超高層建筑結構設計的關鍵性問題探討

寧海永

（華紡房地產開發有限公司，北京 100006）

結構設計對超高層建筑的整體質量起到了至關重要的影響，需要提高對這一方面的重視性，不斷改進超高層建筑結構設計，使其能夠為工程建設提供更加可靠的依據。通過深入分析超高層建筑結構設計的實際情況，其中存在的關鍵性問題包括超高問題、扭轉問題、受力性能的問題以及基礎設計問題等，需要充分了解這些問題，不斷優化設計內容，從而提高超高層建筑結構設計的質量，促進超高層建筑工程的順利開展。

1 超高層建筑結構的特點及體系類型分析

1.1 超高層建筑結構的特點

與普通的高層建筑相比，超高層建筑的高度更高，要想保證超高層建筑結構的設計質量，要求設計人員充分考慮建筑物的穩定性、抗震能力和承載能力，確保建筑能夠承受豎直方向和水平方向的荷載。作為建筑設計的實施者，設計人員需要掌握超高層建筑的高度，對抗側力結構體系進行合理選擇，還要考慮荷載的傳遞路徑，對地震產生的荷載進行準確計算，防止在超高層建筑的使用過程中出現坍塌、扭曲、扭轉等狀況。

1.2 超高層建筑結構體系類型

隨著建筑行業的持續發展，超高層建筑結構的類型不斷增多，其中比較常見的結構類型包括剪力墻結構、框架結構、框架-剪力墻結構等，需要對其進行充分了解，根據工程情況對其進行合理選擇。

（1）剪力墻結構。作為一種常用的建筑結構，剪力墻結構的構成需要使用鋼筋混凝土板，這一結構體現出較強的抗風能力、抗震能力和抗側剛度，可以保證建筑整體的承載性能，解決建筑中存在的側移、變形等問題，還可以改善建筑外表的美觀性（見圖1）。雖然在超高層建筑中剪力墻結構的應用越加廣泛，但是，該結構的維護和拆除存在較大的難度，難以形成大的建筑利用空間。

圖1

（2）框架結構。作為一種傳統的建筑結構，框架結構的建造需要充分利用梁柱，既能夠承受水平方向的荷載，也能夠承受垂直方向的荷載，整個施工過程體現出建筑空間大、布置靈活、立面處理方便等優勢（見圖2）。但是，結構的側移問題較常見，其橫向剛度難以達到要求，使得建筑整體的質量無法得到保障。

圖2

（3）框架-剪力墻結構。與上述兩種建筑結構相比，框架-剪力墻結構是一種復合型的結構，同時具備了剪力墻結構和框架結構的優點，能夠滿足超高層建筑的需求，確保建筑整體的穩定性、抗震能力及承載能力。但是，在應用框架-剪力墻結構的時候，必須做到合理設置剪力墻的數量，在保證工程質量的基礎上，降低施工成本。隨著剪力墻的數量增多，工程施工的成本也將更多，反之，則會影響建筑整體的質量，加大建筑變形的發生率。

2 超高層建筑結構設計的關鍵性問題及對策分析

2.1 超高問題

作為超高層建筑結構設計中一種常見的問題，超高問題經常被忽略，這主要是因為設計圖的內容比較復雜，經常出現需要修改的地方，設計人員將工作重心放在設計圖的修改上，對超高問題投入的時間和精力有限，不能及時解決這一問題。為解決超高層建筑結構設計中的超高問題，我國作出了一些明確的規定，而設計人員已經修改超高層建筑結構體系，那么在建筑物的超高問題方面就存在重視性不足的現象，使得經過修改后的設計圖依舊無法達到要求，不能得到審核人員的批準。基于這一情況，要求設計人員在超高層建筑結構設計工作時，應保持嚴謹、細致的工作態度，重新進行設計圖的制定，整個過程必須考慮超高層建筑的超高問題，從而提高超高層建筑結構設計的合理性，確保工程設計的質量，使工程項目的建設活動得以順利開展。

2.2 扭轉問題

扭轉問題是超高層建筑結構設計中比較常見的一種問題，若無法及時處理這一問題，那么整個建筑的結構也將受到影響。為保證超高層建筑結構設計的質量，需要重視建筑的幾何中心、建筑的剛度中心以及建筑的結構中心這三個部分的重合，否則，很容易出現壓力方面的問題，最終造成扭轉問題。在超高層建筑發生扭轉問題的時候，構件面臨著較大的安全風險，容易發生脆性破壞的情況，這就需要采取合理的措施對其進行強化，確保建筑結構具有良好的抗扭剛度。具體來講，可以對結構方案進行調整，保證結構的平面達到比較規則的狀態，實現建筑的重心與剛度中心的有效重合，使結構的相對偏心距得到控制。將抗側力構件布置在建筑四周，可以對結構的扭轉效應進行改善。同時，需要認識扭轉效應無法依靠單純增加構件剛度和截面的方式進行改善，在構件受到地震作用就會進入非彈性的狀態，若是構件受到的地震剪力過大，則構件面臨著脆性破壞的風險。若是構件處在扭轉位移較大的地方，可以采用混合結構的構件進行工程建設，以此改善構件的延性，使建筑的結構安全得到保障。

2.3 受力性能問題

在超高層建筑結構設計中，需要充分考慮建筑整體的受力性能，若是建筑結構的受力性能無法達到要求，勢必會影響建筑使用的安全，也會帶來較大的建筑維修成本。在超高層建筑的受力性能不過關的情況下，環境因素對建筑安全的影響較大，經常出現各種各樣的建筑破損問題。因此，設計人員需要對建筑物的受力性能及其向下作用力進行充分考慮，不斷優化原本的設計方案，對超高層建筑存在的受力問題進行處理，使建筑質量得到保障。同時，需要準確統計超高層建筑的承重墻及承重柱子，對平面設計圖的內容進行分析，確保建筑的承重分布合理，提高建筑自身的安全性。在分析超高層建筑結構的時候，可以采用計算簡圖完成這一工作，選擇空間分析法對建筑整體進行分析，還可以選擇不同的力學模型通過軟件對其進行復核，使建筑物的受力性能問題得到切實解決。

2.4 基礎設計問題

基礎設計直接影響著超高層建筑的使用質量，需要提高基礎設計的科學性，避免后續的建筑施工受到影響。為解決超高層建筑使用中的傾斜問題，需要提高對基礎設計的重視程度，做到合理設計建筑物埋入地下的深度，確保基礎設計符合工程的實際情況。對于超高層建筑中基礎的埋深設計，要求設計人員充分考慮建筑的荷載分布、結構高度、地質條件等情況，選出最合理、最經濟的方案。同時，一般在超高層建筑結構設計中，經常選擇多層地下室，必須保證基礎嵌固端的剛度達到要求，防止地基基礎發生位移的狀況，從而保證建筑結構整體的穩定性。

3 結語

綜上所述，超高層建筑結構設計具有較大的復雜性，要求設計人員對各方面的因素進行充分考慮，科學處理設計中的細節問題，尤其要做好基礎設計，重點關注設計中的常見問題，從而提高超高層建筑結構設計的質量，為超高層建筑工程的開展打下良好基礎。