摘 要：多高层建筑的结构形式、结构的高宽比、竖向承重体系对整体结构的经济性有直接的影响。借助PKPM分别建立框架结构以及框剪结构的在不同参数下的计算模型，并利用STAT6.0统计出各个模型的经济性指标。讨论了不同结构形式、不同高宽比、不同承重体系下各个模型经济性的影响，并进行了归纳总结。最后给出了设计建议，为结构设计时合理优化结构的经济性能提供依据。
关键词：多高层建筑；经济性；结构体系；高宽比
中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：
Abstract: The structural styles, aspect ratio and vertical bearing style have a directly effect on economical efficiency of high-rise buildings. computation models of frame construction and frame-shear wall construction were established by PKPM at different parameters, and the conomical efficiency index was calculated by STAT. And the effect of economical efficiency between these established models at the parameters of structural styles, aspect ratio and bearing styles was discussed. Finally, the design proposals for optimizing economical efficiency were presented.
Key words: high-rise buildings; economical efficiency; structural system; aspect ratio
1引言
随着城市用地日益紧张，多高层建筑得到广泛应用。多高层建筑在结构设计时采用不同的结构形式（框架和框剪）、高宽比、柱形式（矩形柱和异型柱）时会产生不同的经济效果。对于相同的主体结构，分别采用框架和框剪结构会产生怎样的成本差异，当采用不同高宽比时钢筋和混凝土用量相差多少，分别采用矩形柱和异型柱时经济效益如何？针对具体建筑和设计实例在上述三方面、不同参数下的混凝土或钢筋用量差异，作出分析比较，提出结构设计的优化建议，为提高多、高层建筑的经济性能提供参考。
2设计算例
2.1 框架结构和框剪结构
目前，框架结构因其跨度大、开间布置自由等众多优势得到广泛应用，但是存在侧向刚度低的致命缺点[1]。在多高层建筑中，若选用框架作为其结构体系，则需要较大尺寸的抗侧构件、高强度的钢筋以及混凝土，来获得足够的侧向刚度抵抗水平荷载，但是往往导致建筑成本过高。剪力墙是高层中常选用的抗侧力构件，具备较大的抗侧刚度，若将剪力墙嵌入到框架体系中，可以有效提高框架的侧向刚度，降低对框架结构梁、柱截面的要求。为详细了解两者的经济效果差异，选取结构尺寸、材料标号均相同的框架以及框剪结构体系高层，通过STAT6.0 计算出两者的混凝土用方量、以及用钢量，对比并得出结论。
为了更加针对地分析两种结构体系对经济性能造成的差异，选取具有相同平面布置的模型，图1为框剪结构的平面图，框架体系的平面布置只需除去图中的剪力墙即可。主体结构尺寸为27m×12m的长方形，高42.5m，共12层，底层和标准层层高分别为4.0m、3.5m。 混凝土强度C40，钢筋HPB335二级，两者施加相同的荷载，采用PKPM进行设计计算，柱及剪力墙设计尺寸见表1。
以第1层为例进行钢筋用量的比较，通过计算[2-3]得出：框架结构柱总配筋数245000mm2；框剪结构柱和剪力墙总配筋数分别为1600000mm2、753600mm2，总和为2353600mm2。比较计算结果可得：对于竖向构件的钢筋用量，框剪结构比框架结构少6.03%。
对12层框架结构和框剪结构的混凝土用量分别进行进行计算，结果为：框架结构柱混凝土用量为831.13m3，框剪结构柱混凝土用量为894.46m3。从结果可得两者混凝土用量相当，但是框剪结构柱截面尺寸更小，可提供更大的使用空间，因此框剪结构经济效益更好。
综上，在主体尺寸相同的条件下，采用框剪结构的经济性优于框架结构。
2.2 高宽比
为更具针对性地分析高宽比对建筑经济性的影响，采用图1所示平面图、通过仅改变高度的方式来实现。为使分析数据更具有一般性，选取设防烈度为6度和7度的两个震区分别来分析。由PKPM设计得：主次梁及墙间梁分别为250mm×500mm、400mm×500mm, 顶层及标准层板厚度分别为120mm、100mm，剪力墙厚度为250mm,各层柱及混凝土强度见表2。
根据相关文献[4]建筑物造价与其高度呈二次方关系，因此选用建筑工程造价作为经济性指标。利用STAT6.0对钢筋用量进行统计。观察图1得：框剪结构总钢筋用量随高宽比的增加呈先波动后增加的趋势，当高宽比小于4时钢筋总用量处于波动状态，大于4时钢筋用量稳步增加，且高宽比为5-6时钢筋用量增加幅度远小于高宽比为4-5时。由于高宽比为5-6时设防烈度为6和7度的框剪结构钢筋用量增加很少，可将此时框剪结构高宽比由5取至6。
分析框剪结构钢筋用量可得出：结构高宽比为5时的平均钢筋用量与高宽比为6时的平均钢筋用量很接近，因此可将规范[5]中高宽比由5取到6。
2.3矩形柱和异型柱
通过对框剪结构典型住宅实例分析，分别计算出混凝土[6-7]和钢材用量，得出采用不同柱的经济效果，通过比较得出结论。
在相同截面尺寸的梁和板、相同混凝土强度等级的前提下，通过目前通用的结构后处理软件对采用异型柱和矩形柱的11层住宅楼分别形成施工图。因为楼板的钢筋用量在上述两种结构体系下基本相同，所以仅分别计算各标准层梁、柱、墙的钢材用量和混凝土用量并对两者的经济性进行比较。套用定额计算结果见表3、表4。
3结语
通过对多高层建筑不同的结构形式（框架和框剪）、高宽比、柱形式（矩形柱和异型柱）经济效果的计算分析，所得经济性结论如下：
1）在主体尺寸相同的条件下，多高层建筑宜采用框剪结构形式。
2）结构高宽比为5时的平均钢筋用量与高宽比为6时的平均钢筋用量很接近，因此可将规范中高宽比由5取到6。
3）从成本预算角度看，异型柱框-剪结构的主体结构造价比矩形柱框-剪结构高11.31%。
参考文献
[1]包世华，方鄂华.高层建筑结构设计[M]. 北京：清华大学出版社，1990（2）：35-38.
[2]赵西安. 钢筋混凝土高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1992：21-30.
[3]车宏亚, 颜德. 混凝土结构(上、下册) [M]. 北京：中国建筑工业出版社，1998：39-45.
[4]王祖华，蔡健，徐进.高层建筑结构设计[M]. 广州：华南理工大学出版社, 2008.
[5]GJ-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[6]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范（GBJ10-89）. 北京：中国建筑工业出版社, 1990.
[7]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）. 北京：中国建筑工业出版社,2002.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。