復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

王洪民 黃榮

摘 要：而隨著我國經(jīng)濟(jì)市場的不斷發(fā)展，復(fù)雜高層與超高層建筑工程的項(xiàng)目建設(shè)需求也逐漸增大。而其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保證建筑安全、合理、經(jīng)濟(jì)的主要因素。但是目前，我國的復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，還存在一些亟待解決問題，需要進(jìn)一步分析并找出應(yīng)對策略。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層;超高層建筑;結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);要點(diǎn)

1 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

為保證我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（以下簡稱抗規(guī)）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3--2010）（以下簡稱高層混凝土規(guī)程）和《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 99-98）（以下簡稱高鋼規(guī)）均對高層建筑的適用高度、結(jié)構(gòu)平面布置和結(jié)構(gòu)豎向布置的規(guī)則性提出了明確要求。但是，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、計(jì)算分析手段的完善、結(jié)構(gòu)材料性能的提高、加工工藝的進(jìn)步和施工技術(shù)水平的提升，在建設(shè)單位和建筑師對建筑效果新、奇、特，以及部分地區(qū)對建筑物高度的追求下，造型突破傳統(tǒng)、高度超限的大量復(fù)雜高層建筑紛呈出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜性主要體現(xiàn)在三大方面：高度超限、結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則、結(jié)構(gòu)豎向布置不規(guī)則。國內(nèi)部分高度超限的復(fù)雜高層建筑有上海中心大廈、深圳平安國際金融中心、天津高銀117大廈、廣州東塔周大福中心的結(jié)構(gòu)高度分別達(dá)到580、588、597和518m。結(jié)構(gòu)平面與豎向嚴(yán)重不規(guī)則的高層建筑中，CCTV新址主樓和法門寺合十舍利塔最具代表性。

2 復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)的考慮因素

2.1 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)類型

建筑物的結(jié)構(gòu)方案是其設(shè)計(jì)的基本框架，也是該建筑物設(shè)計(jì)工作的第一步，對于復(fù)雜高層和超高層建筑來說，結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型更是其質(zhì)量的保證。建筑物的舒適度和抗震能力等都是圍繞這個基本框架進(jìn)行的，如果第一步做錯的話，在后面的步驟才發(fā)現(xiàn)錯誤，就需要將整個設(shè)計(jì)方案推翻重做，造成不必要的浪費(fèi)，如果在施工過程中才發(fā)現(xiàn)不合理，不但會影響工程如約按期完成交工，而且會給設(shè)計(jì)者造成直接的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在考慮復(fù)雜高層與超高層建筑的設(shè)計(jì)時，首先必須選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。

2.2 結(jié)構(gòu)舒適度

復(fù)雜高層與超高層建筑由于建筑高度較高，所以在建筑結(jié)構(gòu)上相對來說更不容易保持一定的安全性，該類型建筑的結(jié)構(gòu)與一般建筑相比更為柔軟，一般來說結(jié)構(gòu)柔軟的建筑物的結(jié)構(gòu)舒適度會差一些，因此在復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)中還要考慮舒適度這個因素。舒適度分析按建筑結(jié)構(gòu)不同一般分為兩種，一種是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物，另一種是混合或鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，這兩種不同結(jié)構(gòu)的建筑物對阻尼比的要求也不相同，前者要求在0.05，后者則是0.01-0.02。或者按照建筑使用功能不同進(jìn)行舒適度分析，各種不同建筑功能的建筑物之間的水平振動指標(biāo)限值不同，例如公寓型住宅建筑的水平振動指標(biāo)區(qū)間要求與公共類建筑不同。因此，對于不同建筑功能的建筑物要根據(jù)其不同用途進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在一定程度上提高該建筑物的結(jié)構(gòu)舒適度。

2.3 抗震設(shè)防烈度

復(fù)雜高層與超高層建筑和一般建筑相比有一個明顯的區(qū)別，就是建筑高度比其他建筑更高。與此相對的，復(fù)雜高層與超高層建筑對建筑地區(qū)的抗震設(shè)防烈度的要求也比較高。按照現(xiàn)有的復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建筑高度超過100m的建筑物的具體高度與該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度有很大關(guān)系。建筑設(shè)計(jì)行業(yè)不成文的規(guī)定一般認(rèn)為，抗震設(shè)防烈度在6度及以下的地區(qū)可以建造復(fù)雜高層與超高層建筑，抗震設(shè)防烈度在6-8度的地區(qū)可以建造高度不超過300m的復(fù)雜高層與超高層建筑，抗震設(shè)防烈度在8度以上的地區(qū)不適合建造復(fù)雜高層與超高層建筑。

3 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 計(jì)算載荷

3.1.1 風(fēng)載荷計(jì)算

隨著建筑高度不斷增加，風(fēng)載荷對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響也越來越明顯。而在開展有關(guān)風(fēng)荷載的研究中，通常以100年重現(xiàn)期的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力，以50年重現(xiàn)期風(fēng)荷載控制構(gòu)件承載力，對高度大于等于200m的建筑物進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。在計(jì)算風(fēng)載荷過程中，需要根據(jù)相應(yīng)的高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史的風(fēng)力變化資料進(jìn)行研究，以掌握風(fēng)載荷的波動范圍，并在設(shè)計(jì)過程中充分考慮到風(fēng)荷載余量對建筑結(jié)構(gòu)的影響，確保建筑結(jié)構(gòu)能充分適應(yīng)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)載荷要求，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.1.2 地震載荷計(jì)算

地震載荷是載荷問題研究中的關(guān)鍵內(nèi)容，也是復(fù)雜高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)性內(nèi)容之一。一般認(rèn)為，如果復(fù)雜高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期為6.0-9.0s，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震載荷影響系數(shù)約為6.0s，那么在地震載荷問題的研究中，需要將地震載荷影響系數(shù)設(shè)計(jì)在6.0-10.0s范圍內(nèi)，并以此為基礎(chǔ)開展數(shù)據(jù)的計(jì)算。

3.2 抗震設(shè)計(jì)

3.2.1 對倒塌水準(zhǔn)的研究

在分析倒塌水準(zhǔn)過程中，需要注意以下幾點(diǎn)問題：

（1）在研究建筑的延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件過程中，需要規(guī)定非彈性形變小于構(gòu)件的彈性形變能力;

（2）針對建筑結(jié)構(gòu)中存在的一些非延性部件，需要充分考慮破壞模式的應(yīng)力特征與要求，并重視對其相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的研究;

（3）在開展有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證建筑物結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，并確保其至少具有中等地震抗性作用，并即使在中等地震的影響下依然能保證建筑結(jié)構(gòu)的彈性。

3.2.2 對使用水準(zhǔn)的研究

對于地震重現(xiàn)期為50a的地震，此時其對建筑結(jié)構(gòu)的損傷是忽略不計(jì)的，但在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，需要相應(yīng)的研究其彈性反應(yīng)狀態(tài)，以更全面的獲取與建筑相關(guān)的資料。

4 結(jié)束語

總而言之，在復(fù)雜高層以及超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)不斷提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和專業(yè)水平，這是非常關(guān)鍵的;不僅可以為用戶提供安全、舒適的建筑環(huán)境，而且可以提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，所以復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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