我國超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望

文進 武漢正華建筑設(shè)計有限公司

超高層建筑物的出現(xiàn)，極大地改善了城市人群的居住環(huán)境，也有效地豐富了城市建筑物的類型。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，不僅要滿足建筑物本身的各種特性，還要結(jié)合具體的使用目的、環(huán)境安全進行專業(yè)有效的設(shè)計，并對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個要點進行可靠設(shè)計，以最大化地滿足超高層建筑的優(yōu)勢發(fā)揮。

一、超高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

首先我國超高層建筑占地面積較小，甚至在實際建筑可以在市中心區(qū)域進行選址施工，有效的減少了傳統(tǒng)建筑中浪費土地面積的情況，且建造用的時間較少，在超高層建筑中可以通過橫豎向安排讓人口集中，有效的溝通交流，提升工作的質(zhì)量。當前我國建筑工程已達到一定層次和高度，在對超高層建筑進行設(shè)計時，首先要重視設(shè)備和電氣的使用，相關(guān)設(shè)計師要結(jié)合建筑預(yù)定的目標和功能進行設(shè)計，如在設(shè)計建筑自身供暖和排水時，要根據(jù)建筑的高度和寬度對管道的壓力選擇良好的施工材料，提升其耐用性。在設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，設(shè)計師要考慮風(fēng)力設(shè)備對建筑內(nèi)部造成的影響，如在風(fēng)力增大時相關(guān)空氣壓力及熱氣壓力也會發(fā)生一定變化，且這些變化會對之后計算散熱量造成影響。最后設(shè)計師要重視消防系統(tǒng)，避免出現(xiàn)問題無法及時的控制，且對供水系統(tǒng)要根據(jù)樓層的布局合理的進行設(shè)計，避免對之后對結(jié)構(gòu)分析造成影響?，F(xiàn)如今，在對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性，并在設(shè)計時對建筑的寬、高、長等嚴格的規(guī)劃，避免在受到巨大自然災(zāi)害時對建筑側(cè)向力造成影響，其次要重視建筑的立面和平面的對稱，減少建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱點，當受到外力侵襲時造成不可逆的后果。最后對于一些地質(zhì)較深的地方，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)制定問題方案，保證在之后施工過程中能對一些自然沉降造成的建筑變形進行處理，確保施工的安全性和標準性。

二、我國超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展對策

（一）超高層建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制

首先，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ布置：超高層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是均勻、對稱、分散受力。做好扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制要確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心盡可能靠近，如果距離較大，則超高層建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)分布不均，會嚴重影響超高層建筑的抗震性能。其次，確保平面剛度均勻：超高層建筑在地震中扭轉(zhuǎn)破壞的嚴重程度取決于建筑結(jié)構(gòu)的平面剛度是否均勻。實際設(shè)計中，平面剛度是否均勻布置與剪力墻的布置有關(guān)，因此結(jié)構(gòu)工程師要充分考慮各種因素，合理的布置剪力墻。另外，抗扭剛度的提升：力學(xué)原理表明，建筑結(jié)構(gòu)離質(zhì)心越遠，抗扭剛度就越差。因此應(yīng)當布置剛度較大的抗側(cè)力構(gòu)件如剪力墻，提升超高層建筑的抗扭剛度。

（二）鋼混、框架及巨型結(jié)構(gòu)

鋼混結(jié)構(gòu)體系通俗來說就是由混凝土結(jié)構(gòu)和剛結(jié)構(gòu)融合組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，其最常見的組合就是鋼筋混凝土外框筒組合、鋼筋混凝土核心筒組合、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土核心筒融合組合體系，且以上幾種結(jié)構(gòu)可以有效地提升豎向上、抗水平的能力。對框架結(jié)構(gòu)來說其主要是在一個固定平面內(nèi)將豎柱和橫梁的水平面連接起來，形成一種新的體系，且這種組合布置結(jié)構(gòu)較為靈活，大多屬于桿系結(jié)構(gòu)，多用于建筑面的內(nèi)外墻，適合一些樓層較低的醫(yī)院、酒店和學(xué)校辦公樓等。最后對框架結(jié)構(gòu)來說，顧名思義就是由很多個大型的豎向支撐結(jié)構(gòu)及梁式樓層融合形成的一個大型框架結(jié)構(gòu)，最著名的代表建筑就是廣東的亞洲大酒店。

（三）簡筒結(jié)構(gòu)

超高層建筑施工中。核心筒通常先行施工，因此該部分施工最為關(guān)鍵且困難。首先需解決高空作業(yè)面及防護問題，其次還需解決人員運輸、材料運輸和堆放、混凝土泵送、塔吊附著爬升等問題。核心筒施工進度決定了后續(xù)幾條流水線的對應(yīng)進度。對于高空作業(yè)面的問題，核心筒在施工過程中往往會依托專用模架系統(tǒng)，模架系統(tǒng)需具備穩(wěn)定，自爬升、輕便（核心筒剪力墻受力）等特點，同時需集成堆料平臺、混凝土布料機、大模板系統(tǒng)，使施工人員能安全、便捷地在該模架內(nèi)進行鋼筋綁扎、模板安裝及混凝土澆筑工作。對于人員運輸?shù)膯栴}，需先行在核心筒內(nèi)設(shè)置筒內(nèi)電梯，電梯通往模架平臺，解決在筒內(nèi)樓梯和走道板未形成時，人員的運輸問題。塔吊可采用外掛式塔吊，塔吊附著于核心筒側(cè)壁剪力墻，可隨模架系統(tǒng)爬升實現(xiàn)自爬升，用于材料的垂直運輸。核心筒超高層混凝土泵送主要選用高強度泵管（強度較高）及底部加壓泵送機，泵管與模架系統(tǒng)內(nèi)的布料機相連接，混凝土澆筑完成后，先將最上部泵管脫開，待模架爬升完成后，混凝土澆筑前再進行連接。

（四）科學(xué)設(shè)置嵌固端

選取嵌固端設(shè)置位置時，需要從有效埋深基礎(chǔ)頂面及頂面兩部分進行選取。嵌固端選取位置高于頂面時，需要保證嵌固端與埋深位置一致，并控制好與室外地面的高度差。嵌固端選取位置的先決條件，就是需要該部位具備較高的強度和承載能力，能有效避免柱塑性鉸下移。超高層建筑地下室嵌固端應(yīng)設(shè)置在地下室頂板上，且頂板厚度≥16cm，且保證頂板具有較好的抗彎剛度，頂板設(shè)計不能留有孔洞，保證頂板結(jié)構(gòu)的整體性。

（五）減隔震設(shè)計應(yīng)用

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，傳統(tǒng)方法是通過增強結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（強度、剛度、延性）來實現(xiàn)，這也是目前結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的主要模式，但是隨著科技的進步，對于一些對抗震安全性和使用功能有較高要求的建筑，還可采用隔震和消能減震設(shè)計。在建筑物的基礎(chǔ)部位進行隔震支座的設(shè)計，可有效地延長結(jié)構(gòu)的自振周期，減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用。大量的試驗和國內(nèi)外的工程經(jīng)驗表明：采用了隔震技術(shù)的結(jié)構(gòu)，水平地震加速度降低了60%，極大地提高了結(jié)構(gòu)的地震安全性。

三、結(jié)語

綜上所述，超高層建筑越來越多，科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為結(jié)構(gòu)工程師的重點工作內(nèi)容之一。超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計要綜合考慮多方面的因素，從結(jié)構(gòu)計算到相關(guān)影響因素分析，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，切實保證超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量安全。