淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題

鄭海龍

（大同市二院建筑設(shè)計研究有限責任公司，山西 大同 037000）

現(xiàn)階段我國的城市化建設(shè)正在快速發(fā)展中，也正是由于城市化進程為超高層建筑的發(fā)展提供了機遇。建筑行業(yè)的進一步發(fā)展使得許多高層建筑大量出現(xiàn)，這些高層建筑的高度有的已經(jīng)超過了百米，這樣的建筑被人們成為超高層建筑。超高層建筑的構(gòu)建需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且還需要從穩(wěn)定性和承載力的角度考慮問題。

1 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析

超高層建筑就是在現(xiàn)有高層建筑的基礎(chǔ)上進行高度的增加，但這絕對不是簡單建筑材料的堆積和累加，建筑設(shè)計每增高一點，其整體的建筑重心就會發(fā)生偏移。在考慮建設(shè)超高層建筑之前，設(shè)計人員必須要對超高層建筑的承載力、應(yīng)力、可靠性以及舒適性納入到建筑設(shè)計的考量范圍之內(nèi)。同時研究人員還需要在確保建筑能夠承受來自水平和垂直方向的荷載，在此基礎(chǔ)上設(shè)計者還需要使房屋建筑具備相應(yīng)的延性。從超高建筑的整體設(shè)計來看，超高層建筑需要綜合考慮各個方面的因素。科學的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理的配置建筑資源，目的就是為了防止因外力的作用使超高層建筑本身發(fā)生開裂、扭轉(zhuǎn)、位移以及塌陷等問題的發(fā)生，從而保證超高層建筑的施工質(zhì)量［1］。

2 超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類型

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)類型

在考慮超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要綜合考慮到外力對建筑的影響力。為了防止超高層建筑發(fā)生開裂和位移這種的情況發(fā)生。設(shè)計人員一定要設(shè)計出能夠應(yīng)對各方面影響因素的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。從當下的超高層建筑來看，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計類型被廣泛應(yīng)用于超高層建筑上。這是由于剪力墻結(jié)構(gòu)本身就擁有許多優(yōu)秀的性能。剪力墻本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅剛度大而且還能承載極強的應(yīng)力。即使在水平力的影響下，超高層建筑本身也不會發(fā)生變形。更值得一提的是剪力墻的設(shè)計較為美觀，房間之中并不會出現(xiàn)梁柱外顯的現(xiàn)象，這也符合絕大多數(shù)用戶對美的追求。但是凡事既有利也有弊，剪力墻的多面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計無法進行靈活的平面布置。多面墻也占據(jù)了大范圍的室內(nèi)空間。從設(shè)計上來看，剪力墻只能適用于超高層建筑［2］。

2.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)類型

由于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計本身擁有出色的性能，但是受到自身多面墻設(shè)計的影響，從而使得平面布置無法靈活設(shè)計。鑒于這一點，設(shè)計人員提出了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，這種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計將框架設(shè)計與剪力墻設(shè)計完美的融合成為了一個統(tǒng)一的整體。這種新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計突破了剪力墻多面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的困境，其在能夠靈活進行平面設(shè)計的同時，又能使超高層建筑本身擁有很強的抗震性能，進而達到超高層建筑設(shè)計所需的各種要求。

2.3 框架-核心筒結(jié)構(gòu)類型

框架-核心筒結(jié)構(gòu)類型在超高層建筑里面也十分常見。其主要是由于核心筒本身擁有較好的水平荷載承載能力，再加上核心筒本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得核心筒結(jié)構(gòu)在搭配框架設(shè)計時，會留有充裕的建筑空間。而在考慮各種應(yīng)力對框架-核心筒結(jié)構(gòu)的影響時，由于核心筒本身的剛度強，因此該結(jié)構(gòu)類型可以廣泛適用于超高層建筑當中。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題及解決對策

3.1 結(jié)構(gòu)布置問題及解決對策

超高層建筑在設(shè)計時不僅要考慮建筑質(zhì)量的問題，即要考慮到各種因素對其本身的影響。同時設(shè)計人員還要考慮到超高層建筑的舒適性，舒適性一般指的是居住空間、房屋布局以及燃氣、水電暖等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。在以剪力墻為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要提前規(guī)劃好設(shè)計方案，并預(yù)測出建設(shè)當中的重難點。

3.2 位移計算問題及解決對策

超高層建筑常常因為結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，從而出現(xiàn)了建筑物位移情況的發(fā)生。設(shè)計人員在建設(shè)超高層建筑之初，位移計算問題就成為了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的關(guān)鍵。因此在設(shè)計過程當中，相關(guān)人員需要充分考慮到位移產(chǎn)生的源頭，并對建筑物水平的應(yīng)力進行限制。

3.3 嵌固端設(shè)計問題及解決對策

超高層在設(shè)計建造之初，本身就會設(shè)計兩層或者更多的地下室，這些地下室的一端嵌固在地下一層樓板以及地下室頂板的位置上。并且根據(jù)相關(guān)的建設(shè)標準規(guī)定，嵌固端的下部剛度一定不能小于本身上部剛度的兩倍。這是為了抵消外力對超高層建筑本身造成的各種影響，嵌固端的設(shè)計也是為了鞏固和完善超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而地下室的結(jié)構(gòu)也能夠利用剪刀墻的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，使之滿足剛度的要求。

3.4 基礎(chǔ)設(shè)計問題及解決對策

超高層在設(shè)計時不僅會受到來自水平方向力的影響，同時也會受到垂直方向力的影響。為了解決垂直力對超高層建筑本身產(chǎn)生影響，施工人員往往會采用樁作為建筑基礎(chǔ)，換個角度來看，用樁作為建筑基礎(chǔ)的工人能夠根據(jù)樁的受力分析，了解建筑材料本身的優(yōu)缺點。利用核心筒能夠解決應(yīng)力的基本問題。而施工人員按照剪力墻的結(jié)構(gòu)類型搭建多個木樁，在地質(zhì)選址時，工人需要在持力層處施工。根據(jù)施工規(guī)范進行能夠符合沉降差的要求。

4 結(jié)語

總體來說，超高層建筑已經(jīng)成為了未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向，同時在對超高層建設(shè)的過程當中，設(shè)計人員需要綜合考慮到影響超高層建筑的各個因素，比如外部荷載、舒適性和安全性等方面的因素，設(shè)計人員需要結(jié)合幾種常見的結(jié)構(gòu)類型對建筑平面進行靈活設(shè)計，從而實現(xiàn)既定的建筑功能。