超高层建筑结构方案选型及性能分析

超高层建筑结构方案选型及性能分析

摘要:近年来，随着建筑搭建工艺水平的进步，超高层建筑规模和修建数量正在

逐渐增多，而随之而来的建筑施工问题，建筑结构及建筑性能问题也越来越多。超高层建筑的普及必须建立在建筑安全问题完善处理的基础之上，因此就高层建筑的结构出发对建筑抗震和抗风性能做出研究和分析。

关键词：建筑结构；抗震；抗风

前言

超高层建筑的搭建工艺有别于高层建筑和一般低层住宅，超高层建筑进行施工之前需要对地震板块，大气层空气流动，该地区地质状况进行综合测算，此外超高层建筑有着成熟而严格的施工监测管理和各项性能指标要求。因此超高层建筑需要进行考量的标准和保障安全的指标较多，整体工程难度较大。

一、建筑结构

建筑的高度是按照住宅建筑的层数进行划分的，十层以下不高于24米的建筑不属于高层建筑，高层建筑多数为电梯公寓，酒店及办公写字楼，而近几年来随着社会经济的不断进步，高层建筑已经满足不了大型公司的运营，超高层建筑的出现将更有利于公司办公及人员调配[1]。因此超高层建筑的定义标准为楼层40

层以上高度高于100米以上的民用建筑。

超高层建筑自身的高度决定了其建筑结构的复杂性。在建筑结构设计上需要对建筑自身的高宽比例进行严格控制，高宽比差距过大会导致建筑中心崩塌或断裂。整体建筑的结构通常是采用巨型框架进行搭建，中央核心筒结构进行稳固，钢制框架能极大程度减少自重进而保证刚度匀称，核心筒是目前超高层建筑主流的结构形式能够有效地进行抗震，使整体结构充分受力。在地基和沉降处理方面，通常采用深基坑支护技术，为了保证拥有足够的强度对建筑进行支撑稳固，足够深的基坑是超高层建筑的基础。超高层建筑在电气、防火基础设施结构完备的前提下，近年来，在面对一些自然灾害和恐怖袭击后，还要求超高层建筑在设计时还应考虑到应急避难，紧急消防处理。超高层建筑实现了区域化空间最高效的利用，但从施工的角度来讲仍然存在大量技术上的问题。

中央核心筒是大部分超高层建筑中起到抵抗墙体水平侧力，承担高楼层建筑物下水平荷载的钢制框架混凝土芯筒式结构[2]。在面对超高层的建筑施工时，通过控制建筑高宽比，增加地基深度和建筑横向宽度来增加整体高度，但由于建筑占地面积受限，不能无限增加建筑横向宽度，并且该方式进行建造的成本过高，而核心筒的出现能有效地解决楼层过高导致墙体受力开裂的问题，核心筒的建造工艺也十分简单，对于建材的运输搬运较为方便，能够高效率地完成对超高层建筑的整体搭建工作。

人们不断在研究新的建筑结构，以此来挑战超高楼层的高度。位于迪拜的哈利法塔是世界第一高层建筑，它采用了多种建筑结构进行搭建，低层采用混凝土进行稳固增加受力范围，中层采用钢制框架式混凝土能迅速搭建增加建筑物高度，到了高层采用通风幕墙式结构，通过一些轻质钢制结构在受力允许范围内实现楼层的搭建，此外幕墙式结构对于强风具有一定的抵御能力，能够缓解迪拜地区沙尘暴，强风等极端天气对建筑的影响。人们不断超越高层建筑的极限，创造出的建筑奇迹的过程就是对建筑结构不断创新的过程。

二、建筑性能

对于建筑而言抗震性能是现代建筑施工监测的重要指标，而对于超高层建筑而言抗风性也十分重要。人们发现当建筑达到一定高度时建筑只要横向受力就会发生些微摆动，而这种摆动对于建筑是致命的，并且超高层建筑不同于一般建筑，在发生地震灾害时，尽管超高层建筑地基过深能够稳定不断裂，但楼体中部位置是整个扭矩最集中最易发生断裂的位置。因此解决超高层建筑抗震和抗风性能的任务刻不容缓。

钢筋混凝土结构极易受到剪压而发生脆性破坏，而建筑物受到地震灾害时建筑本身所承受的倾覆力矩都由墙体钢筋混凝土承受，所以为了提高超高层建筑的抗震性能，需要进行额外的搭建工艺，既采取外围钢架密柱方案，即内层采用钢筋混凝土外层再搭建钢制框架以此增加内层钢筋抗侧向刚度，提高墙体的剪应力和压应力。此外中央核心筒结构在超高层建筑需要进行多处搭建，以此来缓解地震倾覆力矩带来的巨大剪力，中央核心筒不仅是超高层建筑搭建的重要结构，核心筒的设置及在建筑高层位置的搭建工艺还是提高建筑抗震性能的重要解决方案。除了基于缓震和消震进行的建筑结构设计，面对地震灾害，超高层建筑在进行建筑设计时通常会采取减少地震时能量输入处理，即根据国家抗震指标对建筑结构位移进行定量分析，最大化结构变形观察是否在指标变形范围之内。超高层建筑在进行选址时通常也会对地震带和土层断裂带进行有效地避让，在设计之初就避免受到频繁的地质灾害。

由于地球大气层的空气流动往往会产生大量空气流动，接近地表空气流速较小，而达到一定高度时空气流速会陡增，高速的空气流动会形成阵性大风，会对建筑造成轴向变形，变形积压会对建筑物产生明显影响。风阻尼器是一种应对间歇性阵风对建筑物造成晃动的装置，其结构原理十分简单，就是利用机械共振进行调谐从而降低建筑的晃动频率，风阻尼器的安装位置通常位于建筑物高层，进行调谐的效果最佳，但由于阻尼器自身配重过重，因此阻尼器也在不断的研发和创新当中。此外针对强风甚至台风，超高层建筑则在高层采用幕墙式结构，该结构能相对主体支撑结构发生一定位移，当面对强风时能够有效地进行缓解，进行位移的面板由于不承受荷载，因此还具备一定的装饰性。风力的客观存在导致了超高层建筑只能实现减缓风力的影响。

总结

高质量的超高层建筑需要对建筑结构进行严格的设计，针对各项建筑性能要求，设计人员需要综合各方面的因素，实现超高层建筑安全可靠，从而促进超高层建筑设计的发展。

参考文献

[1] 吕华梁. 《城市建设中加强高层建筑设计的探讨》[J]. 《城市建筑》,2013(8)

[2] 孙丹. 《框架核心筒的设计特点及应用》[J]. 《城市建设理论研究（电子版）》,2012(35)