超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題分析

陳志平

【摘要】近年來，我國建筑行業(yè)的發(fā)展十分迅速，越來越多的現(xiàn)代化建筑工程得到了建設，而在現(xiàn)代化建筑工程中也常見超高層建筑類型。超高層建筑具有顯著的特點，其對建筑結(jié)構(gòu)性能的要求也比較高，為了保證超高層建筑結(jié)構(gòu)性能滿足建設要求，就一定要重視超高層建筑結(jié)構(gòu)設計工作，下面，本文就針對超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題進行分析，希望對其結(jié)構(gòu)設計提供一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】超高層;建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設計;關(guān)鍵性問題

超高層建筑是現(xiàn)階段建筑工程建設的重要類型，其有效的實現(xiàn)了對立體空間資源的利用，并且越來越多的城市都通過超高層建筑的建設來打造城市的名牌，但建筑工程的高度越高，對結(jié)構(gòu)性能的要求就越高，而想要確保超高層建筑具有良好的結(jié)構(gòu)性能，達到建筑工程安全穩(wěn)定使用效果，就需要相關(guān)單位一定要重視對建筑結(jié)構(gòu)的設計工作，做好對建筑結(jié)構(gòu)的科學合理設計，這也是超高層建筑建設中需要關(guān)注的重點內(nèi)容。

1、超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特點

在新時期環(huán)境下，越來越多的超高層建筑逐漸得到了建設，但這種超高層的建筑對結(jié)構(gòu)性能的要求比較高，這就需要做好其結(jié)構(gòu)設計工作。首先，超高層的建筑由于高度比較高，在水平方向往往會更易遭受自然災害或者風力等影響，且建筑的水平荷載會對建筑的整體造成豎向的軸應力，所以在進行高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，不僅需要對建筑的豎向荷載進行考慮，還要對建筑的水平荷載進行深入分析;同時，超高層的建筑往往具有較大的頂部壓力，這可能會導致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生軸向的變形現(xiàn)象，對建筑梁的彎矩造成影響，所以在對其結(jié)構(gòu)設計中要重視對建筑梁的彎矩設計，防止高層的建筑出現(xiàn)軸向的變形;另外，超高層的建筑還需要具有良好的抗震性，在進行其結(jié)構(gòu)的設計中要做好結(jié)構(gòu)的延性設計，確保超高層的建筑可以對地震災害實現(xiàn)有效抵抗，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和人民居住的安全性[1]。

2、超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的類型

對于超高層建筑結(jié)構(gòu)來說，其結(jié)構(gòu)體系包括諸多的類型，一般比較常見的有框架-核心筒的結(jié)構(gòu)、剪力墻的結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)等體系。在框架-核心筒的結(jié)構(gòu)中，其能夠?qū)^大豎向以及水平方向的荷載進行承載，為了確保此建筑結(jié)構(gòu)外觀滿足要求，基于其結(jié)構(gòu)體系還會在兩側(cè)進行四道水平方向剪力墻的設置，對上部的大跨度性裝飾的構(gòu)架進行支撐;在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，主要是使用鋼筋的混凝土板進行建筑承重體系的構(gòu)建，其結(jié)構(gòu)在水平的反向作用下不容易出現(xiàn)變形或者側(cè)移等情況;在框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)中，主要是將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻的結(jié)構(gòu)進行結(jié)合而進行建筑結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超高建筑的靈活布局，還能夠提升其建筑整體抗震能力，但在這種結(jié)構(gòu)體系的使用中，要做好剪力墻數(shù)量的合理控制，如果其數(shù)量太多的話，就會導致建筑成本的增加，而如果數(shù)量太少的話，就會增加建筑的側(cè)墻壓力，導致建筑結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象發(fā)生[2]。

3、超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題

3.1結(jié)構(gòu)超高問題

超高層的建筑具有顯著的特點，在對其結(jié)構(gòu)設計中首先要面對的就是超高問題，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求實施設計，對建筑的高度等級進行明確。建筑的高度和抗震能力有著密切關(guān)系，一些設計人員在對結(jié)構(gòu)設計中往往由于結(jié)構(gòu)類型的變換而忽視了超高情況，進而導致結(jié)構(gòu)的設計沒有滿足超高條件下的抗震要求。因此，在進行其結(jié)構(gòu)設計中，一定要重視對超高問題的關(guān)注和分析，并做好對結(jié)構(gòu)設計的方案審核，確保滿足超高條件下的要求[3]。

3.2結(jié)構(gòu)受力性能問題

在對超高層的建筑結(jié)構(gòu)實施設計中，往往設計人員在設計中對超高層的建筑結(jié)構(gòu)特征缺乏考慮，對建筑空間結(jié)構(gòu)則過于關(guān)注，這就會導致空間設計和受力設計存在不匹配的情況，使建筑結(jié)構(gòu)的受力性能出現(xiàn)問題。因此，對其建筑結(jié)構(gòu)的設計中，一定要對結(jié)構(gòu)的實際特征進行考慮，對其結(jié)構(gòu)體系向下的作用力以及地基的承載力等進行分析，確保兩者之間的合理性，同時還要明確建筑結(jié)構(gòu)主要的承重部位，對其布局以及數(shù)量實施合理設計。

3.3重力荷載傳遞問題

在超高層的建筑中，由于其層級較多、結(jié)構(gòu)復雜，其重力荷載往往會出現(xiàn)多種途徑的傳遞，這對整體結(jié)構(gòu)性能會造成影響，這也是結(jié)構(gòu)設計中需要面臨的研究難題。在對其結(jié)構(gòu)設計中，一定要對重力荷載具體傳播的路徑進行全面的掌握和分析，根據(jù)實際情況進行樓板布置和結(jié)構(gòu)體系的合理選擇。在樓板方案設計中按照建筑內(nèi)部裝飾、設備的分布等情況實施綜合性考慮，按照實際結(jié)構(gòu)進行最佳位置的選擇。同時還要對施工的周期以及施工的成本等進行考慮，在對建筑的重力荷載分析中可以選擇單向或雙向?qū)Ш煞绞竭M行傳遞。另外，在超高層的建筑轉(zhuǎn)換層的設計中，可以使用梁式、空腹和桁架式等方式，如果結(jié)構(gòu)中存在多種情況荷載轉(zhuǎn)換的路徑，還可以借助軟件模擬功能來進行仿真設計，確保設計的合理性[4]。

3.4嵌固端問題

嵌固端是超高層的建筑需要重點考慮的部分，嵌固端直接關(guān)系到建筑主體的穩(wěn)定性。在超高層的建筑中，為了充分實現(xiàn)最大化的土地資源利用效果，往往需要設置相應的地下室空間，而這對建筑基礎的埋深就提出了很高的要求，所以要做好對嵌固端位置的合理設置。在進行嵌固端的確定中，要嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行設計，對嵌固端相關(guān)參數(shù)進行準確把握，正是因為嵌固端涉及到的參數(shù)比較復雜，也導致此部分設計中常常出現(xiàn)問題，因此一定要重視嵌固端問題。比如，在進行嵌固端設計中，可以通過剪切的剛度法對側(cè)向的剛度實施計算，對地上一層以及地下一層剪切的剛度比進行計算，后根據(jù)上層的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比下層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度一半還要小的標準，來判斷結(jié)構(gòu)設計的合理性，如果合理就可以將地下室的頂板當作建筑結(jié)構(gòu)嵌固端使用[5]。

3.5 抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)問題

在超高層的建筑中，由于建筑高度比較高，側(cè)面積比較大，其所需要承受的側(cè)力往往也比較大，如果忽視結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力，對建筑主體的穩(wěn)定性就會造成很大的影響，因此一定要做好對建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的設計。首先，要按照超高層的建筑高度進行抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系選擇，若建筑高度不超過100m，就可以使用框架的結(jié)構(gòu)或者框架和剪力墻的結(jié)構(gòu)，若建筑高度于100-200m的范圍內(nèi)，就可以使用剪力墻的結(jié)構(gòu)或者框架和核心筒的結(jié)構(gòu);然后，如果一定要通過組合結(jié)構(gòu)進行抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系設計，就要對各個單獨的體系實施計算，對其不同受力的情況實施分析，并對抗震的防線進行確定;另外，如果是核心筒和鋼框架混合的結(jié)構(gòu)，因為其抗側(cè)力的體系具有較大自重差，所以施工設計中要按照先核心筒后框架施工的順序進行，且將高差控制于4-8層的范圍內(nèi)。

結(jié)語：

綜上所述，由于超高層的建筑具有顯著的特點，為了確保其建筑結(jié)構(gòu)的功能性，在進行結(jié)構(gòu)設計中，一定要嚴格按照相關(guān)設計原則，全面掌握結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題進行設計工作的開展，這對超高層建筑整體性能的保障以及長期使用具有重要意義。

參考文獻：

[1]魏亞超.淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題[J].建材與裝飾，2018，No.531（22）：121-121.

[2]張良平，楊文參.某超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中幾個關(guān)鍵問題的思考[J].建筑結(jié)構(gòu)，2019（7）：00056-00059.

[3]莊聰穎.高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的問題與設計方式研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2017（6）.00030-00031.

[4]李波.超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵問題分析[J].建材與裝飾，2019，（14）：127-128.

[5]孫德良.高層建筑結(jié)構(gòu)設計的問題與對策研究[J].環(huán)球市場，2016，（031）：00253-00253.