跨度結(jié)構(gòu)，自重輕，材料省。但由于采用現(xiàn)澆的施工方法來實(shí)現(xiàn)薄殼結(jié)構(gòu)有很大的局限性，其支設(shè)曲面模板耗費(fèi)工料多施工速度慢。為了解決此問題，曾使用工具式移動模板來進(jìn)行現(xiàn)澆薄殼施工。但此種施工方法只適用于結(jié)構(gòu)形式及斷面尺寸不變的薄殼結(jié)構(gòu)。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)裝配式薄殼施工方法，將薄殼殼體劃分為若干塊小殼板，分件預(yù)制后拼裝成一個整體薄殼，此種僅需設(shè)置小殼板的模板進(jìn)行重復(fù)澆注，從而提高了結(jié)構(gòu)的施工速度，節(jié)省工程造價(jià)。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展及計(jì)算手段的改進(jìn)對結(jié)構(gòu)選型的影響

    過去由于計(jì)算手段上的困難，盡管人們希望在制定結(jié)構(gòu)方案時(shí)能進(jìn)行多方案比較，但常因工作量大、工時(shí)過長而難以實(shí)現(xiàn)。只憑經(jīng)驗(yàn)制定出一二個可行方案進(jìn)行簡單比較確定。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，運(yùn)算速度及貯存的增大，縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算精度，使各種較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)的靜力及動力計(jì)算問題迎刃而解，設(shè)計(jì)人員可較方便的采用各種較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式而且還可進(jìn)一步對各種型式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較以取得優(yōu)化結(jié)果。因此，計(jì)算手段的改進(jìn)對于結(jié)構(gòu)方案的構(gòu)思產(chǎn)生了重要影響。目前，正在研究的“工程建設(shè)中的智能輔助決策系統(tǒng)”也將對結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化帶來重大影響。

5、經(jīng)濟(jì)因素對結(jié)構(gòu)選型的影響

    任何國家的工程建設(shè)都必須考慮提高投資的經(jīng)濟(jì)效益。綜合經(jīng)濟(jì)分析是衡量結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性的手段。不但要考慮某個結(jié)構(gòu)方案實(shí)施時(shí)的一次投資費(fèi)用，還要考慮其全壽命期的費(fèi)用；其次除了以貨幣指標(biāo)核算結(jié)構(gòu)的建造成本外，還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動力等各項(xiàng)指標(biāo)來衡量，同時(shí)還應(yīng)該考慮節(jié)約資源這一人類長遠(yuǎn)利益；再有某些生產(chǎn)性建筑如能早日投產(chǎn)交付使用，可以較快地回收投資資金及得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此在結(jié)構(gòu)方案比較時(shí)應(yīng)綜合考慮一次性初始投資和建設(shè)速度之間的關(guān)系。

    總之，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和選型設(shè)計(jì)的構(gòu)思是一項(xiàng)很細(xì)致的工作，只有充分考慮各種影響因素并進(jìn)行全面綜合分析才能選出優(yōu)化的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳章洪《建筑結(jié)構(gòu)選型手冊》中國建筑工業(yè)出版社

[2]宋秉譯《建筑結(jié)構(gòu)方案與選型設(shè)計(jì)》天津大學(xué)教材

[3]布正偉《現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與設(shè)計(jì)技巧》天津科學(xué)技術(shù)出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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