复杂高层、超高层建筑设计要点分析

郭洋

摘 要：随着建筑行业的发展，建筑物向着高层以及超高层的方向不断发展，而在结构上也不断的复杂化，随着高度的加大，建筑物对于抗震的技术以及设计方法要求不断的提高。文章主要从实践出发，对高层建筑的抗震结构设计方法进行分析，同时对影响高层以及超高层建筑的结构设计因素进行了探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震

1 实际问题

经济发展带动各行各业的发展，建筑技术发展也成了社会发展的必然要求，随着城市的发展，土地的应用不断的加大，可用土地面积的缩小使得人们不得不提高建筑的层数以适应更高的建筑使用需求，高层以及超高层建筑成为了当代建筑发展的主要潮流，并且随着高度的增加，建筑的结构复杂性也不断加大，因此在建设的经济性以及安全性上的设计难度上也不断加大。结合实践经验以及结构设计的具体要求，高层以及超高层建筑的安全性工作还有着很大的不足，现代建筑工作者要对建筑的合理性以及准确性充分的予以保证。文章就该类问题结合目前我国高层以及超高层建筑的实际经验进行了简要的论述。

2 抗震目标设计

不断增加的高层以及超高层建筑在抗震性能上也有着新型的要求标准，首先基于高层以及超高层复杂建筑的性态抗震设计具有重要的意义。在传统的抗震目标中，主要遵循小型地震保证建筑不损坏，中型地震保证建筑可维修，大型地震则保证建筑不倒塌的三重原则，但是针对目前的高层以及超高层建筑而言，该类原则显然不适用，因此在抗震目标的设置上一定要有所突破才能适应新型建筑的需求，主要可以通过以下两个层面进行考虑：

2.1 使用水准

地震重现期为50a的地震，对建筑物的损伤能够忽略不计，但是针对其结构设计，应当要求建筑处于基本的弹性反应状态。

2.2 倒塌水准

当地震在重现期发生接近2500a水准的地震，要对地震的最大值进行预计，并对建筑物进行遇袭条件演示，用以防止倒塌。在倒塌水准中应当注意以下几点：

（1）这对高层建筑以及超高层建筑的延性结构构件，应当规定非弹性形变低于构件的弹性变形能力。

（2）针对高层以及超高层建筑构件中一些非延性部件，对其破坏模式应力需求，应当强于相关技术规定的要求。

（3）针对复杂建筑设计或者超高建筑设计，对于建筑物控制构件，应当保证其具有中等地震抗性作用，即便在该类环境下仍能够保持相当的弹性。

3 设计分析

3.1 概念设计的重要性

对建筑中的实践经验进行总结，复杂高层建筑或者是超高层建筑，应当保证其概念设计上具有合理性，从设计理念上进行重视，具体可以从下述内容考量：

（1）保证建筑结构的规则性，同时尽量从均匀性上提高建筑稳定性；

（2）保证建筑结构能够清晰有效的传递应力，尤其是竖向结构，对于侧力的传递途径要保证顺畅连续；

（3）针对具有复杂结构的高层建筑以及超高层建筑从结构上要保证具有整体高水平；

（4）充分考量节能问题，从结构上降低能耗，在保证结构稳定安全的基础上建立合理的节能机制；

（5）建筑结构的整体受力也是建筑设计要求的内容之一，因此应当充分从材料的使用以及技术的应用方面提高其受力结构的整体水平。而该过程必须协调好工程师以及技术操作人员之间的交流协作，只有保证沟通良好才能完美达成设计要求目标。

3.2 建筑结构中抗侧力体系选择

现代高层以及超高层建筑的安全性可靠性保证通常会受到结构的抗侧力体系影响，合理的抗侧力体系能够保证其安全性。因此在对建筑结构的抗侧力系统选择时应当注意：

（1）建筑的实高是结构体系选择的主要影响因素，通过结合实践可以总结如下规律：对于建筑高度同结构的抗侧力体系选择，当建筑物高度小于100米时，通常采用框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构作为抗侧力体系；当建筑物高于100米低于200米时，通常采用剪力墙结构、框架-核心筒结构作为抗侧力体系；而当建筑物高度在200-300米之间时，通常采用框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构作为建筑物的抗侧力体系；建筑物高度在300米-400米之间时，框架-核心筒-伸臂结构以及筒中筒结构是常见的抗侧力体系；而建筑高度高于400米低于600米时常用的结构抗侧力系统为，筒中筒-伸臂结构，巨型框架/桁架/斜撑结构、组合体结构。

（2）在建筑的设计上，应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。

（3）对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时，应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用，对各自的贡献度有合理的估计和评判。

3.3 注重抗震设计

在满足建筑的功能性的基础上，抗震设计是高层和超高层建筑的设计重点，这是确保建筑安全性最为关键的一环，应重点从以下几点着手：

（1）在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。

（2）促进地震发生时能量的输入能有效地减少。实践证实，应做好以下几个方面：一是，在对建筑构件的承载力进行验收的同时应对建筑结构在地震作用下的层间位移限值实施有效的控制。二是，具体的高层建筑工程项目设计时，我们应该采用积极的、基于位移的结构抗震方法，对设计方案进行定量的分析，确保结构的变形弹性可以满足地震的预期要求。三是，应综合分析建筑构件的变形和建筑结构的位移两者之间精确的关系，有效地确定构件的变形值。四是，结合建筑物的实际如建筑界面的应变分布及其大小来对建筑构件的构造需求进行有针对性的设计。五是，选择坚固的场地，实施建筑施工，亦是有效减少地震发生作用时能量的输入的另一个方面。

（3）通过大量的实践证明以及理论研究，针对现代的大型高层建筑，即便是其不具有很大的承载力，但是若是其具有较高的延性，那么即便是发生地震，也不会发生倒塌，因为地震中延性结构能够充分的吸收振动带来的能量，这样建筑物在地震环境中也能够保证形变程度在建筑结构承受范围之内。通过大量的实践活动证明，能够证明延性结构在抗性效果上作用明显，能够消除大量地震带来的不利影响，从而使得地震反应得以有效的减轻，促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱，避免重大损失的发生。

（4）设计的质量和方法决定着抗震效果的高低，因此，高层建筑抗震设计的结构体系必须得到足够的重视。从国内外高层建筑结构的设计体系上来看，主要有如下3种：“框筒结构”、“筒中筒结构”和“钢-混凝土混合結构”。

4 结束语

建筑的结构体系稳定是保证建筑安全的基础，因此在建筑体系设计中就应当充分考量建筑物的抗侧力性。概念设计在高层和超高层设计中举足轻重，概念设计的合理性是高层设计好坏的决定性因素。从结构体系选择以及材料应用上对结构体系的稳定性、安全性以及可靠性充分保障，以适应新时期高层以及超高层建筑的应用需求，不但满足人们的使用功能要求，同时在外观以及安全性上也满足现代社会不断发展的要求。

参考文献

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[2]董涛.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].河南建材，2009，1.

[3]董作超，王洪岭.限制屈曲支撑布置形式对结构抗震性能的影响[J].山西建筑，2010，4.