超高层建筑结构分类及选型影响因素浅析程超

超高层建筑结构分类及选型影响因素浅析程超

程超

哈尔滨工业大学建筑设计研究院黑龙江省哈尔滨市150090

摘要：超高层建筑结构选型是一个非常复杂而又难以决策的问题，其不仅要面临不同建筑结构类型的选择，更需要综合考虑多种因素的影响，并且其间面临着大量的不确定性和不可知性，需要在不同建筑结构类型和多种影响因素之间反复“周旋”，从而保证建筑结构选型的科学性、合理性。

关键词：超高层建筑；结构；分类；选型

1.超高层建筑结构设计的特点

1.1建筑设计中水平荷载

在超高层建筑结构设计中，可以从以下两个方面来分析水平荷载问题，一方面，楼房自身重量和建筑楼面所承受荷载作用于竖向构件中，其所引起的轴力和弯矩数值与建筑物高度的一次方成正比关系。另一方面，对于某一特定超高层建筑物来说，其竖向载荷能力已经是定值，而在水平载荷的数值会随着建筑结构的动力特性的变化而变化。

1.2建筑设计中轴向变形

在超高层建筑的结构设计中，建筑物竖向载荷的数值一般都比较大，如果设计时考虑不周，会在柱体中引起一定轴向变形，对连续梁弯矩有一定的影响，这种情况会减少连续梁中间支座处的负弯矩值，而端支座的副弯矩值和跨中正弯矩则会出现增大的情况。

1.3建筑设计中结构延性

对超高层建筑物来说，它直对于一些较低的建筑物有更为柔和的建筑结构，在一些突发震动情况下会产生较大的变形。为使建筑结构在塑性变形后仍然具有良好的变形能力，避免出现建筑倒塌，我们在建筑设计时要采到一定的措施，以保证超高层建筑的结构具有适合的延性。

1.4建筑设计中侧移幅度

在超高层建筑设计中，建筑结构产生侧移的问题是超高层建筑结构设计的关键要素，随着超高层建筑高度的增加，其水平荷载能力也在随之变化，建筑物结构侧移的幅度迅速增大，为确保超高层建筑的质量安全，必须把建筑结构水平荷载下的侧移幅度设计控制在一定限度之内。

2.超高层建筑结构分类

2.1钢筋混凝土超高层建筑结构

钢筋混凝土建筑结构发展历史由来已久，据今已有200年历史，其合理利用了钢筋、混凝土两种建筑材料的“受力性能”，由于结构造型灵活，可以就地取材，造价低，可模性、耐久性、耐火性好且维护费用低等优点，被广泛应用于各类型建筑；但是也由于其自重大、构件截面大、抗裂性能和延性差、户外施工受季节影响大、修复与补强相对困难等不足，限制了其在超高层建筑中的广泛应用。

2.2钢超高层建筑结构

与钢筋混凝土建筑结构相比，钢结构有自重轻、构件截面小、可提供较大跨度空间、抗震性好、工业化程度高和施工周期短等优点，开始被世界各国越来越多的超高层建筑使用，但是也由于钢超高层建筑结构所用材料较为昂贵、造价相对较高、易锈蚀和防火性能差、施工技术较复杂等缺点，在我国超高层建筑中使用还不是很普遍。

2.3钢-混凝土混合超高层建筑结构

钢-混凝土混合建筑结构，其同时使用了钢、钢筋混凝土两种材料构件，二者相互取长补短，既利用了钢材料构件的强度高、截面小及可提供较大跨度空间等的优点，也利用了钢筋混凝土材料构件的大抗推刚度、高抗剪承载力优点。

3.超高层建筑结构选型影响因素

影响超高层建筑结构选型的因素较多且作用机理复杂，直接导致结构选型的难以决策，需要综合考虑多种因素的因素，重点考虑主要影响因素，辅以次要影响因素，切实保证超高层建筑结构选型的科学性、合理性。

3.1建筑物的使用功能要求

任何建筑物都具有对客观空间环境的要求，根据这些要求可以大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。①结构选型时应注意尽可能降低结构构件的高度，选择与建筑物使用空间相适应的结构形式。②建筑物的使用要求应与结构的合理几何体型相结合。

3.2抗震性

与普通建筑不同，复杂高层与超高层建筑对于抗震设计的要求更高，从这个方面来看，在进行复杂高层与超高层建筑结构设计的时候，其要点还包括了加强建筑的抗震设计，具体来说，可以从以下几方面入手：第一阶段的抗震设计是对结构在多遇地震作用下进行弹性分析，主要验算结构的楼层位移、层间位移，整体稳定性和结构构件的抗震承载力。对于大多数的建筑结构，可以只进行第一阶段抗震设计，通过抗震概念设计和抗震构造措施来满足第二和第三水准的抗震设防要求。第二阶段抗震设计是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性分析。对于有特殊要求的建筑，地震时容易倒塌的建筑以及有明显薄弱层的不规则结构，除了进行第一阶段抗震设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算，并采取相应的抗震构造措施来保证结构具有足够的延性。第三阶段是采用和第三水准抗震相对应的地震动参数进行分析房屋建筑结构，使其符合抗震设计的相关规范，从而对建筑结构第三水准抗震性能要求进行满足。

3.3建筑风格和建筑艺术

建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响极为明显。此外，结构选型时还应注意结构的几何体型对声学效果的影响、对采光照明的影响以及对屋面排水的影响比较梁式结构和轴心受力结构的受力状态，不难看出，梁的截面应力分布极不均匀，除边缘纤维达到最大许用应力外，大部分材料的应力远远低于许用应力，即材料强度并未充分利用，而轴心受力状态因截面应力分布均匀更能充分利用材料强度。

3.4经济有效性对超高层建筑结构选型的影响

不同超高层建筑结构类型的经济性是不同的，受到工程项目追求经济效益的影响，使得经济性成为超高层建筑结构选型必须要考虑的因素；衡量不同结构类型经济性的有效手段是进行专门的、综合的经济分析，特别是一定要从长远和整体角度分析不同结构类型的经济性。所谓综合经济分析就是全面考察影响经济效益的各要素，从整体和长远的角度全面地考虑结构方案的经济性。

4.做好超高层建筑结构设计的相关建议

针对上述我国超高层建筑结构设计中存在的若干问题分析，并结合超高层建筑结构设计的实际工作经验和相关知识的掌握，提出以下若干建议：

（1）要不断提高自己专业技能和素质，确保建筑结构设计的科学合理性。（2）在对超高层建筑进行结构设计时，设计人员需根据建筑需要和建筑周边环境综合考虑设计方案，尽可能达到设计方案的最优化处理。（3）在对建筑配套系统进行设计的过程中需一方面保证该系统设施的安全稳定性，另一方面要注意尽量简化系统管线路，为系统在使用过程中的维护保养提供便利。

结语

总之，建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程是，其设计的好坏直接影响着超高层建筑的整体质量，而且任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，要加强重视超高层建筑设计阶段的结构设计工作，同时，设计人员也要加强对规范的分析认识、理解和把握，做到细致周全，为建设安全高质量的超高层建筑贡献自己的一份力量。

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