談超高層建筑結構設計的重點問題

羅 智 剛

(山西省建筑設計研究院,山西 太原 030013)

談超高層建筑結構設計的重點問題

羅 智 剛

(山西省建筑設計研究院,山西 太原 030013)

結合高層建筑結構的特點，介紹了超高層建筑結構體系的選擇原則，并對高層建筑結構設計中扭轉問題、受力性能問題、超高問題等進行了研究，給出了一些解決的策略，以保證高層建筑的設計質量。

超高層建筑，結構設計，問題，特點

0 引言

目前，伴隨著我國建設速度的加快，超高層建筑成為一個經濟建設速度的標志，也越來越受到社會的認可，不過超高層的設計與施工技術是一個非常嚴謹的工作，超高層建筑的設計不僅僅要有安全儲備保障，還要保證高層設計結構的科學布局與整體的合理性。所以說建筑結構設計單位必須要十分重視在高層建筑設計中的關鍵技術問題，從源頭上保證高層建筑的設計質量。

1 高層建筑結構的特點

在超高層建筑設計上面，需要兼顧高層建筑的水平位移與高層在垂直方向造成的垂直荷載力。在具體的超高層設計過程中，由于外力造成的水平荷載是高層建筑最需要考慮的因素，在對超高層進行建筑結構設計的時候，必須要首先對超高層的承載范圍確定清楚，控制在一定的數值范圍之內，也就是說，在超高層的設計中，其設計核心就是對建筑結構的抗壓設計計算。

2 超高層建筑結構體系的選擇

2.1 超高層結構體系分類

一般分為鋼筋混凝土設計、鋼與混凝土組合設計。由于超高層建筑結構體系的不同，可以將超高層建筑結構的設計分為混凝土的設計、鋼結構與鋼組合結構的設計等。就目前來說，我國的超高層建筑結構基本上都是采用的鋼筋混凝土結構。

2.2 超高層建筑體系選用原則

在對超高層建筑結構進行選取的時候，必須要按照經濟性、合理性、安全性的原則來進行選擇作為高層建筑結構的體系。不過，超高層的設計還要依據建筑物的使用要求與高層的施工環境來確定其體系的選用。與此同時，超高層建筑結構在選取時還要具有較高的承受壓力的能力。

2.3 超高層的結構材料分析

當前，鋼筋混凝土結構在超高層中的應用非常廣泛，對于材料的選擇必須要按照超高層設計的依據進行。原則是要求盡力發揮鋼筋混凝土的材料性能。鋼混結構由于具有耐久性能、防火能力以及結構剛度大等優點被廣泛采用。不過，在設計過程中必須要考慮混凝土構件的截面尺寸問題，以保證空間結構的最優化設計。

就目前來看，鋼—混凝土混合結構的應用在高層建筑中的使用率將會進一步提升。但需要進一步開展混合結構體系的抗風、抗震性能研究，研究工作主要有兩個方面的內容：一方面是混合、組合結構的抗震性能研究,如阻尼系數的確定、整體結構穩定性能等;其次,針對組合構件以及組合構件之間銜接及構造關系要進行相關研究。由于混合結構體系比較復雜,大多包含巨型柱和斜撐等大型構建,各種組合柱、梁、樓板等體型復雜,因此需要結合工程實際應用,對各種新型組合構件進行更加深入細致的研究，才能真正的將復雜化的混合結構運用到實際工程中去。

2.4 超高層結構體系選擇

針對超高層建筑框架結構體系的選擇主要分為：

1)框架結構體系。所謂的框架結構就是說在結構的橫向與縱向都利用混凝土梁柱組成一個整體的框架結構，而且可以同時承受水平與豎向的荷載。單純的單一框架結構布置非常靈活，因此空間結構非常的大，是目前使用最為廣泛的高層建筑。

2)剪力墻結構體系。所謂的剪力墻結構體系就是縱橫向的剪力墻來承受建筑結構的水平與豎向荷載的建筑結構體系。采用剪力墻結構對于建筑物的整體抗震能力具有很大的提高。

3)框架—剪力墻結構。框架—剪力墻就是指兼有框架結構與剪力墻結構的優點，這樣就使框架剪力墻結構不僅僅能夠變得空間靈活，還能有很強的抗側移能力。框架—剪力墻布置數量不如剪力墻結構多，數量決定了其抗側力的能力較低。不過剪力墻的數量超過一定值后就會影響經濟性。

3 高層建筑結構設計的問題分析及對策

3.1 扭轉問題

在超高層建筑結構中，其設計的中心點就是剛度、幾何形心點和結構的重心點，不過，當對超高層結構進行設計時，很難將超高層的幾何形心、剛度與結構的重心點進行整合，因此，就會使得超高層在設計時出現扭轉的情況。為了解決這個扭轉的問題，作為結構設計者對于超高層的建筑結構設計要選取最合理的平面結構布置圖，力求三個中心點能夠重合。

3.2 受力性能的問題

在超高層建筑方案的選取中，在初步選擇建筑方案時，建筑師很少會對高層建筑的具體結構特征來進行考慮，而是將重點放在了建筑物的空間結構上，這樣就容易使得超高層建筑在設計上出現一些不合理的受力。所以說，在對超高層進行設計時，必須要明確選擇結構體系，在方案選取上，要對主要的承重部位的布置與數量進行整體優化設計。

3.3 超高的問題

目前，超高層建筑結構有明顯的超高、超重現象存在。在我國，出于建筑結構的抗震需要，對于超高層建筑的層高有很明確的規定。所以說，在對超高層進行建筑設計時，建筑設計師會輕易忽略這一問題，從而導致審圖不通過，這就需要在設計完成后，對設計方案進行重新的設計與審圖，杜絕在超高層建筑結構設計中出現超高的現象。

3.4 嵌固端的設置問題

在當前的超高層建筑設計中，一般來說都會有地下室，這樣就使得超高層的嵌固端位于地下室的頂板處。在針對嵌固端的設置問題上，很多情況下設計師常常會忽略這類問題導致的后期效應，就使得在后期經常會出現針對嵌固端問題的修正，如果修正不及時，就會對嵌固端的安全性造成不良的影響，為安全留下了隱患。

3.5 防連續倒塌設計

目前，我國關于高層建筑結構連續倒塌的試驗分析與理論研究還不多。現行規范所確定的基本目標就是防止建筑物發生地震時倒塌，確保人的生命不受損失。汶川地震中，按現行抗震規范設計和建造的高層建筑,雖然在地震中沒有連續倒塌、保障了人們的生命安全，但是其填充墻等受力構建破壞對建筑物內部的設備、物品的損壞間接造成了財產損失。對于高層建筑的非受力構建倒塌問題需要引起人們的關注，作為建筑結構設計師要引起重視，對于非地震造成的倒塌，例如飛機撞擊、爆炸、火災等不可抗拒的災難，如何在設計時予以考慮等等，都是下一步研究的重點。

4 基礎設計

基礎設計確實是超高層的一個設計難點與重點，與此同時也是關系到整個超高層建筑結構的安全性的重要一環。所以說，在進行超高層設計時，必須要保證超高層建筑的埋置深度，地基的變形系數與穩固要求必須要符合相關規定要求。在采用樁筏時，對于其埋置深度必須要按照相關的規定進行。與此同時，對于超高層的施工現場場地問題，要注意與相鄰建筑物的相互關系，保證基坑開挖后對于相鄰建筑物的影響不會造成不良后果，實時監測其變化過程。

5 結語

整體來說，超高層建筑結構的設計是一個系統化的工作過程，這對超高層建筑結構的研究有著重要的意義，在我國的發展大環境下，超高層的設計要求肯定會不斷的變化，因此，高層建筑結構設計師要不斷的提高自己的業務水平，在理論與實踐中不斷的磨練自己，總結設計相關的經驗，及時學習國際先進的高層設計理論知識，從而不斷促進我國高層建筑結構設計的規范化與系統化。

[1] 徐培福,王翠坤,肖從真.中國高層建筑發展與展望[J].建筑結構,2009(9):28-32.

[2] 王翠坤,田春雨,肖從真.高層建筑中鋼—混凝土混合結構的研究及應用進展[J].建筑結構,2011(11):28-33.

[3] 丁潔民,吳洪磊.我國超高層建筑的現狀與探討[J].建筑技藝，2013(6):2-6.

[4] 李 慧.高層鋼筋混凝土框架—核心筒結構體系的優化研究[D].廣州：廣州大學碩士論文,2012：5-13.

[5] 陳穎輝,黃 明.淺談高層建筑的發展[J].昆明大學學報,2005(1):48-51.

On the key issues of structural design of super-high-rise buildings

Luo Zhigang

(ShanxiInstituteofArchitecturalDesign,Taiyuan030013,China)

Combining with the features of the high-rise buildings, the paper introduces the selection principles for the structural system of super-high-rise buildings, researches the torsion, stressed performance, and super-high problems, and provides some strategies for solution, so as to ensure the design quality of architectural design.

super-high-rise building, structural design, problem, feature

1009-6825(2015)32-0039-02

2015-09-02

羅智剛(1979- )，男，工程師

TU972

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