高层及超高层结构设计的创新与反思

高层及超高层结构设计的创新与反思

覃毅

华蓝设计（集团）有限公司广西南宁530011

摘要：近年来社会与经济发展非常快速，建筑行业也取得了很快发展，现代城市不断涌现出很多高层以及超高层建筑，并且已经成为未来建筑行业的主流发展趋势。高层以及超高层建筑结构相对于普通建筑结构而言更加复杂，其结构设计的合理性、科学性会对建筑物的质量造成直接的影响。本文主要介绍了高层以及超高层结构体系分析了其结构设计的相关控制因素，最后提出了高层及超高层建筑结构设计的几点创新建议。

关键词：高层及超高层建筑；结构设计；创新和反思

高层及超高层建筑已经成为衡量一个国家、城市的重要经济发展指标，现代城市中的高层及超高层建筑越来越多，而且建筑物的层数也逐渐升高，这也相应的增加了建筑结构设计的复杂程度。目前，高层以及超高层建筑已经是国际相对流行的一种高端建筑领域，在我国也是一个比较新的设计内容。注重高层及超高层建筑结构设计的创新，对于我国建筑行业发展，甚至整个社会发展都具有极其重要的意义。下面是笔者针对高层及超高层结构设计的一些创新和反思。

1.高层及超高层结构体系分析

现阶段上，国际上普遍认为建筑高度超过24m的高层建筑均属于高层建筑，若建筑高层超过60m，属于超高层建筑。大多数高层及超高层建筑设计中的建筑用材主要是钢筋混凝土结构，钢——组合楼盖体系、型钢混凝土结构以及全钢结构也是主要的建筑结构。高层及超高层建筑结构设计往往都会采用不同的评价指标划分成几个类型不同的结构体系。高层及超高层建筑结构设计的基本原则是“一切安全可靠、经济合理”，根据建筑物的高度以及使用功能差异、拟建场地的防烈抗震等指标可以基本上划分剪力墙结构、框架结构体系、束筒结构体系、框-筒结构体系、框架——剪力墙结构体系以及筒中筒结构体系等。如果立足于经济合理的角度分析，建议选择框-筒结构体系、框架——剪力墙结构体系这两种结构体系，因为其中的剪力墙以及简体可以很好的达到测力构件的要求，风载性能以及地震荷载承受能力较强，而且侧移较小，刚度较强，可以满足玻璃幕墙对于外部装饰的美观要求。

2.高层及超高层建筑结构设计的主要控制因素

2.1强调建筑物结构的水平荷载，避免风载以及地震力的影响

建筑物的总体高度的一次方和高层及超高层建筑的自身重量以及建筑楼面荷载形成的弯矩及轴力是正比关系。但是，建筑物的水平荷载形成的轴力以及力矩相对比较大，和建筑物总体高度的二次方呈正比。建筑物有一定高度的情况下，竖直方向产生的荷载属于固定值，但是水平方向产生的荷载因为风荷载、地震等各方面的作用，会跟随建筑物的整体结构特征出现很大的改变，因此对于高层及超高层建筑结构设计而言，水平方向的荷载作用力非常重要。

2.2轴向变形

高层及超高层建筑中的柱体由于竖向荷载较大，轴向变形也会相对较大，这样会对连续梁的弯矩大小造成很大的影响，从而减小连续梁中间支撑位置的负弯矩值，增加正弯矩值，相应的也会增加两端支撑位置的负弯矩值。同时，应该结合轴向变形值适当的调整、制作建筑中预制的构件长度，如果建筑结构的轴向变形比较明显的情况下，会严重影响到下料的长度。其次，建筑结构出现明显的轴向变形的情况下，会在一定程度上影响建筑构件的侧移值以及剪力值，最后可能会对建筑物的整体安全性造成影响。

2.3稳定性

高层及超高层建筑结构设计的主要控制目标之一是保持稳定性。相对于多层建筑而言，非常有必要严格控制高层以及超高层建筑的对侧移大小。因为建筑物越高，结构侧移植在水平荷载的作用下也会随之增大，为了确保整体建筑的稳定性，非常有必要控制结构侧移值，将其控制在一个安全、规定的范围内。

2.4抗震性能化设计

近年来，地震灾害事件发生越来越频繁，不管是什么建筑设计，都必须考虑到其关键部位的变形能力以及抗震能力，尤其是高层及超高层建筑更应该注意。想要有效确保高层及超高层建筑结构的变形能力，应该确保建筑出现塑性变形后，不会削弱其变形能力，这样可有效防止地震中出现房屋倒塌的情况。为了提高整个建筑结构设计质量，设计高层及超高层建筑结构的过程中，应该适当加强结构延性设计，利用多种多样的措施增加建筑结构的延性。

2.5地基基础

地基基础是高层及超高层结构设计的重要内容，主要负责承载整个建筑结构上部的荷载，地基基础设计质量好坏会直接影响整个建筑结构设计质量，因此进行高层及超高层建筑设计的过程中，首先应该全面、真实的勘察地基的天然条件，然后选择最自然的打桩建基方式。有的时候，可能建设地点的地基条件相对比较复杂，需要采用的基础方案也会有所不同，应该对比、结合这些不同的地基基础处理方案后，选择一种最经济、最合理、最安全可靠的地基建设方案。

3.高层及超高层建筑设计中的几点创新

3.1建筑主题设计

如果建筑的主体设计构思非常精妙的情况下，可以创造出较为独特的一个天际线，给人们一种趣味性、独特的视觉享受。通常情况下，建筑物顶部主要服务于天际线，有了广阔天空的衬托，很容易引发人们的遐想。高层及超高层建筑结构设计的过程中，如果没有合理利用天际线的作用，这样很难让人想象建筑效果，也会使天际线成为一个比较死板、局限的部分，无法吸引人们的注意力。因此，高层及超高层建筑结构设计理念应该有机结合建筑物的实体功能属性以及外观美学属性两大点，在强调建筑物实用性的同时，也要充分考虑结构设计的艺术性。

3.2建筑外的界面设计

相对于一般普通建筑而言，高层及超高层建筑的通风性无法比拟。建筑物的高度在升高，相应的也会增加风速以及风压，这样会增加建筑物内外部的热交换，无法和一般普通的建筑物一样保存建筑物的能量。其次，建筑外面设计中还有一个很大的影响因素，就是气候，随着气候的不断改变，建筑物可能会出现防风与通风、制冷与采暖等一些相互矛盾的问题。为此，设计高层建筑以及超高层建筑外墙的过程中，一定要优化主动系统、被动系统以及混合模式。建筑外墙设计比较理想的情况下，针对气候问题一定要做到“用防统一”，使建筑成为有效的外部环境过滤器。

3.3注意建筑朝向设计以及生态设计

为了有效减少开阔面的太阳辐射，高层建筑以及超高层建筑应该根据太阳路径合理、科学的设计建筑朝向，如果建筑物是热带地区太阳路径，通常建议设计成以东西方向为中轴线的一种矩形形状。其次，未来的高层及超高层建筑结构设计更应该注重生态设计，响应环保节能的口号。比如，可以在建筑设计以及系统运行的过程中引入绿色化理念，合理利用自然风进行制冷，利用太阳光进行内部照明等。

总而言之，高层及超高层建筑结构设计是建筑工程建设中极为重要的一个环节，结构设计质量的好坏直接影响到整个建筑物的使用功能及质量，因此进行高层及超高层建筑结构设计的过程中，一定要注重每一个细节，在确保建筑结构的安全可靠基础上，提倡节能环保设计理念，更加满足现代人的需求。

参考文献：

[1]倪海泉，蒋立新.浅谈超高层建筑设计的创新理念[J].科技向导，2011（31）：219-221.

[2]熊炯.高层和超高层建筑结构设计的控制因素[J].经济视野，2013（7）：304-305.