裝配式鋼混組合框架超高建筑結構設計要點分析

胡心一 董曉嵐

超高建筑在結構設計方面存在著一定的復雜性，加強結構設計要點的分析，可以從消防實施的設計、機電設備的設計、建筑自身扭轉效應、穩定性等方面通過優化結構設計的方式，在很大程度上提升超高建筑安全性以及穩定性。超高建筑結構選型方面具有多樣化特點，通常裝配式鋼混組合框架為常見結構。在現代行業發展過程中超高建筑結構設計需要加強受力性能、扭轉、超高以及環保等方面的影響因素考慮，以提升設計合理性。開展裝配式鋼混組合框架超高建筑結構設計要點分析，必須充分了解和掌握設計相關要點，才可實施更為實際的設計應用要點探析[1]。

1.超高建筑結構設計相關要點分析

1.1 建筑高度、負載、水平位移方面存在的矛盾特點

超高建筑最為明顯的特點就是隨著建筑高度的增加，建筑物自身中立負載隨之加大，應力強、豎向建筑構件自身軸壓力也會隨建筑物的高度的提升而不斷增加。除此之外，大風氣候對于超高建筑的影響作用不斷提升，受到強風作用后，超高建筑會發生較大的水平位移，對建筑物的穩定性造成極大影響。超高建筑重心會隨建筑物高度的升高而不斷提高，質量隨之增加，在遇到地震災害時，對建筑物的影響更加突出。

1.2 豎向建筑構件發生變形對于超高建筑造成的影響

主要引起豎向建筑構件發生變形的情況有：受力過程中發生變形，指的是豎向建筑構件在承重瞬間產生的變形現象，可以利用胡克定律對變形量進行相關計算和測量。干縮變形，指的是建筑物自身結構在建設、使用時，受到自身材料性能方面的影響，出現的體積變形、收縮，該變形情況通常需要較長的反應時間才可發現，通過有關數據統計發現，超高建筑物干縮變形在建筑物的總體壓縮總量中所占比例約為30%。徐變形式的變形，指的是建筑物長期受到負載作用時導致的變形，通常反應時間大概為兩年，多為混凝土材料發生的變形[2]。

1.3 超高建筑存在較大的傾覆力

超高建筑會受到風力作用產生傾覆力，并且隨著建筑物高度的增加以及風力的提升，所受傾覆力作用影響越大，因此在設計過程中加強抗傾覆力方面的設計十分重要。當前行業內采取的相關措施主要有：增加建筑基礎結構部分的埋深、降低建筑物平面位置的長寬比例，采用抗拔樁機來加強超高建筑的穩定性，降低傾覆力對于超高建筑帶來的負面影響。

1.4 超高建筑需要加強防災能力方面的設計

超高建筑受其自身高度限制，當較高樓層發生火災等事故后，存在著較大的人員救援與疏散困難。需要在設計過程中加強對建筑防火防災等方面因素的結合與考慮，提升超高建筑結構自身的可靠性，增強超高建筑安全性能。

1.5 超高建筑需要加強建筑舒適度方面的設計

超高建筑受到風力作用會產生風振現象，嚴重影響使用者的舒適度。尤其是對超高建筑物中層以上樓體的影響十分明顯。這就要求在設計時加強抗風性能方面的設計，通過降低風振現象來提升使用者的舒適度[3]。

2.裝配式鋼混組合框架在超高建筑結構設計中的具體應用分析

裝配式建筑是近年來建筑行業發展的重要趨勢，不僅具有提升使用者舒適度的效果，還具有綠色、創新等先進理念，是我國當前大力提倡的建筑行業發展重要途徑。裝配式鋼混組合框架在結構體系方面的主要組成構件通常包含，外包鋼板剪力墻、方鋼管柱作為建筑的豎向構件，在剪力墻和管柱內澆筑混凝土；U 字型復合梁、預制樓層疊合板作為水平方面的構件；裝配式自鎖方式用于連接外墻。其中不同建筑構件的具體作用和相關的施工特點分析主要有：U字型復合梁是在傳統建筑鋼骨混凝土形式的梁體基礎之上，是型鋼的下翼邊緣往下移動到梁的底部，型鋼的腹板通過分割向外延伸至梁體外側部位，型鋼的上部翼邊緣會隨腹板外延作為兩側樓板的支撐點，形成U 字型鋼和混凝土組合形式的梁體，同時為了提升柱體上端抗彎曲能力，通常會在上翼邊緣處加設一塊型鋼板，形成最終的U 字型梁體。預制樓層板在施工過程中可以直接放置于U 字型梁的上翼邊緣部位，設備的光纖全體埋置于樓承板以及U 字型梁中[4]。本文主要從以下幾方面進行裝配式鋼混組合框架在超高建筑不同結構中的設計分析。

2.1 應用于預制柱的設計要點

在高層建筑結構中預制框架的主體結構屬于豎向建筑構件，主要傳遞的是豎向的荷載以及抵抗水平力作用，屬于關鍵性的建筑結構構件。在高層建筑建設過程中預制柱是經由預埋鋼梁的節點，然后使用高強度螺栓和鋼梁之間進行連接的；在預制柱上端會有插筋預留，使插筋插入上層柱結構灌漿套筒中，最后對預制柱進行定位之后實施對接工序，穿過灌漿孔利用注漿方法進行連接。在設計過程中，需要減少預制件種類，因此，在開展預制柱的設計過程中，通常依據實際需要設計成兩種形式的縱筋，并且箍筋需要使用加長和加密形式，以確保結構安裝的牢固性。同時還需要考慮到生產方面的便利性，對矩形柱直角設置成倒角形式，在預制柱的側壁位置需要設置排氣孔，以確保施工過程中套筒的灌漿效率和質量。

2.2 應用于帶肋疊合樓板方面的設計要點

設計過程中需要加強注意的是高層建筑物不同高度樓層所使用的帶肋疊合樓板的尺寸存在一定差異性。同時還需要結合具體的施工工藝，比如板現澆層、房屋層、覆土區域等對于帶肋疊合樓板的尺寸均有一定的差異。

2.3 應用于普通疊合樓板方面的設計要點

在設計過程中，主要是依據高層建筑使用空間不同功能進行區分的，通常普通疊合樓板應用在建筑物的衛生間等較小區域位置。設計過程中需要在受力鋼筋中間設置槽孔，并且槽孔深度要比混凝土預制板材小。混凝土材質的預制板需要穿過楔形槽孔的后澆混凝土、后澆層和周圍相鄰構件進行連接。同時需要嚴格控制槽孔的尺寸，以及使用的計算方法，加強后澆混凝土抗拉強度方面的考慮，來確定樓板所承受的拉拔力以及槽孔數量。

2.4 應用于預制樓梯方面的設計要點

裝配式鋼混組合結構在超高建筑結構設計要點中包含了預制樓梯，通常采用的是上端為固定方式，下端為滑動方式的樓梯，并且樓體邊側需要帶有反坎裝置，預埋錨板主要是用于欄桿的安裝。

2.5 應用于預制空調板和陽臺方面的設計要點

超高建筑陽臺、空調板等預制構件的設計要點，主要依據設計樣式進行關鍵部位的設計。比如對于整體預制形式的懸空式挑板預制構件，需要預制構件和現澆部位預留疊合層位置，以確保現澆樓板不會在支座的接縫位置發生開裂現象，提高建筑的安全性能。陽臺、空調板預制構件需要預留鋼筋，可以嵌入到現澆樓板之中進而形成整體結構。在設計過程中需要確保陽臺、空調等預制構件數量和具體的尺寸，并且為了降低生產、安裝難度，通常會減少結構設計種類，以提升生產和安裝工作的標準化程度，實現經濟效益方面的需求。還可根據超高層建筑外觀需要，加強預制構件外觀美觀性方面的設計，并使相關預制構件可以一起進行生產與安裝，降低工序復雜性，減少安裝環節，節省人力成本。

3.結束語

裝配式建筑是近年來我國為了推動建筑行業實現創新、綠色、環保、生態發展而大力提倡的一種新型建筑結構。超高層建筑本身的設計目標具有環保節能特點，是在有限土地資源基礎上進行的空間利用效率的提升工作，因此裝配式建筑結構與超高層建筑工程之間有著融合發展的基礎。鋼材是裝配式建筑物的重要構成材料，并且具有較高的再循環利用價值，屬于綠色環保建材的一種。鋼結構具有較高的強度以及良好的抗震特性，將其用于超高層建筑建設過程中，可以提升建筑業工業化程度，其安裝簡便，可降低工程難度、建筑成本，縮短工期，對于建筑企業有著諸多使用優勢。裝配式鋼混組合框架是當前建筑工程中較為常見的結構形式，加強其在超高建筑工程中的設計要點分析，對于提升建筑物的安全性能、節能特性、抗災能力等均有著十分重要的現實作用。