淺談我國超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析與探討

楊杰

摘 要：高層建筑在造型形式不斷翻新、高度記錄一再被打破的同時，其內(nèi)部空間構(gòu)成的模式也發(fā)生了很大的變化。建筑產(chǎn)品的這種系統(tǒng)的密集性、交叉性及最終的整體性，最主要的表現(xiàn)還是在高層建筑上。高層建筑的顯著特性是“高”，由于其“高”而引發(fā)了它與諸多不同于其它建筑的特點。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 超高層建筑

1.1 高層建筑，超過一定高度和層數(shù)的多層建筑。世界各國對高層建筑的高度和層數(shù)界限的規(guī)定并不一致。在中國，舊規(guī)范規(guī)定：1）8層以上的建筑都被稱為高層建筑，而目前，接近20 層的稱為中高層，30 層左右接近100m 稱為高層建筑，而 50 層左右 200m 以上稱為超高層。

2）在新《高規(guī)》即《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）里規(guī)定：10 層及 10 層以上或高度超過 28m 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為高層建筑結(jié)構(gòu)。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑。3）1972年國際高層建筑會議將高層建筑分為4 類：第 1 類為 9～16 層（最高 50m），第2 類為 17～25 層（最高 75m），第 3 類為 26～40 層（最高 100m），第 4類為40 層以上（高于 100m）。4）中國的房屋 6 層及 6 層以上就需要設(shè)置電梯，對10 層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規(guī)范，因此中國的《民用建筑設(shè)計通則》（GB 50352-2005）、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50045-95）將10 層及 10 層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。由于超高層建筑安全性差，所以較少見。

1.2 超高層建筑由于其體型巨大，功能復(fù)雜，容納人員眾多，投資十分龐大。通常由于它特殊的地位，成為一個地區(qū)的地標式建筑。近年，對這類建筑物稱之為科技的集中體現(xiàn)，綜合國力的象征，城市的標志等等，都是恰當?shù)摹Ｆ浔旧泶_實是體現(xiàn)了多方面的物質(zhì)成就。

1.3 它要耗費大量的人力、物力、財力。金茂大廈的每平方米造價大體上要 20000 元人民幣，每天的正常運行費用約需上百萬元人民幣。

所以，超高層建筑的建設(shè)和維護要耗費大量財富。

2 建筑結(jié)構(gòu)

2.1 超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。

2.2 超限高層建筑經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)體系有鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，它的整體性、抗側(cè)剛度好，一般采用以上混凝土鋼框架結(jié)構(gòu)，具有自重輕、斷面小、承載力大的優(yōu)勢外密柱結(jié)構(gòu)。

2.3 高層和超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中除采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（代號RC）外，還采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（代號 SRC），鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（代號CFS）和全鋼結(jié)構(gòu)（代號 S 或 SS）。

2.4 建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的。

2.5 而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

2.6 選用適當?shù)挠嬎愫喗Y(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。

計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。

2.7基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進行地基變形驗算。

2.8 基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 基于混凝土轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上述特點，在確定施工方案時應(yīng)重點考慮以下幾個方面的問題：1）轉(zhuǎn)換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結(jié)構(gòu)荷載往往非常大，所以應(yīng)選擇合理、可行的模板支撐方案，并根據(jù)轉(zhuǎn)換板的結(jié)構(gòu)特點進行模板支撐體系的設(shè)計。2）下部樓蓋難以直接承受施工荷載，必須采取措施解決荷載的安全傳遞問題。3）對于大體積混凝土轉(zhuǎn)換板，施工時應(yīng)考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施，防止新澆混凝土產(chǎn)生溫度裂縫和收縮裂縫。4）轉(zhuǎn)換板承受的荷載很大，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應(yīng)采取措施保證鋼筋骨架的穩(wěn)定。應(yīng)及時做好轉(zhuǎn)換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監(jiān)測，及時掌握各種對施工質(zhì)量不利的情況，并及時采取措施進行預(yù)防和糾正。

3.2 隨著高層建筑的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)理論和建筑技術(shù)也不斷得到提高，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也開始趨于多樣化發(fā)展，其表現(xiàn)形式也是多種多樣，但是也隨之出現(xiàn)了很多在高層建筑設(shè)計方面的問題。在作為城市風景線的同時，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設(shè)計的問題，如何多方面實現(xiàn)高層建筑設(shè)計的完善是目前高層建筑設(shè)計所追求的主要理念。

3.3 在實際的建筑設(shè)計過程中，高層建筑設(shè)計中的塔樓部分雖然在設(shè)計上沒有很大的變化余地，但是在高層建筑的底層部分可以通過一些巧妙的處理來實現(xiàn)對空間形式上的豐富，在實際的建筑設(shè)計中一般都是采用底層架空和入口縮進的處理方法。

4 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵點

4.1 構(gòu)造設(shè)計要合理

在對超高層建筑物進行設(shè)計時，必須保證構(gòu)造的設(shè)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(yīng)力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力，注意構(gòu)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(jié)構(gòu)進行計算的基礎(chǔ)，它直接關(guān)系到超高層建筑的結(jié)構(gòu)安全。為了保證結(jié)構(gòu)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(shù)規(guī)程允許的范圍內(nèi)。

4.3 結(jié)構(gòu)方案選擇要合理

建筑方案的合理性取決于結(jié)構(gòu)方案是否合理，因此，在選擇結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系，同時能夠充分結(jié)合設(shè)計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結(jié)構(gòu)方案，確保結(jié)構(gòu)方案的合理性。

4.4 基礎(chǔ)方案選擇要合理

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

5 結(jié)束語

近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計算的準確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設(shè)計中遇到了各種問題。

參考文獻

[1] 陳天虹，林英舜，王鵬羽中.超高層建筑中結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的幾個問題[J].建筑技術(shù)，2006，37（5）.

[2] 《建筑機械化》編輯部.國內(nèi)超高層建筑匯總[J].建筑機械化，2006，27（5）.