分析超限复杂高层的建筑结构设计

分析超限复杂高层的建筑结构设计

陈勇攀

陈勇攀

重庆市建筑工程设计院有限责任公司400000

摘要：超限高层建筑以其独特的艺术表现力和空间利用效率，受到社会各界的广泛关注。本文首先探讨了超限复杂高层建筑结构设计的特点，并对超限复杂高层建筑的结构设计要点进行细致分析，为超限高层建筑结构设计工作的开展和抗震性能的提高提供资料参考。

关键词：超限复杂高层；建筑结构设计；特点；要点

超限高层就是指超过规范要求限制的高层建筑，由于超限高层建筑结构非常复杂，因而在超限高层建筑设计中，必须采用科学、精细的设计方法，并通过相关部门的专业审查，才能投入建设。超限高层建筑的剪力墙结构和梁式转换设计，都与普通高层建筑有着明显的区别。正因如此，超限高层建筑必须对其抗震能力进行精确计算和设计，才能确保其抗震性能符合相关规定要求。在建筑功能需求越来越多样化的今天，超限高层建筑设计案例越来越多。随着超限高层建筑结构设计水平的提高，这种建筑样式的安全性、多功能性和体型多样性也受到社会和人们的认可。但为了确保建筑结构设计质量和建筑安全，在超限高层建筑设计中，仍然要建筑结构设计，确保其抗震性能、抗扭转性能达到相关规定和规范要求。

一、超限复杂高层结构设计的特点

现如今，超限高层建筑已经发展出很多不同的样式和结构类型，这些不同的样式和结构类型有着各自鲜明的特点，并能够满足设计师和项目业主单位对建筑独特造型和艺术风格的追求。具体来说，现代的超限高层建筑结构的复杂性主要分为高度超限、结构平面布置不规则和结构竖向布置不规则几种。超限高层建筑的设计，必须在严格的计算和分析下才能实现。在超限高层建筑结构设计中，最难以解决的问题就是超限高层建筑的抗震设计。笔者对超限高层建筑结构设计的特点进行总结分析，超限高层结构设计的特点主要包含以下方面。

1、设计师要重视和建筑师的沟通

超限高层建筑相比于普通和复杂高层建筑，由于其需要进行复杂的计算，不仅是对建筑设计师专业技术的挑战，还需要建筑师能够完美的完成建筑设计。为了提高超限高层建筑的设计和施工质量，在结构设计中要采用具有清晰传力途径、高校利用材料效率的结构体系，以为后期的施工图设计和配筋指标控制带来帮助。在完成超限高层建筑结构论证的基础上，一定要与建筑工程师有效沟通。只有设计师能够与建筑师在建筑的效果和空间设计需求上有相对统一的认识，才能在协商下使结构体系设计更加合理。如果结构体系设计依托现有的建筑技术无法实现，也能够通过合理的协商，找到解决的方法和途径，从而成就经典。结构工程师与建筑师的良好沟通，同样是减少不必要结构转换，减少大空间设计和提高结构安全性和经济性的前提。通过与建筑师的有效沟通，能够在某种程度上降低结构设计难度，提高超限高层建筑的整体设计质量。

2、采取针对性的技术措施来解决结构复杂性设计问题

超限高层建筑设计结构复杂性问题的解决是关键，近年来，我国在超限高层建筑结构设计中积累了大量的经验。现如今超限高层建筑结构设计中常用的技术包括抗侧力体系的合理选用和桁架技术的应用；楼面结构和转换结构技术；通过端部构件应用来提高扭转刚度；抗震性能化设计和复杂部位有限元分析法等。这些技术措施能够有效的解决复杂结构问题，并实现提高超限高层结构设计质量的目的。除此之外，在超限高层建筑结构设计中，还会用到高强度混凝土材料、钢结构以及特殊混凝土结构（钢管混凝土结构、型钢混凝土结构）、节点构造技术等。

3、结构抗侧力体系的合理选择

结构抗侧力体系的选择是确保超限高层建筑结构安全性的关键，超限高层建筑结构抗侧力体系的选择需要注意以下方面内容。第一，结构抗侧力体系应该与建筑高度相适应，其抗侧力构建要尽量能够相互组合成统一的受力整体。第二，当采用多重抗侧力结构体系时，要对每种抗侧力体系的效用进行细致分析，并对其贡献度展开评价。在抗侧力体系设计中，要尽量提高材料的利用率。第三，结构竖向刚度沿着高度方向变化应平缓连续，混凝土墙体厚度变化和强度等级变化要错开设计。为了降低加强层刚度突变、内力突变的激烈程度，可以采用有限刚度的加强层，在弥补结构整体刚度不足的同时，应尽量减少刚度和内力突变程度，避免因加强层过强导致附近楼层出现薄弱环节。第四，确定结构体系中选用的材料和截面类型时，要兼顾建设单位对工期的要求。大尺寸钢管混凝土构建需要采取措施减少混凝土收缩带来的不利影响。

二、超限复杂高层结构设计要点

1、抗风设计

超限高层建筑普遍高度较高，由于其相比于其他类型的高层建筑，结构更为复杂，因此要强化其抗风设计。高层建筑在风场中受力更加复杂，如果不进行抗风的针对性设计，很容易导致建筑由于风的作用加大扭转效应，降低建筑整体抗震性能。尤其是沿海或风较大的地区，更应该加强超限高层建筑抗风设计。超限高层建筑的抗风设计是对风的动力效应对建筑拟静力的影响计算的，一般会利用风洞实验、结构动力分析等方式，确保抗风设计的可靠性。提高抗风设计质量，能够有效的避免建筑在使用中墙体开裂现象的发生，并提高建筑抗震性能，提高建筑结构整体的稳定性和安全性。

2、抗震设计

抗震设计作为超限高层建筑设计的关键内容，一直是结构设计领域研究和实践的重点课题。超限高层建筑由于高度高、建筑结构竖向和水平刚度不均匀，很容易出现抗震性能不足的问题。超限高层建筑抗震设计中，一定要以建筑的地理位置和抗震要求为基础，通过细致的分析和抗震结构的设计与调整，确保建筑结构抗震性能达到要求。在超限高层建筑抗震设计中，对整体结构、界面大小、应变分布等要有针对性的计算和分析，并采取相应的设计策略。整体结构的抗震性能要定量分析，确保建筑结构的变形弹性能够满足抗震结构设计要求。除此之外，还要综合考虑结构体系中构件位移和变形的关系，并通过构件大小、位置的优化，提高整体结构设计质量，提高抗震性能。

3、刚度设计

超限高层建筑结构设计中，发生扭转的现象很常见。一旦结构扭转出现，就会导致建筑的水平荷载发生变化，影响建筑结构的安全性和稳定性。为了避免扭转作用对建筑结构安全性和稳定性的影响，就要加强超限高层建筑的刚度设计质量。建筑扭转现象的发生，是由于建筑结构的整体结构重心点、几何形状中心点、结构整体刚度中心点不重合导致的，想要提高其整体结构的刚度，就需要采取以下策略。第一，要使建筑各楼层分布的水平作用力尽量平均分布，并在结构设计中采用矩形、正多边形、圆形等相对规范的平面结构，以实现作用力的平均分布。第二，对于必须采用不规范结构的超限高层建筑，要确保突出的结构部分宽度与厚度比可控，避免作用力分布不合理导致建筑结构刚度出现问题，加大扭转作用力。第三，对超限复杂高层建筑结构设计时，要从整体结构设计出发，尽量采用对称形态的结构设计，这样可以提高建筑刚度设计的稳定性和可靠性。

综上所述，随着结构设计技术和材料技术的进步与提高，现如今超限高层建筑的结构设计已经越来越成熟。但为了最大化的提高超限高层建筑的结构稳定性和可靠性，确保其抗震性能达到箱柜规定和规范要求，在超限高层建筑结构设计中，仍然要抓住其结构设计的特点，并把握好超限高层建筑结构设计要点，不断提高结构设计质量。

参考文献：

[1]魏利金,郑红花,史炎升,等.高烈度区某超限复杂高层建筑结构设计与研究[C]//2012建筑结构抗震技术国际论坛.2012.

[2]彭鸿志.超限复杂高层结构抗震设计浅析——以上海金桥碧云会议中心为例[J].建筑知识:学术刊,2014(5):145-145.