超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題探討

寧海永

（華紡房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100006）

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)超高層建筑的整體質(zhì)量起到了至關(guān)重要的影響，需要提高對(duì)這一方面的重視性，不斷改進(jìn)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供更加可靠的依據(jù)。通過(guò)深入分析超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，其中存在的關(guān)鍵性問(wèn)題包括超高問(wèn)題、扭轉(zhuǎn)問(wèn)題、受力性能的問(wèn)題以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題等，需要充分了解這些問(wèn)題，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)超高層建筑工程的順利開(kāi)展。

1 超高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及體系類(lèi)型分析

1.1 超高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

與普通的高層建筑相比，超高層建筑的高度更高，要想保證超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，要求設(shè)計(jì)人員充分考慮建筑物的穩(wěn)定性、抗震能力和承載能力，確保建筑能夠承受豎直方向和水平方向的荷載。作為建筑設(shè)計(jì)的實(shí)施者，設(shè)計(jì)人員需要掌握超高層建筑的高度，對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理選擇，還要考慮荷載的傳遞路徑，對(duì)地震產(chǎn)生的荷載進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，防止在超高層建筑的使用過(guò)程中出現(xiàn)坍塌、扭曲、扭轉(zhuǎn)等狀況。

1.2 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型

隨著建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，超高層建筑結(jié)構(gòu)的類(lèi)型不斷增多，其中比較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型包括剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等，需要對(duì)其進(jìn)行充分了解，根據(jù)工程情況對(duì)其進(jìn)行合理選擇。

（1）剪力墻結(jié)構(gòu)。作為一種常用的建筑結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成需要使用鋼筋混凝土板，這一結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出較強(qiáng)的抗風(fēng)能力、抗震能力和抗側(cè)剛度，可以保證建筑整體的承載性能，解決建筑中存在的側(cè)移、變形等問(wèn)題，還可以改善建筑外表的美觀性（見(jiàn)圖1）。雖然在超高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越加廣泛，但是，該結(jié)構(gòu)的維護(hù)和拆除存在較大的難度，難以形成大的建筑利用空間。

圖1

（2）框架結(jié)構(gòu)。作為一種傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的建造需要充分利用梁柱，既能夠承受水平方向的荷載，也能夠承受垂直方向的荷載，整個(gè)施工過(guò)程體現(xiàn)出建筑空間大、布置靈活、立面處理方便等優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖2）。但是，結(jié)構(gòu)的側(cè)移問(wèn)題較常見(jiàn)，其橫向剛度難以達(dá)到要求，使得建筑整體的質(zhì)量無(wú)法得到保障。

圖2

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。與上述兩種建筑結(jié)構(gòu)相比，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合型的結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備了剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足超高層建筑的需求，確保建筑整體的穩(wěn)定性、抗震能力及承載能力。但是，在應(yīng)用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須做到合理設(shè)置剪力墻的數(shù)量，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低施工成本。隨著剪力墻的數(shù)量增多，工程施工的成本也將更多，反之，則會(huì)影響建筑整體的質(zhì)量，加大建筑變形的發(fā)生率。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題及對(duì)策分析

2.1 超高問(wèn)題

作為超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一種常見(jiàn)的問(wèn)題，超高問(wèn)題經(jīng)常被忽略，這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)圖的內(nèi)容比較復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)需要修改的地方，設(shè)計(jì)人員將工作重心放在設(shè)計(jì)圖的修改上，對(duì)超高問(wèn)題投入的時(shí)間和精力有限，不能及時(shí)解決這一問(wèn)題。為解決超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超高問(wèn)題，我國(guó)作出了一些明確的規(guī)定，而設(shè)計(jì)人員已經(jīng)修改超高層建筑結(jié)構(gòu)體系，那么在建筑物的超高問(wèn)題方面就存在重視性不足的現(xiàn)象，使得經(jīng)過(guò)修改后的設(shè)計(jì)圖依舊無(wú)法達(dá)到要求，不能得到審核人員的批準(zhǔn)?；谶@一情況，要求設(shè)計(jì)人員在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)保持嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作態(tài)度，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)圖的制定，整個(gè)過(guò)程必須考慮超高層建筑的超高問(wèn)題，從而提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，確保工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使工程項(xiàng)目的建設(shè)活動(dòng)得以順利開(kāi)展。

2.2 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

扭轉(zhuǎn)問(wèn)題是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較常見(jiàn)的一種問(wèn)題，若無(wú)法及時(shí)處理這一問(wèn)題，那么整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)也將受到影響。為保證超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需要重視建筑的幾何中心、建筑的剛度中心以及建筑的結(jié)構(gòu)中心這三個(gè)部分的重合，否則，很容易出現(xiàn)壓力方面的問(wèn)題，最終造成扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。在超高層建筑發(fā)生扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的時(shí)候，構(gòu)件面臨著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生脆性破壞的情況，這就需要采取合理的措施對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化，確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭剛度。具體來(lái)講，可以對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)的平面達(dá)到比較規(guī)則的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)建筑的重心與剛度中心的有效重合，使結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距得到控制。將抗側(cè)力構(gòu)件布置在建筑四周，可以對(duì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行改善。同時(shí)，需要認(rèn)識(shí)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)無(wú)法依靠單純?cè)黾訕?gòu)件剛度和截面的方式進(jìn)行改善，在構(gòu)件受到地震作用就會(huì)進(jìn)入非彈性的狀態(tài)，若是構(gòu)件受到的地震剪力過(guò)大，則構(gòu)件面臨著脆性破壞的風(fēng)險(xiǎn)。若是構(gòu)件處在扭轉(zhuǎn)位移較大的地方，可以采用混合結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行工程建設(shè)，以此改善構(gòu)件的延性，使建筑的結(jié)構(gòu)安全得到保障。

2.3 受力性能問(wèn)題

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要充分考慮建筑整體的受力性能，若是建筑結(jié)構(gòu)的受力性能無(wú)法達(dá)到要求，勢(shì)必會(huì)影響建筑使用的安全，也會(huì)帶來(lái)較大的建筑維修成本。在超高層建筑的受力性能不過(guò)關(guān)的情況下，環(huán)境因素對(duì)建筑安全的影響較大，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的建筑破損問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)建筑物的受力性能及其向下作用力進(jìn)行充分考慮，不斷優(yōu)化原本的設(shè)計(jì)方案，對(duì)超高層建筑存在的受力問(wèn)題進(jìn)行處理，使建筑質(zhì)量得到保障。同時(shí)，需要準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)超高層建筑的承重墻及承重柱子，對(duì)平面設(shè)計(jì)圖的內(nèi)容進(jìn)行分析，確保建筑的承重分布合理，提高建筑自身的安全性。在分析超高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，可以采用計(jì)算簡(jiǎn)圖完成這一工作，選擇空間分析法對(duì)建筑整體進(jìn)行分析，還可以選擇不同的力學(xué)模型通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行復(fù)核，使建筑物的受力性能問(wèn)題得到切實(shí)解決。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直接影響著超高層建筑的使用質(zhì)量，需要提高基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免后續(xù)的建筑施工受到影響。為解決超高層建筑使用中的傾斜問(wèn)題，需要提高對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重視程度，做到合理設(shè)計(jì)建筑物埋入地下的深度，確保基礎(chǔ)設(shè)計(jì)符合工程的實(shí)際情況。對(duì)于超高層建筑中基礎(chǔ)的埋深設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)人員充分考慮建筑的荷載分布、結(jié)構(gòu)高度、地質(zhì)條件等情況，選出最合理、最經(jīng)濟(jì)的方案。同時(shí)，一般在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常選擇多層地下室，必須保證基礎(chǔ)嵌固端的剛度達(dá)到要求，防止地基基礎(chǔ)發(fā)生位移的狀況，從而保證建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的復(fù)雜性，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)各方面的因素進(jìn)行充分考慮，科學(xué)處理設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，尤其要做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題，從而提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，為超高層建筑工程的開(kāi)展打下良好基礎(chǔ)。