超限高层建筑结构设计研究

超限高层建筑结构设计研究
摘要：随着建筑行业的快速发展，建筑的设计也取得了巨大的突破，其性能
也得到了大幅度的提升，随着建筑形式的多样化，对结构设计会有着更高的要求，
因此，在未来的发展中，仍然需要加大对建筑结构设计的研究力度，要能够在现
有技术的基础上进行进一步的优化，推动建筑结构设计工作的快速发展。基于此，
本文主要探讨了超限高层建筑结构设计。

关键词:超限高层;结构设计；抗震性能设计
中图分类号:TU973．3文献标志码:B
引言
在高层建筑结构超限设计中，考虑到结构性能状态复杂，为保证建筑结构可
靠性，要对容易产生较大内力和变形的薄弱部位进行超限分析。针对不同部位的
结构构件的重要程度，还要做到合理选定性能目标，然后采取相应的抗震性能设
计，促使结构整体拥有较好抗震性能。从工程设计实践来看，加强各项性能指标
的精确分析，能够实现超限高层建筑的合理设计，最终使结构的经济性和安全性
同时得到保证。

1超高层建筑结构设计的主要特性
超高层建筑整体结构设计的特性主要有以下几个方面：①相对普通高层建筑
更高，其建筑水平荷载比较普通高层建筑会带来相应轴向压应力相当程度上的增
加，同时在建筑立面上遭受自然灾害、风力等因素的干扰程度有所增加。基于此，
超限高层建筑整个结构设计中，不但要考量建筑竖向荷载，同时也需加大建筑水
平荷载考量。②超限高层建筑底层部位压力非常大，在建筑完工交付使用中，会
产生轴向变形甚至不均匀沉降的现象，进而造成楼面梁的内力重分布。所以如何
控制超限高层建筑的变形能力，需要在结构设计中重点关注建筑底部构件相关的
结构参数，防止类似建筑轴向变形等现象的出现。③关注整个超限高层建筑的抗
震性需求。在超限高层建筑结构设计中务必重点关注结构延展性，确保超限高层
建筑可以对抗地震灾害，进一步确保人民的人身与财产安全[1]。

2超限高层建筑结构设计
2.1完善结构设计规划
复杂高层与超高层建筑结构设计规划是能够确保建筑结构今后正常使用阶段
安全性的前提。因此，在结构设计实践中，有关技术人员需加强建筑结构设计的
关注度，进一步综合建筑工程周边的具体状况，完善成品结构设计规划。①复杂
高层与超高层建筑结构设计人员务必重点关注概念设计，在设计准备期务必遵循
结构设计规则性与整个建筑均衡性等原则，确保建筑结构的每个部位可产生有效
的支撑作用。②不但要优化复杂高层与超高层建筑结构设计，同时也要求结构设
计人员更多地与现场施工人员进行交流，进一步从外观效果、施工效果方面完成
针对建筑结构设计规划的完善，规避建筑结构在施工阶段难以实现的难题。③计
算机技术在结构设计规划中起到了关键作用，因此具体有关人员务必主动使用高
效的计算机软件，来合理完成对结构设计规划的完善[2]。

2.2做好地基优化设计
在房屋建筑结构设计当中地基发挥着基础性的作用，其也是整个工程项目的
基础和前提，所以在设计过程中地基优化设计是必须考虑的。在具体的设计之前
需要对地基的实际情况进行充分考虑，对相关的地质进行勘测，对地质承受能力
进行分析，将安全问题作为地基优化设计考虑的重中之重，以此来确保整个工程
项目的安全实施。此外，项目的负责人还必须对影响地基设计和施工的因素进行
充分地考虑，根据这些因素做出详细预案，将地基设计中可能会遇到的风险隐患
全部考虑清楚，将安全问题凸显出来。而在工程现场还可以设置一些防护性的装
置设备，对地基和与之关联的周边环境进行监测与防护，确保整个建筑项目结构
设计优化准确性和可控性。

2.3合理设计地下室
首先需要做好防火分区的划分，其次就是要能够保证耐火的等级，还有设置
必要的安全出口。同时注意人流及时的疏散，设置自动喷洒和自动报警装置，能
够有机械防排烟等这些措施等等。这样才能够最大限度地保障地下室还有整个高
层民用建筑的消防安全。为此在关于高层民用建筑防火设计方面首先应该对地下
室进行合理的设计，这样才能够减少高层民用建筑可能存在的火灾方面的隐患，
最大限度地降低风险值[3]。

2.4合理设计消防通道
对于高层建筑而言消防车道的宽度最少要在4m左右，另外通道内沿要保证
和建筑物之间保持5m的距离。高层建筑一般是长方形的，那么这就需要在建筑
物长边的那一侧考虑扑火面具体的设计。这样才能够保证救火的时候云梯还有居
高车能够有效地和建筑物的各个方位进行有效地连接。而且需要把火灾的扑救面
还有消防通道之间进行有效地结合，而且需要增加预设好的扑救面那一位置车道
的宽度。对于消防车道还有火灾扑救面下方的暗沟还有管道可以确保承载得住消
防车整体的质量还有材料。在上空的位置一定要避免增加一些天线火灾露台等这
些障碍物，这样很有可能就会影响到消防车的工作。

2.5注意方案设计与施工相结合
科学合理的超高层建筑结构设计方案是提升超高层建筑质量，确保经济性和
安全性的关键所在。①方案设计过程当中，需要注重结构规则性。②需要具备合
理的耗能机制。③需要具备科学、明晰的设计思路。④需要具备整体性，从而提
升整体设计效益。

2.6超高层建筑连体结构设计
一是确定结构选型。秉承加强节点的抗震性能的设计理念，使节点部分始终
处于弹性状态，保证其具有一定的变形能力。当连接体包含多个楼层时，可采用
空间钢桁架结构体系来提高节点的强度。二是考虑连体结构的自振振型。高层建
筑连体结构的自振振型较为复杂，塔楼之间的振动相互耦合，结构沿竖向的刚度
和质量也因连接体的设置而分布不均匀，连接体的扭转性能也很差。因此，对于
连体高层建筑应采用时程分析方法，对主体结构和连接结构进行整体受力分析。
三是设计考虑抵抗地震等自然灾害。竖向地震力会对整个建筑结构造成很大的破
坏，因此连接体的抗震设计主要是降低竖向地震的影响。连接体结构应在高等级
抗震的基础上同时考虑竖向地震荷载和水平地震荷载的共同影响，因此，结构设
计人员应充分注重连接体结构的刚度及承载能力。

2.7建筑结构减隔震设计
（1）新建建筑物的结构设计
随着时代的发展和社会的进步，人们的生活质量得到了大幅度的提升，对居
住环境的质量和安全都有着更高的要求。众所周知，地震一旦发生会带来非常大
的危害，会对城市的发展、人们的生命和财产安全带来巨大的威胁，因此，越来
越多的人开始重视建筑结构的隔震和减震设计。为了取得更好的建筑抗震效果，
在对建筑基础部分进行设计时，不仅需要对其进行特殊抗震处理，还要能够增设
一些消能装置以及相关的元件，来提高建筑基础部分抵抗地震的能力，从而尽可
能降低地震对建筑基础带来的影响。这些减震设备和组件，就是为了提高建筑体
的抗震能力，但是其抗震效果相比于隔震层，还需通过更多的实际工程和实验数
据进一步观察比较。

（2）对既有建筑物的抗震加固
在既有建筑物的结构抗震加固设计工作开展的过程中，曾遇到大量需要提高
抗震等级但现场无法全面加固或加固量巨大，但又要能够满足抗震设计的规范要
求的情况。在开展针对性的设计工作时，为了能使建筑设计方案的效果充分发挥
出来，可以在建筑的一些重要部位安装减震装置或刚性支撑，这样就能够使建筑
效果和抗震能力同时实现，达到充分利用既有建筑的目的。总之，在建筑建成之
后，要想使其抗震性能得到进一步的提高，要根据每个建筑的不同情况采取相应
的加固措施，比如增加关键构件的结构刚度或在建筑的主体结构上加装一些消能
装置、隔振装置等，同样能够起到非常好的抗震加固效果[4]。

结束语
在土地资源日益紧缺的社会背景下，超限高层建筑越来越普遍，成为解决土
地资源存量下降的重要工程项目。然而在超限高层建筑发展的过程中，受到建筑
技术、建筑抗震标准提高等因素的影响，部分超限高层建筑结构存在抗震设计失
效的现象，影响了人民的生命财产安全。基于此，相关建设单位需要重视超限高
层建筑结构设计，确保建筑整体质量。

参考文献：
[1]张方.某超限高层办公楼建筑结构抗震设计[J].上海建设科
技,2019(3):29-32.

[2]肖从真,王翠坤,黄小坤.高层建筑结构抗震设计方法及结构体系创新[J].
建筑科学,2018,34(9):33-41.

[3]卢一麟,尹凤霞,郭献洲.超限高层建筑结构抗震设计加强措施和建议—以
某超限高层建筑为例[J].地震工程学报,2018,40(6):1252-1258.

[4]沈雁雁.高层建筑结构基于性能的抗震设计研究[J].中国标准
化,2017(2):131+135.