研究超高層建筑結構設計的關鍵性問題

韓寶峰

（深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著時代的發展和社會的進步，人們越來越關注超高層建筑，在設計超高層建筑的結構中，設計人員會使用先進的技術和知識進行設計，因為超高成建筑在設計和建設中都是比較復雜的，所以設計建筑結構中不僅要保證建筑結構具有安全性，同時也要確保超高層建筑具有實用性［1］。考慮到一般建設的超高層建筑主要是用于居民用房或者是寫字樓，所以，人流會比較密集，設計人員應該要對建筑結構進行科學合理的設計，確保超高層建筑能夠正常使用，所以設計人員在結構設計中應該要注意一些關鍵性問題。

1 超高層建筑設計中的主要結構體系種類

1.1 框架核心筒結構體系

在選擇設計超高層建筑的結構方案時，設計人員一般會選擇主樓采用框架核心筒結構體系，因為它具有較強的水平和豎向承載能力。為了能夠滿足建筑的外觀要求，還需要優化傳統結構體系的設計方案，可以在建筑的兩側進行四道水平剪力墻的設計，這樣能夠有效地支撐上層的大跨度裝飾構架，選擇空間桁架方案，使用鋼結構設計大跨度裝飾構架，利用鋼混凝土的剪力墻設計出屋面的結構［2］，同時連接到鋼結構的桁架，這樣能夠滿足規范和要求設計建筑結構，同時能夠充分結合空間結構和立面造型。

1.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構體系設計主要是在建筑結構的設計中使用鋼筋混凝土進行整體建筑的承重，這種結構體系具有較強的抗側剛度、抗風能力和抗震能力和美觀的外觀。所以在建筑設計和建設中廣泛應用剪力墻結構［3］。但是剪力墻結構在后期維護中有難度，同時不能輕易進行拆除，所以無法形成較大的建筑利用空間。

1.3 框架剪力墻結構體系

框架剪力墻結構體系是一種復合型的結構體系，它主要是結合了框架結構和剪力墻結構體系，綜合了兩種結構體系的優勢，不僅能夠確保靈活布局超高層建筑，同時能夠提高建筑的抗震性能和穩定性［4］。但是在應用這種復合型結構體系的過程中應該要合理控制剪力墻的使用數量，因為數量使用過多，將會導致建筑的成本增加，數量過少，則會導致增加了建筑側墻的壓力，容易導致建筑物出現變形的現象。

2 設計超高層建筑結構中存在的問題

在超高層建筑結構的設計中主要存在的問題表現在抗風結構、抗震結構以及超高設計中，具體體現在：

2.1 抗風結構設計

目前在設計超高層建筑的抗風結構中仍然使用傳統的建筑結構設計特點應用相關技術，在抗風結構設計中沒有充分分析空氣的動力效應，這樣就無法明確控制空氣對建筑的作用，導致設計的超高層建筑無法有效處理建筑結構，同時也無法優化處理建筑物的支撐結構。

2.2 抗震結構設計

雖然我國地震災害發生的頻率不高，但是在建筑設計中仍然需要考慮設計抗震結構，從而保證人們的生命和財產安全。在超高層建筑的結構設計中，設計人員無法靈活設計抗震機構，同時在設計方案的規劃和改良中無法進行合理優化和調整，甚至是不重視超高層建筑復雜的承重能力，沒有仔細計算和設計抗震性能，最終導致很多超高層建筑結構設計中沒有優化抗震結構設計［5］。

2.3 超高問題

在超高層建筑設計中，國家有明確規定此類建筑的抗震能力，需要合理設計超高層建筑的結構體系和高度。然而，在實際的超高層建筑結構設計中，設計人員經常會忽略超高問題，導致實際的建筑施工中出現各種問題。另外，因為建筑物本身會因為外力因素的影響會在施工過程中臨時進行加高處理，無法按照設計進行施工，導致最終的建筑出現超高問題。所以，為了能夠有效地解決超高問題，相關的工作人員需要重新審核建筑結構設計方案，確保超高現象不會對建筑的穩定性和質量造成影響。

3 解決超高層建筑結構設計中問題的主要對策

3.1 加強進行防震設計

為了切實加強解決超高層建筑結構設計中一些關鍵性問題，首先應該要加強防震設計，主要的對策有：第一，在實際的超高層建筑施工過程中，確保使用的建筑材料具有一定的抗震作用，所以要合理選擇合適的建筑材料。第二，在設計超高層建筑的過程中，確保地震災害發生時，建筑物能夠有效控制地震能力的輸入，具體應該要確保建筑結構的抗震設計中：首先應該要設計的建筑結構能夠良好地控制地震中建筑各樓層的變形或位移限制；其次設計超高層建筑過程中應該要充分考慮到地震因素，結構設計中加入抗震設計裝置，定量分析建筑結構的設計，保證抗震設計能夠起到作用；第三，發生地震，要精確計算建筑物發生位移和變形的關系，從而在抗震設計中將構件的變形值進行提前設計；第四，根據建筑物的大小和高度，有針對性地進行建筑構件的抗震設計；最后，選擇的建筑施工場地土地應該要更加堅固，從而確保地基具有穩定性，降低地震對建筑物的危害和破壞。

3.2 對建筑結構的自重進行控制，合理設計重力荷載傳遞路徑

在超高層建筑的結構設計中，首先應該要明確設計建筑物自身的重力荷載傳遞路徑，確保傳遞路徑更加明確和直接；其次，需要選擇使用合適的樓板，確保樓板具有加強的承重能力，綜合考慮建筑物自身設備、經濟以及環保等外在因素，選擇最合適的樓板材料；再次，在實際的建筑施工過程中，選擇鋼筋和和樓板組合和結合的方式進行建設，這樣不僅能夠降低樓板的自重，同時能夠有效地縮短工期，確保使用的組合梁在實際的鋪設過程中，施工人員在下面進行大鋼梁的鋪設，然后在上面進行小鋼梁的鋪設，從而有效地控制成本，在實際的混凝土平板施工過程中，主要是將球形、柱狀或者是其他形狀的輕質材質填充到混凝土中，從而有效地減輕建筑結構的重量；最后，在超高層建筑建設中，外圈中使用的框架柱和核心筒可能會產生不同程度的壓縮，所以，在設計和施工中應該要充分考慮這些變形的構件對建筑產生的內力作用，若是需要處理變形的構件，可以將連接框架和核心筒的水平構件進行再次連接，一頭使用鉸連接方式，另一頭使用的連接方式是桁架斜腹桿延遲，從而保證超高層建筑在施工中的質量。

3.3 加強進行地基與基礎設計

在超高層建筑設計中比較重要的設計就是進行地基和基礎的設計，因為建筑的地基和基礎是主要的承重結構，確保地上的結構更加穩定，所以在地基和基礎設計中，設計人員應該要仔細勘察和分析建筑施工現場的地下水分布情況和地質條件，從而確定基礎設計方案更加科學、合理，保證建筑結構更加安全、穩定。在設計獨立基礎的過程中主要是采用階梯型的設計方式，從而方便后期的實際施工操作，同時能夠保證施工質量。另外，在設計獨立基礎間的拉梁時，設計人員應該要對覆土荷載對建筑的影響進行充分考慮，若是需要提高建筑結構整體的強度，則需要進行配筋強度和混凝土強度的提升。

4 結語

隨著社會的進步，超高成建筑將會層出不窮，隨著科技的發展，在超高層建筑設計和施工中也不斷采用先進的技術的方式。因此，在建設超高層建筑的過程中，應該要注意選擇合適的施工工藝，保證施工質量，同時也要嚴格把控建筑結構的設計，確保設計中幾個關鍵性問題得到解決，從而從源頭上保證超高層建筑的整體質量。