复杂高层与超高层建筑结构设计要点

李　浩（安徽省宿州市建筑勘察设计院，安徽 宿州 234000）



复杂高层与超高层建筑结构设计要点

李浩（安徽省宿州市建筑勘察设计院，安徽 宿州 234000）

随着经济的不断发展，建筑的复杂程度越来越高。国内的复杂高层建筑呈现快速发展的态势，对于建筑行业提出了更高的要求。复杂高层建筑的负载型主要有三个方面：高度、平面规则度和竖向规则度。本文将针对复杂高层与超高层建筑结构的设计要点进行总结，以期对未来复杂建筑的技术进步有所帮助。

复杂高层建筑；超高层建筑；设计要点

前言

我国在《建筑抗震设计规范》等一系列文件中早已对高层建筑的设计提出了要求，对于高层建筑的合适高度和结构布置都有明确的规范。但是随着社会生产力的发达，人们对于建筑有了更高的要求，更多新技术和新手段的出现又让这些要求有了被满足的可能。城市中超过高度限制的建筑越来越多，在平面和竖直方向上结构布置不规则的建筑也越来越多，传统的规范对这些建筑不适用。为了保证这些超限建筑和不规则建筑的稳定性，我们总结了几个相关设计要点。

1　概念设计与结构方案

1.1重视结构概念设计与沟通

建筑工作进行之前首先要重视结构概念设计，这一阶段的工作将对今后的工作产生关键的影响。在进行结构概念设计时，首先要尽可能的让结构更加的规则和均匀，提高结构利用率。在这个过程中，结构工程师要始终保持与建筑设计师的沟通和交流，尽可能的理解建筑师的设计意图，把握建筑的空间需求，让结构体系更加符合建筑的理念。如果建筑设计的要求实在不能在结构设计中实现，也要尽可能的在原有的建筑思想下进行小范围的调整。结构工程师与建筑师之间的工作能够有效的减低成本，提高安全性［1］。

1.2针对结构复杂性提出技术措施

针对复杂建筑在结构上的复杂性，我们应当有相应的应对方案。首先结构抗侧力体系要选用得当，楼面结构和转换结构要符合建筑设计的要求，端部构件的抗扭刚度要到达一定的标准。建筑的结构稳定程度要考虑到地震的情况，具有一定的抗震能力。使用软件和各种手段，对不同的受力点和进行详尽的分析和研究。对于关键楼层要进行特殊加固处理，保证施工的可实施性。建筑结构尽量采用钢管混凝土结构和型钢混凝土结构，这两种结构比较稳定，有良好的抗震性能，可以显著提高抗震等级［2］。

1.3选择合理的结构抗侧力体系

合理的结构抗侧力体系能够有效的提升建筑的安全性和稳定性。首先结构抗测力体系在选用的时候要考虑到建筑物的高度，不同高度的建筑度对于抗侧力体系的要求也是不一样的（见表1）。抗侧力结构的构建要提高整体度，彼此组合相连。有几个比较成熟的抗侧力体系方案。①在水平方向和垂直方向墙体互相连接形成筒状。②利用伸臂桁架吧核心筒和框架柱两成一体。③让框架柱相互交叉，形成一个更大的框架结构。

1.4合理的重力荷载传递路径及转换结构

合理的重力荷载传递途径需要降低结构自身的重量，重力传递的途径在结构设计中应当清楚和明确。钢梁和组合楼板可以有效降低自重，还可以缩短施工时间，降低成本，提高效率。结构转换形式的选择也需要根据实际情况考虑，比如搭接墙转换、斜柱转换、斜拉索斜拉转换等。如果选用了比较负载的转换结构，还要进行可行性的论证，以确保这种转换形式能够应用于具体的建筑。各种转换结构中，斜柱转换和桁架托柱转换相对使用比较广泛，效果有保证。

表1　建筑物不同高度下常用的结构抗侧力体系

2　计算准确度与设计指标

2.1注意计算分析的准确

保证计算的准确需要可靠的分析软件。目前市面上的分析软件种类非常多，每一种都有自己的专攻领域，在某一个方向有出众的分析能力。要结合建筑的具体特点，挑选适合的计算软件。在计算结果出来之后，还要对结构反复验证，同时从多种角度判断计算结果的准确性，才能够使用到建筑结构设计中来［3］。

2.2荷载方面的考虑

建筑结构承受的荷载主要分为两个部分，首先是地震的荷载。目前我国的抗震规范地震影响系数仅仅到达自振周期6s的水平。但是现在的超高层建筑许多都已经超过了这个标准，有的甚至达到了9s。现有的规范已经不适用于超高层建筑，继续规范的更新。在确定结构设计方案之前，还要对建筑工地进行场地安全评价，详细的评估建筑所在地的安全性。除了地震的荷载，高层建筑还要收到风荷载的影响。我国的《建筑结构荷载规范》要求超过一定高度的建筑要接受风洞试验，以确定风力对建筑的影响。在井陉结构设计时，要充分考虑到建筑外形的风阻系数，尽量在空气动力学的基础上减小风阻。同时，建筑的风荷载还会影响行人，需要对风气候进行详细分析，以确定对地面的影响程度［4］。

2.3合理控制关键设计指标

反应结构整体性能的关键指标主要有自振周期、位移比、减重比、整体稳定性等。自振周期并没有严格的规范，由于我国在超高层建筑的规范上尚不健全，所以传统的自振周期经验公式已经无法用于现在的情况。建筑结构的剪重比要满足楼层最小地震剪力系数限值。如果与这个限值的差距太大，那么就意味着建筑结构体系并不适合当前的建筑，需要重新对假案主结构体型进行计算。

2.4复杂构件的承载力验算

复杂构建一般要承受比较大的承载力，这类构件在使用之前要先经过承载力方面的分析。在分析时有两个重要的问题需要注意：①巨型柱体积巨大，有比较大的截面，楼面梁难以对其产生比较大的最庸，所以在计算时与其他的构件有所区别。②复杂截面的计算较为复杂，普通的常规软件有可能无法进行这样的计算工作。

3　地震安全意识

结构设计时必须要考虑地震来临的可能性，一个建筑的抗震能力要通过多个角度来衡量。设防类别、场地条件、建筑结构、设防烈度都是应该考虑的问题。在进行建筑设计时，需要满足中型地震和大型地震下的抗震要求。完成设计后利用动力分析方法在模拟环境中进行抗震性能检验。

4　舒适度和施工过程

4.1对舒适度的要求

超高层建筑由于体积大，高度高，承受了更大的重力和风力，有着比较大的自振周期。过高的自振周期有可能会对室内人员的舒适度产生影响。所以，复杂高层建筑要在尽量降低自振周期的同时尽可能提高室内的稳定程度。计算舒适度可以利用近十年重现期下风压值，不同的建筑因为功能不同，也有着不一样的舒适度标准。

4.2施工过程的影响

在进行施工时，要尽量考虑施工建造过程的可实施性和节点部位钢材的可靠性。节点位置的主筋与型钢相交时的处理方法有四种：①让钢筋从另一个方向经过型钢。②在型钢的表面焊接套筒。③在钢板上开洞。④加劲板焊连。

5　结论

复杂高层建筑与超高层建筑将是未来建筑发展的新趋势，把握复杂建筑与超高层建筑结构设计的要点，能够更好的理解复杂建筑的独特之处。本文介绍了复杂建筑在概念设计与结构方案选择时需要注意的问题，总结了提高计算精确度的方法，对设计指标的分析提出了自己的意见。同时还对复杂建筑的建筑结构抗震问题进行了深入探讨，对于复杂高层建筑在舒适度和施工可行性的问题提出了意见和建议。

［1］卢春玲.复杂超高层及大跨度屋盖建筑结构风效应的数值风洞研究［D］.湖南大学，2012.

［2］郑 楷.北京市某超高层建筑基础灌注桩后压浆技术的研究与应用［D］.吉林大学，2013.

［3］陈 晖.超高层钢—混凝土混合结构若干关键设计技术研究［D］.山东大学，2013.

［4］杨秀培.超高层建筑结构地震反应分析及抗震性能设计研究［D］.河南工业大学，2013.

［5］汪源浩，沈小璞，王建国.超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2006，03.

2016-3-8

TU973

A

2095-2066（2016）09-0154-02