超高层建筑伸臂加强层结构设计相关问题研究

王 伟

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

在我国城市土地资源紧缺问题日益严峻的背景下，城市中的建筑正越来越趋向于超高层建筑。超高层建筑将绝大部分建筑空间扩展到了上层，能够大大节省土地资源，但与此同时，也带来了一些设计方面的问题。其中，超高层建筑伸臂加强层结构的设计问题是一项重难点，所以有必要针对该问题展开深入研究，以促进超高层建筑的发展。

1 超高层建筑伸臂加强层结构设置位置的选择原则

在选择超高层建筑伸臂加强层结构的设置位置之时，应遵循以下几项原则。

第一，应当要满足建筑的使用功能需求，尽量利用避难层来作为伸臂加强层结构的设置位置；第二，应当要根据相关结构控制目标进行有效的分析，如基本周期和顶点位移控制目标、底部筒体倾覆力矩控制目标、底部墙肢拉力控制目标等，根据分析结果合理选择伸臂加强层结构的设置位置；第三，应当要确保伸臂桁架构件尺寸合理、可承受适当作用力、方便施工作业。

2 超高层建筑设置一道伸臂加强层结构的最佳位置

某超高层建筑项目为框架-核心筒结构建筑，总建筑高度为350m，包括地下4层+地上79层，可承受基本风压为0.75kN/m，设计抗震设防烈度为7°。

2.1 控制基本周期和顶点位移时

2.1.1 基本周期对比分析

在风荷载作用下，在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的基本周期对比详见表1。

表1 在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的基本周期对比表

分析结果显示，当伸臂加强层结构设置在该项目的中间或者略偏上位置的避难层中时，它的基本周期较短；当伸臂加强层结构设置在该项目的顶部或者偏下位置的避难层中时，它的基本周期较长。

在该项目设置一道伸臂加强层结构的情况下，选择设置位置为41层(0.54H)时的基本周期最短，仅为7.64s。

2.1.2 顶点位移对比分析

在风荷载作用下，在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的顶点位移对比详见表2。

表2 在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的顶点位移对比表

分析结果显示，当伸臂加强层结构设置在该项目的中间或者略偏上位置的避难层中时，它的顶点位移较小；当伸臂加强层结构设置在该项目的顶部或者偏下位置的避难层中时，它的顶点位移较大。在该项目设置一道伸臂加强层结构的情况下，选择设置位置为41层(0.54H)时的顶点位移最小，x向仅为572mm,y向仅为652mm。

2.2 控制层间位移角时

在风荷载作用下，在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的层间位移角对比详见表3。

表3 在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的层间位移角对比表

分析结果显示：当伸臂加强层结构设置在该项目的中间位置的避难层中时，它的层间位移角较小；当伸臂加强层结构设置在该项目的顶部或者偏下位置的避难层中时，它的层间位移角较大。在该项目设置一道伸臂加强层结构的情况下，选择设置位置为41层(0.54H)时的层间位移角最小，x向仅为1/514,y向仅为1/502。

2.3 控制底部筒体倾覆力矩时

在风荷载作用下，在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的底部筒体倾覆力矩及其减小量对比详见表4。

表4 在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的底部筒体倾覆力矩及其减小量对比表

分析结果显示：当伸臂加强层结构设置在该项目的中下位置的避难层中时，它在减小筒体倾覆力矩方面的效果更好。

2.4 控制底部墙肢拉力时

在风荷载作用下，在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的墙肢W1和W2底部拉力及其减小量对比详见表5。

表5 在该项目的不同避难层设置伸臂加强层结构时的墙肢W1和W2底部拉力及其减小量对比表

分析结果显示：当伸臂加强层结构设置在该项目的中下位置的避难层中时，它在减小底部筒体墙肢拉力方面的效果更好。

3 超高层建筑设置两道或以上伸臂加强层结构的最佳位置

当超高层建筑设置一道伸臂加强层结构无法有效满足实际需求时，可设置两道或以上伸臂加强层结构。对该项目来说，若为两道伸臂加强层结构，则第一道的设置位置可选择在41层(0.54H)，第二道经计算分析后可选择在53层(0.66H)。若为两道以上伸臂加强层结构，以三道为例，则经计算分析后可选择两种方案：①方案(最优的层间位移角控制方案)为29层(0.37H)+41层(0.54H)+65层(0.88H)；②方案(最优的底部筒体倾覆力矩控制方案)为17层(0.24H)+41层(0.54H)+65层(0.88H)。

4 超高层建筑顶部设置伸臂加强层结构的可行性分析

目前业内普遍不建议在超高层建筑顶部设置伸臂加强层结构，对该项目来说，在顶部设置伸臂加强层结构达不到最优效果。相关建筑设计规范中也表明，建筑顶部不是第二、三道伸臂加强层结构的最好位置选择。因此，在选择伸臂加强层结构的设置位置时，尽量不要选择在建筑顶部。

5 结 语

综上所述，观我国现阶段的建筑业发展情况来看，无论是建筑高度还是建筑规模都在与日俱增，而随着一栋栋“摩天大楼”的拔地而起，对其设计也提出了更高的要求。在超高层建筑设计中，伸臂加强层结构设计是一项重难点问题，特别是超高层建筑伸臂加强层结构设置位置的选择十分关键，必须要保证伸臂加强层结构设计满足建筑的使用功能需求且符合相关结构控制目标，同时还要确保伸臂桁架构件尺寸合理，可承受适当作用力，方便施工作业。