复杂高层与超高层建筑结构设计要点

潘铁军 孙伟

【摘要】随着人们生活水平逐渐提高，人们对住房改善的要求越来越精细。然而，由于城市土地供应受限，建筑行业的快速发展导致了复杂高层建筑和超高层建筑的发展，从而降低了土地的占有率。复杂高层与超高层建筑不仅仅要求美观时尚，其结构的安全性和经济性更应该受到重视，本文通过分析结构特点引出对于复杂高层与超高层建筑结构的设计重点。

【关键词】建筑；钢筋混凝土；结构设计

1、引言

1980年之后，特别是从1990年到2010这二十年，新兴的现代复杂高层与超高层建筑呈现出快速增长、需求旺盛的面貌。复杂高层与超高层建筑不管是从艺术美感、独特造型、空间利用还是多用途创新等方面呈现给人不同的感官，其规模比以往更加庞大，结构更加复杂，内部空间也更加多变，这给结构工程师带来了更多的问题。然而，随着工艺技术不断提高、工程师的不断钻研，大量复杂高层与超高层建筑例如平安国际金融中心、上海中心大厦等已经落成。

2、复杂高层与超高层建筑结构的特点

2.1 复杂高层与超高层建筑结构分类

复杂高层与超高层建筑结构拥有多种类型，每种类型都有其独特结构，所以本文对这些复杂的高层结构进行分类。高层建筑中带有转换层的一般出现在商业建筑，一般情况下低层作为商业使用，其特征有富丽堂皇的大厅，高层一般是酒店套房，供人们居住或者办公。还有一种高层建筑结构和之前描述的恰恰相反，低层作为写字楼，上层建筑作为酒店套房。这些建筑垂直结构通常不能连续，有必要采用转换层来实现上下楼层之间的沟通和过渡，但过渡结构可能会导致在垂直方向上相邻层刚度变化大于70%以及垂直构件不连续，所以具有转换层的建筑在设计过程中应该留足够的、连续的抗风墙、抗震墙或柱体。另外一种高层建筑结构是连体结构，这种结构是指一个高层建筑群连接方式通过跨度长十几米、几十米的通道进行联通，甚至不止一个通道，使建筑竖向结构在受力时抵抗弹性变形的能力发生突然改变，结构平面不规则引起的楼层的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移。此外，由于考虑建筑物外觀要时尚、优美、具有空间感，增加一些垂直可伸缩的悬臂结构，除了之前的垂直刚度和各阶振型相叠加的问题，我们还应该注意突发的结构或构件失稳对结构的影响。

2.2 复杂高层与超高层建筑结构受力

倘若结构自带加固层，它可以更好地提高整体结构的横向刚度，这种设计可以更大限度符合设计的需要，但附近的强化层容易使得结构在受力时抵抗弹性变形的能力突然下降，导致结构内部应力变化，结构抗震能力下降，所以需要仔细计算加强层的数量以及加强层布置的方位等等。平面的不规则结构可分为不规则的形状、不规则的结构布局和单薄的地板连接三个方面，这种结构的共同特征是地震的影响相对较大，一些地板不能满足整体弹性形变的假设地板，地基的强度对建筑物负重的能力较弱，局部应力和变形大，容易形成结构弱点和漏洞。

因为这些复杂高层与超高层建筑结构有非常复杂的受力，垂直方向和平面方向的弹性形变不可控，他们的一些特征超越现有规范范围，因此凡是采用过渡层、加固层、连体结构的复杂高层与超高层建筑，规范明确定义9度地震不应该被使用，这是考虑到当前的复杂结构缺乏理论支撑和工程实践经验，归根到底是为了避免产生安全问题。

3、复杂高层与超高层建筑结构设计要点

3.1 结构布置选型

对于复杂高层与超高层建筑结构布置选型是第一步，首先要计算高层结构的结构高宽比，平面布局是否均匀，地板连续性是否满足。然后选择梁柱构成的框架受力体系，是否选择“核心筒”形式，如果选用，那么筒体和框架都采用哪种建筑材料，框架采用哪种形状，什么形式。抗风墙或抗震墙混凝土等级、梁板柱的混凝土强度等级、钢筋强度等级需要计算和选择，以及每层楼板厚度是否统一，还是上层薄下层厚，很多问题在这个阶段需要分析和选择。

3.2 设计指标分析

设计指标不仅仅是针对建筑领域，每一个工程领域都要非常注重设计指标，对于杂高层建筑和超高层建筑结构设计的指标，我们需要注重地震载荷指标和风载荷指标，这些指标的设计是设计师设计好坏的重要考量，也是设计是否合理的重要指标。

两个重要设计指标中，第一个是地震荷载指标：设计人员严格计算过程中发现，超高层建筑结构体现本身动力特性的自振周期在6s～9s，而当当自振周期与地震作用的周期接近时，会发生共振，对建筑造成极大损害，所以提出了复杂高层和超级高层建筑结构直线倾斜下降时间应在10s以及之后。在对地震荷载指标进行分析设计时，也要充分结合建筑当地环境，以确保计算结果符合建筑合理布置的要求；第二个指标是风荷载指标：复杂高层和超级高楼由于其高耸入云的结构，其风荷载是不能忽略的，因此，相关人员要对建筑结构承受的风荷载进行全方位考虑，对变形应力进行有效控制，控制建筑物的变形，提高建筑物的安全度和舒适度。

3.3 设计结构科学性

结构设计的科学性不是强调结构的安全性，而是重点在于舒适程度。因为当下民众对于舒适程度的要求越来越高，人们的生活水平也是越来越高，从另一个角度看，复杂高层与超高层建筑也要迎合大众的需求，设计的更加合理美观，这也是是一个必须在复杂的高层建筑和超高层建筑中实现的目标。

因为复杂高层建筑和超高层建筑垂直于水平面的荷载相比其他建筑较大，在早期施工和后期居住过程中结构会出现了一些压缩变形。在此基础上，为了确保人们可以更好地更舒适地生活居住，设计过程中需要利用先进科学技术对施工设计和施工期间结构的变形进行模拟，以确保建筑物的结构设计可以更安全舒适，更好地满足人民生活需求。

3.4 设计结构抗震性

为了确保复杂高层建筑和超高层建筑的结构设计不会出现大的疏漏、更加安全、更加科学，并且能够避免高层建筑共振的危害，有关设计人员要严格遵照相应规范进行计算和设计，不允许私自修改设计参数。在此基础上，还必须充分考虑工程所在地自然环境、施工环境、人文环境、地址因素、风向风速，确保复杂高层建筑和超高层建筑结构的稳定性，安全永远是第一位的。

结论：

总之，复杂建筑和高层建筑的结构设计是基于所设计对象的结构计划和结构特征，而且还要考虑结构抗震性和科学性。而且，建筑材料利用效率和建筑结构的设计是设计过程中需要重点考虑的，体现了环保意识和质量安全的重要性。所以，对于复杂建筑和高层建筑的结构的设计要综合各个因素全方位考虑。

参考文献：

[1]徐克铣.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].江西建材，2017（23）：42+46.

[2]金鹏.试析复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].门窗，2016（07）：55+57.

[3]常国强.探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）：101.

作者简介：

潘铁军，恒大集团山东公司总工室；

孙伟，恒大集团山东公司总工室。