論超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

戴劉毅

（奇瑞地產(chǎn)有限公司，安徽 蕪湖 241009）

隨著超高建筑物的不斷增加，雖然逐漸地暴露出一些設(shè)計(jì)方面存在的不足，但這些問題為我們?cè)谌蘸蟮某呓ㄖe累了一定的經(jīng)驗(yàn)。為此，本文首先對(duì)超高層建筑與普通高層的差異進(jìn)行比較，然后對(duì)超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

1 超高層建筑與普通高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的區(qū)別

一般普通高層的高度基本都建立在200m以內(nèi)，而超高層建筑的高度基本都在200m以上乃至設(shè)想建筑上千米。對(duì)于普通高層我們大多采用的是混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還可以選擇全鋼結(jié)構(gòu)或者混合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)由于超高層建筑對(duì)消防以及機(jī)電設(shè)備的要求要更高一些，因此要考慮到避難層與機(jī)電設(shè)備層的設(shè)計(jì)。為避免地震等自然災(zāi)害對(duì)建筑物的破壞，超高層建筑在平面形狀的選擇上較普通的高層建筑要少的多，并且要滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的抗震要求。另外超高層建筑需要考慮風(fēng)載荷作用下舒適度的問題，而普通高層建筑無(wú)需考慮。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案需要考慮的因素

2.1 抗震設(shè)防烈度

對(duì)于超過100m以上的建筑物，在不同強(qiáng)度的抗震設(shè)防烈度下，對(duì)于建筑物的高度要求也是不盡相同的。一般情況下，抗震設(shè)防烈度在8度的區(qū)域不適宜建設(shè)300m以上的建筑物，超高層建筑適合建設(shè)在抗震設(shè)防烈度在6度的地區(qū)。

2.2 結(jié)構(gòu)方案

對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)師來說，在設(shè)計(jì)中首先就要考慮到建筑物的結(jié)構(gòu)方案問題，尤其對(duì)于超高層建筑來說，如果結(jié)構(gòu)方案選擇不當(dāng)，將會(huì)引起整個(gè)方案的調(diào)整，因此，在設(shè)計(jì)單位進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要有結(jié)構(gòu)專業(yè)參與到設(shè)計(jì)當(dāng)中。

2.3 結(jié)構(gòu)類型

在超高層建筑結(jié)構(gòu)類型的選擇上，我們不但要充分考慮到擬建方案所在地的巖土工程地質(zhì)條件，同時(shí)要考慮到該區(qū)域的抗震度要求。另外，為了節(jié)約建筑成本，我們還需要充分考慮到在工程造價(jià)問題以及施工的合理性問題，同等條件下選擇造價(jià)較低的合理的結(jié)構(gòu)類型。

3 超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 風(fēng)載荷

在超高層建筑的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，由于建筑結(jié)構(gòu)的第一自振周期與其所在地面卓越周期相差很大，隨著建筑物高度的不斷增加，風(fēng)載荷的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震對(duì)建筑物的影響，特別是對(duì)于一些比較柔的超高層建筑，風(fēng)載荷是它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制因素。因此，我們有必要對(duì)風(fēng)載荷進(jìn)行專業(yè)地研究。

一般情況下，我國(guó)規(guī)定風(fēng)載荷的計(jì)算公式為Wk=βzμsμzW0，其中μz為風(fēng)壓高度的變化系數(shù)。其中A類地面：μz= 0.794Z0.24；B類地面：μz= 0.479Z0.52；C類地面：μz= 0.284Z0.40。

在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》當(dāng)中，對(duì)200m以上的超高層建筑也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)范，其中就包括在對(duì)超高層建筑確定非圓形截面橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載情況時(shí)，要求必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。它的主要目的在于通過試驗(yàn)對(duì)建筑外形的空氣動(dòng)力進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)設(shè)計(jì)整體進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 重力載荷

對(duì)于超高層建筑，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到重力載荷的傳力情況，實(shí)現(xiàn)合理的傳力途徑，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于重力載荷的途徑要盡可能地直接明了，同時(shí)要充分考慮到因建筑外圈框架和核心筒之間軸壓比之間的差異而造成的變形差對(duì)水平構(gòu)件產(chǎn)生的影響。一般采用一些施工的處理方法連接框架與核心筒。

3.3 混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在超高層的建筑當(dāng)中，很多時(shí)候都會(huì)采用混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混合結(jié)構(gòu)分為3種，而在實(shí)際中常用的是圓鋼管或者是矩形鋼管的混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒的混合結(jié)構(gòu)，以及型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒（內(nèi)外框梁為鋼梁或型鋼混凝土梁）的混合結(jié)構(gòu)兩種。每種結(jié)構(gòu)類型在設(shè)計(jì)上對(duì)鋼材用量的需要也不盡相同。在設(shè)計(jì)中，要考慮到對(duì)型鋼、圓鋼管混凝土中柱鋼骨的含鋼量，嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行控制，同時(shí)，在鋼筋混凝土的核心筒要設(shè)置型鋼柱，這樣就可以確保型鋼混凝土、筒體延性相同，從而促使它們兩者之間的豎向變形減小。對(duì)于結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度無(wú)法滿足變形需要的混合結(jié)構(gòu)，我們采取相應(yīng)措施進(jìn)行彌補(bǔ)。比如，設(shè)置水平仲臂析架的加強(qiáng)層，或利用避難層或設(shè)備層在外框或外框筒周邊設(shè)置環(huán)狀析架。

4 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)要合理

在對(duì)超高層建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證構(gòu)造的設(shè)計(jì)謹(jǐn)慎并合理，重點(diǎn)要注意對(duì)一些薄弱的部位進(jìn)行加強(qiáng)，避免出現(xiàn)薄弱層，充分考慮到溫度應(yīng)力對(duì)建筑物的影響以及建筑物的抗震能力，注意構(gòu)件的延性以及鋼筋的錨固長(zhǎng)度，在對(duì)平面和立面進(jìn)行布置時(shí)要確保平整均勻。

4.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖要合適

計(jì)算簡(jiǎn)圖是對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)，它直接關(guān)系到超高層建筑的結(jié)構(gòu)安全。為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，我們必須從計(jì)算簡(jiǎn)圖抓起，慎重研究，合理選擇，對(duì)于存在于計(jì)算簡(jiǎn)圖中的誤差，要保證其值控制在技術(shù)規(guī)程允許的范圍內(nèi)。

4.3 結(jié)構(gòu)方案選擇要合理

建筑方案的合理性取決于結(jié)構(gòu)方案是否合理，因此，在選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)不但要充分考慮到經(jīng)濟(jì)因素，還要充分考慮方案的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)能夠充分結(jié)合設(shè)計(jì)要求、材料、施工以及自然因素等來確定結(jié)構(gòu)方案，確保結(jié)構(gòu)方案的合理性。

4.4 基礎(chǔ)方案選擇要合理

在進(jìn)行基礎(chǔ)方案的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師要考慮到載荷的分布情況，工程所在的自然因素、地質(zhì)條件，施工方的施工條件，周圍建筑物對(duì)所設(shè)計(jì)建筑物造成的影響等各方面因素，以此來確保基礎(chǔ)方案的選擇既經(jīng)濟(jì)又合理，達(dá)到最優(yōu)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

超高層建筑是社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果，隨著科技進(jìn)步，越來越多的超高層建筑將會(huì)逐漸亮相于城市之中，我們雖然在超高層建筑當(dāng)中取得了一定的成績(jī)，但仍需我們不斷研究與改進(jìn)，使超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加完美，發(fā)展更為迅速。

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