論超高層建筑結構設計

武敏　劉元冬

[摘要]隨著社會經濟的發展，我國的超高層建筑越來越多。在進行超高層建筑結構設計的時候應該充分的考慮超高層建筑與高層建筑在結構設計中的區別，在進行超高層建筑結構設計的時候應該充分考慮的因素，及其在進行超高層結構設計中基礎設計的設計要點等等。希望通過本文的探討，能夠為相關方面的研究提供理論性的參考。

[關鍵詞]超高層建筑；結構設計；基礎設計

[中圖分類號]F407.9 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0252-01

前言

隨著我國經濟的進步，高層建筑已經無法滿足社會發展的需求，超高層建筑就逐漸出現在人們的視線中，并且大范圍的擴展，在我國的各個城市的角落，都能看到超高層的建筑。超高層建筑之所以發展的如此的迅速，有兩個方面的原因，一是由于城市的發展的需要，需要超高層建筑作為城市的形象，另一個最主要的原因，還是由于土地資源的緊張，從而不斷的研究建筑物的高度緩解土地短缺的壓力。因此，本文重點介紹了有關超高層建筑結構設計的相關的問題。下面就對超高層結構設計進行具體的分析。

1 超高層建筑與高層建筑結構設計中的區別分析

首先，在建筑物高度的設計上，一般超高層建筑的高度超過100m到幾百米之間，而高層建筑的高度一般在100m之內。超高層建筑物的結構類型比高層建筑物的結構類型要多。超高層建筑物的平面形狀一般為方形，而高層建筑物的平面形狀的選擇比較多。超高層建筑物的基礎形式一般為等厚板筏基和箱基，而沒有高層建筑物所用的梁板筏基。超高層建筑物一般不采用復合地基，而高層建筑基本上采用的是復合地基。在對超高層建筑物進行設計的時候如果建筑物超過200m需要滿足在風荷作用下的舒適度的相關要求，而對高層建筑物的設計一般不考慮上述的因素。

2 超高層建筑結構設計中主要考慮的因素分析

在進行超高層結構設計中對于結構類型的選擇需要充分的考慮當地地質條件及其對抗震目標的設定等。對于地質的條件，在擬建筑基地需要具備能夠采用天然地基的條件，并且具有抗震設防烈度較低的特點。因此，在建筑結構上，可以優先的考慮鋼筋混凝土的結構。如果在地震高發區應該優先考慮鋼結構及其混合結構。對于抗震方面的考慮主要是要確定抗震性能的目標。要求超高層建筑物的豎向構件承載力需要達到在中震的時候能夠不被破壞，在這樣情況下，鋼筋混凝土結構很難達到抗震的目標，因此，需要鋼結構或者混合結構；另外對于結構類型的選擇上，需要充分的考慮經濟條件。在一般的工程建筑中，鋼筋混凝土結構類型造價比較低，全鋼的結構類型是最貴的，因此，應根據超高層建筑物的經濟上的條件進行合理的選擇。現在超高層建筑結構多采用鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土核心筒這種混合型的結構。因其這種混合結構與全鋼結構造價要便宜，與鋼筋混凝土結構剛度要好，因此，被廣泛的應用與超高層建筑結構設計中。

3 超高層建筑結構中的基礎設計

在超高層建筑物，一般有多層地下室，超高層建筑物基礎埋置的深度需要滿足穩定性的要求。而對于一些地區的基巖埋藏較淺的特點，無法建構多層的地下室，需要設置嵌巖錨桿進而滿足穩定性的要求。超高層建筑物的地基基礎的形式需要根據建筑場地工程地質的條件，在滿足其穩定性的要求的情況下，還需要滿足其沉降和變形設計的要求。當超高層建筑物的基底砌置在黏性土層或者海沉積的土層的時候，而這種土層的地基承載力不能夠滿足變形設計的時候，需要應用合理的用樁基方案。當超高層建筑物在40層以上的時候，而基底砌置在厚度較大的卵石層的時候，這種基底的承載力特征值以及壓縮模量都比較高，因此，需要考慮天然地基的方案。如果基底砌置在中風化以及微風化基巖上的時候，都需要采用天然地基的方法。

3.1 天然地基基礎

在卵石層或者微風化基巖上的地基都需要天然地基的方法。但是其基礎的形式是不同的，當基底是卵石層的時候，一般采用等厚板筏形的基礎。等厚板筏基在板厚的要求上，應該具有非常大的剛度，從而使基底的壓力能夠均勻的分布，從而減小外框以及內筒的沉降變形，在設計時，等厚板筏基的板厚取外框以及內筒之間的跨度應該保持在四分之一左右。超高層建筑物的結構設計中對于基底砌置在微風化的基巖上，這種基巖承載力的特征值是比較高。因此，外框柱應該采用立基礎，內筒應該采用條形基礎或者等厚板筏形的基礎。并且，由于微風化基巖的剛度非常的大，在荷載作用下沉降以及變形比較微小，因此，在地下室的底板厚應該按照構造的設置以及按照巖石裂隙水有關的水浮力進行計算。在基巖上獨立柱的基礎，通常情況下，為了使施工不破壞基巖達到整體性的效果，一般采用人工挖孔樁的方式進行開挖。

3.2 樁基礎設計

對于超高層建筑物樁基礎的設計，主要考慮樁基底承受的壓力比較大，從而要求單樁豎向能夠承載很高的壓力。因此，我們在對超高層建筑物的樁基礎設計的時候一般采用大直徑鉆孔灌注樁以及采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。對于選擇樁端持力層上，最主要的是應該充分的考慮層厚較大以及密實的卵石層或者微風化基巖，從而減少樁端的沉降和變形。在對超高層建筑物樁基礎設計的主要的原則是，應該集中布于柱下及墻下。如果在進行樁基礎設計的時候采用的是端承樁或者摩擦端承樁，因為單樁豎向的承載力特征值比較高，因此，需要的樁數比較少，可以布于柱下以及墻下。如果對樁基礎的設計采用的是端承摩擦樁或者摩擦樁，因為單樁豎向承載力的特征值比較低，因此需要整個基底都采用滿布樁才能夠滿足其穩定性和不變形的要求。對于上述所探討了不同的布樁形式，樁承臺板的厚度上是不同的，滿布樁于柱下以及墻下承臺厚度需要沖切進行確定。并且超高層建筑物的地下室底板的厚度可以小于外框和以及筒承臺的厚度。對于滿布樁承臺的厚度需要和天然地基基礎的等厚板筏基的要求一樣，承臺板應該具有很大的剛度，從而以便基底承臺樁能夠承受相當大的壓力。由此可見，一般承臺板的厚度并不是由沖切所決定的。有關滿布樁等厚板承臺內力方面的計算，可以根據單樁豎向的承載力及其平均反力進行計算，這樣計算出來的結果比較符合工程受力的實際情況。另外，對于鉆孔灌注成孔的方法，在以往，一般采用的反循環鉆機進行施工，但是現在對于樁長一般采用的是旋挖鉆機，其施工的速度比較快，尤其是樁端沉渣厚度很小，進而能夠確保鉆孔樁的施工質量。這種鉆機在實際的工程實施中，凡是有條件的都應該優先采用這種鉆機。

4 結束語

本文對超高層建筑結構設計進行了相關方面的研究與探討，通過了解超高層建筑與高層建筑在實際的設計中的區別，從而能夠更加的清楚在超高層建筑結構設計中應該針對于高程建筑設計的不同點。通過分析在超高層建筑結構設計中的需要考慮的因素，進一步了解了超高層建筑結構設計中應該把握哪些重點的問題。并且具體的分析了超高層建筑結構設計中的基礎設計，全面了解其基礎設計中的設計要點。通過本文的分析，能夠為日后的超高層建筑結構設計提供一些理論性的參考價值，進一步促進超高層建筑結構設計能夠更加的科學和合理。

參考文獻

[1]陳天虹，林英舜，王鵬罛，超高層建筑中結構概念設計的幾個問題[J]，建筑技術，2006（05）

[2]陳天虹，林英舜，徐琎，高層建筑結構樓板設計方法探討[J]，浙江科技學院學報，2008（01）

[5]陳輝，超高層建筑樁基礎承載性能的試驗研究與模擬分析[D]，中國地質科學院，2009

[4]王杰喜，對高層建筑結構樓板設計的探訓[J]四川建材，2009（02）