研究复杂高层与超高层建筑结构设计要点

 摘 要：针对复杂高层与超高层建筑结构设计的相关内容，研究了复杂高层与超高层建筑设计过程中应该重视的问题，并对复杂高层于超高层建筑结构设计要点进行研究，最后结合实际案例，分析该案例在建筑结构中设计质量控制的相关措施，以解决当前建筑工程项目设计中存在的质量问题，为提高复杂高层与超高层建筑结构质量奠定基础。

关键词：复杂高层；超高层；建筑结构设计

从当前建筑行业发展趋势来看，复杂高层与超高层建筑已经成为未来建筑发展的主要趋势，在这个过程中，建筑结构设计对其整体质量产生重要影响，因此需要重视对复杂高层与超高层建筑结构设计要点问题的讨论，为提高建筑整体质量奠定基础。文章将以此为背景，对复杂高层与超高层建筑结构设计的相关内容进行分析与研究。

1 复杂高层与超高层建筑结构设计中需要注意的问题

在复杂高层与超高层建筑结构设计中，为保证建筑结构设计能满足相关标准，则需要重点开展以下几方面的质量控制：

1.1 抗震设防烈度

与常规建筑相比，复杂高层与超高层建筑的主要特征就是“高”，在该特征的影响下，建筑的抗震设防烈度十分重要，如果建筑抗震等级不达标，一旦出现地震等恶劣自然灾害，将会对建筑物内人员的生命安全造成威胁。一般情况下，当建筑高度超过100m时，就应该根据当地的抗震设防烈度来控制建筑高度；而如果当地的抗震设防烈度超过8级，则当地是不能建造高度超过300m建筑的。而从当前我国大部分地区的实践经验来看，如果当地的抗震设防烈度为6级时，则可以建造复杂高层与超高层建筑。

1.2 结构方案与类型

在建筑结构设计过程中，设计人员需要重点考察建筑方案结构，判断其相关数据资料是否满足建筑的质量控制要求，若没有科学的规划复杂高层与超高层建筑的相关数据资料，将会导致施工中出现诸多问题，包括不断调整施工方案、施工技术应用问题等，对建筑项目的工期、建筑项目总成本造成不良影响。因此在确定结构方案与类型过程中，设计人员需要充分借鉴当地建筑结构设计的相关内容，在充分掌握当地建筑结构设计的相关资料后，全面分析建筑结构的抗震结构。同时，为保证工程项目的顺利进行，设计人员还应该充分考虑到施工过程中可能出现的多种风险因素，总结多种方案，并从中选择最佳的建筑方案。

2 复杂高层与超高层建筑结构设计的要点分析

2.1 计算载荷

部分学者认为，在相应应力条件下，复杂高层与超高层建筑结构的载荷表现对其安全面、稳定性产生重要影响。与高度较低的建筑相比，复杂高层与超高层建筑在水平、竖直方向的载荷条件更加复杂，这就导致相关人员在计算载荷过程中，需要做好相应的计算，以降低载荷对建筑质量的影响。（1）风载荷计算。随着建筑高度不断增加，风载荷对建筑结构稳定性的影响也越来越明显。而在开展有关风荷载的研究中，通常以100年重现期的风荷载设计结构构件承载力，以50年重现期风荷载控制构件承载力，对高度大于等于200m的建筑物进行风洞试验。在计算风载荷过程中，需要根据相应的高层、超高层建筑结构的设计标准，并结合当地历史的风力变化资料进行研究，以掌握风载荷的波动范围，并在设计过程中充分考虑到风荷载余量对建筑结构的影响，确保建筑结构能充分适应当地的风载荷要求，保证建筑结构的稳定性。（2）地震载荷计算。地震载荷是载荷问题研究中的关键内容，也是复杂高层、超高层建筑结构设计中的基础性内容之一。一般认为，如果复杂高层、超高层建筑结构自振周期为6.0～9.0s，而建筑结构设计的地震载荷影响系数约为6.0s，那么在地震载荷问题的研究中，需要将地震载荷影响系数设计在6.0～10.0s范围内，并以此为基础开展数据的计算。

2.2 抗震设计

在综合考虑建筑结构的适用性能与稳定性后，在复杂高层与超高层建筑结构的抗震设计过程中，相关人员需要做好以下两方面的控制工作：（1）对倒塌水准的研究。在分析倒塌水准过程中，需要注意以下几点问题：①在研究建筑的延性结构构件过程中，需要规定非弹性形变小于构件的弹性形变能力；②针对建筑结构中存在的一些非延性部件，需要充分考虑破坏模式的应力特征与要求，并重视对其相关技术内容的研究。③在开展有关建筑结构设计过程中，应保证建筑物结构具有良好的稳定性，并确保其至少具有中等地震抗性作用，并即使在中等地震的影响下依然能保证建筑结构的弹性。（2）对使用水准的研究。对于地震重现期为50a的地震，此时其对建筑结构的损伤是忽略不计的，但在相应的结构设计分析中，需要相应的研究其弹性反应状态，以更全面的获取与建筑相关的资料。

3 工程实例分析

3.1 工程案例简介

在某高层建筑施工中，该建筑的整体高度约为200m，塔楼采用以low-e玻璃为主的外围护结构，保证了建筑的整体美观。在该工程施工过程中，工程总用地面积而约为39800m2，总建筑面积约为295000m2，包括商业楼6层，办公楼46层。

在该建筑结构设计中，设计人员在综合考虑当地地质特征、自然环境后，进行了全面的设计分析。文章选择该工程项目中抗侧力结构设计的相关内容，并对其进行深度分析。

3.2 抗侧力结构设计研究

根据该工程的结构特征，在主塔楼设计中，采用框架-核心筒结构，外框架为钢梁+钢管混凝土结构柱结构。为了提高外围环状框架刚度与抵抗水平地震的延性能力，在外围结构设计中，保证外围环状框架与钢管混凝土柱有效的连接在一起；在楼面钢梁与混凝土核心筒设计中，使用刚性连接方法，以保证建筑结构的整体刚度。

在该项目的设计过程中，为了提高其侧移刚度，在设计过程中采用伸臂结构。其要点为：沿高度选择一层、两层布置伸臂结构，考虑到伸臂本身具有刚度大的特征，因此当结构侧移过程中伸臂会是外柱出现压缩、拉伸等运动，进而增加其承受的轴力，最终增加外柱抵抗倾覆力矩。同时，伸臂对内筒具有良好的反向约束弯矩，随着内筒弯矩改变，降低内筒弯矩参数水平，达到了控制侧移的目的。

同时，在设置伸臂时，伸臂所层的上下想磷层的剪力、柱弯矩都会发生变化，增加了设计柱配筋的拿督。在这种受力条件下，上下柱会与较大刚度的伸臂连接，而一旦出现地震现象，将会导致这些柱子遭到破坏，不利于抗震。因此在设计过程中，相关人员需要重点处理核心筒与框架柱之间的内力不变问题，以保证建筑结构安全。

4 结语

主要研究了复杂高层与超高层建筑结构要点设计的相关内容，并从多个角度对其设计的相关信息进行分析。从研究内容来看，在开展复杂高层与超高层建筑结构设计过程中，相关人员需要充分认识到外部条件对建筑结构的影响，能根据建筑当地的实际体制特征，不断的优化建筑结构参数，为获得更好的设计结果奠定基础。

参考文献

[1] 万黎萍.超高层建筑核心筒设计研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[2] 董苏媛.高层及超高层建筑结构分析与设计[J].中华民居（下旬刊），2014（02）：43-44.

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