復雜高層以及超高層建筑的結構設計要點簡析

黃玉梅

摘 要：隨著城市化進程的高速推進，除了一線城市以外的中型城市中也越來越多的出現了各類超高、復雜、多樣化的建筑，基于目前城市嚴重缺乏土地資源的現狀，超高層建筑推動了國內建筑事業的進一步發展。從建筑結構設計角度來看，這些建筑在結構設計方面擁有一些顯著的特征，不同于傳統的結構設計。基于此，文章從復雜高層建筑、超高層建筑角度，主要探討了結構方面的設計特征、要點僅供參考。

關鍵詞：復雜高層;超高層建筑;結構設計

前言：社會經濟的快速崛起和增長是當下的趨勢，人們的生活質量也得到了明顯的改善，對建筑也提出了更高的需求。然而，國內頻發與復雜高層建筑、超高層建筑有關的諸多問題，使得人們一度對此非常擔心。而這些建筑的建造，往往會耗費大量的資金，所以必須做好設計工作，充分把握結構要點，以嚴格控制工程質量，避免不必要的經濟損失。

1整體復雜、超高層結構基本設計特征

自超高層建筑出現起，便大量涌現出了復雜高層建筑、超高層建筑。近些年來，國內經濟增長愈來愈快，大中型城市出于打造自身地標建筑的目的，也逐步開始規劃建造各種復雜高層建筑、超高層建筑，并且獲得了很好的發展，部分建筑的高度已超千米。據研究分析知，這些復雜高層建筑、超高層建筑，在自身結構的設計方面特征獨特，在降水、風力、抗震等方面均具有很高的要求。加之這些建筑原本就需要周全顧及美觀與結構，故此必須綜合考量諸多方面的影響因素。所以，作為設計人員，應及時轉變設計手段，在結構設計環節，大量引進新的設計方法，以提升設計綜合水平，確保整體結構的安全性，為工程質量的控制打好基礎。

2基于結構設計特征的設計要點

2.1 荷載分析

相較于普通建筑，復雜高層或者超高層建筑極具特殊性，除了總體高度很突出，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，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。

2.2 風力效應考慮

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，在設計整體復雜或者超高結構時，應嚴格控制風振加速度、建筑頂層加速度的最大值，以彌補高強度風振的不足。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。

2.3 基礎設計分析

復雜高層建筑、超高層建筑的整體穩定性首先取決于基礎的穩定性。所以在設計地基結構時，應綜合考慮設計標準、地基形態，結合項目實地情況，優化設計方案。例如，針對軟地基，應引進樁箱、樁筏等類型的基礎。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。例如，深層巖基向地下深入的程度不超過100m時，可以通過地下連續墻來加強地基，就是在框格式的結構下，通過上層沖積土來支撐巖層;若巖基較淺，則可通過添加混凝土樁基來加強基礎支撐;若地基條件好，利用筏形基礎便好。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。

2.4 結構抗側力分析

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。

2.5 含鋼率設計分析

由于國內的結構技術標準規程、結構設計規范等不盡相同，那么在結構設計過程中，首先應根據復雜高層、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。

2.6 核心筒內的型鋼柱設計分析

針對鋼筋混凝土制作的核心筒，通過使用型鋼柱增大外框柱、混凝土筒體墻自身的重力。特別是遇到強風或者地震時，外墻往往需要承載一半的豎向荷載，且核心筒位置的水平剪力超過了五分之四。如果沒有加強處理，就會引起建筑變形或者傾斜等。而在核心筒通過型鋼柱的使用，則可有效避免這類情況。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。

2.7 抗側剛度設計分析

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密切相關。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。

3結論

綜上，在建筑結構設計方面，針對復雜高層建筑、超高層建筑，在進行結構設計時，應特別注意要點內容的設置，以提升建筑物的整體綜合性能，滿足其使用功能、環境建設要求。此外，還應綜合考慮施工現場的運輸條件、養護專業水平。唯有滿足以上設計要求，方能在科學設計的指導下，建造出高質量的建筑。與此同時，還應注意設計與施工的安全性，以支撐結構設計，嚴格控制建筑工程質量，滿足工程預期要求，保護人們的人身財產安全。

參考文獻

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