李　浩（安徽省宿州市建筑勘察設計院，安徽 宿州 234000）

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復雜高層與超高層建筑結構設計要點

李浩（安徽省宿州市建筑勘察設計院，安徽 宿州 234000）

隨著經濟的不斷發(fā)展，建筑的復雜程度越來越高。國內的復雜高層建筑呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，對于建筑行業(yè)提出了更高的要求。復雜高層建筑的負載型主要有三個方面：高度、平面規(guī)則度和豎向規(guī)則度。本文將針對復雜高層與超高層建筑結構的設計要點進行總結，以期對未來復雜建筑的技術進步有所幫助。

復雜高層建筑；超高層建筑；設計要點

前言

我國在《建筑抗震設計規(guī)范》等一系列文件中早已對高層建筑的設計提出了要求，對于高層建筑的合適高度和結構布置都有明確的規(guī)范。但是隨著社會生產力的發(fā)達，人們對于建筑有了更高的要求，更多新技術和新手段的出現(xiàn)又讓這些要求有了被滿足的可能。城市中超過高度限制的建筑越來越多，在平面和豎直方向上結構布置不規(guī)則的建筑也越來越多，傳統(tǒng)的規(guī)范對這些建筑不適用。為了保證這些超限建筑和不規(guī)則建筑的穩(wěn)定性，我們總結了幾個相關設計要點。

1　概念設計與結構方案

1.1重視結構概念設計與溝通

建筑工作進行之前首先要重視結構概念設計，這一階段的工作將對今后的工作產生關鍵的影響。在進行結構概念設計時，首先要盡可能的讓結構更加的規(guī)則和均勻，提高結構利用率。在這個過程中，結構工程師要始終保持與建筑設計師的溝通和交流，盡可能的理解建筑師的設計意圖，把握建筑的空間需求，讓結構體系更加符合建筑的理念。如果建筑設計的要求實在不能在結構設計中實現(xiàn)，也要盡可能的在原有的建筑思想下進行小范圍的調整。結構工程師與建筑師之間的工作能夠有效的減低成本，提高安全性［1］。

1.2針對結構復雜性提出技術措施

針對復雜建筑在結構上的復雜性，我們應當有相應的應對方案。首先結構抗側力體系要選用得當，樓面結構和轉換結構要符合建筑設計的要求，端部構件的抗扭剛度要到達一定的標準。建筑的結構穩(wěn)定程度要考慮到地震的情況，具有一定的抗震能力。使用軟件和各種手段，對不同的受力點和進行詳盡的分析和研究。對于關鍵樓層要進行特殊加固處理，保證施工的可實施性。建筑結構盡量采用鋼管混凝土結構和型鋼混凝土結構，這兩種結構比較穩(wěn)定，有良好的抗震性能，可以顯著提高抗震等級［2］。

1.3選擇合理的結構抗側力體系

合理的結構抗側力體系能夠有效的提升建筑的安全性和穩(wěn)定性。首先結構抗測力體系在選用的時候要考慮到建筑物的高度，不同高度的建筑度對于抗側力體系的要求也是不一樣的（見表1）?？箓攘Y構的構建要提高整體度，彼此組合相連。有幾個比較成熟的抗側力體系方案。①在水平方向和垂直方向墻體互相連接形成筒狀。②利用伸臂桁架吧核心筒和框架柱兩成一體。③讓框架柱相互交叉，形成一個更大的框架結構。

1.4合理的重力荷載傳遞路徑及轉換結構

合理的重力荷載傳遞途徑需要降低結構自身的重量，重力傳遞的途徑在結構設計中應當清楚和明確。鋼梁和組合樓板可以有效降低自重，還可以縮短施工時間，降低成本，提高效率。結構轉換形式的選擇也需要根據(jù)實際情況考慮，比如搭接墻轉換、斜柱轉換、斜拉索斜拉轉換等。如果選用了比較負載的轉換結構，還要進行可行性的論證，以確保這種轉換形式能夠應用于具體的建筑。各種轉換結構中，斜柱轉換和桁架托柱轉換相對使用比較廣泛，效果有保證。

表1　建筑物不同高度下常用的結構抗側力體系

2　計算準確度與設計指標

2.1注意計算分析的準確

保證計算的準確需要可靠的分析軟件。目前市面上的分析軟件種類非常多，每一種都有自己的專攻領域，在某一個方向有出眾的分析能力。要結合建筑的具體特點，挑選適合的計算軟件。在計算結果出來之后，還要對結構反復驗證，同時從多種角度判斷計算結果的準確性，才能夠使用到建筑結構設計中來［3］。

2.2荷載方面的考慮

建筑結構承受的荷載主要分為兩個部分，首先是地震的荷載。目前我國的抗震規(guī)范地震影響系數(shù)僅僅到達自振周期6s的水平。但是現(xiàn)在的超高層建筑許多都已經超過了這個標準，有的甚至達到了9s?，F(xiàn)有的規(guī)范已經不適用于超高層建筑，繼續(xù)規(guī)范的更新。在確定結構設計方案之前，還要對建筑工地進行場地安全評價，詳細的評估建筑所在地的安全性。除了地震的荷載，高層建筑還要收到風荷載的影響。我國的《建筑結構荷載規(guī)范》要求超過一定高度的建筑要接受風洞試驗，以確定風力對建筑的影響。在井陘結構設計時，要充分考慮到建筑外形的風阻系數(shù)，盡量在空氣動力學的基礎上減小風阻。同時，建筑的風荷載還會影響行人，需要對風氣候進行詳細分析，以確定對地面的影響程度［4］。

2.3合理控制關鍵設計指標

反應結構整體性能的關鍵指標主要有自振周期、位移比、減重比、整體穩(wěn)定性等。自振周期并沒有嚴格的規(guī)范，由于我國在超高層建筑的規(guī)范上尚不健全，所以傳統(tǒng)的自振周期經驗公式已經無法用于現(xiàn)在的情況。建筑結構的剪重比要滿足樓層最小地震剪力系數(shù)限值。如果與這個限值的差距太大，那么就意味著建筑結構體系并不適合當前的建筑，需要重新對假案主結構體型進行計算。

2.4復雜構件的承載力驗算

復雜構建一般要承受比較大的承載力，這類構件在使用之前要先經過承載力方面的分析。在分析時有兩個重要的問題需要注意：①巨型柱體積巨大，有比較大的截面，樓面梁難以對其產生比較大的最庸，所以在計算時與其他的構件有所區(qū)別。②復雜截面的計算較為復雜，普通的常規(guī)軟件有可能無法進行這樣的計算工作。

3　地震安全意識

結構設計時必須要考慮地震來臨的可能性，一個建筑的抗震能力要通過多個角度來衡量。設防類別、場地條件、建筑結構、設防烈度都是應該考慮的問題。在進行建筑設計時，需要滿足中型地震和大型地震下的抗震要求。完成設計后利用動力分析方法在模擬環(huán)境中進行抗震性能檢驗。

4　舒適度和施工過程

4.1對舒適度的要求

超高層建筑由于體積大，高度高，承受了更大的重力和風力，有著比較大的自振周期。過高的自振周期有可能會對室內人員的舒適度產生影響。所以，復雜高層建筑要在盡量降低自振周期的同時盡可能提高室內的穩(wěn)定程度。計算舒適度可以利用近十年重現(xiàn)期下風壓值，不同的建筑因為功能不同，也有著不一樣的舒適度標準。

4.2施工過程的影響

在進行施工時，要盡量考慮施工建造過程的可實施性和節(jié)點部位鋼材的可靠性。節(jié)點位置的主筋與型鋼相交時的處理方法有四種：①讓鋼筋從另一個方向經過型鋼。②在型鋼的表面焊接套筒。③在鋼板上開洞。④加勁板焊連。

5　結論

復雜高層建筑與超高層建筑將是未來建筑發(fā)展的新趨勢，把握復雜建筑與超高層建筑結構設計的要點，能夠更好的理解復雜建筑的獨特之處。本文介紹了復雜建筑在概念設計與結構方案選擇時需要注意的問題，總結了提高計算精確度的方法，對設計指標的分析提出了自己的意見。同時還對復雜建筑的建筑結構抗震問題進行了深入探討，對于復雜高層建筑在舒適度和施工可行性的問題提出了意見和建議。

［1］盧春玲.復雜超高層及大跨度屋蓋建筑結構風效應的數(shù)值風洞研究［D］.湖南大學，2012.

［2］鄭 楷.北京市某超高層建筑基礎灌注樁后壓漿技術的研究與應用［D］.吉林大學，2013.

［3］陳 暉.超高層鋼—混凝土混合結構若干關鍵設計技術研究［D］.山東大學，2013.

［4］楊秀培.超高層建筑結構地震反應分析及抗震性能設計研究［D］.河南工業(yè)大學，2013.

［5］汪源浩，沈小璞，王建國.超高層建筑結構的減震控制技術與抗震設計要點［J］.合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2006，03.

2016-3-8

TU973

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2095-2066（2016）09-0154-02