論超高層建筑結構設計

摘 要：隨著社會的不斷進步，科學技術迅猛發(fā)展，許多城市開始逐步建設200m以上的超高建筑物，但由于在超高建筑方面我們的經(jīng)驗還不多，因此也存在著一些問題亟需解決。本文將對超高層建筑的結構設計進行詳細地討論。

關鍵詞：超高層建筑；結構設計；結構體系

中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0020-01

隨著超高建筑物的不斷增加，雖然逐漸地暴露出一些設計方面存在的不足，但這些問題為我們在日后的超高建筑積累了一定的經(jīng)驗。為此，本文首先對超高層建筑與普通高層的差異進行比較，然后對超高層建筑的結構設計進行論述。

1 超高層建筑與普通高層建筑在結構設計上的區(qū)別

一般普通高層的高度基本都建立在200m以內，而超高層建筑的高度基本都在200m以上乃至設想建筑上千米。對于普通高層我們大多采用的是混凝土的結構設計，但超高層建筑在結構設計方面還可以選擇全鋼結構或者混合的結構設計。同時由于超高層建筑對消防以及機電設備的要求要更高一些，因此要考慮到避難層與機電設備層的設計。為避免地震等自然災害對建筑物的破壞，超高層建筑在平面形狀的選擇上較普通的高層建筑要少的多，并且要滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的抗震要求。另外超高層建筑需要考慮風載荷作用下舒適度的問題，而普通高層建筑無需考慮。

2 超高層建筑結構設計方案需要考慮的因素

2.1 抗震設防烈度

對于超過100m以上的建筑物，在不同強度的抗震設防烈度下，對于建筑物的高度要求也是不盡相同的。一般情況下，抗震設防烈度在8度的區(qū)域不適宜建設300m以上的建筑物，超高層建筑適合建設在抗震設防烈度在6度的地區(qū)。

2.2 結構方案

對于一個優(yōu)秀的建筑設計師來說，在設計中首先就要考慮到建筑物的結構方案問題，尤其對于超高層建筑來說，如果結構方案選擇不當，將會引起整個方案的調整，因此，在設計單位進行建筑方案設計時，需要有結構專業(yè)參與到設計當中。

2.3 結構類型

在超高層建筑結構類型的選擇上，我們不但要充分考慮到擬建方案所在地的巖土工程地質條件，同時要考慮到該區(qū)域的抗震度要求。另外，為了節(jié)約建筑成本，我們還需要充分考慮到在工程造價問題以及施工的合理性問題，同等條件下選擇造價較低的合理的結構類型。

3 超高層建筑的結構設計

3.1 風載荷

在超高層建筑的結構當中，由于建筑結構的第一自振周期與其所在地面卓越周期相差很大，隨著建筑物高度的不斷增加，風載荷的影響要遠遠大于地震對建筑物的影響，特別是對于一些比較柔的超高層建筑，風載荷是它結構設計中的控制因素。因此，我們有必要對風載荷進行專業(yè)地研究。

一般情況下，我國規(guī)定風載荷的計算公式為Wk=βzμsμzW0，其中μz為風壓高度的變化系數(shù)。其中A類地面：μz= 0.794Z0.24；B類地面：μz= 0.479Z0.52；C類地面：μz= 0.284Z0.40。

在《建筑結構荷載規(guī)范》當中，對200m以上的超高層建筑也進行了相應的規(guī)范，其中就包括在對超高層建筑確定非圓形截面橫風向風振等效風荷載情況時，要求必須進行風洞試驗。它的主要目的在于通過試驗對建筑外形的空氣動力進行進一步優(yōu)化，同時確定圍護結構以及主體結構的風載荷的標準值，對設計整體進行優(yōu)化。

3.2 重力載荷

對于超高層建筑，在設計時要考慮到重力載荷的傳力情況，實現(xiàn)合理的傳力途徑，因此在設計時對于重力載荷的途徑要盡可能地直接明了，同時要充分考慮到因建筑外圈框架和核心筒之間軸壓比之間的差異而造成的變形差對水平構件產(chǎn)生的影響。一般采用一些施工的處理方法連接框架與核心筒。

3.3 混合結構的設計

在超高層的建筑當中，很多時候都會采用混合結構設計，混合結構分為3種，而在實際中常用的是圓鋼管或者是矩形鋼管的混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒的混合結構，以及型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒（內外框梁為鋼梁或型鋼混凝土梁）的混合結構兩種。每種結構類型在設計上對鋼材用量的需要也不盡相同。在設計中，要考慮到對型鋼、圓鋼管混凝土中柱鋼骨的含鋼量，嚴格按照技術規(guī)程的要求進行控制，同時，在鋼筋混凝土的核心筒要設置型鋼柱，這樣就可以確保型鋼混凝土、筒體延性相同，從而促使它們兩者之間的豎向變形減小。對于結構抗側剛度無法滿足變形需要的混合結構，我們采取相應措施進行彌補。比如，設置水平仲臂析架的加強層，或利用避難層或設備層在外框或外框筒周邊設置環(huán)狀析架。

4 超高層建筑結構設計的關鍵點

4.1 構造設計要合理

在對超高層建筑物進行設計時，必須保證構造的設計謹慎并合理，重點要注意對一些薄弱的部位進行加強，避免出現(xiàn)薄弱層，充分考慮到溫度應力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力，注意構件的延性以及鋼筋的錨固長度，在對平面和立面進行布置時要確保平整均勻。

4.2 計算簡圖要合適

計算簡圖是對建筑物結構進行計算的基礎，它直接關系到超高層建筑的結構安全。為了保證結構的安全性，我們必須從計算簡圖抓起，慎重研究，合理選擇，對于存在于計算簡圖中的誤差，要保證其值控制在技術規(guī)程允許的范圍內。

4.3 結構方案選擇要合理

建筑方案的合理性取決于結構方案是否合理，因此，在選擇結構方案時不但要充分考慮到經(jīng)濟因素，還要充分考慮方案的結構形式和結構體系，同時能夠充分結合設計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結構方案，確保結構方案的合理性。

4.4 基礎方案選擇要合理

在進行基礎方案的設計中，設計師要考慮到載荷的分布情況，工程所在的自然因素、地質條件，施工方的施工條件，周圍建筑物對所設計建筑物造成的影響等各方面因素，以此來確?；A方案的選擇既經(jīng)濟又合理，達到最優(yōu)效果。

5 結語

超高層建筑是社會發(fā)展的必然結果，隨著科技進步，越來越多的超高層建筑將會逐漸亮相于城市之中，我們雖然在超高層建筑當中取得了一定的成績，但仍需我們不斷研究與改進，使超高層建筑的結構設計更加完美，發(fā)展更為迅速。

參考文獻

[1] 汪大綏，周建龍，包聯(lián)進.超高型建筑結構經(jīng)濟性探討[J].建筑結構，2012（05）.

[2] 焦楚杰，張文華，何娟.高強混凝土坍落度和強度模型[J].東南大學學報：自然科學版，2011（40）.

[3] 肖自強，張建明.論超高層建筑結構設計[J].工程建設與設計，2010（08）.