復雜高層建筑結構設計要點研究

許強

摘要：隨著經濟水平的提升，城市發展中對于復雜高層和超高層建筑的地標類建筑的需求更多，同時也為建筑行業的高速發展提供了更好的發展平臺。建筑行業的同質化競爭日趨激烈，開發企業也對建筑設計質量高度重視。為提高建筑質量標準，為施工提供可靠的理論依據。基于此將介紹建筑結構方案選擇的重要性，并說明結構設計過程中應注意的問題，最后闡述復雜高層和超高層建筑結構的設計要點。

關鍵詞：復雜高層;超高層;建筑結構;設計要點

1結構方案的選擇

1.1結構方案和結構類型

在復雜高層和超高層建筑結構設計過程中，選擇合理的結構方案才能夠保證設計質量。倘若未根據結構的實際情況考慮，很容易在后續的設計過程中有大幅調整或顛覆性改動，這在一定程度上增加了建筑的設計難度，同時增加了設計人員的工作量，在后續的施工過程中也會大幅增加建筑工程成本。所以，設計人員應根據實際情況綜合分析，進而讓結構設計方案的確立更加合理。在確定建筑單體的結構類型前，應首先考慮場地的地質構造，并明確建筑的抗震能力，結合功能和建筑所處地段明確抗震等級。這樣在一定程度上減少了成本支出，提高了建筑的經濟效益。換言之，在對復雜高層和超高層建筑設計過程中，須充分地考慮結構方案的合理性并兼顧工程造價和施工合理性。

1.2結構方案和結構類型選擇的要點

對于復雜高層和超高層建筑而言，在選擇結構方案時應更加注重概念設計，通過大量的案例分析能夠看出，應盡量保證整個結構的穩定性和規則性，明確結構內力傳力路徑合理正確。如何保障復雜高層和超高層建筑的結構穩定性，一直都是專業人員研究的重點內容。

2建筑結構設計的注意事項

2.1抗震設防烈度

復雜建筑和超高層建筑的特點就是一旦整體高度較高，其結構設計就會受到影響，比如建筑高度已經達100m以上，那么應根據實際情況來確定整個建筑的實際高度。常規來講，抗震烈度為8°的地區不能建超過300m以上的建筑。首先明確抗震烈度才能夠保證復雜高層和超高層建筑的建設可行性。有相關國家規范規程指導結構設計，以此來確保結構設計的準確性，能更好地保證人們在使用建筑過程中的舒適度和人身財產的安全。在設計工程中安全應是第一考量，所以提高重視結構抗震的理念，能夠更好地保證復雜建筑和超高層建筑的設計質量。

2.2保證方案合理

建筑設計是否合理首先從結構方案是否正確考慮，特別是在復雜建筑和超高層建筑設計過程中，沒有合理的方案，不僅會導致設計過程存在很大問題，而且會直接影響施工，耗費多余的建造成本。設計人員在設計過程中，應對施工現場需求和建材市場也有所了解，多參考材料和造價等方面的因素，制訂多種可行方案，在其中選擇更合適的方案。

3建筑結構設計要點

3.1復雜高層結構設計要點

復雜高層的類型包括轉化層、加強層、錯層、連體結構等多個方面。而防止復雜結構出現連續倒塌就變得尤為重要。從概念設計方面而言，增加結構主要受力構件的剛性連接，避免或少采用靜定結構構件。相同條件下可優先采用超靜定結構。為結構整體和局部結構體系建立多道傳力路徑，可作為意外或者不可抗力情況發生時的強度儲備。同時提高結構構件的延性，在結構發生較大的彈塑性變形的狀況下，整體結構承受豎向力的能力下降百分比不低于20%。主要受力構件等構件可承擔一定比例的與正常使用狀態相反的內力作用而不失穩。針對不同結構形式提出防止復雜結構連續性破壞的措施，主要從調整結構傳力路線或者傳力途徑的方面入手。

3.2框剪結構

（1）框剪結構的結構方案計算中，宜按少墻框架或框架結構進行主體位移的控制驗算。（2）框剪結構中的剪力墻墻頂設置比墻體略寬的框架梁，該框架梁應可承受層間的水平荷載和剪力墻自重。

3.3包含轉化層的復雜高層結構

（1）對于比較復雜的轉換結構，可在結構底層、中間層、頂層分別增加轉換桁架的數量，在發生極端情況主體形變時，考慮有框架柱失穩無法工作時，柱可吊于桁架下面。（2）盡量減少轉換次數，達到直接傳力的目的，在不影響建筑功能的前提下，采用各種輔助手段和構件達到主承重構件傳力路徑明確。（3）強化下部結構剛度，弱化上部結構剛度，減少上部與其他多塔結構的牽拉和連接。如有連接也應處理為鉸接或者滑動支座連接。

3.4超高層結構設計要點

對于超高層建筑而言，建筑高度至少超過100m，世界各國逐漸開發出了有國家代表性的地標性超高層建筑，高度達600m或更高。為保證消防安全，須設計避難層。為保證機電設備運行的合理性，需要增加設備層，以此來存放超高層建筑所需要的設備。設備層不僅要考慮其實際的承載力，還應考慮設備自身對于整個超高層建筑的影響，同時能夠提高結構的整體性，在這其中還應增加結構加強層的設計。

3.4.1整體重力荷載變化超高層結構計算中控制建筑物的水平位移是第一控制指標。超高層建筑相較于一般類型的建筑具有結構計算和模型上獨特的特點。

3.4.2傾覆力矩增大超高層建筑對于整體穩定性的要求相較于一般結構也較高。由于在施工的過程中，建筑高度不斷增加引起側向風作用后的傾覆力矩也逐漸增加，緊隨而來的是抗傾覆力的能力也隨之需要提升。

3.4.3豎向構件對結構內力分布的變化影響豎向構件變化產生的縮短變形差對結構內力的影響增大。當內力變化極大時，構件受力變形通常在瞬間完成，而干縮變形需要的時間則相對較長，依據胡克定律，對變形量進行了大致測算。

3.4.4防火防災的控制措施超高層建筑的重要性等級提升，防火防災成為超高層建筑的重中之重，在結構設計過程中應考慮采取結構措施，實現防火防災的效能。

3.4.5控制風振加速度，滿足人體舒適度要求風荷載作用效應會隨著建筑高度的升高而加強，超高層建筑對于風力的面荷載作用更加突出。

4超高層建筑在結構設計中的控制指標

4.1扭轉問題

超高層建筑結構設計的控制核心問題是剛度中心、幾何形心和結構重心的合理化，所以當超高層建筑物結構發生扭轉問題時，其原因主要就是剛度中心、幾何形心和結構重心沒有重合，從而使得超高層建筑在水平力組合作用下出現扭轉。設計人員進行結構計算時，在保障建筑平面功能的前提下，應選用合理的平面布局圖，以保障結構安全為前提，然后才考慮建筑方案的協同調整和結構經濟性。最終的目的是保證超高層建筑物的形心、重心和中心能夠重合。

4.2受力性能的問題

對于確定超高層建筑物結構方案，建筑師最初在設計建筑方案時，幾乎很少考慮建筑的結構特征，而較多在意的是建筑物的空間結構，由此很容易使超高層建筑結構的受力性能存在一定的問題。因此在結構設計時，首先要明確所選結構體系中豎向作用力和地基承載力之間的關系。同時，在確定結構體系時，還需對超高層建筑的主受力構件的布局和數量進行總體控制，以求保證超高層結構構件的均衡布局、各方向的剛度平衡，防止由于剛度不均發生扭轉。

4.3超高問題

我國國標規范對不同結構類型超高層建筑的抗震性能都有對應的控制指標，所以我國超高層建筑物可采用的結構高度也有嚴格規定。因此，對超高層建筑的結構方案重新進行精細化設計和嚴格的審核，以杜絕超高層建筑結構設計中的超限問題。

4.4嵌固端的確定問題

超高層建筑的上部高度決定了超高層建筑都會配置2層及以上地下室。通常設計人員會將嵌固端設置在地下室頂板的位置，從而使超高層建筑在施工過程中，會由于嵌固端的設置位置修改而導致結構方案的變化，進而給超高層建筑物埋下安全隱患。

5結束語

總之，我國復雜高層和超高層建筑的數量在不斷增多，為了能夠更好地保證建筑質量，就應對復雜高層和超高層建筑進行合理設計。在這其中不僅需考慮到功能、安全、強度，還應保證成本投入合理，這樣才能為我國建筑行業的發展提供相應幫助。

參考文獻

[1]高履偉.復雜高層與超高層建筑結構設計思考[J].住宅與房地產，2019（34）：71.