張 強(qiáng)，劉 磊

（1.錦州市建筑設(shè)計(jì)研究院，錦州 121001；2.錦州市園林管理處，錦州 121001）

1 超高層建筑的認(rèn)定

高層建筑物的普通意思是指具有較多層數(shù)、高度較高的建筑，但是具體達(dá)到何種程度算作高層，不同國家有不同的規(guī)定。

聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)事務(wù)部在1974年國際高層建筑會(huì)議將高層建筑按高度分為4類：9～16層（最高到50m）；17～25層（最高到75m）；26～40層（最高到100m）；40層以上（建筑總高100m 以上，即超高層建筑）。日本建筑大辭典將5～6層至14～15層的建筑定義為高層建筑，15層以上定義為超高層建筑。我國《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（JG 37—87）將住宅建筑依層數(shù)劃分為：1～3層為低層；4～6層為多層；7～9層為中高層；10層及以上為高層建筑。公共建筑及綜合性建筑總高度超過24m 的為高層建筑，但是高度超過24m 的單層建筑不算高層建筑，超過100m 的民用建筑為超高層建筑。

目前世界最高的高層建筑是位于迪拜的哈里發(fā)塔，169層，高828m。其后依次為臺(tái)北市的臺(tái)北101大樓，101層，508m；上海的環(huán)球金融中心，101層，492m；香港的環(huán)球貿(mào)易廣場，118層，484m；吉隆坡的佩重納斯雙子大廈，88層，452m；南京的紫峰大廈，89層，450m。

超高層建筑的建造之所以如此之快，除有的城市為有一個(gè)高大的形象建筑之外，主要還是超高層建筑能在有效面積的土地上，得以發(fā)揮最大的使用效益。盡管建造超高層建筑需要的費(fèi)用比一般高層建筑高出很多，但在我國的城市建設(shè)中，隨著日益快速發(fā)展的需要、土地使用率的提高，必然會(huì)使超高層建筑以更快的速度發(fā)展。

2 我國的高層結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展

2.1 鋼材的國產(chǎn)化

國內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制訂我國第1部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》（YB 4104—2000），比目前仍在實(shí)施的《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T 1591—94）又前進(jìn)了一步，其性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國產(chǎn)化

國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 99—98）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)論證或試驗(yàn)研究。建設(shè)部第111號(hào)令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》和建質(zhì)［2003］46號(hào)文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，對加強(qiáng)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。

2.3 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系

對于高層建筑的劃分，建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范沒有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過24m 為高層建筑，建筑總高度超過100m 為超高層建筑。

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震、防裂需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。一般分為6大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框－筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原則

3.1 選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算建立在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)之上，合理的計(jì)算簡圖是結(jié)構(gòu)安全的前提條件，若計(jì)算簡圖選擇得不合理，輕則造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)，重則產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故，因此必須根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，正確選擇計(jì)算簡圖。計(jì)算簡圖還應(yīng)依靠與之相應(yīng)的構(gòu)造措施，以使實(shí)際構(gòu)造形式盡量滿足計(jì)算假定。

3.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)受多方因素的影響，如工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)形式，荷載分布特點(diǎn)，相鄰建筑物之間的相互影響以及施工條件等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮多方面因素，充分發(fā)揮地基承載力，保證基礎(chǔ)方案的經(jīng)濟(jì)合理。對于一般建筑物，一般以地基承載力作為設(shè)計(jì)依據(jù)，對于重要性等級(jí)較高的建筑物，還應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)建立在詳盡的地勘報(bào)告基礎(chǔ)之上，且勘探點(diǎn)應(yīng)滿足相應(yīng)要求。當(dāng)?shù)乜眻?bào)告提供的地質(zhì)資料不夠詳盡時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看，并參考附近已有建筑資料，必要時(shí)還需進(jìn)行補(bǔ)充勘測。一般來說，對同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)采用同一種基礎(chǔ)類型，當(dāng)受客觀條件影響無法滿足時(shí)，應(yīng)提供可靠性計(jì)算及采取相應(yīng)的構(gòu)造及加強(qiáng)措施。

3.3 合理選擇結(jié)構(gòu)方案

一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必然涉及到結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)合理性，即結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系應(yīng)切實(shí)可行，便于實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有明確的受力構(gòu)件和合理的傳力路徑。尤其在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)平面和空間布置盡量簡單，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)應(yīng)盡量劃分為單獨(dú)的、簡單的結(jié)構(gòu)。合理的結(jié)構(gòu)方案必然是在綜合考慮工程要求、材料供應(yīng)情況、工程所處地質(zhì)條件、施工條件等因素的基礎(chǔ)上，通過與建筑、水電、暖通等專業(yè)充分溝通協(xié)商后得到的。

3.4 正確分析計(jì)算結(jié)果

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算越來越依賴計(jì)算機(jī)。但由于市場上各種計(jì)算軟件種類繁多，且各自有各自的適用范圍和條件，因此結(jié)構(gòu)工程師在選用軟件之前一定要對其進(jìn)行全面了解。對于計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，鑒于各種主客觀因素，如參數(shù)輸入錯(cuò)誤、計(jì)算假定與實(shí)際情況的差異以及軟件本身的缺陷等，結(jié)構(gòu)工程師對電算結(jié)果應(yīng)仔細(xì)分析，以做出合理的判斷。必要時(shí)還應(yīng)采用不同的計(jì)算軟件相互驗(yàn)證，而不應(yīng)不分青紅皂白盲目采用。只有這樣做，才是對結(jié)構(gòu)物負(fù)責(zé)，也是對自己負(fù)責(zé)。

3.5 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”原則，注意構(gòu)件的延性性能，加強(qiáng)薄弱部位。注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度，考慮溫度應(yīng)力的影響力。在《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中都對相應(yīng)構(gòu)造措施有明確的要求，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 水平荷載成為決定因素

一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的1次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力是與樓房高度的2次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

4.2 軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小、跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外也會(huì)對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與構(gòu)件豎向變形相對照比較，從而進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整校對。

4.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

4.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔軟一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

5 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析

5.1 結(jié)構(gòu)的超高問題

在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級(jí)高度以外，還增加了B 級(jí)高度，處理措施與設(shè)計(jì)方法都有較大改變。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略此類問題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況，對工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。

5.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題

在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。

5.3 嵌固端的設(shè)置問題

由于高層建筑一般都帶有2層或2層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。因此，在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

5.4 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

5.5 結(jié)構(gòu)材料選用

更輕、更強(qiáng)、更具有延性的材料是超高層建筑結(jié)構(gòu)材料的首選。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼材料都可作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要材料；而外墻維護(hù)多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻鋼塑復(fù)合板材等；內(nèi)部隔墻多為輕質(zhì)隔斷；樓層面常選用壓型鋼板加混凝土面層，并在裸露的鋼承重構(gòu)件表面加涂防火涂料。其實(shí)，隨著這么多年超高層建筑的蓬勃發(fā)展，中國的超高層設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)走在了世界前沿。

6 結(jié)語

在今后的工作中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性，明確自己的責(zé)任，提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問題的辨別能力，積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作逐步進(jìn)入正軌，使建筑物的設(shè)計(jì)更安全、更合理。

［1］梅洪元，付本臣.中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究［R］.高層建筑與智能建筑國際學(xué)術(shù)研討會(huì)，2002.

［2］于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其體系［J］.建筑技術(shù)，2009（6）.

［3］肖 峻.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)［J］.中化建設(shè)，2008（12）.