研究超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的技術(shù)要點及相關(guān)問題

黃祖華

（廣西中澤建筑設計有限公司 廣西南寧 530011）

引言

隨著社會的步發(fā)展進步，很多城市的人口負擔給有限的城市范圍帶來了巨大的壓力，城市面積已經(jīng)不能滿足城市居民的生產(chǎn)和生活，三維空間的概念應運而生，城市三維空間的充分利用，借助超高層建筑可以有效提高城市實際土地面積和體積率，節(jié)省城市的建筑面積，尤其是大城市土地短缺壓力，超高層建筑不僅能滿足人們的生活需求，還有利于社會和諧。

1 超高層建筑與高層建筑結(jié)構(gòu)設計的對比

①由于超高層建筑消防的客觀要求，應提供相應的避難層；鑒于機電設備的客觀條件，還應當設置設備層，因此要考慮放置設備的樓層設計中的實際荷載水平與設備振動時對相鄰樓層的影響。同時，為提高建筑的結(jié)構(gòu)剛度，還需要設置結(jié)構(gòu)加固層，使其易于常規(guī)的高層建筑設計。②超高層建筑的結(jié)構(gòu)類型比較廣泛，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、全鋼結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)。除特殊的條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)通常使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。③在超高層建筑的平面形狀設計中，大多采用正方形結(jié)構(gòu)，對于矩形的平面，長寬比應小于2，尤其是抗震設防高烈度的地區(qū)，更應采用規(guī)則的對稱平面。④厚板筏與箱體基礎，是常見的超高層建筑基礎形式，由于結(jié)構(gòu)條件的影響，基本不會有高層建筑使用梁板筏基。此外，超高層建筑基本上不使用復合地基，而一般高層建筑采用。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的主要控制參數(shù)

軸壓比-控制軸壓比主要是為了控制結(jié)構(gòu)的延性；周期比-控制周期比是為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應；位移比-控制層間位移比主要是為控制結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性；剛度比-主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性；剛重比-主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；層間受剪承載力比-控制豎向不規(guī)則性；剪重比-剪重比為地震作用與重力荷載代表值的比值；軸向變形-超高層建筑豎向構(gòu)件的變位是由彎曲變形、軸向變形及剪切變形三項因素的影響疊加求得的。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的技術(shù)要點

3.1 鋼筋混凝土核心筒

核心筒結(jié)構(gòu)是高層建筑持續(xù)發(fā)展到高空的最基本的系統(tǒng)。在超高層建筑結(jié)構(gòu)的設計中，鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)通常承載超過85%的水平荷載和約50%的豎向荷載。此外，鋼筋混凝土核心筒鋼柱的多元化，可以有效地減少筒體之間的垂直和鋼筋混凝土框架柱變形差異，鋼柱可以大大提高抗風能力，當強風或地震剪切力太大時，鋼筋混凝土核心筒體結(jié)構(gòu)，可以提高超高層建筑的剛度，并提高建筑物的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 樁基設計

樁基的設計是超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中一個基本環(huán)節(jié)的設計，在樁基設計中，要充分考慮水平荷載和豎直荷載的大小，以確定樁基的埋置深度，滿足基地變形與穩(wěn)定的相關(guān)需求，降低超高層建筑的傾斜程度和位移量。

3.3 平面設計

超高層建筑的平面布局中，應盡量增加建筑體之間的安全防火距離，在人流較密集的地區(qū)，應確保該地區(qū)有很好的疏散條件，有停車位以及及時可供人群疏散的外部環(huán)境。在超高層建筑合理布局的基礎下，滿足其基本的使用功能，可以統(tǒng)一標準設計，并實現(xiàn)超高層建筑物在整體結(jié)構(gòu)、設備線路、分區(qū)電氣配線以及防火疏散設計等豎向技術(shù)的規(guī)范化要求。此外，在超高層建筑的平面設計階段，為了應對風力、地震等外在潛在安全隱患，需要合理的規(guī)劃建設建筑物內(nèi)交通路線，合理安排的樓梯、電梯數(shù)量和位置，以確保最大的基礎設施來提高效率和安全系數(shù)。

4 超高層建筑的結(jié)構(gòu)設計關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點

4.1 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)

剛度中心、幾何形心以及結(jié)構(gòu)中心，使超高層建筑結(jié)構(gòu)核心的設計內(nèi)容，而其中的結(jié)防構(gòu)扭轉(zhuǎn)設計，必須將這三點進行有效的重合，否則就會發(fā)生水平壓力下的結(jié)構(gòu)扭曲，為建筑整體安全性水平帶來重大隱患，所以，為了控制超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的扭轉(zhuǎn)問題，應選擇合理的平面布局方案，將科學化的方法應用在具體的工程設計中。

4.2 對受力性能的控制

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，設計師很少對具體結(jié)構(gòu)特點進行分析，過多考慮的是建筑的空間結(jié)構(gòu)，以致超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在很多受力性能方面上的問題。因此在進行設計時，應明確確定所選結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的豎向力與地基承載力的關(guān)系，同時在結(jié)構(gòu)設計方案的選擇階段，超高層建筑主體部分的整體布局和剪力墻布置需要全方位考慮。

4.3 超高問題

由于我國對超高層建筑的抗震性水平有明確的要求，使得在進行超高層建筑物結(jié)構(gòu)高度的設計中也應當嚴格按照規(guī)定執(zhí)行。所以，必須要對其的結(jié)構(gòu)設計方案實行科學的設計與嚴密的審查，以控制超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的整體高度問題。

4.4 地下嵌固端的設置

隨著建筑水平與技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)高層建筑中配置兩層以上的地下空間，已經(jīng)成為了常態(tài)化現(xiàn)象，這一點，導致超高層建筑的嵌固端經(jīng)常處于地下室頂板的處。所以在具體的施工過程中，進行嵌固板的施工操作時，經(jīng)常會對原有設計方案進行一定程度修改，從而進一步給超高層建筑設計帶來一定的困難，因此要重視嵌固端的設置問題。

5 結(jié)語

總之，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設計是一項系統(tǒng)的復雜工作，其設計直接影響著超高層建筑施工的整體質(zhì)量。我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的要求越來越高，因此，建筑設計師要不斷提高自己的專業(yè)水平，總結(jié)設計的實踐經(jīng)驗，通過科學設計方法使超高層建筑更加安全、舒適以及適用，以滿足社會和公眾的需求。