复杂高层与超高层建筑结构设计要点解析

宋颜培

南昌交通学院

1 引言

超高层建筑和复杂高层建筑与传统建筑结构设计相比，存在着明显差异问题，对于抗震性能以及降水等方面的要求也相对较高，加之建筑整体设计需要保证结构设计质量以及美观度，所以设计工作开展需要考虑多方面内容，所受到的影响因素也较为繁杂。为保证结构设计方案的合理性以及科学性，展开结构设计时需要做好设计影响因素分析，以便制定出针对性应对策略，保证设计工作顺利开展。

2 超高层以及复杂高层设计影响因素

2.1 防风以及抗震性能方面

无论是超高层建筑还是复杂高层建筑物，都存在着结构设计过于复杂以及受力情况复杂度较高等方面的状况，在进行设计时需要对诸多安全影响因素展开分析，尤其要加大对防风以及抗震性能的研究力度，要按照整体工程建设要求展开合理的结构设计以及规划布置。强调在进行结构设计过程中，需要按照建筑所在地的风荷载以及抗震性能要求科学展开加固设置，以便保证整体结构的安全性。

2.2 地质对于地基的影响方面

地基是保证建筑物稳固性的重要元素，在进行地基建造过程中，由于地质条件和地基建造有着密切关联，所以设计人员也要对地质方面的影响问题展开分析。我国各区域的地质情况并不相同，在进行建筑设计过程中，设计人员需要通过对实际地质条件的调查，通过将结构设计和地质环境有机结合在一起的方式，对整体设计方案展开综合性分析，以便制定出最佳地基建设方案，保证不会因为地质原因而造成地基不稳问题。需要按照勘测结果，对地基承载力以及地质特性等展开分析，做好规模以及实际功能的考量，以便高质量完成地基部分设计。

2.3 建筑自身结构方面

正如上文所述，超高层以及复杂高层的结构设计复杂程度相对较高，无论是造型还是功能方面都较为独特。为避免出现同质化问题，设计师在造型设计方面花费了大量心思，造型方面变得更加独特、复杂，有些建筑甚至成了城市或国家的地标建筑。在进行结构设计过程中，需要保障设计的艺术感、低碳环保性以及科学性，对于结构设计的整体要求相对较高，进行设计时需要考虑的因素也相对较多，整体结构设计难度相对较大。

2.4 施工影响以及材料影响方面

由于建筑结构较为复杂，所以在施工时需要投入大量的新型材料以及新型技术，其能够为建筑的形态多样化以及功能复杂化提供可靠支持。而在材料以及施工技术使用方面，也是设计工作不可忽视的影响因素之一，如果材料选择不当或施工技术应用不合理，均可能会对结构施工质量造成影响。

3 结构方案类型与选择

由于结构方案选择合理性会对设计质量产生直接影响，所以需要按照实际情况对结构类型以及结构方案展开选择，确保设计方案能够与工程建设具体要求相符合，避免后续出现大幅度的改动问题，保证工程施工能够顺利展开。设计人员需要对综合情况展开分析，做好各项相关数据的收集与整理工作，要保证设计方案的合理性以及科学性。

在对建筑单体结构类型进行确定之前，需要对场地地质构造以及建筑抗震性能等方面情况展开分析，要按照建筑所处地段以及功能要求等方面的情况，确定建筑结构类型以及建筑的抗震性能设置目标。整体方案设计需要将施工合理性以及工程造价等多方面因素考虑到其中，保证设计方案的可行性。

在具体进行结构方案选择过程中，需要对各方案的详细内容展开综合分析，确定整体结构规则性以及稳定性是否与标准要求相符，结构内力传力路径进行判断，从而保证建筑项目的结构稳定程度，做好结构方案的选择。

4 建筑结构设计要点

4.1 复杂高层结构设计要点

（1）复杂高层类型包括连体结构、转化层以及加强层等多个类型，需要在进行结构设计过程中，将连续倒塌预防手段放在首要位置。需要做好结构主要构件的刚性连接处理，减少使用静定结构构件设施，通过构建局部以及整体结构体系多项传力路径建设的方式，做好不可抗力或意外出现时的强力储备工作，保证结构构件的延性能够得到切实强化，能够在结构发生弹塑性变形时，保证结构的竖向力承受能力，确保不会发生失稳问题。对各种结构形式展开复杂结构连续性破坏措施设置过程中，需要做好传力途径以及结构传力路线的调整。

（2）框架结构。如果框架柱出现承载失效问题，框架梁上下纵筋会处于受拉状态，此时需要做好框架梁的腰筋以及纵筋处理，做好贯通节点的优化，确保其能够满足抗震连接锚固的具体需求。同时需要对两端纵筋拉剪作用展开验算操作，如果底层框架柱已经失去作用，要通过对相邻楼层上层柱的处理，做好钢筋连接以及吊柱受力形式设置。因为中柱是竖向承重的重要构件，所以在中柱失去作用之后，需要考虑本层相邻框架梁以及相邻层框架柱的重力分配，确保可以通过重新进行内力分配的方式，保证承重效果。进行框架结构楼板设置过程中，需要展开单向板设置工作，通过对长方形梁失去作用等极端状况的分析，做好平面内变形储存强度设置。此外，需要做好楼梯踏步板框架梁纵向钢筋设置，要结合以往经验，将意外发生可能性考虑到其中，保证楼梯间填充墙倒塌的堆积荷载，能够达到瞬间集中的状态。

（3）剪力墙结构。在进行剪力墙结构设置过程中，一方面需要按照相应比例与数量展开内纵墙设置，以便对横墙平面外失稳问题形成有效处理，通过在横中墙交接部位节点设置一定程度墙肢的方式，做好约束边缘构件在墙肢端的设置，从而达到切实增强墙肢侧向刚度的目标；另一方面需要在剪力墙上设置不超过1m 的洞口。如果条件较为特殊，需要保证洞口在一米以上，则要通过在洞口横纵方向设置约束边缘构件的方法，通过完成暗框架的设置，对墙体垂直传力途径进行有效保护。

（4）框剪结构。在进行框剪结构设计过程中，需要按照少框架以及少墙框架的方式，展开主体位移控制验算工作。进行剪力墙墙顶设置过程中，需要保证框架梁能够比墙体略宽，可以承受相应的剪力墙自重以及水平荷载。

（5）在对转化成复杂高层结构进行设计过程中，需要在中间层以及底层等位置展开转换桁架设置，确保能够在出现极端状况时，可以通过对桁架的运用有效，对主体变形问题进行控制，可以将柱设置在桁架下部位置。需要对转换次数进行严格控制，保证传力效果，确保能够通过对各种构件以及辅助手段的有效运用，做好主承重构件传力路径设置。同时需要对下部结构刚度进行强化处理，对上部结构钢度展开弱化处理，避免出现上部和其他结构进行过度连接与牵连的状况。

4.2 超高层结构设计要点

（1）超高层建筑的建筑高度至少在100m 以上，需要格外注意消防安全以及避难层的设置，保证机电设备运行的质量，确保可以通过增加设备成设置的方式，保证建筑内的各项设备能够得到有效保存。进行设备层的设置过程中，需要对建筑整体承载力以及设备自身对于建筑的影响等各项情况展开分析，应保证建筑结构整体性能够达到预期要求，要结合实际情况适当增加结构加强层设置。

（2）重力荷载变化处理。由于超高层结构主体的整体高度相对较高，重力荷载会随着结构高度的不断增加而呈现出上升趋势，在竖向主受力构件墙以及柱上的轴压力也会随之加大，加之在风荷载以及其他因素的影响之下，结构自重会随之发生改变，所以需要做好建筑加强层的设置，通过合理设计保证建筑能够应对不同的重力荷载变化。

（3）倾覆力矩控制设计。超高层建筑对于建筑的稳定性要求较高，强调要做好建筑高度上升而导致的倾覆力矩增加问题处理，保证建筑的抗倾覆能力可以达到标准要求。为实现这一点，一方面需要增加基础埋深以及基础宽度，保证基础的稳固性以及承载力；另一方面需要运用抗拔桩基等手段，对结构整体稳定性进行保护，做好结构稳固的强化工作。

（4）做好防火防灾设置工作。设计人员需要将防火防灾工作内容考虑到设置之中，需要运用有效手段提高建筑的防火防灾性能。由于高层建筑和地面之间空间距离相对较大，必须要做好设备层以及避难层的设置工作，要对结构设计进行强化处理，保证建筑置身防灾害性能可以达到规定要求。

（5）风振加速度控制设计。风荷载作用也是超高建筑设计不可忽视的重要内容，保证用户在建筑空间的舒适度，确保风荷载不会对建筑稳定性造成不良影响，需要做好结构顶层最大加速度的设置工作，要按照最高规定要求进行限定值设置。同时需要对围护结构进行有效规划，做好围护结构的抗风设计，以便达到有效减弱风荷载不良作用的目标。

（6）控制竖向构件内力分布影响。竖向构件变化所产生的缩短变形差，会对构件内力产生直接影响。如果内力出现较大变化，构件的受力变形会在一瞬之间完成，而干缩变形则需要较长的时间，变形量大概在总压缩量的1/3左右。消耗时间最长的变形，是由徐变更所产生的变形问题，可以通过相应公式完成线性徐变的变形量计算工作。在内力的作用之下，构件总压缩量会随着建筑高度的提升而出现增加趋势，竖向构件所产生的缩短变形差问题，会在内力的作用之下而逐渐增大，在进行设计过程中需要明确考虑到这一点，做好变形差控制，预留出一定的变形空间，以防建筑出现变形问题。

5 结束语

由于和普通建筑相比，超高层建筑以及复杂高层建筑整体结构相对较为特殊，施工方面的要求也相对较高，所以在进行该类型结构设计过程中，需要严格按照设计目标以及设计要求等具体情况，对结构各部分内容展开合理设置。不仅要做好重力荷载变化的分析，同时还要科学做好框剪结构以及其他结构的设置，保证整体设计方案能够与建筑建设要求和实际情况相符合，从而为整体建筑项目工程高质量建设奠定扎实基础，保证结构设计能够对工程建设形成有效指导。