復雜高層、超高層建筑設計要點分析

郭洋

摘 要：隨著建筑行業的發展，建筑物向著高層以及超高層的方向不斷發展，而在結構上也不斷的復雜化，隨著高度的加大，建筑物對于抗震的技術以及設計方法要求不斷的提高。文章主要從實踐出發，對高層建筑的抗震結構設計方法進行分析，同時對影響高層以及超高層建筑的結構設計因素進行了探討。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；抗震

1 實際問題

經濟發展帶動各行各業的發展，建筑技術發展也成了社會發展的必然要求，隨著城市的發展，土地的應用不斷的加大，可用土地面積的縮小使得人們不得不提高建筑的層數以適應更高的建筑使用需求，高層以及超高層建筑成為了當代建筑發展的主要潮流，并且隨著高度的增加，建筑的結構復雜性也不斷加大，因此在建設的經濟性以及安全性上的設計難度上也不斷加大。結合實踐經驗以及結構設計的具體要求，高層以及超高層建筑的安全性工作還有著很大的不足，現代建筑工作者要對建筑的合理性以及準確性充分的予以保證。文章就該類問題結合目前我國高層以及超高層建筑的實際經驗進行了簡要的論述。

2 抗震目標設計

不斷增加的高層以及超高層建筑在抗震性能上也有著新型的要求標準，首先基于高層以及超高層復雜建筑的性態抗震設計具有重要的意義。在傳統的抗震目標中，主要遵循小型地震保證建筑不損壞，中型地震保證建筑可維修，大型地震則保證建筑不倒塌的三重原則，但是針對目前的高層以及超高層建筑而言，該類原則顯然不適用，因此在抗震目標的設置上一定要有所突破才能適應新型建筑的需求，主要可以通過以下兩個層面進行考慮：

2.1 使用水準

地震重現期為50a的地震，對建筑物的損傷能夠忽略不計，但是針對其結構設計，應當要求建筑處于基本的彈性反應狀態。

2.2 倒塌水準

當地震在重現期發生接近2500a水準的地震，要對地震的最大值進行預計，并對建筑物進行遇襲條件演示，用以防止倒塌。在倒塌水準中應當注意以下幾點：

（1）這對高層建筑以及超高層建筑的延性結構構件，應當規定非彈性形變低于構件的彈性變形能力。

（2）針對高層以及超高層建筑構件中一些非延性部件，對其破壞模式應力需求，應當強于相關技術規定的要求。

（3）針對復雜建筑設計或者超高建筑設計，對于建筑物控制構件，應當保證其具有中等地震抗性作用，即便在該類環境下仍能夠保持相當的彈性。

3 設計分析

3.1 概念設計的重要性

對建筑中的實踐經驗進行總結，復雜高層建筑或者是超高層建筑，應當保證其概念設計上具有合理性，從設計理念上進行重視，具體可以從下述內容考量：

（1）保證建筑結構的規則性，同時盡量從均勻性上提高建筑穩定性；

（2）保證建筑結構能夠清晰有效的傳遞應力，尤其是豎向結構，對于側力的傳遞途徑要保證順暢連續；

（3）針對具有復雜結構的高層建筑以及超高層建筑從結構上要保證具有整體高水平；

（4）充分考量節能問題，從結構上降低能耗，在保證結構穩定安全的基礎上建立合理的節能機制；

（5）建筑結構的整體受力也是建筑設計要求的內容之一，因此應當充分從材料的使用以及技術的應用方面提高其受力結構的整體水平。而該過程必須協調好工程師以及技術操作人員之間的交流協作，只有保證溝通良好才能完美達成設計要求目標。

3.2 建筑結構中抗側力體系選擇

現代高層以及超高層建筑的安全性可靠性保證通常會受到結構的抗側力體系影響，合理的抗側力體系能夠保證其安全性。因此在對建筑結構的抗側力系統選擇時應當注意：

（1）建筑的實高是結構體系選擇的主要影響因素，通過結合實踐可以總結如下規律：對于建筑高度同結構的抗側力體系選擇，當建筑物高度小于100米時，通常采用框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構作為抗側力體系；當建筑物高于100米低于200米時，通常采用剪力墻結構、框架-核心筒結構作為抗側力體系；而當建筑物高度在200-300米之間時，通常采用框架-核心筒結構、框架-核心筒-伸臂結構作為建筑物的抗側力體系；建筑物高度在300米-400米之間時，框架-核心筒-伸臂結構以及筒中筒結構是常見的抗側力體系；而建筑高度高于400米低于600米時常用的結構抗側力系統為，筒中筒-伸臂結構，巨型框架/桁架/斜撐結構、組合體結構。

（2）在建筑的設計上，應盡可能地確保結構抗側力構件相互聯結、組合為一個整體。

（3）對于建筑中采用了多重抗側力結構體系的具體實際情況時，應綜合分析每種結構體系在建筑設計中的效用，對各自的貢獻度有合理的估計和評判。

3.3 注重抗震設計

在滿足建筑的功能性的基礎上，抗震設計是高層和超高層建筑的設計重點，這是確保建筑安全性最為關鍵的一環，應重點從以下幾點著手：

（1）在高層建筑的抗震方案設計中，建筑結構的材料選擇也非常重要。

（2）促進地震發生時能量的輸入能有效地減少。實踐證實，應做好以下幾個方面：一是，在對建筑構件的承載力進行驗收的同時應對建筑結構在地震作用下的層間位移限值實施有效的控制。二是，具體的高層建筑工程項目設計時，我們應該采用積極的、基于位移的結構抗震方法，對設計方案進行定量的分析，確保結構的變形彈性可以滿足地震的預期要求。三是，應綜合分析建筑構件的變形和建筑結構的位移兩者之間精確的關系，有效地確定構件的變形值。四是，結合建筑物的實際如建筑界面的應變分布及其大小來對建筑構件的構造需求進行有針對性的設計。五是，選擇堅固的場地，實施建筑施工，亦是有效減少地震發生作用時能量的輸入的另一個方面。

（3）通過大量的實踐證明以及理論研究，針對現代的大型高層建筑，即便是其不具有很大的承載力，但是若是其具有較高的延性，那么即便是發生地震，也不會發生倒塌，因為地震中延性結構能夠充分的吸收振動帶來的能量，這樣建筑物在地震環境中也能夠保證形變程度在建筑結構承受范圍之內。通過大量的實踐活動證明，能夠證明延性結構在抗性效果上作用明顯，能夠消除大量地震帶來的不利影響，從而使得地震反應得以有效的減輕，促使地震給高層建筑帶來的破壞被有效地減弱，避免重大損失的發生。

（4）設計的質量和方法決定著抗震效果的高低，因此，高層建筑抗震設計的結構體系必須得到足夠的重視。從國內外高層建筑結構的設計體系上來看，主要有如下3種：“框筒結構”、“筒中筒結構”和“鋼-混凝土混合結構”。

4 結束語

建筑的結構體系穩定是保證建筑安全的基礎，因此在建筑體系設計中就應當充分考量建筑物的抗側力性。概念設計在高層和超高層設計中舉足輕重，概念設計的合理性是高層設計好壞的決定性因素。從結構體系選擇以及材料應用上對結構體系的穩定性、安全性以及可靠性充分保障，以適應新時期高層以及超高層建筑的應用需求，不但滿足人們的使用功能要求，同時在外觀以及安全性上也滿足現代社會不斷發展的要求。

參考文獻

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