简析复杂高层与超高层建筑结构设计要点

简析复杂高层与超高层建筑结构设计要点

发表时间：2018-04-26T15:11:35.097Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第33期作者：唐捷[导读] 在城市不断发展的过程中，复杂的高层建筑与超高层建筑不断兴起，建筑施工企业在日益激烈的市场竞争中。

摘要：在城市不断发展的过程中，复杂的高层建筑与超高层建筑不断兴起，建筑施工企业在日益激烈的市场竞争中，也不断改进自身技术，不断提高自己在市场竞争中的地位。复杂与超高建筑在施工中会受到很多因素的影响，在设计过程中既要考虑到实际的设计需要，又要考虑到施工相关文件上所列出的标准，以更好保证其可靠性。关键词：复杂高层；超高层建筑；结构设计要点

引言：随着我国国民经济平稳运行，人们对建筑行业上的工程质量提出更多要求。复杂高层及超高层建筑开始不断融入人们生活。在激烈的市场竞争中，建筑企业为了能占据一个优势位置，需要在工程的建设的施工技艺及设计进行不断革新。由于建筑结构直接关系到高层建筑的整体性能及使用功能，因此在设计过程中必须对之予以重视。在实际的设计过程中必须通过多种技术手段，从多个途径突出混凝土建筑结构施工的整体效果。

一、超高层建筑的特点

（1）超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证发生火灾时人员能安全疏散。由于机电设备使用的要求，还需设置设备层。一般超高层建筑是两者兼顾，设备层与避难层并做一层。而对更高的有较多使用功能要求的超高层建筑，除每15层设一个避难层兼设备层以外，还需要设有专门的机电设备层。为提高结构的整体刚度，可以将设备层或是避难层设置为结构加强层。

（2）超高层建筑的平面形状多为方形或近似方形，其长宽比多小于2。否则在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。

（3）超高层建筑在基岩埋深较浅时，可选择天然地基作为基础持力层，采用筏基或者箱基，若基础持力层较深时，可采用桩基。较少采用复合地基。

（4）房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足风荷载作用下舒适度要求，结构顶点最大加速度的控制应满足相关规范要求。

（5）超高层建筑结构设计一般需进行抗震设防专项审查，必要时还须在振动台上进行专门的模型震动试验，才能确保工程得到合理设计与建造。

二、复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制因素

2.1地震力

对地震力的预测，当前的技术条件存在一定限制，难以对之进行准确预算。即使对地震有深入研究的日本，以无法准确的预算地震的发生时间、地点。因此，高层建筑设计过程中尤其要注意抗地震力的设计，还需要考虑建筑主楼、裙楼在地震力作用下的不同反应。

2.2风载荷

对复杂高层与超高层建筑结构的设计，由于其高层容易受到风载荷的影响，尤其是一些超高层建筑，其主要控制的因素就是风载荷。如台北的101大楼设计过程中，不但参考当地相关设计规范，还委托加拿大相关设计公司进行了相关的风洞试验，以提高该建筑的抗风载能力。在试验过程中，设计一个以1：500为比例的模型在半径为600m的风场环境中进行试验，验证建筑在不同风况下的受力情况。

2.3地基基础

对复杂高层建筑与超高层建筑，地基基础发挥十分重要的作用。在实际施工过程中要根据不同的地基形态采取稳定性强的地基结构。如对深厚的软地基，高层建筑地基必须选择使用桩筏基础或桩箱基础，可根据实际地质情况采取对应的基础措施：使用深度不大的年轻岩基，通过将现浇混凝土桩基深入岩层中的方式为建筑提供基础支撑；对深度较大的岩层，例如在地面100m以下，可以利用岩层上层常见的层状冲积土，使用框格式的地下连续墙为建筑提供基础支撑；对地下基层条件较好的地层，可采用筏形基础即可。在地基设计过程中，应根据不同的地质情况选择对应的组合式基础方案，最终确定一个技术经济性最高的方案。

三、复杂高层与超高层建筑结构设计策略

3.1充分发挥梁柱的组合效果

通过简单的减小柱距、梁距，虽然能够在一定程度上达到提高框架体系抗推刚度的目的，但不能从根本上改善框架的整体效能。这时结合增加梁、柱数量的方式，不但能有效增加框架的整体抗推刚度，还能提高框架的抗风载荷能力。

3.2合理减小框架中的柱距与梁距

（1）减小柱距

建筑框架是将梁、柱通过刚性连接的方式组合而成的刚性体系，整个结构体系的抗推刚度受梁、柱截面与数量的直接影响，通过减小柱距能有效提高整个结构体系的刚度。

（2）减小粱距

通过增加框架中梁的数量，不但可以减小框架在载荷作用下的总变形，还可以增加柱子在轴力作用下形成的力偶，使其能更好抵抗结构体系的总力矩。

3.3采用弯一剪双重结构体系

弯一剪双重抗侧力结构体系，就是指通过采用弯曲型与剪切型两种不同变形性质的构件形成一个完整的结构体系。两种不同类型的构建通过在各不同楼板中联系起来进行协同工作，明显减小整个建筑结构的顶点位移与下部各楼层的层间位移。

（1）框一墙体系

在水平力的作用下，单独的框架整体变形是典型的剪切变形，其上部层间侧移相对较小，而下部的层间侧移则较大。而单独的剪力墙则是弯曲型变形，其层间侧移为上部大、下部小。在采用框一剪双重体系之后，可将各楼层楼板联系起来，使框架与剪力墙能够协同承受载荷，确保框架与剪力墙变形的一致性，提高结构的抗载荷能力。

（2）框一撑体系

合理设计的框架一支撑体系同样可以收到与框一墙体系相当的效果，即最终达到减小结构顶点侧移与最大层间位移的目的。

（3）筒中筒体系

筒中筒体系的构建原理与上述两种结构体系类似，但其起到的结构增强效果更好。

3.4合理设置刚臂

对建筑平面是方形布置的高楼，当采用芯筒一框架体系时，因为大部分的侧向力是由芯筒来承担的，使整栋建筑的侧移曲线基本上是由芯筒的变形直接控制的。在水平载荷的作用下，芯筒以弯曲变形为主。由于芯筒的平面尺寸还受到建筑的竖向服务性设施面积影响，直接造成芯筒的高度与宽度比值较大的问题。为了达到减小建筑结构侧移的目的，可在高层建筑中每相隔十来层布置一个设备层，在其中添加桁架，形成刚臂。使芯筒与外围的框架柱连接为一体，使结构的外柱也可以参与到结构的整体抗弯体系中，对顶部截面的倾斜具有重要作用，其有效减少了建筑各个岛层建筑结构的侧向位移。

结束语：复杂高层与超高层建筑是社会发展的必然结果，随着社会经济及建筑施工技术的提高，越来越多施工技术将会在复杂高层与超高层建筑的施工中体现。在对复杂高层及超高层建筑进行施工时，对施工工艺的选取非常重要，为了切实保证施工质量一定要对建筑结构的设计工作做好严格把控，控制好建筑结构设计的要点，争取从根本上保证高层建筑的施工质量。参考文献

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