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摘要：近些年來，在城市建筑中，超高層建筑數(shù)量不斷增加，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計作為影響其安全的重要因素，得到越來越多的重視。超高層建筑的功能、受力、力傳遞途徑等與高層建筑、多層建筑有許多不同，其結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的問題也更為復(fù)雜。本文就對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵性問題展開探討，以期提供超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，有力保障超高層建筑的安全。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；關(guān)鍵性問題；探討

隨著城市化進程的不斷加快，城市土地資源日益緊張，為提高建筑使用面積，只能不斷增加建筑高度，導(dǎo)致100m以上的超高層建筑越來越多。在建筑高度增加后，不僅垂直豎向荷載會成倍增加，其水平荷載也會對建筑結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生極大影響，所以，在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要充分考慮各方面受力因素，在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，提高建筑舒適性。

一、超高層建筑結(jié)構(gòu)概述

在超高層建筑中，常見的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻接頭、框筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)中；結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容主要有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、全鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計以及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計等。在超高層建筑材料中，應(yīng)用最為普遍的是鋼筋混凝土材料，其原因是鋼筋混凝土具有良好剛度、耐久性，建設(shè)成本和維護費用都相對較低。

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先要考慮結(jié)構(gòu)的安全性，再根據(jù)高度、施工環(huán)境等，從多個設(shè)計方案中，選擇經(jīng)濟性最佳的方案，這就需要了解結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點。其中，框架結(jié)構(gòu)體系主要包括是利用梁、柱來承擔水平和豎向荷載，具有布置靈活、空間大等優(yōu)點；剪力墻結(jié)構(gòu)是通過橫向、縱向墻體來承擔水平和豎向荷載的，采用的多是鋼筋混凝土，能夠有效提高超高層建筑抗震性能；框剪結(jié)構(gòu)綜合了框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)布局靈活方便，抗側(cè)能力較佳，但如何做好剪力墻設(shè)置成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點[1]。

二、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵性問題分析

（一）基礎(chǔ)設(shè)計

在所有的建筑設(shè)計中，基礎(chǔ)設(shè)計都是最為基本、最為重要的設(shè)計內(nèi)容，基礎(chǔ)設(shè)計的水平會直接影響整個超高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固與安全。超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計主要是埋置深度、地基承載力的設(shè)計，充分保證地基的穩(wěn)固性，減少地基變形，預(yù)防建筑傾斜。

在超高層建筑基礎(chǔ)中，由于建筑高度較高，上部結(jié)構(gòu)建筑荷載相對較大，對基礎(chǔ)的承載能力要求較高，需要采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計方式，來提高基礎(chǔ)的承載值，樁基礎(chǔ)的深度需要根據(jù)承載力要求、地質(zhì)條件等來確定，確保樁端深入到持力層中；同時，還要做好地基的處理，尤其是不良地基，需要通過排水固結(jié)、預(yù)壓加固等方式，提高地基的密實度，降低地基含水率，控制地基變形和沉降，使其發(fā)揮良好的基礎(chǔ)作用。

（二）嵌固端問題

在超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為提高地下空間利用率，通常會設(shè)置兩層或以上的地下室，如此以來，超高層的嵌固端只能選擇在地下室頂板上。在設(shè)計嵌固端時，需要保證埋置深度的合理，滿足建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的要求，同時起到減輕地震反應(yīng)的作用，預(yù)防嵌固端設(shè)計不合理造成的設(shè)計變更，影響超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全。

（三）超高承重問題

超高承重問題是超高層建筑設(shè)計中常見的問題，其發(fā)生原因主要是忽視了結(jié)構(gòu)類型改變。在我國超高層建筑相關(guān)設(shè)計規(guī)范中，對超高層建筑抗震能力、高度等都作出了明確規(guī)定，因此，在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要加強審核，確保設(shè)計方案符合相關(guān)規(guī)范的要求，避免超高承重問題發(fā)生。

（四）扭轉(zhuǎn)問題

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剛度中心、幾何形心、結(jié)構(gòu)重心是設(shè)計的關(guān)鍵點，必須保持三心的重合，才能有效保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、可靠，一旦出現(xiàn)三心不重合情況，在水平壓力作用下，超高層建筑就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)問題，危及建筑本身的安全。因此，在超高層建筑設(shè)計中，需要做好平面布局的合理分布，確保剛度中心、幾何形心、結(jié)構(gòu)重心重合在一起[2]。

（五）受力性能問題

受力性能是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素，對于超高層建筑來說，主要需要有風(fēng)荷載設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計以及抗震設(shè)計，設(shè)計方法為：

1.風(fēng)荷載設(shè)計

在風(fēng)荷載設(shè)計時，需要對建筑物表面風(fēng)壓進行風(fēng)洞模擬試驗，確定風(fēng)荷載設(shè)計的參數(shù)。其中，風(fēng)洞模擬試驗的內(nèi)容主要有：（1）調(diào)試大氣邊界層，確保風(fēng)洞試驗使用的邊界層達到荷載規(guī)范的相關(guān)規(guī)定；（2）建立試驗?zāi)Ｐ?，根?jù)建筑項目實際情況，以一定比例，建立對應(yīng)的項目精細模型，布置位置、數(shù)量適宜的測點，進行群體風(fēng)洞試驗，測試風(fēng)壓分布情況；（3）風(fēng)壓測試與計算：從0°風(fēng)險開始，以15°為間隔，共進行24個風(fēng)向的風(fēng)壓測試，計算圍護結(jié)構(gòu)承受風(fēng)壓值。（4）試驗結(jié)果：通過風(fēng)洞試驗，可以得到超高層建筑塔樓外表面、女兒墻表面以及裙樓里面的最高正綜合和最低負綜合風(fēng)壓值、對應(yīng)的風(fēng)向角以及部位等。

根據(jù)風(fēng)洞試驗的風(fēng)壓測試結(jié)果，對超高層建筑結(jié)構(gòu)進行風(fēng)振計算，可以得到結(jié)構(gòu)頂層在X向、Y向的加速度峰值，再通過等效靜風(fēng)荷載，可以得到基底傾覆力矩與風(fēng)向角之間的對應(yīng)關(guān)系，確定等效基底傾覆力矩最大值，作為超高層建筑風(fēng)荷載設(shè)計的參照值。

2.結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)力，通常采取外圍環(huán)狀框架鋼梁連接內(nèi)圍鋼管混凝土柱的方式，具體連接方式有剛性連接和鉸連接，其中，剛性連接能夠起到增強結(jié)構(gòu)整體側(cè)向剛度、減少結(jié)構(gòu)層間位移角和水平位移的作用，但設(shè)計和施工較為困難，施工成本也相對較高；鉸連接設(shè)計較為簡單，施工成本也低，但結(jié)構(gòu)抗側(cè)力也會相應(yīng)降低，結(jié)構(gòu)層間位移角、水平位移會增大。因此，為提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當采用剛接方式，將外圍環(huán)狀框架鋼梁與鋼管混凝土柱連接起來。

此外，伸臂結(jié)構(gòu)也是提高超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的有效方式，是通過在建筑結(jié)構(gòu)中選擇一定層數(shù)，設(shè)置伸臂構(gòu)件，利用伸臂構(gòu)件的高強度特征，對外柱起到一定拉伸或壓縮作用，有效限制結(jié)構(gòu)位移；同時，伸臂構(gòu)件還可以對內(nèi)筒起到反向約束作用，降低內(nèi)筒的彎矩，從而減小側(cè)移。但是，伸臂結(jié)構(gòu)也存在一些負面影響，主要體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)高度方向上的內(nèi)力突變，不利于柱體結(jié)構(gòu)荷載以及建筑整體抗震[3]。

3.抗震設(shè)計

對于超高層建筑而言，地震水平作用的影響尤為明顯，做好結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計十分必要。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計要以性能化設(shè)計為基礎(chǔ)，按照抗震性能水準和目標的要求，在保證承載力、變形能力滿足結(jié)構(gòu)安全要求的前提下，通過對關(guān)鍵構(gòu)件、部分位置或者整個結(jié)構(gòu)的加固或增強，達到預(yù)期的抗震性能目標，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)整體抗震設(shè)計安全的目標。

在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，需要先按照相關(guān)規(guī)范要求，確定框架梁、核心筒剪力墻、核心筒剪力墻連梁、外圍框架柱等關(guān)鍵構(gòu)件的抗震設(shè)計與其性能目標，通過彈性計算分析，依次復(fù)核設(shè)計值、標準值以及極限值，來分析關(guān)鍵構(gòu)件的抗剪、抗彎承載力是否能夠達到相應(yīng)要求，然后對各項不規(guī)則進行一一審查，確保建筑結(jié)構(gòu)抗震的科學(xué)、合理、可靠，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。

結(jié)語：

綜上所述，在現(xiàn)代建筑行業(yè)當中，超高層建筑占據(jù)的比重不斷加大，對城市經(jīng)濟發(fā)展起著十分重要的作用，做好超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、提高超高層建筑的安全性，是一項至為重要的工作。因此，必須對超高層建筑結(jié)構(gòu)有深刻了解，掌握其常用的結(jié)構(gòu)體系，做好結(jié)構(gòu)體系的選擇，通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵性問題的控制，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，充分保障超高層建設(shè)的施工質(zhì)量和整體安全。

參考文獻：

[1]郭懷祥.淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題[J].中華民居（下旬刊），2014，09：357-358.

[2]羅郁.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點[J].現(xiàn)代裝飾（理論），2015，02：224.

[3]徐春卯.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題思考[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，13：243.