复杂高层与超高层建筑结构设计要点探究

刘方

摘要：而随着我国经济市场的不断发展，复杂高层与超高层建筑工程的项目建设需求也逐渐增大。而其中结构设计，是保证建筑安全、合理、经济的主要因素。但是目前，我国的复杂高层与超高层建筑结构的设计中，还存在一些亟待解决问题，需要进一步发分析并找出应对策略。

关键词：复杂高层;超高层建筑;结构的设计;要点

一、复杂高层与超高层建筑结构设计概述

为保证我国高层建筑结构设计的安全性和经济性，我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称抗规）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3--2010）[21（以下简称高层混凝土规程）和《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-98）（以下简称高钢规）均对高层建筑的适用高度、结构平面布置和结构竖向布置的规则性提出了明确要求。但是，随着社会经济的发展、计算分析手段的完善、结构材料性能的提高、加工工艺的进步和施工技术水平的提升，在建设单位和建筑师对建筑效果新、奇、特，以及部分地区对建筑物高度的追求下，造型突破传统、高度超限的大量复杂高层建筑纷呈出现。结构复杂性主要体现在三大方面：高度超限、结构平面布置不规则、结构竖向布置不规则。国内部分高度超限的复杂高层建筑有上海中心大厦、深圳平安国际金融中心、天津高银117大厦、广州东塔周大福中心的结构高度分别达到580、588、597和518m。结构平面与竖向严重不规则的高层建筑中，CCTV新址主楼和法门寺合十舍利塔最具代表性。

二、复杂高层与超高层建筑设计的考虑因素

（一）结构方案与结构类型

建筑物的结构方案是其设计的基本框架，也是该建筑物设计工作的第一步，对于复杂高层和超高层建筑来说，结构方案和结构类型更是其质量的保证。建筑物的舒适度和抗震能力等都是围绕这个基本框架进行的，如果第一步做错的话，在后面的步骤才发现错误，就需要将整个设计方案推翻重做，造成不必要的浪费，如果在施工过程中才发现不合理，不但会影响工程如约按期完成交工，而且会给设计者造成直接的经济损失。因此，在考虑复杂高层与超高层建筑的设计时，首先必须选择合理的结构方案。

（二）结构舒适度

复杂高层与超高层建筑由于建筑高度较高，所以在建筑结构上相对来说更不容易保持一定的安全性，该类型建筑的结构与一般建筑相比更为柔软，一般来说结构柔软的建筑物的结构舒适度会差一些，因此在复杂高层与超高层建筑设计中还要考虑舒适度这个因素。舒适度分析按建筑结构不同一般分为两种，一种是混凝土结构的建筑物，另一种是混合或钢结构的建筑物，这两种不同结构的建筑物对阻尼比的要求也不相同，前者要求在0.05，后者则是0.01-0.02。或者按照建筑使用功能不同进行舒适度分析，各种不同建筑功能的建筑物之间的水平振动指标限值不同，例如公寓型住宅建筑的水平振动指标区间要求与公共类建筑不同。因此，对于不同建筑功能的建筑物要根据其不同用途进行设计，可以在一定程度上提高该建筑物的结构舒适度。

（三）抗震设防烈度

复杂高层与超高层建筑和一般建筑相比有一个明显的区别，就是建筑高度比其他建筑更高。与此相对的，复杂高层与超高层建筑对建筑地区的抗震设防烈度的要求也比较高。按照现有的复杂高层与超高层建筑设计经验，建筑高度超过100m的建筑物的具体高度与该地区的抗震设防烈度有很大关系。建筑设计行业不成文的规定一般认为，抗震设防烈度在6度及以下的地区可以建造复杂高层与超高层建筑，抗震设防烈度在6-8度的地区可以建造高度不超过300m的复杂高层与超高层建筑，抗震设防烈度在8度以上的地区不适合建造复杂高层与超高层建筑。

三、复杂高层与超高层建筑结构设计的要点

（一）计算载荷

1、风载荷计算

随着建筑高度不断增加，风载荷对建筑结构稳定性的影响也越来越明显。而在开展有关风荷载的研究中，通常以100年重现期的风荷载设计结构构件承载力，以50年重现期风荷载控制构件承载力，对高度大于等于200m的建筑物进行风洞试验。在计算风载荷过程中，需要根据相应的高层、超高层建筑结构的设计标准，并结合当地历史的风力变化资料进行研究，以掌握风载荷的波动范围，并在设计过程中充分考虑到风荷载余量对建筑结构的影响，确保建筑结构能充分适应当地的风载荷要求，保证建筑结构的稳定性。

2、地震载荷计算

地震载荷是载荷问题研究中的关键内容，也是复杂高层、超高层建筑结构设计中的基础性内容之一。一般认为，如果复杂高层、超高层建筑结构自振周期为6.0-9.0s，而建筑结构设计的地震载荷影响系数约为6.0s，那么在地震载荷问题的研究中，需要将地震载荷影响系数设计在6.0-10.0s范围内，并以此为基础开展数据的计算。

（二）抗震设计

1、对倒塌水准的研究

在分析倒塌水准过程中，需要注意以下几点问题：（1）在研究建筑的延性结构构件过程中，需要规定非弹性形变小于构件的弹性形变能力;（2）针对建筑结构中存在的一些非延性部件，需要充分考虑破坏模式的应力特征与要求，并重视对其相关技术内容的研究;（3）在开展有关建筑结构设计过程中，应保证建筑物结构具有良好的稳定性，并确保其至少具有中等地震抗性作用，并即使在中等地震的影响下依然能保证建筑结构的弹性。

2、对使用水准的研究

对于地震重现期为50a的地震，此时其对建筑结构的损伤是忽略不计的，但在相应的结构设计分析中，需要相应的研究其弹性反应状态，以更全面的获取与建筑相关的资料。

四、结束语

总而言之，在复杂高层以及超高层建筑结构设计过程中，应当不断提高设计质量和专业水平，这是非常关键的;不仅可以为用户提供安全、舒适的建筑环境，而且可以提高建筑工程的经济效益和社会效益，所以复杂高层与超高层建筑设计过程中，应当准确把握结构设计要点。

參考文献：

[1]冯福雄，李新磊.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J].建筑与装饰，2019，000（001）：33-34.

[2]田少华.复杂高层与超高层建筑结构设计要点研究[J].工程技术研究，2019（13）.

[3]吴开磊.超限高层建筑结构设计中相关要点探究[J].住宅与房地产，2019（15）.

（作者单位：荆门市建筑设计研究院有限公司）