復雜高層與超高層建筑結構設計要點探析

胡明

摘 要：自我國改革開放以來，市場經濟快速發展，建筑行業獲得了良好的發展前景，作為國民經濟持續增長的支柱型產業之一，在城市化進程不斷加快背景下，建筑工程規模和數量也在不斷增長。基于此，建筑工程逐漸朝著復雜高層和超高層建筑方向發展，而建筑工程技術和手段的創新和應用，致使工程與結構愈加復雜。結構作為建筑工程的支撐構架，結構設計合理與否，將直接影響到后續工程的有序開展和工程整體質量。由此，本文主要就復雜高層與超高層建筑結構進行分析，客觀闡述結構設計要點所在，提升工程結構設計合理性。

關鍵詞：復雜高層；超高層建筑；結構設計；設計要點

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

在建筑行業發展中，越來越多新技術、新工藝和新材料應用其中，這就對工程結構設計提出了更高的要求。尤其是在當前復雜高層和超高層建筑的結構設計中，可能受到一系列客觀因素影響，為工程結構埋下安全隱患，影響工程結構設計質量。尤其是在高層建筑結構設計中，相較于普通的建筑而言，結構設計要求更高，需要充分結合建筑特性，把握復雜高層和超高層建筑設計技術要點，提升設計合理性，為后續施工活動有序開展打下堅實的基礎。

一、復雜高層和超高層建筑結構設計

某建筑工程總高度78.5m，高22層，主樓地下兩層，地面20層。建筑結構為框剪結構，通過多方設計方案論證，樁基工程選擇后壓漿鉆孔灌注樁，選擇端承-摩擦樁的裝荷載形式，壓漿鉆孔灌注樁295根，φ700樁252根，有效樁長18m～19m。采用標號C25的混凝土，關注前0.5m?～0.5m?碎石置于空洞地步。關注過程中，導管同孔底之間的距離為0.5m，連續灌注混凝土。

復雜高層和超高層建筑結構設計中，相較于普通的建筑結構設計而言存在明顯的差異。一般其概況下，普通建筑的高度是在200m以下，復雜高層和超高層建筑的高度則超過了200m，這就對建筑工程穩定性提出了更高的要求。普通建筑多為鋼筋混凝土結構，而復雜高層和超高層建筑結構則是多為鋼結構或是混合結構，設計技術含量較高，結構更為復雜。此外，在復雜高層和超高層建筑結構設計中，需要充分考慮到建筑抗震要求、環境因素、自重以及風荷載等因素的影響，設計內容較為復雜，所以復雜高層和超高層建筑結構設計難度更大。

二、復雜高層和超高層建筑概念設計

（一）提升對概念設計的重視程度

近些年來，在復雜高層和超高層建筑結構設計中，設計理念不斷創新，積累了豐富的結構設計經驗，其中最具代表性的就是概念設計。在概念設計中，提升結構設計規則性和均勻性；結構中作用力傳遞更為清晰；結構設計中應該充分體現高標準的要求；結構設計中融入節能減排理念，促使結構設計更為科學合理；設計中，提升建筑材料利用效率，在滿足建筑結構整體設計要求的同時，迎合可持續發展要求。基于此，為了滿足上述設計要求，設計人員應該同建筑工程師進行密切的交流，在充分交流基礎上，提升建筑結構設計合理性。

（二）選擇合理的結構抗側力體系

在復雜高層和超高層建筑結構設計中，為了可以有效提升結構設計安全性，選擇抗側力體系是尤為必要的。在選擇結構抗側力體系中，應該根據建筑具體高度來選擇，明確結構抗側力體系和建筑物高度之間的關系，如果建筑高度在100m以下，可以選擇框架、框架剪力墻和剪力墻體系；如果建筑高度在100m～200m以內，則選擇框架核心筒、框架核心筒伸臂；建筑高度在600m左右時，選擇筒中筒伸臂、桁架、斜撐組合體；在結構設計中，需要充分考慮到結構內部各個部件之間的關系，形成一個整體；如果建筑工程結構中存在多個抗側力結構體系，應該分別對這些抗側力結構體系進行分析，在此基礎上科學分析和判斷。

（三）提高建筑抗震設計重視程度

提高建筑抗震設計重視程度是尤為必要的，尤其是在復雜高層和超高層建筑結構設計中，抗震設計對于建筑安全影響較大。在選擇抗震方案中，需要選擇合理的施工材料，質量符合建筑要求；盡可能降低地震過程中能量的擴大，對建筑構件的承載力進行驗收，計算地震下建筑結構位移數值；高層建筑工程設計中，結構抗震手段的應用需要在得到位移數據基礎上實現，設計更加合理的建筑工程結構設計方案，一旦建筑結構發生變形可以起到有效的保護作用；結構設計中體現出建筑構件的生產要求和界面變化情況，提升結構設計穩定性和牢固性。

（四）復雜高層和超高層建筑結構設計融合經濟理念

在復雜高層和超高層建筑結構設計中，由于工程項目較為龐大，在具體的結構設計中，可能受到客觀因素影響出現一系列成本問題。故此，在建筑結構設計中，需要充分融合經濟型設計理念，對結構設計方案優化處理，避免建筑工程結構冗長帶來的資源和資金浪費，提升資金利用效率。

三、復雜高層和超高層建筑結構設計精準性

（一）選擇合理的結構設計軟件，提升設計結果精準性

在復雜高層和超高層建筑結構設計中，設計工程師需要充分掌握前沿的設計手段和方法，能夠選擇合理的分析軟件，提升計算結果準確性。當前我國復雜高層和超高層建筑結構計算軟件種類繁多，但是不同軟件側重點存在明顯的差異，這就需要在結構設計中，設計人員可以了解到不同軟件的具體功能和應用范圍，結合工程結構設計要求來選擇合理的計算機軟件。此外，在復雜高層和超高層建筑結構設計中，還應該對力學理念合理判斷和分析，結合自身豐富的設計經驗，提升計算結果精準性。

（二）加強荷載和作用力的考量

在復雜高層和超高層建筑結構設計中，設計工程師需要充分結合復雜高層和超高層建筑結構特性，明確結構自身的豎向荷載力大小和風荷載的影響因素，將其融入到后續的結構設計中，提升設計合理性。復雜高層和超高層建筑結構設計中，除了需要考慮到結構穩定性問題以外，還可以組織風洞試驗，測試建筑的抗風能力。在后續的實驗中，可以設計模型來模擬在不同風場環境下，建筑物的抗風能力和受力情況，有針對性提升建筑物結構的穩定性。

建筑工程結構設計中，還需要考慮到倒塌水準，主要表現在以下幾個方面：其一，復雜高層和超高層建筑的延性結構構件，構件的彈性變形能力高低同結構抗震能力存在密切聯系；其二，對于復雜高層和超高層建筑中的構件，滿足各項技術要求；就復雜高層和超高層建筑結構設計要求，對于建筑物中的控制構件，滿足建筑結構抗震設計要求，能夠在不同環境下保持相應的彈性。

（三）科學計算自振周期

復雜高層和超高層建筑結構設計中，需要充分把握震動規律，提升設計合理性。但是不同的振幅和頻率，可能出現大幅度震動現象，進而影響到建筑結構穩定性。故此，在建筑結構設計中，需要科學計算出自震周期，結合抗震強度、建筑高度進行科學計算，確保自振結果精準性。

（四）建筑的垂直交通設計

復雜高層和超高層建筑的結構形式主要為框架—剪力墻和核心筒結構，此種建筑結構形式可以有效提升結構穩定性，同時垂直交通體系結構可以產生較大的水平在和抵抗力。除了需要考慮到樓梯、電梯和衛生間等區域以外，向平面中央集中，可以有效減少空間占地面積，賦予建筑更好的交通環境和采光效果。垂直交通結構體系設計中，需要充分協調采光和節能之間的關系，便于后續的維護工作開展。

結論

綜上所述，復雜高層和超高層建筑由于自身特性，建筑物高度較高，在結構設計中需要充分考慮到建筑抗震性能、垂直交通設計和載荷計算等問題，確保建筑工程結構穩定性和安全性，滿足高層建筑使用要求，維護人們的生命財產安全。同時，對于建筑行業長遠發展具有更加突出的促進作用。

參考文獻

[1]張濟寧.預應力技術在現代建筑結構設計中的應用[J].中國科技財富，2012（4）：38.