許強

【摘 要】近些年在城市發(fā)展的推動之下，我國的超高層建筑數(shù)量逐漸增多，為了保證其質(zhì)量，需要做好每一項工作，基于此，本文筆者從實際出發(fā)分析了超高層建筑之中如何做好建筑結(jié)構(gòu)設計。

【關鍵詞】超高層；建筑結(jié)構(gòu)；設計

引言

隨著世界經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展，世界人口不斷增加，綜合界范圍內(nèi)，對超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系研究逐漸發(fā)展，其結(jié)構(gòu)設計又平不斷提高，而這也間接的促進和推動了高層與超高層建筑的迅速發(fā)展。

高層和超高層建筑愈發(fā)成為一個國家或者是城市的發(fā)展標志，越來越多的超高層建筑出現(xiàn)在人們的生活中，從某種程度上來講，建筑物不斷增加的層數(shù)已經(jīng)成為國家或者是城市經(jīng)濟實力和水平的象征。最初在高層與超高層建筑的設計之中，鋼筋棍凝土結(jié)構(gòu)是最為常見和主要的結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)體系自身的負重較大，而且其體積也相對較為龐大，這就極大的限制了超高層建筑功能的有效發(fā)揮。

1、超高層建筑在中國的發(fā)展

根據(jù)CTBUH的定義，建筑高度超過300米的建筑被稱為超高層建筑。近些年隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，超高層建筑在全球范圍內(nèi)得到了空前的發(fā)展，尤其是在中國。[2]截止到2014年初，全球已建成的超高層建筑為79幢，中國建成了25幢，占全球總數(shù)的32%。同樣截止到2014年初，全球在建高度超過300米的前100幢超高層建筑中，中國有62幢，占全球總數(shù)的62%。此外根據(jù)CTBUH的統(tǒng)計，截止到2013年9月，全球最高10幢建筑中有5幢在中國?？梢钥吹街袊呀?jīng)成為當今世界超高層建筑發(fā)展最快的地區(qū)，而且這種高速發(fā)展的趨勢仍在持續(xù)。由于超高層建筑面積大，施工周期長，需要消耗巨大的人力、物力與財力，因此提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)濟性無論是從降低建筑造價還社會的可持續(xù)發(fā)展都是非常重要與必要的。本文將從結(jié)構(gòu)設計的角度，對影響超高層經(jīng)濟性的主要因素及相關問題進行探討。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則

2.1、選用適當?shù)挠嬎愫唸D

計算簡圖是進行結(jié)構(gòu)計算的重要基礎，為確保結(jié)構(gòu)安全必須要制定合理的計算簡圖，一旦計算簡圖選用不科學，那么必然會導致結(jié)構(gòu)設計不經(jīng)濟的現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴重時甚至會導致安全事故的發(fā)生，正因如此必須要緊密結(jié)合結(jié)構(gòu)形式合理的選擇計算簡圖。除此之外，計算簡圖還應該要同構(gòu)造措施相適應，盡量使實際構(gòu)造形式滿足計算值。

2.2、選擇合適的基礎方案

在結(jié)構(gòu)基礎設計中由于受到各方面因素的影響，如工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式、荷載分布、施工條件等都會對結(jié)構(gòu)基礎設計造成影響。因此在結(jié)構(gòu)基礎的設計時必須要對各方面因素進行綜合考慮，充分發(fā)揮出地基承載力優(yōu)勢，確?；A方案的經(jīng)濟合理性。就一般建筑物而言，在結(jié)構(gòu)基礎設計上是主要以地基承載力作為設計依據(jù)，而對于超高層建筑，還應該對地基變形情況進行核算。其次，在基礎設計上要盡量滿足地質(zhì)勘探報告、勘探點要求，如果地質(zhì)勘探報告所提供的資料不夠詳細，設計人員應深入現(xiàn)場濕地考察，情況較為特殊時還可以進行補充勘查。一般情況下對于同一結(jié)構(gòu)單元的設計上只參考一類基礎即可，但是如果客觀條件的影響無法排除，那么就需要采取相應措施加強構(gòu)造。

2.3、合理選擇結(jié)構(gòu)方案

眾所周知，只有合理的結(jié)構(gòu)設計才能夠確保結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟型、科學合理性。具體來說就以最低的經(jīng)濟成本實施可行的結(jié)構(gòu)體系，但在結(jié)構(gòu)上要有明確的傳力路徑及受力構(gòu)件。特別是在對超高層建筑進行結(jié)構(gòu)抗震設計時，要盡量保證平面結(jié)構(gòu)及空間布置上的簡約，即在結(jié)構(gòu)布置較為復雜時應盡量將其細分為簡單、單獨的結(jié)構(gòu)。其次，考慮到在實際的工程設計要求、材料選用及供應、施工條件、工程地質(zhì)條件等方面要求，在結(jié)構(gòu)方案的選用上要盡量綜合考慮這類問題。

3、超高層建筑建筑結(jié)構(gòu)設計的相關問題分析

3.1、扭轉(zhuǎn)問題

超高層建筑結(jié)構(gòu)設計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)問題主要就是在進行結(jié)構(gòu)設計時，沒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)設計中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)問題，結(jié)構(gòu)設計人員在進行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設計時，應該選用合理的平面布局圖，從而保證超高層建筑物的三個核心能夠重合。

3.2、受力性能的問題

對于超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設計方案，建筑師在最初進行結(jié)構(gòu)設計時，一般很少考慮超高層建筑的具體結(jié)構(gòu)特征，而過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)設計的受力性能存在一定的問題。因此，在進行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設計時，應該明確所選擇結(jié)構(gòu)體系中向下作用力和地基承載力之間的關系。同時，在進行超高層建筑物結(jié)構(gòu)設計方案選擇階段時，還需要對超高層建筑的主要承重部位的布局和數(shù)量進行總體設計。

3.3、加強層設計

在框架一核心筒結(jié)構(gòu)中，腰析架的設置使各框架柱承受的軸力趨于均勻，還可以減小框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應，因此也可以達到提高外框架抗傾覆力矩的能力以及減小側(cè)移的作用。伸臂析架只與一根外框柱相連接，而腰析架可將伸臂析架產(chǎn)生的軸力分散到其他外框柱，使較多外框柱共同承受軸力，因此伸臂析架一般與腰析架結(jié)合設置。結(jié)合建筑避難層及設備層的布置，在22層僅設置腰析架，在37層同時設置腰析架及伸臂析架；伸臂析架的上下弦桿貫通墻體布置，以保證桿件內(nèi)力在核心筒墻體內(nèi)的可靠傳遞；伸臂析架的弦桿和墻采用剛接、弦桿和柱采用鉸接、腹桿采用鉸接；腰析架的弦桿和柱采用剛接、腹桿采用鉸接。

3.4、結(jié)構(gòu)材料選用

超高層建筑不同于一般建筑物，在結(jié)構(gòu)材料的選用上必須要緊密結(jié)合以下三點：輕便、穩(wěn)固、延性。鋼筋混凝土、純鋼材料都可以作為超高層從建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建的主要使用材料；而在外墻維護上應該盡量多選用復合板材，如玻璃幕墻、鋁合金幕墻等。其次，在樓層面的選用上最好以鋼板、混凝土面層為主，必要時還應該在承重結(jié)構(gòu)表面噴涂防火材料。

3.5、基礎設計

基礎設計是超高層建筑物結(jié)構(gòu)設計的一個最為重要的設計，同時基礎設計對超高層建筑物結(jié)構(gòu)整體設計具有非常重大的影響。因此，超高層建筑結(jié)構(gòu)基礎設計時，應該保證超高層建筑的埋置深度必須滿足基地變形和穩(wěn)定的相關要求，從而減少超高層建筑物出現(xiàn)傾斜等問題。對于樁基的采用，其埋置的深度也應該按照相關的設計要求進行，使得超高層建筑一般都適合設置地下室結(jié)構(gòu)。由于人工挖孔樁具有承載能力大和施工工藝簡單等優(yōu)點，目前在貴州市的超高層建筑施工中被廣泛采用。在基礎設計前，應該提前在超高泥巖承載力不高層建筑物的附近設置地下連續(xù)墻作為擋土支護，同時，針對超高層建筑施工場地的問題，基礎設計時超高層建筑的樓層中心范圍應該采用深埋的方法，使得超高層建筑物的中筒和相鄰的墻體直伸到基礎內(nèi)，至于一些外墻等結(jié)構(gòu)應該采用人工挖孔樁。

4、結(jié)語

近年來我國社會經(jīng)濟迅速發(fā)展，建筑技術水平日益提升，我國的超高層建筑結(jié)構(gòu)設計技術位于世界前列。但不可忽視的是，超高層建筑結(jié)構(gòu)設計中仍然存在較多的問題，總而言之，超高成建筑結(jié)構(gòu)設計關系到建筑工程項目的質(zhì)量，因此對于結(jié)構(gòu)設計工作必須要引起結(jié)構(gòu)工程師及工程設計人員的高度重視。

參考文獻：

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[4]董蘇媛.高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設計[J].中華民居（下旬刊），2014，02：43-44.