关于复杂高层与超高层建筑结构设计要点的探讨

关于复杂高层与超高层建筑结构设计要点的探讨

张玮

张玮

江苏久恒建设有限公司

【摘要】本文分析了超高层建筑结构设计的要点，在寸土寸金的大城市，超高层建筑非常多见，高层建筑增多，建筑的安全性和经济性的要求就越来越高了，论文探讨了在设计高层建筑时需要考虑的问题，包括建筑的抗震性、机构方案以及舒适度等。

【关键词】高层与超高层建筑；结构设计；布置原则；设计

目前，基于有限的土地面积，随着社会人口的加速增长，会导致居住的形式纵向发展。从建筑方面出发，今后整个行业的发展趋势是高层或超高层。近年来，城市现代化建设使得我国高层建筑也如雨后春笋般拔地而起。所以，如何优化设计高层建筑，就显得十分重要。

一、引言

由于高层、超高层的高层建筑与普通的有所不同，因此就更需要设计人员引起注意。随着不断增加的超高建筑物，逐渐地暴露出一些关于设计方面所存在的不足，比如抗震设防不准确、建筑结构和类型的不合理，以及没有最大程度地考虑建筑的舒适度和施工过程等等，当问题出现时，就必须采取措施，解决问题。当然在采取措施的同时，还有相应的要点需要进行深度的分析，例如建筑时需注重抗震设计、科学并且合理地选择建筑结构的抗侧力体系以及重视概念设计等方面。与此同时，这些问题的存在同样为设计师积累了一定的关于日后超高建筑建设的经验。随着建筑技术的迅速发展，高层建筑的数量不断增多，其复杂性同样在持续增加，以至于对于建筑的安全性与经济性的要求也越来越高。无论是从结构设计所积累的经验还是理论研究，想要在一定程度上保证其安全性，还需继续探索。

二、设计复杂高层以及超高层建筑时需要考虑的问题

2.1抗震设防烈度。对于超过一百米以上并且承受不同强度的抗震设防烈度的建筑物，所被要求建筑物的高度同样是不尽相同的。通常情况下，三百米及以上的建筑物不适合建在抗震设防烈度为八度的区域，因此，复杂性高层以及超高层建筑更加适合建设在六度抗震设防烈度的地区。综合考虑以上因素，在建设复杂高层以及超高层建筑时，就应该将该地区的抗震设防烈度考虑在内，以免造成技术错误，防止人民的生命财产产生不该有的损失。作为一名设计师，就应该十分重视抗震技术，提高高层建筑的质量，包括建筑的安全性以及经济性，从建筑的细部处理出发，坚持以人为本的原则，才能切实有效地保障人民群众的财产安全。

2.2结构方案与结构类型。想要成为一名优秀的建筑设计师，首先一定要考虑到在设计中的建筑物结构方案的问题，特别是复杂性高层以及超高层建筑，结构方案的不合理选择，很容易导致整个方案的调整，产生许多不必要的麻烦，给设计单位带来损失。所以结构方案我们从以下几个方面考虑：

2.2.1结构立体的设计与布置

结构立体设计时，刚度宜上小下大，自上而下地逐渐增大。结构竖向刚度变化是否均匀，主要影响因素是每层剪力墙的合理布置。框支剪力墙结构是竖向刚度有突变的典型实例。框支层为薄弱层，变形较大，层易发生地震破坏。为避免软弱层引起震害，需布置一定的落地抗震墙，将转换层以上的剪力，均匀地转移到其上，故在结构设计时，不允许将全部或大部分剪力墙设计成框支。均匀、规则是结构竖向布置最基本的原则。均匀，是指刚度、体型、承载力及质量等自上而下分布、变化均匀。规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。对于收进的尺度应当限制，经常会发生上下楼层收进使得体型较小，若体型尺度有变化，应下大上小逐渐变化。过大突变不应发生。

2.2.2结构平面的设计与布置

为减轻水平作用下的扭转效应，应尽量使建筑物的质心和刚心重合，所以设计平面形状宜对称、简单、规则。平面凸出部分不宜过长，过长会加大端部往构件的位移，偏心越大其扭转效应越大，导致应力集中引起破裂。减少结构的扭转效应：

2.3关注舒适度和施工过程。

2.3.1高层建筑水平振动舒适度。

通常来说，复杂性高层以及超高层建筑的结构比较柔软，因此，在设计的时候，除了要保证结构安全之外，更多的是需要满足居住人群对于建筑舒适度的要求；当然对于高钢规程以及高层混凝土规程同样提出明确的设计要求，这就需要设计师及时控制，特别是在高层建筑物已经达到顺风向与横风向顶点的最大加速度。进行舒适度分析是复杂高层建筑进行分析的主要任务，对于混凝土的结构，阻尼比最好取0.02，对于钢结构以及混合结构，其阻尼比可以根据实际情况在0.01~0.02之间取。公共建筑与公寓类建筑相比，水平振动指标限值也有很大的区别，其主要原因就是功能的不同。增设TMD或者TLD可以在水平振动舒适度不合格的情况下，进一步提高舒适度水平。

2.3.2在设计的同时应考虑建造过程的可实施性。

及时注意钢材传力以及复杂节点部位钢筋的可靠性、施工的可实施性，这是设计人员在结构设计的同时必须要做到的。通常来说，有四种处理的方法来解决型钢与其混凝土梁柱节点中主筋相交的问题：①钢筋与表面的加劲板焊接；②钢筋绕过型钢；③钢板上开洞穿钢筋；④其表面的焊接钢筋和连接套筒。复杂的高层建筑则会在施工方法上采取另外一些特殊的工艺。

三、设计要点分析

3.1注重概念设计。

通过大量的实践经验，我们可以总结出，在复杂超高建筑的结构设计上，应该要重视建筑的结构概念设计，尤其应该重视以下环节：（1）应该尽可能地提升建筑结构的规则性以及均匀性；（2）确保结构的传力途径清晰而又直接，特别是抗侧力以及结构竖向的传力途径；（3）在设计上，将结构的完整性保持在一个较高的水平上；（4）节能减排的意识要渗透进设计，能够建立一个比较合理的耗能机制；（5）重点提高建筑构件材料利用效率与结构，保证结构的受力完整性。在这里，所有过程的实现，都是离不开建造师与工程师较好地沟通与交流的，只有沟通，才能将建筑与结构相统一。

3.2科学、合理选择结构抗侧力体系。

大量的理论与实践证明，正确地选择了合理的抗侧力体系，可以更有效地保证复杂高层以及超高层建筑结构的安全。因此，在选择上要特别注意以下因素：（1）与建筑的实际高度相结合，选择合理的结构体系。（2）对于建筑设计上，最大可能地保证结构抗侧力的构件之间的互相联结。（3）对于采用多重抗侧力结构的情况下，综合分析结构体系的效用，正确估计和评判各自的贡献度。

四、总结

一个超高层项目能否顺利、成功建成的影响因素很多，除了上文总结了高层建筑结构常见问题，比如抗震设防烈度、建筑的结构方案与结构类型、关注建筑的舒适度与施工过程等等。与此同时，上文也阐述了一些在设计的时候应该要注意的要点的具体分析，比如注重概念技术和抗震技术，科学合理地选择抗侧力体系等等。总而言之，设计人员应该坚持以人为本的原则，切实考虑人民的利益，才能更好地发展。

参考文献：

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