淺談超高層建筑結構設計的關鍵性問題

趙新源

摘要：隨著我國城市用地的緊張，超高層建筑已經越來越常見。在超高層建筑的過程中，其結構設計的科學性對建筑的質量有著較為直接的影響。因此，在對超高層建筑結構進行設計的過程中，一些關鍵性問題應當要引起設計師的注意。本文將簡單分析超高層建筑結構設計的關鍵性問題。

關鍵詞：超高層建筑;結構設計;問題研究

隨著社會的不斷發展，超高層建筑越來越受到人們的關注，在超高層建筑結構設計過程中需要用到很多先進的知識和技術，因此要保證設計師具有先進的思想觀念，因為建設超高層建筑是一個非常復雜的過程，在結構設計的過程中不僅要保證超高層建筑結構的安全性，還要保證建筑的實用性。由于超高層的建筑一般都是用來當做寫字樓或者是居民用房，因此人流比較密集，只有保證擁有科學合理的結構設計才能夠實現超高層建筑的正常使用，在超高層建筑設計過程中有很多關鍵性的問題都是要注意的。

一、超高層建筑結構體系類型

（一）框架-核心筒結構體系

在實際進行結構方案選擇時，主樓采用能夠承載較大豎向和水平荷載的框架-核心筒結構體系。為達到這一建筑外觀要求，在傳統結構體系的基礎上，進行了設計方案優化，在建筑兩側增設了四道水平剪力墻，作為上部大跨度裝飾構架的支撐點，大跨度裝飾構架則采用鋼結構空間桁架方案，出屋面部分剪力墻采用型鋼混凝土剪力墻，與鋼結構桁架進行連接，即滿足了結構擾度及位移比等各項規范設計要求，又實現了立面造型與空間結構完美結合。

（二）剪力墻結構體系

剪力墻結構體系是指借助鋼筋混凝土板來構成建筑的承重體系，其優點是抗側剛度好、抗震能力強、抗風能力強，當建筑受到水平反向的作用時不易發生變形或側移的情況，承載力較好，外觀較為美觀，因此，剪力墻結構在當前的建筑中使用較為廣泛。但是這種結構并不能夠被輕易拆除，后期維護較難，且不利于形成大的建筑利用空間。

（三）框架—剪力墻結構體系

該結構類型是將框架結構體系與剪力墻結構體系結合起來的復合型結構體系，這種結構體系結合力框架與剪力墻兩種結構體系的優點，不僅能夠滿足超高層建筑靈活的建筑布局，同時也提高了超高層建筑的抗震能力和亢奮高能力，提高了超高層建筑的穩定性。但需要注意的是，當使用這種結構體系的時候，剪力墻的數量應當要合理，若其數量過多，則會提高了建筑成本，若其數量過少，則可能會導致建筑側墻壓力增大，甚至引起建筑變形的情況。

二、超高層建筑結構設計存在的不足

（一）超高層建筑抗風結構設計存在的不足

目前，一些超高層建筑在抗風結構設計的技術應用方面，依然沿用傳統的建筑結構設計特征，并沒有按照空氣動力效應的特點進行超高層建筑設計理念的明確控制，導致超高層建筑無法憑借對建筑結構的有效處理實現對建筑支撐結構的優化處置。

（二）超高層建筑抗震結構設計存在的不足

雖然地震災害的頻率并不是很高，但依然是影響超高層建筑使用人員安全水平的關鍵性因素。目前，一些超高層建筑的結構設計人員存在靈活性不足的問題，并沒有對常規的超高層建筑結構進行規劃設計方案的改良。還有部分建筑結構設計人員對于超高層建筑承重的復雜性重視程度不足，缺乏對抗震計算活動的關注，導致很大一部分超高層建筑在實施結構設計的過程中，無法為抗震性能優化提供幫助。

（三）超高問題

我國相關文件對超高層建筑的抗震能力有一定的要求，而抗震能力又與超高層的結構體系以及高度有關。在通常情況下，一些建筑結構設計師會在建筑結構類型變換的基礎上忽略了超高的問題，導致施工中存在各種各樣的問題。此外，一些建筑也會由于受到各種外力因素的影響而臨時加高，沒有按照報建要求展開施工，導致建筑物超高。因此，面對超高問題，相關人員要對結構設計方案進行重新審核，避免超高問題影響了建筑的質量和穩定性。

三、問題解決對策

（一）加強防震設計

1、在進行超高層以及復雜高層建筑的施工操作的時候，要想保證能夠起到一定的抗震作用，對于建筑材料的選擇是至關重要的。2、要切實做好建筑的設計工作，確保地震發生時，能量的輸入能夠得到有效的控制。具體所需要做到的方面有，第一，結構設計中要對建筑結構在地震情況下的各樓層的位移和變形的限制進行良好的控制;第二，在對超高層和復雜高層建筑進行設計的時候，要充分考慮到地震所發生的可能性，采用積極和基于抗震的設計方法進行建筑結構的設計工作，并且對所進行的設計要進行定量的分析，確保所作的抗震設計能夠滿足要求;第三，要對建筑物在地震情況下，所發生的變形和位移這兩者之間的關系進行精確的計算，預先設計好構件的變形值;第四，結合建筑物的高度和大小對建筑物的構造進行有針對性的設計;第五，高層建筑施工的場地一定要選用堅固的土地，確保地基的穩定性，這在一定程度上也能夠減少地震的危害性。

（二）控制結構的自重，提供科學合理的重力荷載傳遞路徑

1、對高層建筑的重力荷載傳遞途經已經要進行明確的設計，使傳遞途徑盡可能的直接和明確。2、對樓板的選用方面，一定要綜合建筑的具體高度、設備、承重能力等方面的要求，并且還要綜合考慮經濟、環保等因素，綜合考慮之后確定最優的選擇。3、在進行施工建設的時候，可以采用鋼筋+組合樓板相結合的形式，來縮短施工工期和達到減低樓板自重的目的;并且針對組合梁，可以在具體鋪設的時候采用上面鋪設小鋼梁下面鋪設大鋼梁的方法，減少施工成本;在進行混凝土平板施工操作的時候，可以通過在混凝土中填充柱狀、球形或者其他形狀的輕質材質降低結構的重量。4、超高層建筑的外圈所鑄造的框架柱以及核心筒會存在一定的差異壓縮，要充分考慮這種變形差對水平建筑構件所產生的內力影響。如果有必要可以將框架和核心筒之間相互連接的水平構件進行連接，一端采用鉸連接方法，另一端采用桁架斜腹桿延遲的連接方法，保證建筑工程的施工質量。

（三）加強地基與基礎設計

加強對地基與基礎的設計工作尤為重要。地基與基礎作為建筑重要的承重結構，其具有穩定地上結構的作用，因此，設計人員在對其進行設計時，一定要對工程當地地質條件和地下水分布進行詳細的勘察和分析，并選擇科學合理的基礎方案，保證建筑結構的穩定性和安全性。對于獨立基礎的設計，可以采用階梯型設計，這樣的設計不僅有利于后期施工，還能有效的確保施工質量，此外，在對獨立基礎間的拉梁進行設計時，需要充分考慮覆土荷載對建筑結構的影響，如有必要，可以通過提高混凝土強度或者配筋強度來提升建筑結構的強度。

四、結語：

超高層和超高層建筑是社會發展的必然結果，隨著社會經濟以及建筑施工技術的提高，越來越高的施工技術將會在復雜高層和超高層建筑的施工中有所體現。所以在對復雜高層以及超高層建筑進行施工的時候，對施工工藝的選取是非常重要的，同時為了切實保證施工質量一定要對建筑結構的設計工作做好嚴格把控，控制好建筑結構設計的要點，爭取從根本上保證高層建筑的施工質量。

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