淺談超高層建筑的結構設計的要點及問題分析

鄧文影

摘要：目前，隨著我國經濟社會的飛速發展，在城市建設當中超高層建筑越來越受到社會各界的關注。如何保障超高層建筑的結構設計的安全性、科學性和合理性成為當前我們需要認真探索的問題。本文主要從超高層建筑與普通高層建筑結構設計的對比出發，闡述了超高層建筑的結構設計特點以及相關要點，最后對超高層建筑結構設計需要注意的問題進行了探究。

關鍵詞：超高層建筑；結構設計；要點分析

一、超高層建筑與高層建筑結構設計的對比

1、從房屋高度上，超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米甚至上千米的設想，而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。

2、超高層建筑由于消防的要求，須設置避難層；由于機電設備使用的要求，還需要設置設備層，而對于這些安放有設備的樓層設計除考慮實際的荷載之外，更需考慮設備的振動對相鄰樓層使用的影響，為提高結構的整體剛度，可用來設置結構加強層。這與一般高層建筑設計是不相同的。

3、超高層建筑的結構類型選擇上相對要廣，除鋼筋混凝土結構外，還有全鋼結構和混合結構。而一般高層建筑結構除了特殊條件需要者外，多為鋼筋混凝土結構。

4、超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對于矩形平面其長寬比也是在2以內，尤其抗震設防的高烈度地區更應采用規則對稱平面。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。

5、超高層建筑的基礎形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為框架-核心筒或筒中筒，基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。另外，超高層建筑基本不采用復合地基，而一般高層建筑則有采用。

二、超高層建筑的結構設計要點

1、重力荷載增大，控制建筑物的水平位移成為主要矛盾。由于超高層建筑相對于其他類型的建筑具有不同的特性，使得其建筑結構的設計也具有自身的一些特點。首先，超高層建筑高度較高，隨著建筑物的高度不斷上升，其重力荷載也呈直線上升的趨勢，作用在豎向構件柱以及墻上的軸壓力也隨之增加。其次，超高層建筑的高度較高，使得風作用效應加大；而風力的加大也就使得合力作用點的位置變高，從而使其對于建筑物產生的作用效應也就變得更大。最后，超高層建筑的高度過高使得其自身的重心位置也相應的被升高，建筑的結構自重也相應的加大，此時在地震作用下就將導致薄弱部位加速破壞。

2、豎向構件產生的縮短變形差對結構內力的影響增大。通常情況下，受力變形都會在瞬時間完成，并且變形量能夠根據胡克定律進行大致的測量。而干縮變形所需要的時間則相對較長，通過相關的統計數據對比可以發現，在一般條件下干縮變形量大致占總壓縮量的三分之一左右。而耗時最長的就是徐變變形量，線性徐變能夠通過公式進行相應的計算。而受到構件的總壓縮量隨著高度的不斷上升而增大的影響，使得在超高層建筑中豎向構件產生的縮短變形差對于結構內力的影響也逐漸變大。

3、傾覆力矩增大，整體穩定性要求提高。超高層建筑由于在建設的過程中，高度不斷上升使得側向風力引起的傾覆力矩也會不斷增加，隨之而來的是抗傾覆力的要求也隨之升高。許多具體的工程施工中都會采用增加基礎埋深以及加大基礎寬度或者是采取抗拔樁基等手段來達到保證整體穩定性的需求，來強化整體的穩定性。

4、防火防災的重要性顯現，建筑物的重要性等級升高。超高層建筑的結構設計時應當著重考慮防火防災的功效，凸顯出防火放防災的重要作用。且由于高層建筑與地面之間的空間距離較大，給救援工作帶來了困難。為此，在進行超高層結構的設計時務必要強化結構設計的可靠性，強化建筑的整體性能質量。

5、控制風振加速度符合人體舒適度要求。通常，風力的作用效果會隨著高度的升高而加強，在超高層建筑中風力的作用效果尤為明顯。但風振作用過于顯著會影響到人們的舒適度，不利于人們的工作和生活，因此如何處理好風振及速度與人體舒適度之間的平衡成為了超高層建筑結構設計的重要問題。為此，必須控制好頂層的最大加速度，使其滿足規定的限值。與此同時，鑒于超高層建筑的高度較大，使得垂直于圍護結構表面上的風載標準也迅速增大，所以圍護結構必須進行抗風設計。

三、超高層建筑結構設計需要注意的問題

1、扭轉問題。超高層建筑結構設計的核心是剛度的中心、幾何形心和結構重心，然而，超高層建筑物結構的扭轉問題主要就是在進行結構設計時，沒有將超高層建筑物剛度的中心、幾何形心和結構重心進行重合，使得超高層建筑在水平壓力下出現扭轉的現象。為了更好地解決超高層建筑物結構設計中出現的扭轉問題，結構設計人員在進行超高層建筑物的結構設計時，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。

2、受力性能的問題。對于超高層建筑物的結構設計方案，建筑師在最初進行結構設計時，一般很少考慮超高層建筑的具體結構特征，而過多考慮的是超高層建筑物的空間結構，從而使得超高層建筑物結構設計的受力性能存在一定的問題。因此，在進行設計時，應該明確所選擇結構體系中向下作用力和地基承載力之間的關系。同時，在結構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量進行總體設計。

3、超高問題。由于我國對超高層建筑的抗震能力具有相關的要求，使得我國超高層建筑物的結構高度也具有嚴格的規定。因此，需要對超高層建筑物的結構設計方案重新進行設計和審核，以解決超高層建筑物結構設計中的超高問題。

4、嵌固端的設置問題。我國很多超高層建筑物結構設計都會配置兩層以上地下室，使得超高層建筑物的嵌固端一般都設置在地下室頂板的位置。從而使得在進行超高層建筑物的施工過程中，會由于嵌固端的設置問題而經常進行設計方案的修改，進而給超高層建筑物埋下了安全隱患。

四、結語

總之，超高層建筑的結構設計是一項系統的復雜工作，其設計好壞直接影響著超高層建筑物的建設整體質量。隨著我國建筑事業的飛速發展，對于超高層建筑結構設計的要求也越來越高，因此，高層建筑結構設計師不斷提高自己的專業水平，總結實際設計的經驗，通過科學設計方法使超高層建筑具備安全、舒適以及適用等方面的特征，滿足社會以及公眾的需要。

參考文獻：

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[2]顧明.降低超高層建筑橫風向響應氣動措施研究進展[J].同濟大學學報.2013.03