淺談超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及問(wèn)題分析

鄧文影

摘要：目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，在城市建設(shè)當(dāng)中超高層建筑越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注。如何保障超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、科學(xué)性和合理性成為當(dāng)前我們需要認(rèn)真探索的問(wèn)題。本文主要從超高層建筑與普通高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)比出發(fā)，闡述了超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及相關(guān)要點(diǎn)，最后對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

一、超高層建筑與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)比

1、從房屋高度上，超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米甚至上千米的設(shè)想，而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。

2、超高層建筑由于消防的要求，須設(shè)置避難層；由于機(jī)電設(shè)備使用的要求，還需要設(shè)置設(shè)備層，而對(duì)于這些安放有設(shè)備的樓層設(shè)計(jì)除考慮實(shí)際的荷載之外，更需考慮設(shè)備的振動(dòng)對(duì)相鄰樓層使用的影響，為提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，可用來(lái)設(shè)置結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層。這與一般高層建筑設(shè)計(jì)是不相同的。

3、超高層建筑的結(jié)構(gòu)類型選擇上相對(duì)要廣，除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，還有全鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。而一般高層建筑結(jié)構(gòu)除了特殊條件需要者外，多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4、超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對(duì)于矩形平面其長(zhǎng)寬比也是在2以內(nèi)，尤其抗震設(shè)防的高烈度地區(qū)更應(yīng)采用規(guī)則對(duì)稱平面。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。

5、超高層建筑的基礎(chǔ)形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為框架-核心筒或筒中筒，基本沒(méi)有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。另外，超高層建筑基本不采用復(fù)合地基，而一般高層建筑則有采用。

二、超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、重力荷載增大，控制建筑物的水平位移成為主要矛盾。由于超高層建筑相對(duì)于其他類型的建筑具有不同的特性，使得其建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也具有自身的一些特點(diǎn)。首先，超高層建筑高度較高，隨著建筑物的高度不斷上升，其重力荷載也呈直線上升的趨勢(shì)，作用在豎向構(gòu)件柱以及墻上的軸壓力也隨之增加。其次，超高層建筑的高度較高，使得風(fēng)作用效應(yīng)加大；而風(fēng)力的加大也就使得合力作用點(diǎn)的位置變高，從而使其對(duì)于建筑物產(chǎn)生的作用效應(yīng)也就變得更大。最后，超高層建筑的高度過(guò)高使得其自身的重心位置也相應(yīng)的被升高，建筑的結(jié)構(gòu)自重也相應(yīng)的加大，此時(shí)在地震作用下就將導(dǎo)致薄弱部位加速破壞。

2、豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響增大。通常情況下，受力變形都會(huì)在瞬時(shí)間完成，并且變形量能夠根據(jù)胡克定律進(jìn)行大致的測(cè)量。而干縮變形所需要的時(shí)間則相對(duì)較長(zhǎng)，通過(guò)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在一般條件下干縮變形量大致占總壓縮量的三分之一左右。而耗時(shí)最長(zhǎng)的就是徐變變形量，線性徐變能夠通過(guò)公式進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。而受到構(gòu)件的總壓縮量隨著高度的不斷上升而增大的影響，使得在超高層建筑中豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響也逐漸變大。

3、傾覆力矩增大，整體穩(wěn)定性要求提高。超高層建筑由于在建設(shè)的過(guò)程中，高度不斷上升使得側(cè)向風(fēng)力引起的傾覆力矩也會(huì)不斷增加，隨之而來(lái)的是抗傾覆力的要求也隨之升高。許多具體的工程施工中都會(huì)采用增加基礎(chǔ)埋深以及加大基礎(chǔ)寬度或者是采取抗拔樁基等手段來(lái)達(dá)到保證整體穩(wěn)定性的需求，來(lái)強(qiáng)化整體的穩(wěn)定性。

4、防火防災(zāi)的重要性顯現(xiàn)，建筑物的重要性等級(jí)升高。超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)著重考慮防火防災(zāi)的功效，凸顯出防火放防災(zāi)的重要作用。且由于高層建筑與地面之間的空間距離較大，給救援工作帶來(lái)了困難。為此，在進(jìn)行超高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，強(qiáng)化建筑的整體性能質(zhì)量。

5、控制風(fēng)振加速度符合人體舒適度要求。通常，風(fēng)力的作用效果會(huì)隨著高度的升高而加強(qiáng)，在超高層建筑中風(fēng)力的作用效果尤為明顯。但風(fēng)振作用過(guò)于顯著會(huì)影響到人們的舒適度，不利于人們的工作和生活，因此如何處理好風(fēng)振及速度與人體舒適度之間的平衡成為了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。為此，必須控制好頂層的最大加速度，使其滿足規(guī)定的限值。與此同時(shí)，鑒于超高層建筑的高度較大，使得垂直于圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面上的風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)也迅速增大，所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

三、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

1、扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是剛度的中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心，然而，超高層建筑物結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題主要就是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有將超高層建筑物剛度的中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心進(jìn)行重合，使得超高層建筑在水平壓力下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。為了更好地解決超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選用合理的平面布局圖，從而保證超高層建筑物的三個(gè)核心能夠重合。

2、受力性能的問(wèn)題。對(duì)于超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，建筑師在最初進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般很少考慮超高層建筑的具體結(jié)構(gòu)特征，而過(guò)多考慮的是超高層建筑物的空間結(jié)構(gòu)，從而使得超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力性能存在一定的問(wèn)題。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該明確所選擇結(jié)構(gòu)體系中向下作用力和地基承載力之間的關(guān)系。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇階段時(shí)，還需要對(duì)超高層建筑的主要承重部位的布局和數(shù)量進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

3、超高問(wèn)題。由于我國(guó)對(duì)超高層建筑的抗震能力具有相關(guān)的要求，使得我國(guó)超高層建筑物的結(jié)構(gòu)高度也具有嚴(yán)格的規(guī)定。因此，需要對(duì)超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和審核，以解決超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超高問(wèn)題。

4、嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。我國(guó)很多超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都會(huì)配置兩層以上地下室，使得超高層建筑物的嵌固端一般都設(shè)置在地下室頂板的位置。從而使得在進(jìn)行超高層建筑物的施工過(guò)程中，會(huì)由于嵌固端的設(shè)置問(wèn)題而經(jīng)常進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，進(jìn)而給超高層建筑物埋下了安全隱患。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)雜工作，其設(shè)計(jì)好壞直接影響著超高層建筑物的建設(shè)整體質(zhì)量。隨著我國(guó)建筑事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不斷提高自己的專業(yè)水平，總結(jié)實(shí)際設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)方法使超高層建筑具備安全、舒適以及適用等方面的特征，滿足社會(huì)以及公眾的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉丹.超高層建筑設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā).2011（01）

[2]顧明.降低超高層建筑橫風(fēng)向響應(yīng)氣動(dòng)措施研究進(jìn)展[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào).2013.03