淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題

鄭海龍

（大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

現(xiàn)階段我國(guó)的城市化建設(shè)正在快速發(fā)展中，也正是由于城市化進(jìn)程為超高層建筑的發(fā)展提供了機(jī)遇。建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展使得許多高層建筑大量出現(xiàn)，這些高層建筑的高度有的已經(jīng)超過(guò)了百米，這樣的建筑被人們成為超高層建筑。超高層建筑的構(gòu)建需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且還需要從穩(wěn)定性和承載力的角度考慮問(wèn)題。

1 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

超高層建筑就是在現(xiàn)有高層建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行高度的增加，但這絕對(duì)不是簡(jiǎn)單建筑材料的堆積和累加，建筑設(shè)計(jì)每增高一點(diǎn)，其整體的建筑重心就會(huì)發(fā)生偏移。在考慮建設(shè)超高層建筑之前，設(shè)計(jì)人員必須要對(duì)超高層建筑的承載力、應(yīng)力、可靠性以及舒適性納入到建筑設(shè)計(jì)的考量范圍之內(nèi)。同時(shí)研究人員還需要在確保建筑能夠承受來(lái)自水平和垂直方向的荷載，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)者還需要使房屋建筑具備相應(yīng)的延性。從超高建筑的整體設(shè)計(jì)來(lái)看，超高層建筑需要綜合考慮各個(gè)方面的因素。科學(xué)的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理的配置建筑資源，目的就是為了防止因外力的作用使超高層建筑本身發(fā)生開(kāi)裂、扭轉(zhuǎn)、位移以及塌陷等問(wèn)題的發(fā)生，從而保證超高層建筑的施工質(zhì)量［1］。

2 超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)類(lèi)型

在考慮超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要綜合考慮到外力對(duì)建筑的影響力。為了防止超高層建筑發(fā)生開(kāi)裂和位移這種的情況發(fā)生。設(shè)計(jì)人員一定要設(shè)計(jì)出能夠應(yīng)對(duì)各方面影響因素的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。從當(dāng)下的超高層建筑來(lái)看，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)型被廣泛應(yīng)用于超高層建筑上。這是由于剪力墻結(jié)構(gòu)本身就擁有許多優(yōu)秀的性能。剪力墻本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅剛度大而且還能承載極強(qiáng)的應(yīng)力。即使在水平力的影響下，超高層建筑本身也不會(huì)發(fā)生變形。更值得一提的是剪力墻的設(shè)計(jì)較為美觀，房間之中并不會(huì)出現(xiàn)梁柱外顯的現(xiàn)象，這也符合絕大多數(shù)用戶(hù)對(duì)美的追求。但是凡事既有利也有弊，剪力墻的多面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法進(jìn)行靈活的平面布置。多面墻也占據(jù)了大范圍的室內(nèi)空間。從設(shè)計(jì)上來(lái)看，剪力墻只能適用于超高層建筑［2］。

2.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)類(lèi)型

由于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身?yè)碛谐錾男阅埽鞘艿阶陨矶嗝鎵υO(shè)計(jì)的影響，從而使得平面布置無(wú)法靈活設(shè)計(jì)。鑒于這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員提出了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將框架設(shè)計(jì)與剪力墻設(shè)計(jì)完美的融合成為了一個(gè)統(tǒng)一的整體。這種新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)突破了剪力墻多面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困境，其在能夠靈活進(jìn)行平面設(shè)計(jì)的同時(shí)，又能使超高層建筑本身?yè)碛泻軓?qiáng)的抗震性能，進(jìn)而達(dá)到超高層建筑設(shè)計(jì)所需的各種要求。

2.3 框架-核心筒結(jié)構(gòu)類(lèi)型

框架-核心筒結(jié)構(gòu)類(lèi)型在超高層建筑里面也十分常見(jiàn)。其主要是由于核心筒本身?yè)碛休^好的水平荷載承載能力，再加上核心筒本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得核心筒結(jié)構(gòu)在搭配框架設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)留有充裕的建筑空間。而在考慮各種應(yīng)力對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，由于核心筒本身的剛度強(qiáng)，因此該結(jié)構(gòu)類(lèi)型可以廣泛適用于超高層建筑當(dāng)中。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及解決對(duì)策

3.1 結(jié)構(gòu)布置問(wèn)題及解決對(duì)策

超高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮建筑質(zhì)量的問(wèn)題，即要考慮到各種因素對(duì)其本身的影響。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要考慮到超高層建筑的舒適性，舒適性一般指的是居住空間、房屋布局以及燃?xì)狻⑺娕然A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。在以剪力墻為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要提前規(guī)劃好設(shè)計(jì)方案，并預(yù)測(cè)出建設(shè)當(dāng)中的重難點(diǎn)。

3.2 位移計(jì)算問(wèn)題及解決對(duì)策

超高層建筑常常因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，從而出現(xiàn)了建筑物位移情況的發(fā)生。設(shè)計(jì)人員在建設(shè)超高層建筑之初，位移計(jì)算問(wèn)題就成為了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的關(guān)鍵。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)人員需要充分考慮到位移產(chǎn)生的源頭，并對(duì)建筑物水平的應(yīng)力進(jìn)行限制。

3.3 嵌固端設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決對(duì)策

超高層在設(shè)計(jì)建造之初，本身就會(huì)設(shè)計(jì)兩層或者更多的地下室，這些地下室的一端嵌固在地下一層樓板以及地下室頂板的位置上。并且根據(jù)相關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，嵌固端的下部剛度一定不能小于本身上部剛度的兩倍。這是為了抵消外力對(duì)超高層建筑本身造成的各種影響，嵌固端的設(shè)計(jì)也是為了鞏固和完善超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而地下室的結(jié)構(gòu)也能夠利用剪刀墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之滿(mǎn)足剛度的要求。

3.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決對(duì)策

超高層在設(shè)計(jì)時(shí)不僅會(huì)受到來(lái)自水平方向力的影響，同時(shí)也會(huì)受到垂直方向力的影響。為了解決垂直力對(duì)超高層建筑本身產(chǎn)生影響，施工人員往往會(huì)采用樁作為建筑基礎(chǔ)，換個(gè)角度來(lái)看，用樁作為建筑基礎(chǔ)的工人能夠根據(jù)樁的受力分析，了解建筑材料本身的優(yōu)缺點(diǎn)。利用核心筒能夠解決應(yīng)力的基本問(wèn)題。而施工人員按照剪力墻的結(jié)構(gòu)類(lèi)型搭建多個(gè)木樁，在地質(zhì)選址時(shí)，工人需要在持力層處施工。根據(jù)施工規(guī)范進(jìn)行能夠符合沉降差的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，超高層建筑已經(jīng)成為了未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展方向，同時(shí)在對(duì)超高層建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮到影響超高層建筑的各個(gè)因素，比如外部荷載、舒適性和安全性等方面的因素，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合幾種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)建筑平面進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)既定的建筑功能。