高層建筑工程結構問題的設計與分析

劉 爽

(陜西省寶雞市建筑設計院，陜西寶雞 721000)

隨著19世紀以來高層建筑的涌現，人們的生活環境中出現了越來越多的高層建筑工程。作為一個復雜而又龐大的體系，高層建筑結構設計主要是包含了抗風、抗震等內在的安全性設計，當然也包含了高層建筑結構的合理性與科學性。

1 高層建筑結構的特點

相比一般的建筑物結構，高層建筑結構有著不同的差異，高層建筑結構承受垂直荷載與水平荷載，其垂直荷載主要是因為建筑物的高度所引起的，而水平荷載則是由地震所引起的。一般來說，低層建筑不會受到太大的垂直荷載以及水平荷載。高層建筑中，對于鋼結構高層風荷載水平作用大，混凝土高層風荷載產生的水平位移卻頗小。但也不能否認高層建筑的外界因素對高層建筑的整體性能會產生影響，同時也是高層建筑主要的荷載因素。隨著建筑高度的不斷增加，由于地震的作用，高層建筑位移也呈現了較快的增長趨勢。但高層建筑本身側移不僅會對人的舒適度產生影響，同時也會影響到整體的使用功能。另外，側移過大還會對建筑物結構的構件與非結構構件產生不同程度的損害。因此，在設計高層建筑物結構的時候，就需要將側移控制在允許的范圍內，如此才能避免建筑物對人的舒適度產生影響，同時也有利于建筑物的正常使用。我們可以看出，在高層建筑結構設計當中，抗側力結構才是設計的核心所在。

2 高層建筑結構設計存在的問題與對策

1)超高問題。

根據高層建筑物本身的抗震需求，對于建筑物本身的高度也需要按照規范進行詳細的規定，確保高層建筑物高度的設計能夠滿足抗震提出的要求。就高層建筑物的超高問題而言，原本將限制高度規定在A級高度，但是隨著新規范內部條例的改進，對于超高規定的要求也逐漸地詳細，新的規范里不僅對限制高度為A級高度加以限制，還做出了進一步的細化處理，增加了B級高度。如此詳細、具體的規定，也讓高層建筑結構設計處理的措施與方法有了進一步的改變。在實際的建筑高層結構設計中，如果沒有重視到建筑結構的改變，忽視了高層建筑超高的問題，就會對整個工程造價與施工進度產生影響，所以，在施工圖紙的審核時，一旦發現問題，必須組織與建筑物建設相關的專家對施工圖紙進行重新的論證，避免因為設計問題對高層建筑結構產生影響。

2)規則性問題。

在新的高層建筑結構規范要求中，對于高層建筑結構規則性問題出現了更多的限制，比如:對于結構嵌固端的上層和下層的剛度都有著相應的規定，同時，也規定了平面的規則性等。另外，在新的規范當中，對于高層建筑不能采取影響規則性的設計方案的問題也有了進一步明確規定。因此，為了確保建筑工程能夠按照設計標準進行下去，避免施工后期針對問題進行結構設計改動，在設計高層建筑結構時，就應該針對標準規范進行嚴格的限制。

3 某超限高層建筑結構設計與分析

1)工程概況。

廣州白云綠地中心處于廣州市白云新城的核心商務區之內，高層塔樓的平面是以長方形為主，其高度接近200 m，無論是形態還是高度上，都成為新城區區域的控制點。在外圍結構上，塔樓主要是采用的low-e玻璃，通過這樣的設計，也可以將建筑物最大限度虛化，這樣也可以與建筑相互的融為一體。

2)本工程結構設計的難點。

在本超高層建筑的結構設計中，主要面臨的難點之處如下:

a.本工程的地下室的平面長度244 m，寬度165 m，裙樓的平面長度171 m，寬度142 m，中間沒有伸縮縫的設置，都屬于超長的結構。為了將溫差應力和混凝土變形所引起的混凝土開裂的問題解決，可以進行后澆帶的設置，并且在設置中要考慮到外加劑的添加，這樣才有利于混凝土鋼筋的抗溫度性與抗收縮性，并且在施工期間需要采取跳倉法的方式進行施工。

b.在主塔樓的2層與3層的平面樓板上需要開設洞口，開洞選擇在第7層的東側的2跨柱距的范圍內，并且核心筒與開洞范圍之內的框架柱之間沒有任何的聯結，這樣就會導致跨層長柱的出現;在樓群的2層和3層平面樓板有凹凸，并且在中庭位置需要開設的洞口較大;在5層設置了多個放映廳，這樣就需要在第6層的平面樓板上開設出面積較大的洞口。但是，如果進行了樓板的開洞，這樣也會喪失樓板的連續性，《高規》當中提出，樓板平面存在的內變形也需要加以考慮，在計算當中也需要根據彈性模樓板的假定模型來實施，對于樓板的薄弱部位需要增加樓板的厚度，鋼筋選擇雙向雙層拉通。另外，要與其余的專業做好相互的協調，避免出現過于薄弱的樓板連接，必要的時候需要做好變形縫的設置。

c.在二期裙樓的平面范圍當中，主塔樓處于平面的左下角處，大底盤與單塔的質心偏心距應該大于底盤相應邊長的20%;考慮到主塔樓的高度，并且其體量較大，所以，引發的建筑物的扭轉效應也會相對的出現在距離主塔樓位置較遠處，在電梯間、樓梯間都需要設置剪力墻，這樣才有利于裙樓抗扭剛度的增加，避免出現過大的扭轉效應。

d.考慮到主塔樓高寬比相對較大，如果僅僅是考慮到抗側剛度核心筒本身提供的尺寸，那么高寬比還會被加大，核心筒與平面之間是呈矩形的，而X，Y兩向的側向剛度還存在一定的差別，所以，在計算的過程中，Y向所表現出來的側向剛度偏弱;考慮到這樣的情況，在連接38樓到頂層的核心筒與框架梁的時候，就需要選擇剛性連接的方式，將型鋼暗梁與暗柱設置在核心筒，并且在實際的范圍內，還形成隱形型鋼框架，這樣可以將實際的承載能力提升，將結構的延性加以提升，同時，也可以確保在大震之下結構的整體性能。

e.本工程中的主塔樓超高，裙樓外的里面體型復雜而又多變，弧形的立面和高達3層并在外立面開洞的中庭，這樣就增加了幕墻的設計難度，根據規范是無法對幕墻設計提供準確的風荷載參數的。在工程中開展風洞試驗，就可以獲取建筑物的風荷載的局部體形系數以及風壓峰值，同時，從數據中也可以了解主塔樓所受到的風振作用的影響。

f.目前，建筑抗震設計的趨勢是建筑物抗震性能化設計，在2010版本的《抗規》和《高規》當中都有明確的規定，但是，與傳統模式下的設計相互比較，新型方法還有一定的差異，在實際的施工中還需要分析與摸索。在超高層建筑的工程實施中，考慮到超限情況，在抗震性能設計理論方面以及實際的情況都需要特別的注意與控制，才能夠讓抗震設計取得明顯的成效。

4 結語

作為一項綜合性較高的技術工作，高層建筑結構設計對于建筑設計的作用與意義都不容忽視。隨著高層建筑的不斷發展，對于結構的設計標準與水平也在不斷提高，希望通過本文對高層建筑結構的設計與分析，能夠讓更多的設計人員、施工人員重視高層建筑結構設計，并且可以為今后的高層建筑結構設計提供一點參考建議。

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