复杂高层与超高层建筑结构设计研究

复杂高层与超高层建筑结构设计研究

李蔓琪

广东天元建筑设计有限公司广东佛山528311

摘要：近年来，随着城市发展的迅速，建筑面积也越来越小，为了满足城市生活的需要，城市中复杂高层及超高层建筑数量越来越多。而随着建筑楼层高度的增加，对建筑结构的安全性、可靠性也有着更高的要求。本文主要分析了现今复杂高层及超高层建筑设计中存在的问题，提出了结构设计的要点所在，以期为复杂高层与超高层建筑结构设计提供有效基础。

关键词：复杂高层；超高层；建筑；结构设计

随着我国经济政治建设发展步伐的加快，各大中型城市中越来越多的复杂高层及超高层建筑被相继建成，城市对于复杂高层与超高层建筑工程项目建设需求越来越大。复杂高层及超高层建筑一方面可以使得城市拥有自身的形象建筑，另一方面也可以使得土地的使用率大大提高，最大程度发挥土地的使用效益[1]。但与此同时，也导致高层建筑设计过程日益复杂，尤其是对于其中的结构设计来说，复杂度更高。因此为了保证好建筑物使用安全性及可靠性，就需要做好建筑的结构设计工作。

一、复杂高层与超高层建筑结构设计特点

首先，需要重视建筑物结构所收到的水平荷载，防止地震力及风载对建筑物产生不利影响。复杂高层建筑与超高层建筑的自重及楼面荷载所导致出现的弯矩及轴力一般是与建筑物总高度的一次方呈正比。而建筑物水平荷载产生的力矩与轴力一般来说较大，它与建筑物高度的二次方呈正比关系。另外，对高度一定的建筑来说，建筑物竖直方向的荷载属于一个固定值，而水平方向的荷载，在地震作用及风荷载作用影响下，会随着建筑物结构特征的差异出现很大的变化，由此可见水平方向的荷载作用力在结构设计中也存在着很大的影响性。其次，对建筑结构的轴向变形进行关注[2]。在复杂高层及超高层建筑中，建筑墙体会由于竖向荷载过大产生很大的轴向变形，这个变形会对连续梁的弯矩大小产生严重影响，导致连续梁中间支撑位置所具有的负弯矩值减小，而这时正弯矩值会变大，两端支撑处的负弯矩值这时也会有所增大。建筑中预制构件长度需要依据轴向变形值进行相应的制作及调整，因此当建筑结构出现很大的轴向变形时，下料长度会受到很大影响。另外，当建筑结构出现轴向变形时，还会导致建筑构件剪力及侧移值大小受到影响，对建筑物整体安全结果产生影响。再次，避免失稳是建筑结构设计中的重要控制目标[3]。相较于多层建筑，复杂高层及超高层建筑应对侧移大小控制尤其注意，这也是建筑结构设计的关键所在。建筑物高度越大，在水平荷载作用下出现的结构侧移值也就会越大，因此需要对其进行相应的控制，将侧移值的范围控制在安全条件下。最后，应重视建筑结构的抗震性能。复杂高层及超高层建筑结构需要提高关键部位的变形及抗震能力，这是因为当出现地震或风荷载作用时，建筑发生变形会更为严重。要想对复杂高层及超高层建筑的变形能力进行提高，使得建筑在塑性变形后的能力不出现减弱，避免在地震发生时出现倒塌现象，在对建筑结构进行设计时，就需要注意好结构延性设计工作，采用相关措施对结构延性进行提高，最终实现对建筑物结构质量进行提升的目的[4]。

二、复杂高层及超高层建筑结构体系

随着现今我国建筑行业的迅速发展，我国建筑业中使用的技术也越来越成熟，这时修建的建筑数量也越来越多。为了更加方便建筑业中各种规范的执行，一般会将建筑物分为A级、B级高层建筑。一般来说，A级高层建筑只需要按照现行的规定开展设计工作就行，但是在对B级建筑进行结构体系设计时，有着更为严格的要求。以下对几种常用的体系进行阐述。首先，框架结构。框架结构有着较大的高度局限，在高烈度地区修建时，在规范限值下，构件的截面面积较大，会对日后的使用产生影响，且使用不够经济，对于国家规范中设置的多重设防理念也没有满足[5]。这时就出现了一种新型的体系，即框架剪力墙体系。框架剪力墙体系实现了多道设防，在建筑物高度上相较于框架有了较大的提高，使得建筑的承载力、延性及刚度都得到大幅度提高，也可以满足使用要求。只需要在建筑物的恰当位置设置相应比例的剪力墙就可以使得结构在水平及竖向的布置上有着更加合理的刚度及承载力，与规范中的要求更加贴合。另外，这种结构还有使用灵活的特点，一般在对空间有着一定使用要求的建筑中应用，如办公场所或车库等。在这个结构中，这两个体系的作用是各不相同的，但两者又是不可分割的。剪力墙主要承受的是水平方向的剪力作用，而框架则主要承担垂直方向产生的荷载作用。框架剪力墙体系中呈现的位移方式多数属于弯剪型。在水平方向下其承受的作用力，剪力墙与框架一般会利用刚度很强的楼板及连续梁连接到一起，进而形成两者相互配合的结构体系。剪力墙在建筑结构中有着很好的设计优点，使得结构整体产生较大的侧向刚度，并减小水平方向位移。

其次，剪力墙体系。复杂高层及超高层建筑物中的受力结构是由剪力墙结构替代，且可将此全部替代为剪力墙体系。在这个体系下，单片剪力墙在建筑结构中承受的主要是水平方向作用力及垂直方向荷载力。由于剪力墙结构多是刚性，因此其位移时产生的曲线格式是弯曲型。剪力墙体系有着很多的优点，它的强度及刚度都很好，延性也较好，在传输力时也十分均匀，整体性优势明显。另外，利用这个体系修建的建筑物会很少出现坍塌现象，较多地在高层及超高层建筑中应用，具有很大的能建高度，优势大于框架剪力墙体系[6]。

再次，避难层的设置。对于复杂高层或是超高层建筑来说，设置避难层是十分必要的举措。这是由于一旦高层建筑或是超高层建筑出现火灾，就可以到避难层避难，避难层的空间要设置较大且通风条件较好。一般情况下，当建筑物的建筑高度达到100m时，就需要在建筑物内设置避难层，以便保证消防安全。避难层设置也是有相关规定的，即第一层与避难层设置层数不能超过15层，面积设计也需要与人员的避难要求相符合。另外，需要在避难层设置消防电梯口，在避难层要有全套且可使用的消防设备等等。

最后，筒体结构。筒体结构多数采用的抗侧力构件是筒体，这个建筑体系中包含较多形式，如筒中筒型式、筒体框架型式等等。筒体体系中的类型主要有实腹体及空腹体两种，都属于空间式受力构件。实腹筒是三维竖向的结构单体结构，由曲面或是平面墙构成。空腹筒多是由密排柱与开孔形式的钢筋混凝土外墙组成。筒体体系刚度及强度都很大，各结构构件受力十分均匀且受力合理，在抗震及抗风能力上都有着较大优势。这个体系多在超高层建筑中或是跨度较大且强度较高的建筑中应用。

结语

综上所述，复杂高层及超高层建筑修建中，要做好建筑的结构设计工作。结构设计工作开展质量如何将会直接影响到建筑物的质量及后续的使用功能。在开展结构设计工作时，需要对各个环节的设计进行重视，全面控制各环节质量，使得建筑物整体的结构设计工作满足建筑物建造的整体要求。

参考文献

[1]袁晟.复杂高层与超高层建筑结构设计要点研究[J].低碳世界，2017，04：157-158.

[2]胡明.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探析[J].中国新技术新产品，2017，13：74-75.

[3]廖文炽.探讨复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].绿色环保建材，2017，08：42.

[4]陈旭.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建材与装饰，2016，05：125-126.

[5]周三程.论复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].技术与市场，2016，2309：171.

[6]黄蕊.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J].建筑知识，2016，3609：28.