研究超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題

韓寶峰

（深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著時代的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們越來越關(guān)注超高層建筑，在設(shè)計超高層建筑的結(jié)構(gòu)中，設(shè)計人員會使用先進(jìn)的技術(shù)和知識進(jìn)行設(shè)計，因為超高成建筑在設(shè)計和建設(shè)中都是比較復(fù)雜的，所以設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)中不僅要保證建筑結(jié)構(gòu)具有安全性，同時也要確保超高層建筑具有實用性［1］。考慮到一般建設(shè)的超高層建筑主要是用于居民用房或者是寫字樓，所以，人流會比較密集，設(shè)計人員應(yīng)該要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，確保超高層建筑能夠正常使用，所以設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該要注意一些關(guān)鍵性問題。

1 超高層建筑設(shè)計中的主要結(jié)構(gòu)體系種類

1.1 框架核心筒結(jié)構(gòu)體系

在選擇設(shè)計超高層建筑的結(jié)構(gòu)方案時，設(shè)計人員一般會選擇主樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，因為它具有較強的水平和豎向承載能力。為了能夠滿足建筑的外觀要求，還需要優(yōu)化傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方案，可以在建筑的兩側(cè)進(jìn)行四道水平剪力墻的設(shè)計，這樣能夠有效地支撐上層的大跨度裝飾構(gòu)架，選擇空間桁架方案，使用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計大跨度裝飾構(gòu)架，利用鋼混凝土的剪力墻設(shè)計出屋面的結(jié)構(gòu)［2］，同時連接到鋼結(jié)構(gòu)的桁架，這樣能夠滿足規(guī)范和要求設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，同時能夠充分結(jié)合空間結(jié)構(gòu)和立面造型。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計主要是在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中使用鋼筋混凝土進(jìn)行整體建筑的承重，這種結(jié)構(gòu)體系具有較強的抗側(cè)剛度、抗風(fēng)能力和抗震能力和美觀的外觀。所以在建筑設(shè)計和建設(shè)中廣泛應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)［3］。但是剪力墻結(jié)構(gòu)在后期維護中有難度，同時不能輕易進(jìn)行拆除，所以無法形成較大的建筑利用空間。

1.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種復(fù)合型的結(jié)構(gòu)體系，它主要是結(jié)合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)體系，綜合了兩種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢，不僅能夠確保靈活布局超高層建筑，同時能夠提高建筑的抗震性能和穩(wěn)定性［4］。但是在應(yīng)用這種復(fù)合型結(jié)構(gòu)體系的過程中應(yīng)該要合理控制剪力墻的使用數(shù)量，因為數(shù)量使用過多，將會導(dǎo)致建筑的成本增加，數(shù)量過少，則會導(dǎo)致增加了建筑側(cè)墻的壓力，容易導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。

2 設(shè)計超高層建筑結(jié)構(gòu)中存在的問題

在超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中主要存在的問題表現(xiàn)在抗風(fēng)結(jié)構(gòu)、抗震結(jié)構(gòu)以及超高設(shè)計中，具體體現(xiàn)在：

2.1 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前在設(shè)計超高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)中仍然使用傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，在抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中沒有充分分析空氣的動力效應(yīng)，這樣就無法明確控制空氣對建筑的作用，導(dǎo)致設(shè)計的超高層建筑無法有效處理建筑結(jié)構(gòu)，同時也無法優(yōu)化處理建筑物的支撐結(jié)構(gòu)。

2.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

雖然我國地震災(zāi)害發(fā)生的頻率不高，但是在建筑設(shè)計中仍然需要考慮設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)，從而保證人們的生命和財產(chǎn)安全。在超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員無法靈活設(shè)計抗震機構(gòu)，同時在設(shè)計方案的規(guī)劃和改良中無法進(jìn)行合理優(yōu)化和調(diào)整，甚至是不重視超高層建筑復(fù)雜的承重能力，沒有仔細(xì)計算和設(shè)計抗震性能，最終導(dǎo)致很多超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中沒有優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計［5］。

2.3 超高問題

在超高層建筑設(shè)計中，國家有明確規(guī)定此類建筑的抗震能力，需要合理設(shè)計超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系和高度。然而，在實際的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員經(jīng)常會忽略超高問題，導(dǎo)致實際的建筑施工中出現(xiàn)各種問題。另外，因為建筑物本身會因為外力因素的影響會在施工過程中臨時進(jìn)行加高處理，無法按照設(shè)計進(jìn)行施工，導(dǎo)致最終的建筑出現(xiàn)超高問題。所以，為了能夠有效地解決超高問題，相關(guān)的工作人員需要重新審核建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確保超高現(xiàn)象不會對建筑的穩(wěn)定性和質(zhì)量造成影響。

3 解決超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中問題的主要對策

3.1 加強進(jìn)行防震設(shè)計

為了切實加強解決超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些關(guān)鍵性問題，首先應(yīng)該要加強防震設(shè)計，主要的對策有：第一，在實際的超高層建筑施工過程中，確保使用的建筑材料具有一定的抗震作用，所以要合理選擇合適的建筑材料。第二，在設(shè)計超高層建筑的過程中，確保地震災(zāi)害發(fā)生時，建筑物能夠有效控制地震能力的輸入，具體應(yīng)該要確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中：首先應(yīng)該要設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)能夠良好地控制地震中建筑各樓層的變形或位移限制；其次設(shè)計超高層建筑過程中應(yīng)該要充分考慮到地震因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計中加入抗震設(shè)計裝置，定量分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保證抗震設(shè)計能夠起到作用；第三，發(fā)生地震，要精確計算建筑物發(fā)生位移和變形的關(guān)系，從而在抗震設(shè)計中將構(gòu)件的變形值進(jìn)行提前設(shè)計；第四，根據(jù)建筑物的大小和高度，有針對性地進(jìn)行建筑構(gòu)件的抗震設(shè)計；最后，選擇的建筑施工場地土地應(yīng)該要更加堅固，從而確保地基具有穩(wěn)定性，降低地震對建筑物的危害和破壞。

3.2 對建筑結(jié)構(gòu)的自重進(jìn)行控制，合理設(shè)計重力荷載傳遞路徑

在超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先應(yīng)該要明確設(shè)計建筑物自身的重力荷載傳遞路徑，確保傳遞路徑更加明確和直接；其次，需要選擇使用合適的樓板，確保樓板具有加強的承重能力，綜合考慮建筑物自身設(shè)備、經(jīng)濟以及環(huán)保等外在因素，選擇最合適的樓板材料；再次，在實際的建筑施工過程中，選擇鋼筋和和樓板組合和結(jié)合的方式進(jìn)行建設(shè)，這樣不僅能夠降低樓板的自重，同時能夠有效地縮短工期，確保使用的組合梁在實際的鋪設(shè)過程中，施工人員在下面進(jìn)行大鋼梁的鋪設(shè)，然后在上面進(jìn)行小鋼梁的鋪設(shè)，從而有效地控制成本，在實際的混凝土平板施工過程中，主要是將球形、柱狀或者是其他形狀的輕質(zhì)材質(zhì)填充到混凝土中，從而有效地減輕建筑結(jié)構(gòu)的重量；最后，在超高層建筑建設(shè)中，外圈中使用的框架柱和核心筒可能會產(chǎn)生不同程度的壓縮，所以，在設(shè)計和施工中應(yīng)該要充分考慮這些變形的構(gòu)件對建筑產(chǎn)生的內(nèi)力作用，若是需要處理變形的構(gòu)件，可以將連接框架和核心筒的水平構(gòu)件進(jìn)行再次連接，一頭使用鉸連接方式，另一頭使用的連接方式是桁架斜腹桿延遲，從而保證超高層建筑在施工中的質(zhì)量。

3.3 加強進(jìn)行地基與基礎(chǔ)設(shè)計

在超高層建筑設(shè)計中比較重要的設(shè)計就是進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的設(shè)計，因為建筑的地基和基礎(chǔ)是主要的承重結(jié)構(gòu)，確保地上的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以在地基和基礎(chǔ)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)該要仔細(xì)勘察和分析建筑施工現(xiàn)場的地下水分布情況和地質(zhì)條件，從而確定基礎(chǔ)設(shè)計方案更加科學(xué)、合理，保證建筑結(jié)構(gòu)更加安全、穩(wěn)定。在設(shè)計獨立基礎(chǔ)的過程中主要是采用階梯型的設(shè)計方式，從而方便后期的實際施工操作，同時能夠保證施工質(zhì)量。另外，在設(shè)計獨立基礎(chǔ)間的拉梁時，設(shè)計人員應(yīng)該要對覆土荷載對建筑的影響進(jìn)行充分考慮，若是需要提高建筑結(jié)構(gòu)整體的強度，則需要進(jìn)行配筋強度和混凝土強度的提升。

4 結(jié)語

隨著社會的進(jìn)步，超高成建筑將會層出不窮，隨著科技的發(fā)展，在超高層建筑設(shè)計和施工中也不斷采用先進(jìn)的技術(shù)的方式。因此，在建設(shè)超高層建筑的過程中，應(yīng)該要注意選擇合適的施工工藝，保證施工質(zhì)量，同時也要嚴(yán)格把控建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，確保設(shè)計中幾個關(guān)鍵性問題得到解決，從而從源頭上保證超高層建筑的整體質(zhì)量。