复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析 杨书杨

复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析杨书杨
发表时间：2019-05-10T16:27:19.697Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：杨书杨
[导读] 文章针对复杂高层和超高层结构设计要点进行系统分析，先介绍了结构设计方案，包括针对复杂结构选择技术措施、挑选适合的抗侧力体系等，随后分析了荷载作用对于高层建筑的影响，包括地震荷载、风荷载、抗震设计、舒适度要求等，希望能给相关人士提供有效参考。

摘要：文章针对复杂高层和超高层结构设计要点进行系统分析，先介绍了结构设计方案，包括针对复杂结构选择技术措施、挑选适合的抗侧力体系等，随后分析了荷载作用对于高层建筑的影响，包括地震荷载、风荷载、抗震设计、舒适度要求等，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：复杂高层；超高层建筑；结构设计
引言
随着城市快速发展，超高层建筑数量逐渐增加，其外形美观、高度较大，能够有效解决城市人口快速增加所导致的用地紧张难题。

超高层建筑在建设过程中对于结构设计要求较高，为此，需要充分结合地域环境和建筑特点进行合理设计，提高建筑实用性。

1确定合理的结构设计方案
1.1针对复杂结构的技术措施
针对复杂的建筑结构，具体技术措施包括以下几种形式：（1）选择适合的抗侧力体系，科学设置腰桁架与伸臂桁架；（2）重点进行技术分析研究，包括复杂受力部位有限元、分析软件对比、时程、必要性实验、动力弹塑性等内容；（3）通过空心楼盖、组合楼板和高强度混凝土等措施减少楼面自重；（4）对于超高层建筑中的大洞口和重要楼层，比如嵌固层和加强层等，通过强化配筋或加厚楼板等方法提升楼层整体性能。

（5）使用型钢混凝土、钢管混凝土、钢结构等形式提升超高层建筑的变形能力和抗震能力。

（6）抗震性能科学设计，明确重要部位的抗震设计目标，在情况需要条件下测试其在大震和中震状态下的安全性。

1.2选择适合的抗侧力体系
适合的抗侧力体系是超高层建筑的安全基础，在选择过程中需要注意以下几点：（1）抗侧力体系应该适应超高层建筑的高度。

在建筑允许情况下，可以将结构侧力元件进行连接和组装，合并成一个整体，比如可以将纵横向的两个墙体连接起来构成混凝土筒体或组合墙体。

通过伸臂桁架将核心筒与框架柱连接到一起，如图1广州东塔所示。

此外，还可以将框架柱通过相互交叉、巨型斜撑以及环带桁架等形式连接起来，形成一种巨型框架，如图1广州西塔。

图1 左广州东塔，右广州西塔组合抗侧力体系
（2）在使用抗侧力多重结构体系时，需要全面分析不同抗侧力体系的具体效用，科学评价其贡献度，在设置抗侧力构建的过程中能够有所侧重，形成多重抗震防线。

（3）面对同样类型的抗侧力体系，需要通过试算和结构概念等方式，分析抗侧力体系中各种类型构件对于抗侧力的作用，提升材料实效性。

2荷载作用方面的考虑
2.1地震荷载
确定超高层建筑地震荷载时需要注意下面几项问题：（1）超高层建筑自振周期通常大于六秒，甚至最高能够达到九秒。

在抗震规范中，地震影响系数一般只到六秒，为此经过相关抗震专家建议，可以在原有规范基础上，把原本六秒的直线下降段延伸到十秒使用。

（2）大震分析过程中，应该将场地特征周期进行适当扩大，增加阻尼比，将周期折减系数取作1。

（3）高位连体和大跨悬挑需要结合竖向地震影响进行考虑。

明确地震作用值时，需要结合连体结构或悬挑结构支撑点地震竖向作用的放大效应进行考虑。

在分析计算中，可以通过反应谱分析或弹性时程等方法计算。

广州某一超高层建筑项目中，总高共二十八层，顶部位置是五层连体模式，整个跨度为三十一米，连体区域的地震竖向作用已经到达重力负荷代表值的百分之十五到百分之二十。

2.2风荷载
在超高层建筑项目中，需要利用一百年重现期风荷载来计算构件承载力，通过五十年重现期风荷载控制结构变形。

建筑结构相关荷载规范中提到过超过两百米的群集高层建筑、特殊型体建筑在确定风荷载时，可以实施风洞试验[1]。

针对复杂建筑和超高层建筑进行风工程研究能够实现下面几个目标：（1）通过调整建筑外形来转变风致响应特征和风压分布状态，降低建筑结构造价和设计难度。

（2）明确幕墙等相关围护结构的风荷载标准，周边建筑和建筑外形会影响局部风压，通过对超高层建筑进行风洞测验能够获得准确的结构风荷载值，实现安全、经济化设计。

（3）确定风荷载标准取值和风致响应。

超高层建筑中的风卓越周期、自振周期、涡脱周期三者相似，风致响应突出。

通过风振分析和风洞试验等方法能够获得精准的风荷载取值，此外，还可以通过风致响应对建筑顶部加速度和层间位移角进行评估，看其是否符合规范要求。

2.3抗震设计
高层混凝土应用规范和抗规中提到过结构抗震设计的相关要求，指出抗震性能设计目标需要结合抗震设防类型、修复难易度、建设费用、复杂部位、特殊结构、场地条件和设防烈度等内容进行考虑。

保证超高层建筑结构设计能够满足大震和中震状态下的安全要求，在需
要条件下，可以利用振动台抗震试验、静力试验、动力弹塑性研究等方法进行有效验证。

在大震和中震影响下，承重构件的竖向受力状态会出现从小偏压受力变成偏拉受力的现象，因此在设计过程中需要提高重视。

在超高层建筑超过两百米时，应该通过弹塑性时程进行计算分析。

在弹塑性动力分析后，能够给出大震作用下结构的非线性定量性能，对地震中的结构变形状态进行系统研究，分析结构的塑性演变过程，了解构件损伤和塑性状况，验证建筑结构在大震影响下的安全性能，找出建筑结构的脆弱环节，并采取有效措施对建筑结构进行优化设计。

2.4舒适度要求
超高层建筑其实属于柔性结构，在进行结构设计时，除了需要保证建筑结构的安全性能外，还要保证居住者的舒适性。

高钢规与高层混凝土规范中针对结构设计提出了具体要求，需要合理控制超高层建筑在横向风顶点和顺风向角度的最大加速度[2]。

分析超高层建筑舒适性时，将混凝土结构相关阻尼比设置为0.02，结合超高层建筑实际状况，在0.01到0.02范围内取钢结构阻尼比与混合结构的阻尼比数值。

取十年重现期以下的风压值验算建筑的舒适度。

公共建筑如旅馆和办公，公寓类建筑如公寓和住宅，因两者之间的功能差异，其水平振动最高值的加速度限制指标也各不相同。

为了提高超高层建筑的舒适度或在水平振动舒适度不符合相关要求的条件下，可以通过增加设置可调液阻尼器和质量调控阻尼器实现。

结语
综上所述，通过对超高层建筑内部结构进科学设计，能够将建筑外观和内部空间更好地呈现出来，在设计过程中需要保证建筑结构和建筑外观的统一性，让建筑结构均匀受力，提高建筑安全性。

参考文献
[1]项震炜.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析[J].城市建设理论研究(电子版),2017(07):110-111.
[2]魏国富.复杂高层与超高层建筑结构设计要点及相关问题探讨[J].中国住宅设施,2017(06):18-19.。