超高层建筑结构设计的相关问题研究

从飞

摘 要 本文把超高层建筑当中的结构设计作为重点问题展开分析，同时还结合了相关的建筑实例展开深入研究，就是为了给超高层建筑项目的结构设计提出一些可行的建议。本篇文章以超高层建筑为切入点，研究其基本构造，通过科学方法计算相关的弹性指标，分析其方案设计中可能存在的缺陷与不足之处，然后在此基础上提出有效的解决方案。

关键词 超高层;建筑结构;关键问题

1工程概况

以某一建筑高度较高的商業用建筑物为例，它所占用的土地区域形状为倒L形，楼层数为56层，其中包括办公楼层46层、商业裙房6层以及地下室4层，建筑面积达到29.4万平方米，其中包括地面以上建筑面积17.2万平方米和地面以下建筑面积12.2万平方米。主要区域是办公楼层，长度有54.6m，宽度有35.5米，高度达到200m，这一区域设置有以下场所：首先是用以办公，其次是餐饮服务部门，然后是接待客人用的会所，最后还有发生紧急状况时用以避难的场所等;裙楼的长度有142.4m，宽度有171.65m，高度达到30m，这一区域设置有如下场所：首先是用以开展商业活动的场所，然后是用以日常办公的区域等;地下室的长度有244.3m，宽度有165.2m，其中设置有商业专用区域，停放员工车辆的区域以及存放货物的区域等。本篇文章则将研究重点放在主塔楼的基本构造和设计方案[1]。

2结构体系的确定

2.1 竖向构件

主塔楼在建筑过程中使用的材料是钢管混凝土，通过这种材料先将主要的框架搭建起来，使之能够支撑侧方零部件所产生的部分作用力;在核心筒选择合适的位置安装型钢暗柱，一方面能够使结构具备良好的延展性，另一方面能够让建筑物在安全范围内承受更大的重量。塔楼的截面为矩形，其高度值相比宽度值而言要超出许多，两者之间的比例为5.6，外围框架中每两根主体之间的距离为9m，核心筒的长度有31.8m，宽度有12.6m，核心筒的建筑面积相对来说较大，占到总建筑面积的五分之一左右。在该工程项目中，核心筒的高度值相比宽度值而言也要超出许多，两者之间的比例Y可达到15.7，这就意味着Y向并不具备较高的刚度。在核心筒选择合适的位置安装型钢暗柱和型钢暗梁，一方面能够使结构具备良好的延展性，另一方面能够让建筑物在安全范围内承受更大的重量。所采用的钢管柱型号有两种，第一种是f1200，第二种是f1300，墙壁厚度最小至少有25mm，最大可达到28mm。出于对建筑物抗震能力和抗震效果的考虑，在本次项目设计中应当遵循双重抗侧力设计标准，在对可供选择的各种方案进行相关的指标计算和深入分析之后可得出如下的结果。方案A：将钢梁与钢筋混凝土筒体铰接。该方案中涉及的工序操作较少，并不具备太大的难度，但是劣势在于Y向不具备较强的刚度，若是核心筒墙体的厚度与其他方案的要求一致，并且外框架柱的截面也与其他方案之间不存在较大的差异，那么它的位移角将是风力作用和地震影响之下能够承受的最大值，达到（1/602），而相关规定中指出的上限值为（1/615）。

方案B：将钢梁与筒体铰接。建筑物的38层是在紧急情况下用以避难的场所，在这里安装K形伸臂钢桁架，数量为2道，作用在于对建筑物形成更好的保护作用。相比方案A而言，它的特殊之处也正在于此，它能够使产生的位移角达到预定的标准和要求;但是这种方案也存在不足之处，伸臂桁无法与核心筒墙体相连，无法产生夹角，故而在使用过程中将无法有效平衡各个位置所受到的承重作用，这在方案设计中是一个难点。

方案C：将钢梁与钢筋混凝土筒体刚接。采用这种建筑方式能够使建筑物具备较强的刚度，但是不足之处在于，建筑环节涉及的工序流程烦琐复杂，操作起来具有一定的难度，可能无法在预定的期限内完成建设工作。

将多方面可能产生影响的因素均纳入考虑范围之后，最具可行性的是方案A，即将钢梁与钢筋混凝土筒体铰接。之后将会重点研究有关位移角的问题。

2.2 平面楼盖体系

在此次工程项目中，地下室的楼盖在建设过程中使用的材料是钢筋混凝土，设计结构是钢-混凝土组合楼盖[2]。

3弹性计算分析

依据建筑物高度标准来看，该建筑工程的高度是超B级，要求具备的抗震能力是乙类，需要采取的抗震措施是8度，所使用的场地类别为Ⅱ类。在地震强度较小或是中等级别的情况下，特征周期应当设置为0.35s;若是地震强度较高，那么特征周期应当设置为0.45s;主塔楼应当设置周边外延3跨和2跨，其中3跨的高度至少应当超过20m，而2跨的高度应当保持在20m的范围之内。主塔楼的地下室应当具有较高的抗震能力，通常将其设定为特一级或是一级，其他部分的抗震等级可以有所降低，通常将其设定为二级。

4几个关键问题的分析和讨论

4.1 抗侧力体系

若是各个楼层的剪力均设定为在基础的固定倍数范围内进行调整和变化，这将会是不恰当的，因为这会导致剪力值过高，无法发挥其原本的作用;同时，若是对剪力进行分配时将其比例值设定的过低，无论采取何种措施，最终得出的剪力值仍然不会达到较高的范围，这样便无法达到较高的抗震能力。相比之下，较为恰当的做法应该是，先考虑每个楼层的具体情况，将其剪力在不同的楼层之间合理分配。若是楼层设防烈度为8度，那么每个楼层分配的剪力至少应当达到层剪力的四分之一左右;若是楼层设防烈度较低，分配比例也可随之降低。具体可见表1所示。

4.2 刚重比

刚重比将会在很大程度上影响到最终的计算结果，若是出现不当操作便会得出截然不同的结论。通常来说，地下室回填土能够对建筑物结构产生或多或少的约束，使得建筑物能够保持良好的稳定性;与此同时，若是产生风力影响或是发生地震，大底盘裙楼产生的位移较小，这也能够在一定程度上确保建筑物的稳定性，然而相关的负责人员在实际计算过程中，却得出了截然不同的结果，之所以会发生这种现象，其原因主要在于计算程序只考虑了侧向等效刚度，没有将地下室回填土发挥的作用纳入考虑范围之内。由此可见，计算刚重比时应当重点考虑楼层较高的部分。

4.3 层间位移角

在该工程项目中，Y向不具备较强的刚度，产生的位移角相对而言较大，它的位移角是风力作用和地震影响之下能够承受的最大值，达到1602，而相关规定中指出的上限值为1615。本工程项目的最大层间位移角与规范限值之间的比例关系为1.01，若是放松5%便能够达到预定的标准和要求。

5结束语

由于我国城市化水平的逐渐提高，城市的人口日益增多与土地资源的短缺形成了尖锐的矛盾，现阶段的城市建设早就满足不了目前城市化发展的需求。故而城市化的发展建设中，离不开超高层建筑，而且对其数量、质量要求也必然会相应有所提高。对于超高层建筑而言，设计是其中最为关键的一个阶段，而结构设计在整个设计阶段当中，又是极为重要的一个环节，本文围绕超高层建筑当中的结构设计环节，先是分析了一些关键性问题，接下来又探讨了怎么样提高超高层建筑的设计水平。在设计超高层房屋建筑项目的时候，必须要考虑建筑项目在施工、使用期间的经济方面跟安全方面诸多因素，本文分析、探讨了超高层建筑当中的进行结构设计所必须遵循的原则，还有设计超高层建筑结构时可能会遇到的一些问题。从而发现，若是选择建设超高层项目，首先应当确保其具备足够的安全性，不会对居民的人身安全产生任何的不利影响，其次在设计过程中，应当注意怎样才能让人们达到最舒适的居住状态，并且不失美观效果，因此在整个项目设计过程中，应当始终秉持以人为本的理念，以人们的需求为主，促进建筑行业领域的稳定和可持续发展。

参考文献

[1] 李波.超高层建筑结构设计的关键问题分析[J].建材与装饰，2019（14）：121-122.

[2] 张良平，杨文参.某超高层建筑结构设计中几个关键问题的思考[J].建筑结构，2019，49（7）：56-59，55.