超高層建筑結構設計的相關問題研究

從飛

摘 要 本文把超高層建筑當中的結構設計作為重點問題展開分析，同時還結合了相關的建筑實例展開深入研究，就是為了給超高層建筑項目的結構設計提出一些可行的建議。本篇文章以超高層建筑為切入點，研究其基本構造，通過科學方法計算相關的彈性指標，分析其方案設計中可能存在的缺陷與不足之處，然后在此基礎上提出有效的解決方案。

關鍵詞 超高層;建筑結構;關鍵問題

1工程概況

以某一建筑高度較高的商業(yè)用建筑物為例，它所占用的土地區(qū)域形狀為倒L形，樓層數(shù)為56層，其中包括辦公樓層46層、商業(yè)裙房6層以及地下室4層，建筑面積達到29.4萬平方米，其中包括地面以上建筑面積17.2萬平方米和地面以下建筑面積12.2萬平方米。主要區(qū)域是辦公樓層，長度有54.6m，寬度有35.5米，高度達到200m，這一區(qū)域設置有以下場所：首先是用以辦公，其次是餐飲服務部門，然后是接待客人用的會所，最后還有發(fā)生緊急狀況時用以避難的場所等;裙樓的長度有142.4m，寬度有171.65m，高度達到30m，這一區(qū)域設置有如下場所：首先是用以開展商業(yè)活動的場所，然后是用以日常辦公的區(qū)域等;地下室的長度有244.3m，寬度有165.2m，其中設置有商業(yè)專用區(qū)域，停放員工車輛的區(qū)域以及存放貨物的區(qū)域等。本篇文章則將研究重點放在主塔樓的基本構造和設計方案[1]。

2結構體系的確定

2.1 豎向構件

主塔樓在建筑過程中使用的材料是鋼管混凝土，通過這種材料先將主要的框架搭建起來，使之能夠支撐側方零部件所產生的部分作用力;在核心筒選擇合適的位置安裝型鋼暗柱，一方面能夠使結構具備良好的延展性，另一方面能夠讓建筑物在安全范圍內承受更大的重量。塔樓的截面為矩形，其高度值相比寬度值而言要超出許多，兩者之間的比例為5.6，外圍框架中每兩根主體之間的距離為9m，核心筒的長度有31.8m，寬度有12.6m，核心筒的建筑面積相對來說較大，占到總建筑面積的五分之一左右。在該工程項目中，核心筒的高度值相比寬度值而言也要超出許多，兩者之間的比例Y可達到15.7，這就意味著Y向并不具備較高的剛度。在核心筒選擇合適的位置安裝型鋼暗柱和型鋼暗梁，一方面能夠使結構具備良好的延展性，另一方面能夠讓建筑物在安全范圍內承受更大的重量。所采用的鋼管柱型號有兩種，第一種是f1200，第二種是f1300，墻壁厚度最小至少有25mm，最大可達到28mm。出于對建筑物抗震能力和抗震效果的考慮，在本次項目設計中應當遵循雙重抗側力設計標準，在對可供選擇的各種方案進行相關的指標計算和深入分析之后可得出如下的結果。方案A：將鋼梁與鋼筋混凝土筒體鉸接。該方案中涉及的工序操作較少，并不具備太大的難度，但是劣勢在于Y向不具備較強的剛度，若是核心筒墻體的厚度與其他方案的要求一致，并且外框架柱的截面也與其他方案之間不存在較大的差異，那么它的位移角將是風力作用和地震影響之下能夠承受的最大值，達到（1/602），而相關規(guī)定中指出的上限值為（1/615）。

方案B：將鋼梁與筒體鉸接。建筑物的38層是在緊急情況下用以避難的場所，在這里安裝K形伸臂鋼桁架，數(shù)量為2道，作用在于對建筑物形成更好的保護作用。相比方案A而言，它的特殊之處也正在于此，它能夠使產生的位移角達到預定的標準和要求;但是這種方案也存在不足之處，伸臂桁無法與核心筒墻體相連，無法產生夾角，故而在使用過程中將無法有效平衡各個位置所受到的承重作用，這在方案設計中是一個難點。

方案C：將鋼梁與鋼筋混凝土筒體剛接。采用這種建筑方式能夠使建筑物具備較強的剛度，但是不足之處在于，建筑環(huán)節(jié)涉及的工序流程煩瑣復雜，操作起來具有一定的難度，可能無法在預定的期限內完成建設工作。

將多方面可能產生影響的因素均納入考慮范圍之后，最具可行性的是方案A，即將鋼梁與鋼筋混凝土筒體鉸接。之后將會重點研究有關位移角的問題。

2.2 平面樓蓋體系

在此次工程項目中，地下室的樓蓋在建設過程中使用的材料是鋼筋混凝土，設計結構是鋼-混凝土組合樓蓋[2]。

3彈性計算分析

依據(jù)建筑物高度標準來看，該建筑工程的高度是超B級，要求具備的抗震能力是乙類，需要采取的抗震措施是8度，所使用的場地類別為Ⅱ類。在地震強度較小或是中等級別的情況下，特征周期應當設置為0.35s;若是地震強度較高，那么特征周期應當設置為0.45s;主塔樓應當設置周邊外延3跨和2跨，其中3跨的高度至少應當超過20m，而2跨的高度應當保持在20m的范圍之內。主塔樓的地下室應當具有較高的抗震能力，通常將其設定為特一級或是一級，其他部分的抗震等級可以有所降低，通常將其設定為二級。

4幾個關鍵問題的分析和討論

4.1 抗側力體系

若是各個樓層的剪力均設定為在基礎的固定倍數(shù)范圍內進行調整和變化，這將會是不恰當?shù)模驗檫@會導致剪力值過高，無法發(fā)揮其原本的作用;同時，若是對剪力進行分配時將其比例值設定的過低，無論采取何種措施，最終得出的剪力值仍然不會達到較高的范圍，這樣便無法達到較高的抗震能力。相比之下，較為恰當?shù)淖龇☉撌牵瓤紤]每個樓層的具體情況，將其剪力在不同的樓層之間合理分配。若是樓層設防烈度為8度，那么每個樓層分配的剪力至少應當達到層剪力的四分之一左右;若是樓層設防烈度較低，分配比例也可隨之降低。具體可見表1所示。

4.2 剛重比

剛重比將會在很大程度上影響到最終的計算結果，若是出現(xiàn)不當操作便會得出截然不同的結論。通常來說，地下室回填土能夠對建筑物結構產生或多或少的約束，使得建筑物能夠保持良好的穩(wěn)定性;與此同時，若是產生風力影響或是發(fā)生地震，大底盤裙樓產生的位移較小，這也能夠在一定程度上確保建筑物的穩(wěn)定性，然而相關的負責人員在實際計算過程中，卻得出了截然不同的結果，之所以會發(fā)生這種現(xiàn)象，其原因主要在于計算程序只考慮了側向等效剛度，沒有將地下室回填土發(fā)揮的作用納入考慮范圍之內。由此可見，計算剛重比時應當重點考慮樓層較高的部分。

4.3 層間位移角

在該工程項目中，Y向不具備較強的剛度，產生的位移角相對而言較大，它的位移角是風力作用和地震影響之下能夠承受的最大值，達到1602，而相關規(guī)定中指出的上限值為1615。本工程項目的最大層間位移角與規(guī)范限值之間的比例關系為1.01，若是放松5%便能夠達到預定的標準和要求。

5結束語

由于我國城市化水平的逐漸提高，城市的人口日益增多與土地資源的短缺形成了尖銳的矛盾，現(xiàn)階段的城市建設早就滿足不了目前城市化發(fā)展的需求。故而城市化的發(fā)展建設中，離不開超高層建筑，而且對其數(shù)量、質量要求也必然會相應有所提高。對于超高層建筑而言，設計是其中最為關鍵的一個階段，而結構設計在整個設計階段當中，又是極為重要的一個環(huán)節(jié)，本文圍繞超高層建筑當中的結構設計環(huán)節(jié)，先是分析了一些關鍵性問題，接下來又探討了怎么樣提高超高層建筑的設計水平。在設計超高層房屋建筑項目的時候，必須要考慮建筑項目在施工、使用期間的經(jīng)濟方面跟安全方面諸多因素，本文分析、探討了超高層建筑當中的進行結構設計所必須遵循的原則，還有設計超高層建筑結構時可能會遇到的一些問題。從而發(fā)現(xiàn)，若是選擇建設超高層項目，首先應當確保其具備足夠的安全性，不會對居民的人身安全產生任何的不利影響，其次在設計過程中，應當注意怎樣才能讓人們達到最舒適的居住狀態(tài)，并且不失美觀效果，因此在整個項目設計過程中，應當始終秉持以人為本的理念，以人們的需求為主，促進建筑行業(yè)領域的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 李波.超高層建筑結構設計的關鍵問題分析[J].建材與裝飾，2019（14）：121-122.

[2] 張良平，楊文參.某超高層建筑結構設計中幾個關鍵問題的思考[J].建筑結構，2019，49（7）：56-59，55.