【摘要】如今，我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，我國超高層建筑物數(shù)量不斷增加，甚至往往作為一座城市地標(biāo)性建筑物存在。然而，相比一般建筑物來說，超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為困難與復(fù)雜，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)以及實(shí)用性問題，都需要設(shè)計人員格外關(guān)注。市場經(jīng)濟(jì)背景下，超高層建筑物設(shè)計經(jīng)濟(jì)性問題愈發(fā)關(guān)鍵。為此，本文簡要分析了超高層建筑物的基本概念與特點(diǎn)，同時詳細(xì)分析了超高層建筑物設(shè)計經(jīng)濟(jì)性的主要影響因素，并從層間位移角、超高層基礎(chǔ)設(shè)計等方面討論如何保障超高層建筑物設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，以期為超高層建筑物設(shè)計人員提供相應(yīng)的參考。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑物;結(jié)構(gòu)設(shè)計;經(jīng)濟(jì)性

如今，我國建筑物數(shù)量不斷增加，超高層建筑物數(shù)量也相應(yīng)增加，作為城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的標(biāo)志而存在，逐漸得到社會各界的認(rèn)可。就目前而言，我國已然是目前全球超高層建筑物發(fā)展速度最快的國家，且這種發(fā)展速度依舊在保持。超高層建筑物具有面積大以及施工周期長的特征，建造需要耗損大量的人力、物力以及財力，所以需要在保證建筑物安全的情況下，盡可能降低其投入成本，以保證其經(jīng)濟(jì)性。故而，提高超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，不管是對節(jié)省建造成本，還是促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展，都至關(guān)重要。

1、超高層建筑物及其特點(diǎn)

1.1超高層建筑物基礎(chǔ)概述

超高層建筑物代指建筑物樓層數(shù)不少于40或是建筑物高度不小于100m的建筑物?；谖覈?jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，我國高度不低于100m的建筑物數(shù)量不斷增加。世界超高層建筑物建筑學(xué)會再次修改了評估標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為高度不少于300m的建筑物即為超高層建筑物。超高層建筑物普遍具有建造周期較長，需要投入大量資金的特征，而超高層建筑物也普遍是國家或是地區(qū)的標(biāo)志性建筑物。

1.2超高層建筑物的結(jié)構(gòu)特征

超高層建筑設(shè)計角度而言，需要同時照顧高層建筑物的水平位移狀況以及高層在垂直方向產(chǎn)生的垂直荷載力。于實(shí)際超高層設(shè)計期間，因?yàn)橥饬Φ挠绊?，水平荷載屬于超高層建筑物設(shè)計期間必須考量的內(nèi)容，針對超高層建筑物開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要優(yōu)先確認(rèn)超高層建筑物的承載范圍，將其限制在一定數(shù)值區(qū)間之中。超高層建筑物設(shè)計之中，設(shè)計的重點(diǎn)便是針對建筑物結(jié)構(gòu)的抗壓設(shè)計以及核算。

2、超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計影響因素

2.1結(jié)構(gòu)整體合理性

所有建筑形式都需要借由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計以落實(shí)，結(jié)構(gòu)的合理性便顯得尤為重要。一方面，需要保障結(jié)構(gòu)的安全性的，另一方面，也是確保受力的科學(xué)性以及合理性，保證受力傳輸?shù)暮啙崱⒃靸r的節(jié)約。結(jié)構(gòu)的科學(xué)性表現(xiàn)在建筑物的內(nèi)在美，結(jié)構(gòu)受力的合理性是同建筑外形美之間形成統(tǒng)一的。出于對結(jié)構(gòu)以及建筑形式之間關(guān)系的考量，需要根據(jù)科學(xué)的傳力系統(tǒng)以及受力方法，受力以及傳力的科學(xué)性從某種程度而言主要受到設(shè)計人員針對結(jié)構(gòu)受力狀況的認(rèn)識。設(shè)計人員對建筑結(jié)構(gòu)之中各個局部系統(tǒng)受力狀況包含荷載特征、受力性質(zhì)以及大小等，都需要有明確的概念以及全方位的認(rèn)識與了解。

2.2結(jié)構(gòu)材料

判別結(jié)構(gòu)所使用材料是否具有經(jīng)濟(jì)性，不可僅將鋼結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)造價進(jìn)行對比，還需要充分考量全部可能干預(yù)造價的因素。就超高層建筑物總體造價而言，結(jié)構(gòu)材料投入的成本在總造價中成本占比可達(dá)到50%上下，而剩余的50%則是施工現(xiàn)場安裝所需要投入的勞動力以及設(shè)施的間接性的費(fèi)用。故而，結(jié)構(gòu)材料挑選過程中，不僅需要考慮如何節(jié)約材料使用量，同時還需要充分考量結(jié)構(gòu)材料的施工特征、單價浮動情況以及材料本身質(zhì)量是否滿足施工實(shí)際要求。

3、保障超高層建筑物經(jīng)濟(jì)性的具體方案

3.1層間位移角

通常情況下，規(guī)范普遍是借由限制高層建筑物的層間位移角以確保超高層建筑物結(jié)構(gòu)能夠呈彈性受力狀態(tài)，而關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計的重點(diǎn)是規(guī)避柱體或是墻體產(chǎn)生裂縫，并保證填充墻、隔墻以及幕墻等非結(jié)構(gòu)性的構(gòu)件不會受損。層間位移角一般可以劃分為如下兩個不同的情況，一種情況是因?yàn)楸緦訕?gòu)建出現(xiàn)變形而引發(fā)的，可能在構(gòu)件內(nèi)部的形成內(nèi)力，并引起一定的破壞，即稱之為有害的位移。另外一種情況是因?yàn)橄虏繕菍觿傮w出現(xiàn)轉(zhuǎn)動而引發(fā)的，該類型位移屬于無害位移，即構(gòu)建之中無內(nèi)力形成，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭受破壞。針對超高層建筑物，其變形的方式一般以彎剪型以及彎曲型為主，最為明顯的層間位移角普遍產(chǎn)生在建筑物的中部或是上部。上述的樓層的層間位移角一般以無害位移為主，且伴隨高度增加而迅速增加。此時，若運(yùn)用層間位移角評估結(jié)構(gòu)是否呈彈性狀態(tài)必然是不科學(xué)的，若繼續(xù)運(yùn)用相對嚴(yán)格的層間位移指標(biāo)則缺乏科學(xué)性。如此，最為計算的結(jié)果是增加超高層建筑物抗側(cè)力構(gòu)件橫截面面積，也增加了材料的用量，不僅導(dǎo)致許多材料浪費(fèi)，同時也使得結(jié)構(gòu)承受的地震力增加，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震能力減弱。

3.2外框剪力比值

目前規(guī)范基于數(shù)道放線概念設(shè)計需求，將核心筒以及剪力墻視為超高層建筑物的首道防線，若遇到罕見的地震，建筑物外框首先被破壞。但是，因?yàn)樗苄詢?nèi)力的再次分布，外框部分依照抗側(cè)剛度配置得的剪力會較多遇地震增加，為了確保安全性，外框作為第二道防線，需要具有優(yōu)秀的抗側(cè)能力，因此樓層的框架承載的基地剪力比值應(yīng)高于10%。然而針對超高層建筑結(jié)構(gòu)來說，有關(guān)振動臺試驗(yàn)以及彈塑性分析結(jié)果均證明，超高層建筑物結(jié)構(gòu)受損，一般是因?yàn)閮A覆力矩導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底部的外部框架柱以及核心筒角部受損，且結(jié)構(gòu)頂部核心筒也會受到一定程度的損壞，而非剪力墻底部因?yàn)榧羟卸艿綋p壞。

就當(dāng)下運(yùn)用相對頻繁的大規(guī)?？蚣堋诵耐病毂坭旒芙Y(jié)構(gòu)而言，框架負(fù)責(zé)承載10%地震基地剪力是不現(xiàn)實(shí)的。即便外部框架所承載的剪力從5%增加至10%，也無法完全達(dá)到第二道防線所需要的效果，原因在于結(jié)構(gòu)二道防線考量的核心在于承載力問題，并非剛度需要。

3.3超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計

超高層建筑之中最為關(guān)鍵的便是基礎(chǔ)設(shè)計，建筑物所承載的不同荷載都必須經(jīng)過基礎(chǔ)傳輸至地下。超高層建筑最為顯著的特征便是層數(shù)較多，上部的結(jié)構(gòu)荷載力較高且具有集中的特征，所以相應(yīng)的基礎(chǔ)埋深數(shù)值較高。開展基礎(chǔ)設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)確保埋深符合基地穩(wěn)固以及變形的實(shí)際需要，以免之后建筑物產(chǎn)生傾斜的問題。超高層建筑物的基礎(chǔ)普遍運(yùn)用樁形、筏型號等，其選型設(shè)計必須結(jié)合工程的地質(zhì)環(huán)境、施工環(huán)境以及建筑物上部情況等。

結(jié)語：

超高層建筑設(shè)計直接關(guān)系工程質(zhì)量，所以設(shè)計質(zhì)量至關(guān)重要，合理的設(shè)計不僅可以保證工程施工質(zhì)量，也可節(jié)省施工所需要投入的成本。作為設(shè)計人員，需要明確影響設(shè)計質(zhì)量的主要因素，同時通過對層間位移角以及外框剪力比值合理設(shè)計，在符合安全性的基礎(chǔ)上，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

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作者簡介：

蔡周卿（360732198408316410），1984年08月31日出生，性別：男，畢業(yè)學(xué)校：九江學(xué)院，職稱：中級工程師，研究方向：工程結(jié)構(gòu).