超高层建筑结构设计的关键性问题思考分析

◎胡程程

近些年，建造超高层建筑的速度初步加快，除了一些城市想要拥有良好的建筑形象外，重点是超高层建筑可以有效地利用好土地面积，获得了一定的使用效益。可以说超高层建筑是目前建筑工程领域的主要种类，建筑过程强调利用好立体空间资源，越来越多的城市都利用高层建筑推广与宣传城市，可是建筑工程的高度指数越高，提出的结构性能要求条件也就更加严格。在确保超高层建筑结构足够稳定的前提下，相关部门要关注建筑结构的设计，体现建筑结构设计的科学性和规范性，关注结构设计的关键性问题，由此让超高层建筑可以又好又快的发展。

一、超高层建筑结构设计基本特征与影响因素

1.基本特征。和以往的建筑物结构设计工作加以关联，超高层建筑结构设计的关键点便是依托抗侧构建加强建筑物延性，由于结构设计上应顾及荷载性能体现，相关人员高度关注水平承受能力，完善建筑物设计的基本结构。目前超高层建筑物的存在越来越广泛，建筑物自身的抗侧性能深刻关联建筑物舒适性与安全性，设计工作者应强调建筑物结构设计计划的整合，让超高层建筑工程稳定建设。

要想设计超高层建筑结构，应该研究好超高层建筑结构设计的基本特征，首先是水平荷载，其作为建筑结构设计的主要组成部分，针对繁琐的高层建筑结构设计，总会呈现出外形层面不够规则以及不对称的现象，相关的情况会造成凹凸变化结果，所以应该结合风力以及建筑物楼层的具体情况，针对性设计能够承重的如表层，适应承受风力的压力需求。其次是结构延性，这是超高层建筑设计的基本指标，让建筑物可以在面临地震的危险时体现出变形的性能，缓解由于地震生成的倒塌变形。超高层建筑结构的延性设计，由于楼层的不同高度生成不相同的成效，体现出一定的柔软性，对应的变形程度比较明显，广泛存在于超高层建筑结构设计中。最后是轴向变形，建筑结构设计应关注轴向变形的情况，因为轴向变形是超高层建筑结构设计不能或缺的组成部分，高层建筑的结构设计中，竖向荷载指数有所增加，那么竖向构件的设计可能出现轴向变形的结果，从很大程度上影响着梁弯矩，给建筑物的结构带来不稳定影响因素，所以超高层建筑结构设计中要强调轴向变形的处理方案运用。

2.影响因素。（1）风荷载。在超高层建筑结构的实际设计中，荷载的挑选应和高层建筑的具体情况相匹配，设计过程中，相关人员细致化分析高度的影响因素。由于建筑物是比较高的，所以高度可生成风荷载的影响因素，这也是建筑物结构设计的要点。如现有的台北区域101 大楼，设计工作者应全方位思考附近情况，研究风荷载对大楼建设带来的影响，聘请专业人员开展风洞实验检验，使得大楼整体抗风水平不断提升。（2）抗地震能力。地震对高层建筑会产生较大破坏力，所以建筑工程建设中要求工作者进行地震力预测，可因为现阶段的技术能力有限，不能全方位预测地震的产生时间和破坏面积。针对超高层建筑物的结构设计，相关人员应意识到抗震设计因素产生的影响，研究地震环境中主楼以及裙楼的差异性反应，才可以保障抗地震能力。（3）地基建设。超高层建筑设计与建构，地基建设是比较重要的。施工过程中结合地质现象实施针对性设计，确保建筑设计整体结构存在稳定性。若软地基的深度指数比较大，应引进装箱地基。具体工作期间要围绕实际情况明确计划，岩石深度比较傲高的情况下，可适当纳入岩石上层冲击土的处理方式，反之采取现浇混凝土的模式。并且相关人员还应该通过地下连续墙开展基础支撑管理，条件比较优越的条件下，考虑筏形充当基础结构的可能性，地基设计阶段，围绕不相同的条件开展综合研究工作，使得地基建设的整体效益可实现最大化。

二、超高层建筑结构设计体系的挑选思路

1.高层建筑结构体系选取。选择超高层建筑结构体系的过程中，相关人员应该结合经济性和安全性，对于超高层建筑体系进行规范。设计者重视结构荷载的性能发挥，还应关注非荷载作用，尤其是混凝土材料潜在的凝固问题以及收缩问题，甚至是温度变动问题，没有顾及到相关问题，可能出现超高层建筑物结构变形的安全隐患。诚然选取超高层建筑结构体系，应该使用建筑物的基本性能需求，把建筑物的实际高度以及建筑工程的环境当作基本条件，并且超高层建筑结构体系的选择，要拥有足够强大承受压力条件。同时建筑物结构体系应存在着平面均匀化特征，抗扭刚度指数足够高，适应新时期下超高层建筑结构设计工作对结构体系的设置需求。

2.结构材料选取。现阶段，超高层建筑设计期间，钢筋混凝土材料是应用比较广泛的，此种材料的选取体现出超高层建筑结构设计的核心要点，彰显着钢筋混凝土材料的基本性能。钢筋混凝土材料存在着一定的结构刚度与耐久性，还存在着维护费用低的优势，所以可以首选钢筋混凝土材料，完成超高层建筑结构设计中材料的选取工作。在此期间，关注钢筋混凝土的结构厚度，使得钢筋混凝土的材质选取更为规范，如图一，即某单位进行超高层建筑结构设计时选取的钢筋材料。

图一 钢筋建筑材料

3.超高层建筑结构的选取。首先是超高层建筑框架结构，框架结构主要是通过建筑物梁柱形成纵横方向的结构框架，承受着较强的水平荷载以及垂直荷载。框架结构选取应体现出建筑平面设计的灵活性，拥有更为广泛的建筑物空间，同时建筑立面施工作业相对便捷，提高超高层建筑结构设计的稳定性。可是此种结构存在一定的弊端，也就是横向刚度比较小，楼层层数较高的情况下可能产生偏移的结果，难以保障建筑物结构体系的完整性。

其次是剪力墙结构设计，此种结构设计错为钢筋混凝土的主要承重结构，也是抗风墙结构体系或者抗震墙结构体系。剪力墙结构的优势与高度的和结构性能好为主，基本上不会出现水平荷载的病情情况，拥有巨大的承载力。同时，建筑物房间内不会出现梁柱外露的现象，可以保障美观性。应用剪力墙结构的不足便是拆除难度比较大，如果利用剪力墙结构涉及较大的空间，这是不值得提倡的。

最后是框架剪力墙结构，此种结构便是把框架结构以及剪力强结构的优势结合起来，将其作用在超高层建筑结构设计上，一方面体现建筑物结构布局的灵活性，另一方面体现出超高层建筑物的抗震水平，能够适应不相同建筑物的功能需求。可是如果剪力墙的结构设置比较多，可能无法保障建筑工程拥有经济性的优势和使用性能，剪力墙结构比较少的情况下，造成建筑物侧墙的压力得以增加，继而产生建筑物结构变形的情况。

三、超高层建筑结构设计的相关问题

1.建筑结构的抗扭转设计。结合超高层建筑工程进展的实际情况，抗扭转是超高层建筑结构体系组成的基本问题，如果设计人员没有处理好超高层建筑结构的扭转问题，势必会影响建筑结构的综合性能发挥效果。立足于具体情况，设计超高层建筑结构，应该要把几何重心、结构中心以及刚度中心为主，可是目前较多的建筑结构设计人员不能优化三种类型的重心设计工作，可能出现超高层建筑结构扭转的问题。一般来说，建筑结构产生扭转问题，结构受力比较大的构件会出现脆性破坏的现象，同时受到水平力的因素制约，脆性破坏比较严重。所以超高层结构设计过程中，设计人员要强调建筑结构的抗扭转结构设计，以基础为主增强超高层建筑结构的抗扭转能力。在结构设计中，相关人员要想体现出建筑结构的抗扭转性，应该从整体视角优化超高层建筑结构的设计体系，确保建筑结构的刚度重心以及建筑重心可以互相吻合，减小超高层建筑结构的偏心距。比如设计者能够在超高层建筑附近进行抗侧力构建，调整建筑物结构的扭转效应。可是分析超高层建筑结构的内部扭转，一些情况下，仅仅进行单纯的结构设计是不能处理好超高层建筑结构扭转风险的，主要是由于建筑结构被地震作用所破坏，竖向构件可能进入非弹性阶段，那么超高层建筑结构刚度指数比较大的构建要承受更多剪力，生成脆性破坏的结果。基于此，设计工作者要科学的运用混合建设材料，让超高层建筑结构的竖向构建拥有更多延性指数，体现出超高层结构设计的安全性与稳定性。

2.建筑结构的受力性能。我国超高层建筑结构设计上，承受力也是一项基本影响因素，一些设计工作者在设计超高层建筑结构过程中，总会过多重视建筑物空间结构，淡化建筑物结构特征的展现，使得建筑物结构的整体承受力能力不高。结合具体情况，如果建筑结构承受力指数不高，建筑物的安全性是无法得到保障的，基于外力影响力建筑物被损坏的几率随之增加。所以设计人员要深层次分析建筑物受成立，整合现有的设计计划，科学控制建筑物承受力相关问题。工作者研究好承重柱的性能和承重墙的性能，实施严格操作，巧妙的把承受力性能设计以及超高层建筑物的平面设计图互相融合，让内部受力足够均匀化。除此之外，超高层建筑结构设计上，和以往的结构设计项目进行比较呈现出特殊化，因此结构设计期间要时刻关注项目进展情况，挑选科学的结构研究简单图纸，规范化设计超高层建筑结构空间，不断强化超高层结构设计的整体效果。需要重视超高层建筑结构设计的模拟演练，研究竖向构件出现变形现象是否造成建筑物外形有所转变，由此对建筑物内力分布生成负面影响。实施施工模拟与预变形演练项目，关联模拟演练的结果，教师研究施工过程中潜在影响因素，提高繁琐节点的钢筋存在位置与钢材传力成效，科学的处理高建筑结构设计问题，让工程作业具备可操作性。

3.建筑结构的超高设计。我国现有土地资源是不够充裕的，一些建筑单位以获取较多经济成效为目的，试图增加建筑物实际高度控制土地资源的消耗，为土地资源利用率的提高奠定基础。对建筑物结构进行高度增加的设计，就算是能够处理土地资源不足的困境，可很容易引出建筑物结构超高问题，或者引出建筑物增高的操作难度。超高层建筑结构设计上，设计人员应深层次研究施工现场项目需求，掌握本地区的地貌特点，细致化研究地震现象出现的趋势，由于建筑物结构设计超高问题会破坏建筑物抗震能力的发挥，埋下建筑物安全利用风险。所以要以地貌为基础点适当增加超高层建筑结构的高度，妥善规避超高层建筑物结构超高问题。

4.建筑结构的嵌固端设计与基础设计。一般来讲，超高层建筑物的结构设计上，应配置多层地下室与人防。嵌固端大多数存在于地下室顶板部位或者人防顶板部位，所以结构工程设计工作者应思考嵌固端设计的相关问题，研究嵌固端楼板设计要点，整体上研究嵌固端上层刚度以及下层刚度的比值，确保上层抗震性能与下层抗震性能统一化。整体研究超高层建筑结构设计，顾及嵌固端的实际部位是比较关键的，由此可以使得嵌固端部位与结构抗震缝隙部位有机协调，促进超高层建筑结构设计工作进程。针对基础设计来讲，作为超高层的难点问题与重点问题，充当建筑结构安全性影响的显著因素，超高层设计阶段，相关人员应调整好建筑物的埋置深度情况、地基变形指数情况和稳定性指数情况。引进桩筏设计，观察埋置深度依托对应规定开展工作，现场施工的对应问题，强调基础设计和邻近建筑物两者的关系，确保开挖基坑之后不能破坏建筑物结构的完整性，落实动态监督超高层结构基础设计的变化任务。

5.建筑结构的重力荷载传递以及抗侧力设计。超高层建筑结构设计，因为层级繁琐与结构繁琐，那么重力荷载会出现较多方式传递的过程，影响着建筑物整体性能的展现。重力荷载传递的结构设计，相关人员应全方位了解和研究，结合具体情况开展楼板设计工作与结构体系的设计工作。楼板设计过程围绕建筑物内部的具体装饰与基础设备的具体分布完成综合化考量，依托实际结构开展最佳位置的挑选操作。并且思考超高层建筑施工周期和施工成本，研究建筑物的重力荷载挑选单向传递的模式与双向传递的模式，设计超高层转换层阶段，引进梁式与桁架式，若结构内部涉及较多路径传递现象，可适当引进软件模拟性能加以超高层建筑物的仿真设计工作，体现设计项目的科学性。另外思考超高层建筑结构的抗侧力设计，建筑物高度指数相对高一些，同时侧面积指数也是高的，承受侧立性能应足够强，若淡化建筑结构抗侧力结构设计，可能从一定程度上影响到建筑物主体结构的稳定性。所以在抗侧力结构设计阶段，设计者要结合超高层建筑高度选取对应的结构，高度小于等于一百米的情况下，引进框架结构与剪力墙结构。在高度大于一百米小于二百米的范围，引进核心筒的组成结构。接下来纳入组合结构设计思维，计算好每一个组合体结构的抗侧力指数，最终明确超高层建筑物抗震防线。若超高层建筑属于核心筒以及钢框架互相结合的情况，由于抗侧力结构的自重差相对大一些，设计者要优先设计核心筒，随后引进框架体系，高度差调整在八层指数之内。

四、结束语

综上所述，超高层建筑物的发展驱使下，建筑物数量与日俱增，内在的结构设计效率深深影响到居民的生活质量。纵观具体情况，超高层建筑设计中的常见类型便是钢筋混凝土混合形式，存有良好的稳定性，工程造价也不高。可结构设计上，设计者还应思考一些问题，巧妙的处理超高层建筑结构设计的关键性问题，如建筑结构的抗扭转设计、建筑结构的受力性能、建筑结构的超高设计、建筑结构的嵌固端设计与基础设计、建筑结构的重力荷载传递以及抗侧力设计等，才可以不间断强化超高层结构设计的规范性，推动建筑物设计工作创新，让建筑行业能够拥有持续化经营与创新的支持条件。