復雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

張春喜 白露

【摘要】隨著科技進步、技術(shù)革新，為建設(shè)復雜高層和超高層建筑提供了可能。但是設(shè)計部門為了節(jié)約成本、獲取利潤，在面對復雜高層和超高層建筑這種新要求的設(shè)計施工時不免忽略了許多問題，依舊按照傳統(tǒng)建筑的要求進行設(shè)計，造成了安全隱患。所以在面對復雜高層和超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該平衡設(shè)計復雜高層和超高層建筑的合理性、經(jīng)濟性以及安全性。本文先了解建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇，然后說明在這過程中需要注意到的問題，最后了解其設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】復雜高層;超高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;要點

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.050

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇

1.1結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型的選擇

在復雜高層和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，其結(jié)構(gòu)方案是否合理就直接決定著建筑的自身質(zhì)量。在選擇結(jié)構(gòu)方案過程中，如果沒有根據(jù)復雜高層和超高層建筑的實際情況來進行，就很可能在后期建設(shè)過程中出現(xiàn)問題，不斷調(diào)整其建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)容，增加成本投入。因此，在復雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)選擇過程中，就應(yīng)該以相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識為主，將其有效的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中。因此，在選擇結(jié)構(gòu)類型過程中，應(yīng)該充分考慮到是否能夠順利施工。

1.2結(jié)構(gòu)方案和類型的選擇

結(jié)構(gòu)方案和類型在選擇過程中，都必須要注意其復雜高層和超高層建筑設(shè)計理念，在大量設(shè)計實踐過程中能夠看出，在設(shè)計復雜高層和超高層建筑過程中，必須要適當提升建筑結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)強度，確保建筑結(jié)構(gòu)受力均勻，延長建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2、復雜高層和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素

2.1風荷載和地震作用及建筑功能需求的影響

高層建筑設(shè)計中具有高度極高的特點，同時受力分析情況相比其他建筑也更復雜，這使建筑的安全性受到了較大的影響（主要是風荷載和地震波影響），因此高層建筑設(shè)計工作人員應(yīng)對風荷載以及地震設(shè)防烈度進行了解。在新技術(shù)應(yīng)用的背景下，復雜高層體積超高層建

筑的施工數(shù)量越來越多，要求也越來越高，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，工作人員應(yīng)對建筑的實用性進行考慮，滿足人們的生活需求。

2.2地基設(shè)計的影響

地基的穩(wěn)定性設(shè)計作為建筑的建設(shè)基礎(chǔ)，考慮到我國的土地資源廣闊和地區(qū)之間差異大的特點，在地基的基礎(chǔ)設(shè)計中需要進行全面的考慮。復雜高層建筑以及超高層建筑的地基設(shè)計過程中，需要模擬地基的情況，根據(jù)建筑的功能和需求等內(nèi)容，對可能出現(xiàn)的影響進行

模擬，還應(yīng)對勘察資料進行全面分析，使地基的承載能力得到有效提升，從而減少變形的問題。

2.3建筑材料和施工技術(shù)的影響

在城市中，高層建筑的數(shù)量在快速增加，這種建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需要技術(shù)的支持。通過現(xiàn)代的建設(shè)技術(shù)的結(jié)合使建筑建設(shè)的水平提升，通過有效的施工技術(shù)的融合，可以為建筑結(jié)構(gòu)功能帶來保障，同時對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計起到了有效的作用。所以，建設(shè)人員在設(shè)計中可以使用新型材料，并且合理地應(yīng)用先進的施工技術(shù)，使建筑的結(jié)構(gòu)的科學性和合理性體現(xiàn)出來，加強建筑的整體質(zhì)量。

3、復雜高層、超高層建筑的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1重力荷載

相較于普通建筑，復雜高層或者超高層建筑極具特殊性，除了總高很突出，還要迎接重力荷載方面的挑戰(zhàn)。尤其是伴隨建筑總高的持續(xù)增大，重力荷載及地面受力也會越來越大。在力的綜合作用下，軸壓力及豎向壓力也愈發(fā)大，以致增大設(shè)計的難度。一方面，風效應(yīng)會隨樓層的增高而增大，基于風的作用，合力點勢必增高，令自然風效應(yīng)產(chǎn)生更大的作用效應(yīng)。另一方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)自重，以確保建筑物足夠的穩(wěn)定性。但重心位置與結(jié)構(gòu)自重緊密相連，樓層愈高，相應(yīng)的重心愈高、結(jié)構(gòu)自重愈大，其成為風力作用下的顯著薄弱環(huán)節(jié)，所以在設(shè)計中應(yīng)認真考慮重力荷載。

3.2風振加速度

一般風力效應(yīng)會隨樓層的增高而變強，所以超高層建筑帶有很大的風力。而人們往往會清楚感知風力的舒適性，一旦風振過強定會令人不適，從而影響居住品質(zhì)。所以，在設(shè)計復雜高層、超高層建筑的基本結(jié)構(gòu)時，應(yīng)認真權(quán)衡人體舒適性、風振加速度。其中尤其要嚴

格控制具體的風振加速度、建筑頂層加速度的最大值，以彌補高強度風振的缺陷。另外，針對圍護結(jié)構(gòu)，也應(yīng)做好抗風設(shè)計。超高層建筑愈高，則垂直于圍護表層的風載勢必增大，故此科學地引導風向、嚴格控制具體的風振加速度，能增強使用效果。

3.3地基基礎(chǔ)

地基基礎(chǔ)決定了復雜高層建筑、超高層建筑的整體穩(wěn)定性。所以在設(shè)計地基結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合考量設(shè)計標準、地基形態(tài)，立足工程實際，優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)方案。同時，若地質(zhì)情況有變，還應(yīng)通過有效的基礎(chǔ)措施，來提升地基強度。所以，針對各種地質(zhì)在設(shè)計地基時，應(yīng)立足地質(zhì)形態(tài)來合理設(shè)計組合方案，以改善地基結(jié)構(gòu)。

3.4結(jié)構(gòu)抗側(cè)力

針對不同的建筑高，應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)。在設(shè)計復雜高層或者超高層建筑時，考慮到各層不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有不同的作用，故此在設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件時，應(yīng)立足具體的作用來優(yōu)化部署。同時，通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)，還能融合結(jié)構(gòu)中的不同抗側(cè)力構(gòu)件形成一個整體。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)從整體上考慮結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)，可利用伸臂桁架有效連接框架柱組合核心筒的結(jié)構(gòu)，或通過環(huán)形桁架、大斜撐來連接組合，而得到一個巨大的框架，以增強整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.5柱鋼骨鋼率

考慮到國內(nèi)的結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、建筑設(shè)計規(guī)范不盡相同，故在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)復雜高層、超高層建筑的具體構(gòu)造，來優(yōu)化設(shè)計鋼骨含鋼率。盡管目前的標準并不統(tǒng)一，但是不管執(zhí)行怎樣的標準，都需要強制性規(guī)定框柱中不得出現(xiàn)含鋼率4%以下的鋼骨。因此，在設(shè)計混合建筑結(jié)構(gòu)時，不僅應(yīng)按照計算結(jié)果來確定柱箍、縱筋，還應(yīng)科學地設(shè)計型鋼截面，控制含鋼率為4%或以上。

3.6核心筒內(nèi)的型鋼柱

針對鋼筋混凝土制作的核心筒，通過使用型鋼柱旨在增大外框柱、混凝土筒體墻自身的重力。特別是遇到強風或者地震時，外墻往往需要承載約50%的豎向荷載，且核心筒位置的水平剪力超過了85%。一旦忽視強化處理，就會引起建筑坍塌、變形或者傾斜等。而在核心筒通過型鋼柱的使用，則可有效避免以上問題。此外，通過型鋼柱類型的剪力墻，即便有開裂也會較少影響承載力。而通過型鋼柱還能增大剪力墻的抗震性，故此在地震區(qū)很常見。

3.7抗側(cè)剛度

在設(shè)計復雜高層建筑、超高層建筑的整體結(jié)構(gòu)時，為了增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強度，則需要增大鋼筋混凝土中整個核心筒體的具體剛度。考慮到核心筒體屬于結(jié)構(gòu)當中的關(guān)鍵性抗側(cè)構(gòu)件，故此結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度與外側(cè)墻厚、筒體墻的具體抗側(cè)剛度息息相關(guān)。除此以外，在整個設(shè)計環(huán)節(jié)，還需要嚴格控制外框柱的設(shè)計截面與軸壓比要求、所需承載力的完全相符。

結(jié)語：

綜上，復雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，由于涉及面比較廣，在具體設(shè)計方面就要能從多角度進行考慮和優(yōu)化，注重在各環(huán)節(jié)的設(shè)計上能和實際需求相結(jié)合，從這些基礎(chǔ)層面得以強化，才能真正有助于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量提升。

參考文獻：

[1]王越.復雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（24）：71+96.