超高层建筑结构体系的新发展

超高层建筑结构体系的新发展
The New Development of High-rise Building Structures ■ 苏敏华 ■Su Minhua
[摘 要] 随着我国对建筑领域发展重视程度的加深，我国建筑行业的投资力度也逐渐加大。

超高层建筑结构体系不断向前发展，提出了新的要求与标准。

超高层全钢制结构的建筑结构体系的构建通过翻样、下料、制作、钢筋结构、墙体结构、统一度量等新途径加强了超高层建筑结构体系的建设，对于支撑与超高层建筑结构的发展都具有推动作用。

本文以分析超高层建筑结构体系的新发展趋势为主，展开分析，提出作者个人观点。

[关键词] 超高层 建筑结构 体系 新发展 趋势
[Abstract] With our country attaches great importance to the deepening of construction development, the investment of the construction industry in our country is also gradually increased and the high-rise building structure system is continuous dev- eloped, which proposed new requirements and standards. Thr- ough the new ways of turning samples, under the material, ma- king, steel structure, wall structure and unified metrics to stren- gthen the construction of high-rise building structures, which have a role in promoting the support and development of the h- igh-rise building structure. In this article, the author mainly an- alyses the trend of the new development of high-rise building structures and expand the analysis to put forward the personal views.
[Key words] super high level, building structure, system, new development, trend
一、 概况
超高层钢结构建筑结构的创新发展已经拥有100多年的历史了，该技术最早源于1885年的美国芝加哥，芝加哥最早建立了钢制结构的高层建筑，随着人口的增长和城市化的发展，美国的超高层建筑数量越来越多，日益成为了当前城市化发展新趋势的一个标志。

超高层建筑结构体系的不断创新，是通过信息化技术与施工技术的不断提高完成的发展，超高层建筑的结构体系新型构造途径是钢筋混凝土结构，超高层建筑中的建筑结构从墙面结构与混凝土构造形成加强楼层体系，同时还是用了高强度的钢材提高整体框架的稳定性，超高层建筑中的统一度量与新型的安装方法，框架的制作方式都具有很大的帮助，钢筋混凝土结构成为了超高层建筑发展的主要表现，也是发达国家的建筑科技水平的一种提高，反映出了材料工业水平和综合化技术水平。

二、 超高层结构体系的分析
超高层建筑结构体系，通过建筑设计前期的规范标准、建筑抗震设计规范标准、建筑安全防护标准与建筑防火标准等构成了统一化的体系，形成了超高层建筑的新型稳定结构，一般的超高层建筑高度都在100m以上，在结构设计中建筑使用的功能必须得到有效的使用，建筑的高度与整体框架都需
要使用高强度的钢筋混凝土材料，建筑抗震防裂的
设计还要符合安全规范与经济标准，在框架结构体
系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构、框架墙体
结构中寻求创新，另外还要从高层与超高层建筑结
构设计中应用钢管与混凝土，钢筋与混凝土的材料，
优化传统结构设计因素，形成全新的建筑结构体系。

超高层的柱体结构与钢筋数量都需要不同程度的增
加，超高层剪力墙具备了很强的抗侧力构建，承担
了超高层楼体的大部分承载力与地震荷载能力。

超
高层建筑结构体系总体刚度大，侧移小，且满足玻
璃幕墙的外装饰要求。

三、 超高层材料的选用
钢结构有很多优点，其缺点是导热系数大、耐
火性差。

随着冶金技术的提高，对耐火钢的研究成
功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。

在当前条件下 宝 钢 投 入 生 产 的 有 B400RNQ
和B490RNQ 两种型号的耐火钢，其物理力学指标、
化学性能及抗冲击韧性和可焊性，都能达到结构钢
的要求。

普通钢材的熔点温度是600℃，达到这个
温度后就会丧失对楼体的承载能力，我国宝钢钢材
的最高温度承受能力也是600℃，抗压强度为150～
22Mpa，超高层的建筑结构体系的钢材结构设计主
要为框架与剪力墙体，通过框架与钢管形成固体结
构，又通过框架与剪力墙体形成了钢架结构，超高
层的钢架结构构造需要采用全新的制作安装类型，
提高钢材的主体价值，提升防火性能，安全系数提
高，整体性加固作用也得到了加强，可靠性与安全
性相应提升。

四、 超高层建筑结构体系的新发展
1. 统一测量仪器和钢尺量具
建造一幢超高层大楼，涉及到土建、钢结构、
玻璃幕墙和各类设备的安装，使用的测量仪器和使
用的钢尺必须由国家法定的同一计量部门由同一标
准鉴定。

高层、超高层建筑施工周期较长，尚需定
期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑
物各项指标符合规定的指标。

一般以土建部门的测
量仪器和钢尺量具为准。

2. 实行全新的定位轴线与标高位置
实行全新的定位轴线与标高位置的建筑标准，
主要通过钢柱的定位轴线为主要参考，根据场地的
宽窄进行发展，建筑物外部与内部的设置需要控制
好轴线，在工程高度达到100m时，需要在楼体中
设计至少2个控制桩，提供足够的空间与参考，供
架设经纬仪与激光定位仪器，满足对视线与楼体整
体倾斜的控制与管理，钢柱的长度要满足楼体的重
量和大小，钢柱每一层到每两层为一节，每一节都
需要安装定位轴线，从地面控制轴线，保证每一个
小节的定位线可以安全的使用，避免误差。

柱子脚
下与钢筋混凝土形成充分的稳定，防止偏斜。

3. 超高等建筑结构体系制作与安装的新型构
建
钢柱的制作与安装的新型构建主要从高度与结
构上做出调整，钢柱是高层、超高层建筑决定层高
和建筑总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须
满足现行规范的验收标准。

100m 高的超高层钢柱
一般分为 8～12 节构件，钢柱在翻样下料制作过程
中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的
压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长
度，即使只有几毫米也不能忽略不计。

而且上下两
节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节
钢柱应编号予以区别，正确安装就位。

矩形或方形
钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴
电渣焊，不允许采用其它如在箱板上开孔、槽塞焊
等形式。

钢柱的基本标准高度的有效控制有2种方式。

第一种是按照标准高度进行安装，钢柱的长度误差
不超过3mm，一般情况对焊接受热造成的裂缝扩大
与裂缝的压缩变形不进行计算，超高层的建筑在每
一节的柱体上的偏差不能超过3mm，安装的过程中
要保证整体框架的牢固程度，还要确保安装整体的
钢制结构的提升，满足钢架结构的整体控制，提高
超高层建筑的稳定性，确保超高层建筑物的牢固。

第二种是按照设计的标准去安装，一般在60m以上，
需要根据设计阶段的标准去参考钢柱的结合，按照
每一层的最低误差解决好框架-受力结构的建设，提
高总体高度的建设安全程度。

4. 框架梁的制作与安装的创新
现阶段高层、超高层框架梁采用 创新性的H 型
钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接，钢柱为贯通型，
在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。

框架梁应按设计编号正确就位。

为保证框架梁与钢
柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和
楼层层高的精确性，在工厂制造时，在框架梁所在
位置设置悬臂梁(短牛腿)，悬臂梁上下翼缘与钢柱
的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝。

框
架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的
连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝，腹板采用高
强螺栓连接。

由于超强度钢筋混凝土在施工过程中会存在受
热膨胀和受冷收缩的情况，因此要保证超高层建筑
的精度，就必须要满足框架钢架结构的稳定性与钢
筋混凝土本身剪力墙建设的牢固性，要确保框架墙
体与梁的长度符合基本建设与设计要求，还要确定
翻样下料的精确长度达到了建设基本要求，框架梁
体的上下连接处都必须要满足焊接要求，要将大部
分的链接体进行熔透的链接，施工过程中要满足焊
接翼缘的接触稳定与紧密，要将一端的焊点紧密链
接后与另一端的焊接链接，采用高强度的螺丝与螺
栓进行绑定，充分理解设计的摩擦力应用，承载高
压力的高强度的螺栓，应用达到合理性。

采用高强
度的螺栓群连接，在孔位处要保持精度，稳定模板
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城市建筑┃建筑结构┃U RBANISM A ND A RCHITECTURE ┃A RCHITECTURAL S TRUCTURE
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与组装梁体之间的安装精度，保证质量，高强度的螺栓要拧紧才能保证孔位的精度的有效控制，孔位的局部变化会造成扩张，撕裂整体结构，高强度螺栓群应用需要识别正确的方向，达到使用效果。

五、 结语
综上所述,通过对超高层建筑结构体系的分析，强化了超高层建筑结构的耐久性与稳固性，在建筑钢筋的使用、轴线的定位、建筑结构的创新方面提
出了全新的发展对策，让超高层建筑结构体系变得更加完善。

参考文献
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（作者单位：广东省建筑设计研究院，广州 510010）
（上接第60页）
最大剪力的计算公式如下：
Q = 0.6 ql
截面抗剪强度必须满足： T = 3 Q/2 bh ＜ [T]
截面抗剪强度计算值 T=3×3 042/（2×40×90）=1.268 N/mm 2
截面抗剪强度设计值 [T]=1.30 N/mm 2
木方的抗剪强度计算满足要求。

（3）木方挠度计算
均布荷载通过上面变形受力图计算的最大支座力除以跨度得到4.179 kN/m
最大变形 v =0.677×4.179×300.04/（100×9 000.00×2 430 000.0）=0.010 mm
木方的最大挠度小于300.0/250，满足要求。

3. 地下车库顶板承载力复核验算 (1) 验算说明
本工程地下车库顶板结构荷载取值：顶板施工活荷载为3.5 KN/m 2
，车库顶板覆土荷载21.6 KN/m 2
（1.2 m），活载10 KN/m 2。

结构楼板荷载组合应为：作用荷载 = 板自重+覆土+施工活荷载+其它活载。

其中，覆土可视作恒载，其它活载视作经覆土层折减后的消防车活荷载。

计算可得：
作用荷载 q = 1.2×（25.5×0.3+21.6）+1.4×（3.5+10） = 54 KN/m 2。

实际施工时荷载组合 = 板自重+活荷载 (2) 荷载计算
楼板恒载即板自重：25.5×0.3 = 7.65 KN/m 2
楼板活载取最大等效均布活荷载：24.26 KN/m 2 荷载设计组合为：q’=1.2×7.65+1.4×24.26 = 44 KN/m 2
＜ q = 54 KN/m 2
计算可知，楼板结构设计荷载尚有富余量，地下车库顶板作为施工期间载重车道使用，其承载力无需验算，应该可以满足结构安全要求。

五、 结语
经过验算，在地下车库结构砼强度达到设计要求后，顶板能够承受不超过55 t的重车荷载。

待所有地下车库结构及后浇带全部浇筑完，砼强度达到设计要求后，加固支撑可以视地下室内实际施工需要予以部分拆除，但仍需定期监测地下车库顶板的变形情况。

参考文献
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（作者单位：上海飞机制造有限公司，上海 200436）
（上接第61页）
最优柱距也有所变化，并有变大的趋势。

在上述条件下，其最优柱距在8～9 m。

当然，在设计时，对于不同的设计人员而言，同一结构的设计，还会存在着围护布置、结构体系等各个因素的影响，而且还会有很大的差别。

为此，需要综合各项指标和情况，确定用钢量变化趋势，从而来把握最优柱距。

但是不论是对于何种情况，其结果都是上述结论保持一致的。

四、设计优化
在工程设计中，需要以加强对门式刚架轻型钢结构体系的深入了解和分析，掌握基本规律，尽可能地减少试算次数，全面提高设计的质量与速度，为企业成本的降低、经济效益的增加奠定良好的基础，具体可以从以下两点入手。

首先，加强对荷载的控制。

柱距最为主要的一个影响因素就是荷载，在设计时，若是荷载较小，宜选择8～9 m 的柱距，若是荷载较大，则宜选择6～7 m 的柱距，简单来讲，跨度越大，越需要保证柱距
的合理性，从而才能达到良好的经济效益。

其次，注意刚架跨度的控制。

一般而言，刚跨度是存在着最优尺寸问题的。

其中，最大的影响因素也是荷载，荷载小，取值为18～21 m，荷载大时，取值24～30 m 为宜。

五、 结语
总而言之，在门式钢架设计中，需要结合工程实际，加强对工程条件的分析，并在此基础上，全面考虑跨度以及柱距的影响，可以节约3%～20%的钢材。

同时，还使得工程成本的费用大大降低，具有很高的经济效益和价值。

因此，在工程实际中，为了促进我国钢结构的设计与技术进步，要加强其推广和应用。

参考文献
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（作者单位：镇海石化工程股份有限公司，宁波 315040）
（上接第65页）
本工程采用的防腐要求是：材料方面，水泥采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，水灰比不大于0.45，水泥用量不少于350 KN/m³。

在所有与土壤相接触的构件表面需涂环氧沥青或聚氨酯沥青等防腐涂层，涂层的厚度还需满足防腐规范要求。

钢筋保护层厚度不仅要满足混凝土设计规范还要满足防腐规范：底板底面为100 mm，侧面及顶面为40 mm。

伸缩缝或防震缝内用沥青麻丝填实，上下两端用油膏封口。

三、 结语
本文比较全面详细地介绍了大型火电厂圆煤仓内地下运煤 廊道结构的设计方法和内容，包括中心柱基础、紧急卸煤口、地下隧道三个组成部分。

本文分别阐述了三个部分的设计方法及设计要点，详细介绍了各部分的荷载情况和受力情况，并对它们所需要进行的抗浮、抗裂、防腐等方面进行了详细阐述，希望对于设计人员有一定的指导作用。

参考文献
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