研究超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)及相關(guān)問題

黃祖華

（廣西中澤建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣西南寧 530011）

引言

隨著社會(huì)的步發(fā)展進(jìn)步，很多城市的人口負(fù)擔(dān)給有限的城市范圍帶來了巨大的壓力，城市面積已經(jīng)不能滿足城市居民的生產(chǎn)和生活，三維空間的概念應(yīng)運(yùn)而生，城市三維空間的充分利用，借助超高層建筑可以有效提高城市實(shí)際土地面積和體積率，節(jié)省城市的建筑面積，尤其是大城市土地短缺壓力，超高層建筑不僅能滿足人們的生活需求，還有利于社會(huì)和諧。

1 超高層建筑與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對比

①由于超高層建筑消防的客觀要求，應(yīng)提供相應(yīng)的避難層；鑒于機(jī)電設(shè)備的客觀條件，還應(yīng)當(dāng)設(shè)置設(shè)備層，因此要考慮放置設(shè)備的樓層設(shè)計(jì)中的實(shí)際荷載水平與設(shè)備振動(dòng)時(shí)對相鄰樓層的影響。同時(shí)，為提高建筑的結(jié)構(gòu)剛度，還需要設(shè)置結(jié)構(gòu)加固層，使其易于常規(guī)的高層建筑設(shè)計(jì)。②超高層建筑的結(jié)構(gòu)類型比較廣泛，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、全鋼結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)。除特殊的條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)通常使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。③在超高層建筑的平面形狀設(shè)計(jì)中，大多采用正方形結(jié)構(gòu)，對于矩形的平面，長寬比應(yīng)小于2，尤其是抗震設(shè)防高烈度的地區(qū)，更應(yīng)采用規(guī)則的對稱平面。④厚板筏與箱體基礎(chǔ)，是常見的超高層建筑基礎(chǔ)形式，由于結(jié)構(gòu)條件的影響，基本不會(huì)有高層建筑使用梁板筏基。此外，超高層建筑基本上不使用復(fù)合地基，而一般高層建筑采用。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制參數(shù)

軸壓比-控制軸壓比主要是為了控制結(jié)構(gòu)的延性；周期比-控制周期比是為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；位移比-控制層間位移比主要是為控制結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性；剛度比-主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性；剛重比-主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；層間受剪承載力比-控制豎向不規(guī)則性；剪重比-剪重比為地震作用與重力荷載代表值的比值；軸向變形-超高層建筑豎向構(gòu)件的變位是由彎曲變形、軸向變形及剪切變形三項(xiàng)因素的影響疊加求得的。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼筋混凝土核心筒

核心筒結(jié)構(gòu)是高層建筑持續(xù)發(fā)展到高空的最基本的系統(tǒng)。在超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)通常承載超過85%的水平荷載和約50%的豎向荷載。此外，鋼筋混凝土核心筒鋼柱的多元化，可以有效地減少筒體之間的垂直和鋼筋混凝土框架柱變形差異，鋼柱可以大大提高抗風(fēng)能力，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)或地震剪切力太大時(shí)，鋼筋混凝土核心筒體結(jié)構(gòu)，可以提高超高層建筑的剛度，并提高建筑物的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 樁基設(shè)計(jì)

樁基的設(shè)計(jì)是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)基本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，在樁基設(shè)計(jì)中，要充分考慮水平荷載和豎直荷載的大小，以確定樁基的埋置深度，滿足基地變形與穩(wěn)定的相關(guān)需求，降低超高層建筑的傾斜程度和位移量。

3.3 平面設(shè)計(jì)

超高層建筑的平面布局中，應(yīng)盡量增加建筑體之間的安全防火距離，在人流較密集的地區(qū)，應(yīng)確保該地區(qū)有很好的疏散條件，有停車位以及及時(shí)可供人群疏散的外部環(huán)境。在超高層建筑合理布局的基礎(chǔ)下，滿足其基本的使用功能，可以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)超高層建筑物在整體結(jié)構(gòu)、設(shè)備線路、分區(qū)電氣配線以及防火疏散設(shè)計(jì)等豎向技術(shù)的規(guī)范化要求。此外，在超高層建筑的平面設(shè)計(jì)階段，為了應(yīng)對風(fēng)力、地震等外在潛在安全隱患，需要合理的規(guī)劃建設(shè)建筑物內(nèi)交通路線，合理安排的樓梯、電梯數(shù)量和位置，以確保最大的基礎(chǔ)設(shè)施來提高效率和安全系數(shù)。

4 超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)

剛度中心、幾何形心以及結(jié)構(gòu)中心，使超高層建筑結(jié)構(gòu)核心的設(shè)計(jì)內(nèi)容，而其中的結(jié)防構(gòu)扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，必須將這三點(diǎn)進(jìn)行有效的重合，否則就會(huì)發(fā)生水平壓力下的結(jié)構(gòu)扭曲，為建筑整體安全性水平帶來重大隱患，所以，為了控制超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的扭轉(zhuǎn)問題，應(yīng)選擇合理的平面布局方案，將科學(xué)化的方法應(yīng)用在具體的工程設(shè)計(jì)中。

4.2 對受力性能的控制

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師很少對具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，過多考慮的是建筑的空間結(jié)構(gòu)，以致超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在很多受力性能方面上的問題。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確確定所選結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的豎向力與地基承載力的關(guān)系，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇階段，超高層建筑主體部分的整體布局和剪力墻布置需要全方位考慮。

4.3 超高問題

由于我國對超高層建筑的抗震性水平有明確的要求，使得在進(jìn)行超高層建筑物結(jié)構(gòu)高度的設(shè)計(jì)中也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行。所以，必須要對其的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案實(shí)行科學(xué)的設(shè)計(jì)與嚴(yán)密的審查，以控制超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的整體高度問題。

4.4 地下嵌固端的設(shè)置

隨著建筑水平與技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)高層建筑中配置兩層以上的地下空間，已經(jīng)成為了常態(tài)化現(xiàn)象，這一點(diǎn)，導(dǎo)致超高層建筑的嵌固端經(jīng)常處于地下室頂板的處。所以在具體的施工過程中，進(jìn)行嵌固板的施工操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)對原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一定程度修改，從而進(jìn)一步給超高層建筑設(shè)計(jì)帶來一定的困難，因此要重視嵌固端的設(shè)置問題。

5 結(jié)語

總之，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)雜工作，其設(shè)計(jì)直接影響著超高層建筑施工的整體質(zhì)量。我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來越高，因此，建筑設(shè)計(jì)師要不斷提高自己的專業(yè)水平，總結(jié)設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過科學(xué)設(shè)計(jì)方法使超高層建筑更加安全、舒適以及適用，以滿足社會(huì)和公眾的需求。