分析結構設計在復雜高層及超高層建筑物中設計要點

王振興 李偉河

摘 要：隨著我國經濟市場的不斷發(fā)展，對復雜高層和超高層建筑項目的需求逐漸增加。其中，結構設計是保證建筑安全性、合理性和經濟性的主要因素。然而，目前我國復雜高層和超高層建筑的設計中還存在一些有待解決的問題，需要進一步分析并找出對策。

關鍵詞：復雜高層;超高層建筑;結構設計;必要的

1 復雜高層和超高層建筑結構設計綜述

為了保證我國高層建筑結構設計的安全性和經濟性，我國的《建筑抗震設計規(guī)范》（GB ?50011-2010）（以下簡稱抗力規(guī)范）、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ ?3-2010）（以下簡稱《高層混凝土規(guī)范》）和《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》 （JGJ ?99-98）（以下簡稱《高鋼規(guī)范》）都是正確的。但是，隨著社會經濟的發(fā)展，計算和分析方法的改進，高層建筑結構設計的安全性和經濟性越來越受到重視隨著加工技術的進步和施工技術的提高，一些地區(qū)出現了大量的復雜高層建筑，突破了傳統(tǒng)，超過了高度。 結構的復雜性主要體現在三個方面：高度超限、不規(guī)則的結構平面布局和不規(guī)則的豎向布局。在中國，一些超高的復雜高層建筑有上海大廈、深圳平安國際金融中心、天津印稿117大廈和廣州東塔周大福中心，結構高度分別為580、588、597和518米。在平面和豎向結構嚴重不規(guī)則的高層建筑中，中央電視臺新址主樓和法門寺折疊佛塔最具代表性。

2 復雜高層和超高層建筑的設計考慮

2.1 結構方案和結構類型

建筑結構方案是建筑設計的基本框架，是建筑設計的第一步。對于復雜的高層和超高層建筑，結構方案和類型是其質量的保證。建筑的舒適度和抗震能力都是圍繞這一基本框架進行的。如果第一步是錯誤的，錯誤只會在后面的步驟中被發(fā)現，整個設計方案需要被推翻和重做，造成不必要的浪費。如果在施工過程中發(fā)現不合理之處，不僅會影響工程的按期完成，還會給設計者造成直接的經濟損失。因此，在考慮復雜高層和超高層建筑的設計時，必須首先選擇合理的結構方案。

2.2 結構舒適度

復雜高層和超高層建筑由于建筑高度高，在建筑結構上相對難以保持一定的安全性。與普通建筑相比，這類建筑的結構較為柔軟。一般來說，軟結構建筑的結構舒適度較差，因此在復雜高層和超高層建筑的設計中應考慮舒適度。根據建筑結構的不同，舒適度分析一般分為兩種類型，一種是混凝土結構建筑，另一種是混合或鋼結構建筑。這兩種不同結構對阻尼比的要求也不同，前者為0.05，后者為0.01-0.02?；蛘吒鶕煌慕ㄖδ苓M行舒適度分析，不同建筑功能的建筑水平振動指標限值不同，如公寓式住宅的水平振動指標區(qū)間要求不同于公共建筑。因此，不同建筑功能的建筑應根據其不同用途進行設計，這在一定程度上可以提高建筑的結構舒適度。

2.3 抗震設防烈度

復雜高層建筑和超高層建筑與一般建筑有明顯的區(qū)別，即建筑高度高于其他建筑。相反，復雜高層建筑和超高層建筑對建筑區(qū)域的抗震設防烈度要求更高。根據現有復雜高層和超高層建筑的設計經驗，建筑高度超過100米的建筑的具體高度與該地區(qū)的抗震設防烈度有很大關系。根據建筑設計行業(yè)的不成文規(guī)定，在抗震設防烈度為6度或以下的地區(qū)可以建造復雜的高層和超高層建筑，在抗震設防烈度為6度至8度的地區(qū)可以建造高度小于300米的復雜高層和超高層建筑，在抗震設防烈度為8度以上的地區(qū)不能建造復雜的高層和超高層建筑。

3 復雜高層和超高層建筑的結構設計要點

3.1 計算負荷

3.1.1 風荷載的計算

隨著建筑高度的增加，風荷載對建筑結構穩(wěn)定性的影響越來越明顯。在風荷載研究中，結構構件的承載力通常由重現期為100年的風荷載設計，由重現期為50年的風荷載控制，并對高度大于等于200米的建筑物進行風洞試驗。在計算風荷載的過程中，有必要根據相應的高層和超高層建筑設計標準，結合當地歷史風變化數據進行研究，以掌握風荷載的波動范圍，并在設計過程中充分考慮風荷載裕量對建筑結構的影響，從而保證建筑結構能夠完全適應當地的風荷載要求，保證建筑結構的穩(wěn)定性。

3.1.2 地震荷載的計算

地震荷載是荷載研究的核心內容，也是復雜高層和超高層建筑結構設計的基本內容之一。一般來說，復雜高層和超高層建筑的自振周期為6.0-9.0s，建筑結構設計的地震荷載影響系數約為6.0s，在研究地震荷載問題時，有必要將地震荷載影響系數設計在6.0-10.0s的范圍內，并在此基礎上進行數據計算。

3.2 抗震設計

3.2.1 塌陷等級研究

在分析倒塌程度的過程中，應注意以下問題：（1）在研究建筑延性構件的過程中，有必要規(guī)定構件的非彈性變形小于彈性變形能力;（2）針對建筑結構中的一些非延性構件，有必要充分考慮破壞模式的受力特點和要求，重視相關技術內容的研究;（3）在建筑結構設計過程中，應保證建筑結構具有良好的穩(wěn)定性和至少中等的抗震能力，即使在中等地震的影響下仍能保證建筑結構的彈性。

3.2.2 使用水平研究

對于重現期為50年的地震，此時對建筑結構的破壞可以忽略不計，但在相應的結構設計分析中，有必要對其彈性響應狀態(tài)進行相應的研究，以獲得與建筑相關的更全面的信息。

4 結束語

綜上所述，在復雜高層和超高層建筑的結構設計過程中，不斷提高設計質量和專業(yè)水平至關重要;它不僅能為用戶提供安全舒適的建筑環(huán)境，還能提高建設項目的經濟效益和社會效益。因此，在復雜高層和超高層建筑的設計過程中，應準確把握結構設計的關鍵點。

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