復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

毛昉

超高層建筑施工期間會(huì)面臨諸多問題，施工難度較大、安全事故發(fā)生率較高。針對于復(fù)雜高層與超高層建筑來講，需要注重風(fēng)險(xiǎn)管理的重視程度，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，在明確了解復(fù)雜高層與超高層建筑特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，降低各類不良問題發(fā)生率，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果。文章將基于復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)研究活動(dòng)帶來一定借鑒價(jià)值。

1 影響復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果的因素

復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，多會(huì)受到風(fēng)載荷、抗地震能力及地基建設(shè)等因素影響，總體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果不夠理想。

1.1 風(fēng)載荷

復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，荷載的選取需要基于高層建筑的實(shí)際情況、要求等展開。復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)的過程中，需要細(xì)致考量高度所能夠產(chǎn)生的影響[1]。因?yàn)榻ㄖ锔叨染鄬^高，故而比較容易受到高度所帶來風(fēng)荷載的影響，也是建筑設(shè)計(jì)中所需要關(guān)注的重要問題。

比如當(dāng)前我國臺北地區(qū)最高的101大樓，對這座大樓設(shè)計(jì)的過程中，需要細(xì)致分析周圍的實(shí)際情況，考慮風(fēng)載荷對大樓建設(shè)所能夠產(chǎn)生的影響。101大樓建設(shè)期間便邀請專業(yè)的加拿大人士實(shí)施風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，提升大樓的抗風(fēng)能力。

1.2 抗地震能力

地震的破壞力較大，故而在建筑設(shè)計(jì)的過程中需要做好地震力預(yù)測工作。但是由于當(dāng)前技術(shù)條件有限，故而難以做出準(zhǔn)確的預(yù)測[2]。復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)過程中，需要提升抗震預(yù)防的設(shè)計(jì)，且需要分析地震作用下主樓和裙樓的不同反應(yīng)，常見的抗震不利結(jié)構(gòu)豎向設(shè)計(jì)方式如圖1所示。

1.3 地基建設(shè)

建筑復(fù)雜高層與超高層的時(shí)候，打好地基十分重要。施工期間需要基于地質(zhì)的情況展開針對性設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證其建筑設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

圖1 常見的抗震不利結(jié)構(gòu)豎向設(shè)計(jì)方式

比如在復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)的過程中，針對于深度較高的軟地基，則需要應(yīng)用樁箱地基。在實(shí)際的工作過程中也可以基于具體的情況制定針對性的建設(shè)設(shè)計(jì)方案，比如針對于深度較低的巖石，則可以應(yīng)用現(xiàn)澆混凝土的方式打地基；針對于深度很大的巖石，比如在地下120m左右的，則可以通過采用巖石上層的沖擊土進(jìn)行處理。實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間可以應(yīng)用框格式的地下連續(xù)墻作為基礎(chǔ)支撐。針對于條件相對較好的，則可以應(yīng)用筏形作為基礎(chǔ)。地基設(shè)計(jì)的過程中，基于不同的差異進(jìn)行綜合分析，制定經(jīng)濟(jì)效益較高且比較規(guī)范的設(shè)計(jì)方案。

2 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式

復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，可以通過科學(xué)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系及實(shí)施施工過程的模擬演練等方式，保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效果。

2.1 科學(xué)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)

復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要全面了解相關(guān)的政策制度、法律制度，明確建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)指標(biāo)，為高層建筑設(shè)計(jì)活動(dòng)的有序開展奠定良好基礎(chǔ)[3]。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過程中，可以通過合理選擇分析軟件、綜合分析荷載作用等方式，保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

2.1.1 合理選擇分析軟件

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間可以應(yīng)用信息化技術(shù)展開工作，近年來計(jì)算機(jī)軟件數(shù)量較多，各類軟件的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)有所差異[4]。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過程中，需要注重對各類軟件的分析與靈活應(yīng)用?；诠こ探ㄔO(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件。

2.1.2 綜合考慮荷載作用

復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)期間，需要對地震荷載、風(fēng)荷載等進(jìn)行綜合分析。首先在地震荷載方面，需要對建筑施工場所實(shí)施地震安全性評估，基于安全評估的內(nèi)容、評估的結(jié)果等進(jìn)行綜合分析[5]。小地震的情況下需要實(shí)施包絡(luò)設(shè)計(jì)，且需要基于規(guī)范要求合理選用地震波。其次在風(fēng)荷載設(shè)計(jì)方面，風(fēng)荷載對建筑物的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大影響。伴隨著建筑物高度的增加，風(fēng)荷載也在不斷增加，建筑高度高于200m以上的建筑，則需要實(shí)施風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

合理控制復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)的指標(biāo)，對現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展能夠產(chǎn)生重要影響，常見的指標(biāo)具體包含剪重比、自振周期以及層間位移角等等，需要基于實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)要求展開工作，保證整體建設(shè)設(shè)計(jì)的效果。

2.2 合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系

針對于不同高度的高層建筑來講，其所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系也會(huì)有所差異，需要實(shí)施針對性設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要將結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)建視為一個(gè)整體，復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)過程中，需要應(yīng)用多層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行管控，且保證各類抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用的價(jià)值，結(jié)合實(shí)際的作用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對抗側(cè)力構(gòu)建實(shí)施合理規(guī)劃。條件允許的情況下復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)建需要盡量予以融合，提升結(jié)構(gòu)建設(shè)的穩(wěn)定性，且通過伸臂桁架將核心筒和框架柱發(fā)揮聯(lián)合的作用效果。比如廣州東塔及其組合抗側(cè)力體系，在建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，即為通過伸臂桁架將核心筒和框架柱相互連接。同時(shí)，也可以通過環(huán)帶桁架、巨型斜撐將框架柱等構(gòu)成一個(gè)整體，打造巨型框架。再如深圳平安大廈，也應(yīng)用了組合性的抗側(cè)力體系。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，即為應(yīng)用環(huán)帶桁架、巨型斜撐等，打造為一個(gè)組合式的建筑結(jié)構(gòu)整體。在此基礎(chǔ)上，還可以通過將縱橫向墻體相互融合的方式，構(gòu)建組混凝土筒體或者組合墻，這也是提升建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力能力的有效方式，可以應(yīng)用到復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間。

2.3 實(shí)施施工過程的模擬演練

施工建設(shè)可行性分析是復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間所需要關(guān)注的重要問題，需要結(jié)合實(shí)際的施工場地、施工技術(shù)以及施工要求等進(jìn)行分析，滿足實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)需求。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要全面考慮鋼材的力量傳輸效果，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋可靠性以及建設(shè)施工的操作性價(jià)值等等。由于復(fù)雜高層與超高層建筑的建設(shè)要求越來越高，故而可以適當(dāng)應(yīng)用一些特殊的施工工藝，這也是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有效措施。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間還需要充分考慮施工期間的相關(guān)影響因素、可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素等等。比如在復(fù)雜高層與超高層建筑中，豎向構(gòu)件的壓縮變形會(huì)使建筑物的外形發(fā)生準(zhǔn)便，進(jìn)而對建筑的內(nèi)力分布也會(huì)產(chǎn)生不良影響。針對于這種問題，則可以對復(fù)雜高層和超高層建筑進(jìn)行施工過程模擬和預(yù)變形演練。通過施工過程模擬演練的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工期間可能會(huì)產(chǎn)生的影響因素，注意復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋與鋼材傳力效果，通過有效的調(diào)節(jié)方式與優(yōu)化控制，提升施工建設(shè)的質(zhì)量，合理選擇處理措施，保證現(xiàn)場施工的可實(shí)施性。

3 結(jié)束語

建筑高層設(shè)計(jì)的理念、設(shè)計(jì)的方式會(huì)直接關(guān)系到建筑的穩(wěn)定性，特別是針對于復(fù)雜高層與超高層建筑來講，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度更需要提升。復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以通過科學(xué)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系及實(shí)施施工過程的模擬演練等方式，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，為復(fù)雜高層建筑與超高層建筑活動(dòng)的開展奠定良好基礎(chǔ)，保證建筑工程的安全性與合理性，也能夠保障居民的生活質(zhì)量與生命安全，推動(dòng)現(xiàn)代建筑行業(yè)穩(wěn)定性、持續(xù)性發(fā)展的重要方式。

[1]魏國富.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及相關(guān)問題探討[J].中國住宅設(shè)施，2017（06）：18～19.

[2]邱永忠.論復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)和超高層建筑的設(shè)計(jì)方法[J].低碳世界，2016（24）：184～185.

[3]吳榮德，李國方.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].住宅與房地產(chǎn)，2015（28）：40.

[4]朱蔚惠.復(fù)雜不規(guī)則超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的實(shí)踐——上海某商貿(mào)廣場塔樓一工程[J].建筑與文化，2013（06）：71～73.

[5]黃 鶴.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].才智，2012（04）：24～25.