复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨

摘要：随着我国人口急剧上升，土地资源稀缺问题愈加明显，为了提升土地利用率，开发商开始将目光投向高层建筑。近年来，复杂高层与超高层建筑得到广泛应用，它即满足了城市发展的需要，也实现了有限土地资源的有效利用。因此，本文主要对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行探讨，用以提高高层建筑的合理性与科学性。

关键词：复杂高层；超高层；建筑结构；设计要点

1引言

随着复杂高层与超高层建筑的不断增加，政府对高层建筑的质量提出更高要求，尤其是建筑结构的持久性、可靠性已经成为社会关注的焦点。因此，在进行复杂高层与超高层建筑结构设计时，要结合建筑物的形态特征、功能需要等进行，为提高复杂高层与超高层建筑的安全性能做铺垫。

2复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制因素

2.1重力荷载

与其他类型的建筑相比，复杂高层与超高层建筑具有特殊性，不仅建筑高度不可比拟，还需要面临重力荷载的挑战。特别是随着建筑高度不断攀升，地面受力与重力荷载会逐渐上升，在力的作用下墙上的轴压力与竖向构件柱的压力也不断增加，从而加大超高层建筑的困难性。其次，复杂高层与超高层建筑的水平位移也是建筑结构设计的矛盾点，主要体现在两个方面：①楼层越高风效应就越大，在风的作用下其合力作用点的位置就越高，由此自然风效应对超高层建筑产生的作用效应就更大。②在建筑结构设计中，建筑的结构自重是企业必须考虑的问题，因为它关乎建筑物的稳定性。而结构自重与重心位置相关，随着建筑楼层不断升高其重心位置随之升高，从而结构自重不断加大，成为强力作用下的薄弱环节，比如地震等。

2.2风振加速度

风力大小与建设楼层的高低相关，通常楼层越高其风力效果越强，因此在超高层建筑中的风力作用特别显著。但是，人们对风作用的舒适度有一定的感知，若风振作用过强则会令人产生不适感，从而降低居住品质。因此，如何在人体舒适度及风振加速度之间权衡处理是复杂高层与超高层建筑结构设计需要考虑的问题。而控制好风振带来的加速度及顶层最大加速度的值是关键，只有将速度值控制在规定范围内才能降低高强度风振造成的影响。此外，围护结构必须进行抗风设计，因为超高楼层的建筑高度较大，与围护表层相垂直的风载标准会不断增加，若不适当引导风向和控制风振加速度会影响建筑物的使用性能。

2.3地基基础

复杂高层与超高层建筑的稳定性取决于地基基础的质量。进行地基结构设计时，要充分考虑设计标准及各类地基形态的要求，只有从实际出发，才能设计出更科学、合理的基础方案。比如：在软地基上施工时，应采用桩箱基础或桩筏基础。其次，针对不同的地质情况还要制定相应的基础措施强化地基强度。比如：深层岩基深入地下100m或以下时，企业可以采用地下连续墙巩固地基，即采用框格式利用岩层上层的冲积土作为基础支撑；当使用较浅且年轻的岩基时，可以采用加入混凝土桩基的方式增加基础支撑强度；假如地基条件不错，那么使用筏形基础即可。由此可见，对不同地质的地基进行设计时，要根据不同的地质形态选择不同的组合方案，有利于优化地基结构。

3复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析

3.1严格选择合理的结构抗侧力体系

建筑高度不同所采用的结构抗侧力体系各不相同。在进行复杂高层和超高层建筑结构体系设计时，鉴于每层所使用的抗侧力结构体系不同，所产生的作用也不同，因此在布置抗侧力构件时要根据不同的作用科学部署。其次，合理的结构抗侧力体系能够有效的将各个结构抗侧力构件融合在一起，使其成为一个整体。在结构设计过程中，企业要注重结构抗侧力体系的整体性。可以采用框架柱及核心筒组合的形式通过伸臂桁架连接起来；或者使用巨型斜撑、环带桁架将组合连接在一起，形成一个大型框架。用以提高复杂高层与超高层建筑结构的稳定性与整体性。

3.2控制混凝土柱钢骨含钢率

目前我国相关的技术规程、设计规范的规定各不相同，所以企业在设计过程中会根据建筑物的构造来确定钢骨含钢率。虽然相关标准缺乏统一性，但无论执行哪项标准，框柱中钢骨的含钢率不得低于4%是强制性。所以在进行混合结构设计时，除了根据计算结果设计柱箍、纵筋外，还要合理设置型钢截面，且含钢率不得低于4%。

3.3钢筋混凝土核心筒中型钢柱的设置

在钢筋混凝土核心筒设置型钢柱的目的在于提高混凝土外框柱与筒体墙的重力荷载。尤其在强风、地震的作用下，筒体外墙需要承担的竖向荷载相当于近一半楼层面积的负荷，而钢筋混凝土核心筒的水平剪力达到85%以上，若不作强化处理，极易造成建筑倾斜、变形、坍塌等危害。而在钢筋混凝土核心筒设置型钢柱可以防止外框柱竖向变形及确保它们的延性。同时，设置型钢柱的剪力墙即使出现开裂对承载力影响不大。其次，在钢筋混凝土核心筒设置型钢柱还可以起到抗震设防的作用。在地震频发区，强震和多发震感会使弯矩和剪力急剧上升，而设置型钢柱有助于加强剪力墙底部的抗震能力。

3.4提高抗侧刚度

想要提高复杂高层与超高层建筑的抗侧强度，就要提高钢筋混凝土核心筒体的刚度。因为核心筒体是整个结构的主要抗侧构件，所以筒体墙、外侧墙厚的抗侧刚度关系到整个结构的抗侧刚度。其次，在设计过程中还要保证外框柱截面的设计符合轴压比及承载力的要求。在施工过程中，常常出现混合结构或钢筋混凝土结构的框架核心筒、筒中筒的抗侧刚度无法满足施工要求，比如层间位移。这时就需要采用桁架的方式将核心筒和外框筒连接起来，形成加强层从而使整个结构的扭转风度与抗侧刚度迅速提高，满足施工方面的要求。常用的桁架方式有：在外框、外框筒周围设置水平伸臂桁架或环状桁架，但水平伸臂桁架要同时进行。同时，当水平伸臂桁架设置在筒体剪力墙与外框柱之间时，要注意桁架位置的筒体外框柱和墙定位是否相互对应，且内筒体墙的重心和刚心必须与桁架平面重合，只有这样才能提高整个结构整体的抗侧刚度。

参考文献：

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[2]常国强讨复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].科技与创新，2016(04)

[3]吴荣德,李国方.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探析[J].住宅与房地产，2015(28)