復雜高層和超高層建筑結構設計要點

張春喜 白露

【摘要】隨著科技進步、技術革新，為建設復雜高層和超高層建筑提供了可能。但是設計部門為了節約成本、獲取利潤，在面對復雜高層和超高層建筑這種新要求的設計施工時不免忽略了許多問題，依舊按照傳統建筑的要求進行設計，造成了安全隱患。所以在面對復雜高層和超高層建筑的結構設計時，應該平衡設計復雜高層和超高層建筑的合理性、經濟性以及安全性。本文先了解建筑結構設計方案的選擇，然后說明在這過程中需要注意到的問題，最后了解其設計要點。

【關鍵詞】復雜高層;超高層建筑;結構設計;要點

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.050

1、建筑結構設計方案的選擇

1.1結構方案和結構類型的選擇

在復雜高層和超高層結構設計過程中，其結構方案是否合理就直接決定著建筑的自身質量。在選擇結構方案過程中，如果沒有根據復雜高層和超高層建筑的實際情況來進行，就很可能在后期建設過程中出現問題，不斷調整其建筑結構內容，增加成本投入。因此，在復雜高層和超高層建筑結構選擇過程中，就應該以相應的建筑結構專業知識為主，將其有效的應用于結構設計中。因此，在選擇結構類型過程中，應該充分考慮到是否能夠順利施工。

1.2結構方案和類型的選擇

結構方案和類型在選擇過程中，都必須要注意其復雜高層和超高層建筑設計理念，在大量設計實踐過程中能夠看出，在設計復雜高層和超高層建筑過程中，必須要適當提升建筑結構自身的結構強度，確保建筑結構受力均勻，延長建筑結構的使用壽命。

2、復雜高層和超高層結構設計的影響因素

2.1風荷載和地震作用及建筑功能需求的影響

高層建筑設計中具有高度極高的特點，同時受力分析情況相比其他建筑也更復雜，這使建筑的安全性受到了較大的影響（主要是風荷載和地震波影響），因此高層建筑設計工作人員應對風荷載以及地震設防烈度進行了解。在新技術應用的背景下，復雜高層體積超高層建

筑的施工數量越來越多，要求也越來越高，在建筑結構的設計過程中，工作人員應對建筑的實用性進行考慮，滿足人們的生活需求。

2.2地基設計的影響

地基的穩定性設計作為建筑的建設基礎，考慮到我國的土地資源廣闊和地區之間差異大的特點，在地基的基礎設計中需要進行全面的考慮。復雜高層建筑以及超高層建筑的地基設計過程中，需要模擬地基的情況，根據建筑的功能和需求等內容，對可能出現的影響進行

模擬，還應對勘察資料進行全面分析，使地基的承載能力得到有效提升，從而減少變形的問題。

2.3建筑材料和施工技術的影響

在城市中，高層建筑的數量在快速增加，這種建筑結構的應用需要技術的支持。通過現代的建設技術的結合使建筑建設的水平提升，通過有效的施工技術的融合，可以為建筑結構功能帶來保障，同時對建筑結構設計起到了有效的作用。所以，建設人員在設計中可以使用新型材料，并且合理地應用先進的施工技術，使建筑的結構的科學性和合理性體現出來，加強建筑的整體質量。

3、復雜高層、超高層建筑的基本結構設計要點

3.1重力荷載

相較于普通建筑，復雜高層或者超高層建筑極具特殊性，除了總高很突出，還要迎接重力荷載方面的挑戰。尤其是伴隨建筑總高的持續增大，重力荷載及地面受力也會越來越大。在力的綜合作用下，軸壓力及豎向壓力也愈發大，以致增大設計的難度。一方面，風效應會隨樓層的增高而增大，基于風的作用，合力點勢必增高，令自然風效應產生更大的作用效應。另一方面，在結構設計環節，應考慮結構自重，以確保建筑物足夠的穩定性。但重心位置與結構自重緊密相連，樓層愈高，相應的重心愈高、結構自重愈大，其成為風力作用下的顯著薄弱環節，所以在設計中應認真考慮重力荷載。

3.2風振加速度

一般風力效應會隨樓層的增高而變強，所以超高層建筑帶有很大的風力。而人們往往會清楚感知風力的舒適性，一旦風振過強定會令人不適，從而影響居住品質。所以，在設計復雜高層、超高層建筑的基本結構時，應認真權衡人體舒適性、風振加速度。其中尤其要嚴

格控制具體的風振加速度、建筑頂層加速度的最大值，以彌補高強度風振的缺陷。另外，針對圍護結構，也應做好抗風設計。超高層建筑愈高，則垂直于圍護表層的風載勢必增大，故此科學地引導風向、嚴格控制具體的風振加速度，能增強使用效果。

3.3地基基礎

地基基礎決定了復雜高層建筑、超高層建筑的整體穩定性。所以在設計地基結構時，應綜合考量設計標準、地基形態，立足工程實際，優化設計基礎方案。同時，若地質情況有變，還應通過有效的基礎措施，來提升地基強度。所以，針對各種地質在設計地基時，應立足地質形態來合理設計組合方案，以改善地基結構。

3.4結構抗側力

針對不同的建筑高，應設計相應的結構抗側力系統。在設計復雜高層或者超高層建筑時，考慮到各層不同的抗側力結構系統具有不同的作用，故此在設置抗側力構件時，應立足具體的作用來優化部署。同時，通過合理設計結構抗側力系統，還能融合結構中的不同抗側力構件形成一個整體。所以，在結構設計環節，應從整體上考慮結構抗側力系統，可利用伸臂桁架有效連接框架柱組合核心筒的結構，或通過環形桁架、大斜撐來連接組合，而得到一個巨大的框架，以增強整個結構的穩定性。

3.5柱鋼骨鋼率

考慮到國內的結構技術規程、建筑設計規范不盡相同，故在結構設計環節，應根據復雜高層、超高層建筑的具體構造，來優化設計鋼骨含鋼率。盡管目前的標準并不統一，但是不管執行怎樣的標準，都需要強制性規定框柱中不得出現含鋼率4%以下的鋼骨。因此，在設計混合建筑結構時，不僅應按照計算結果來確定柱箍、縱筋，還應科學地設計型鋼截面，控制含鋼率為4%或以上。

3.6核心筒內的型鋼柱

針對鋼筋混凝土制作的核心筒，通過使用型鋼柱旨在增大外框柱、混凝土筒體墻自身的重力。特別是遇到強風或者地震時，外墻往往需要承載約50%的豎向荷載，且核心筒位置的水平剪力超過了85%。一旦忽視強化處理，就會引起建筑坍塌、變形或者傾斜等。而在核心筒通過型鋼柱的使用，則可有效避免以上問題。此外，通過型鋼柱類型的剪力墻，即便有開裂也會較少影響承載力。而通過型鋼柱還能增大剪力墻的抗震性，故此在地震區很常見。

3.7抗側剛度

在設計復雜高層建筑、超高層建筑的整體結構時，為了增大結構的抗側強度，則需要增大鋼筋混凝土中整個核心筒體的具體剛度。考慮到核心筒體屬于結構當中的關鍵性抗側構件，故此結構的整體抗側剛度與外側墻厚、筒體墻的具體抗側剛度息息相關。除此以外，在整個設計環節，還需要嚴格控制外框柱的設計截面與軸壓比要求、所需承載力的完全相符。

結語：

綜上，復雜高層和超高層建筑結構的設計，由于涉及面比較廣，在具體設計方面就要能從多角度進行考慮和優化，注重在各環節的設計上能和實際需求相結合，從這些基礎層面得以強化，才能真正有助于建筑結構設計的質量提升。

參考文獻：

[1]王越.復雜高層與超高層建筑結構設計要點分析[J].住宅與房地產，2019（24）：71+96.