超高层结构设计关键性问题研究

超高层结构设计关键性问题研究

徐启乐

广东博意建筑设计院有限公司广东佛山528000

摘要：随着人口数量的不断增加和土地资源的日益紧张，建筑企业为了提高土地利用率，设计的建筑开始朝向高层发展，各类超高层建筑不断出现。在超高层建筑的设计中，结构设计十分重要，影响着整个建筑的稳定性和安全性等。本文深入研究了超高层建筑结构设计的影响要素及其结构设计关键点，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题

建筑行业在发展的过程中会有很多新的材料、新的技术融入进去，所以建筑行业对于结构设计的要求很高。在目前的超高建筑的结构设计中可能会因为一些客观因素的影响而存在安全隐患，不能保证建筑工程结构的设计质量。为了给建筑行业后续的施工作业能够顺利的进行，就必须要提升超高层建筑的设计合理性与设计的技术重点。

1影响超高层建筑结构设计效果的因素

1.1风载荷

超高层建筑结构设计期间，荷载的选取需要基于高层建筑的实际情况、要求等展开。超高层建筑设计的过程中，需要细致考量高度所能够产生的影响。因为建筑物高度均相对较高，故而比较容易受到高度所带来风荷载的影响，也是建筑设计中所需要关注的重要问题。

1.2抗地震能力

地震的破坏力较大，故而在建筑设计的过程中需要做好地震力预测工作。但是由于当前技术条件有限，故而难以做出准确的预测。超高层建筑设计过程中，需要提升抗震预防的设计，且需要分析地震作用下主楼和裙楼的不同反应。

1.3地基建设

建筑超高层的时候，打好地基十分重要。施工期间需要基于地质的情况展开针对性设计，进而保证其建筑设计的稳定性。比如在超高层建筑设计的过程中，针对于深度较高的软地基，则需要应用桩箱地基。在实际的工作过程中也可以基于具体的情况制定针对性的建设设计方案，比如针对于深度较低的岩石，则可以应用现浇混凝土的方式打地基；针对于深度很大的岩石，比如在地下120m左右的，则可以通过采用岩石上层的冲击土进行处理。实际结构设计期间可以应用框格式的地下连续墙作为基础支撑。针对于条件相对较好的，则可以应用筏形作为基础。地基设计的过程中，基于不同的差异进行综合分析，制定经济效益较高且比较规范的设计方案。

2超高层结构设计关键性问题

2.1选择合理的结构方案

做好了设计就需要选择好适合的结构方案，合理可行的结构方案是建筑结构设计的关键因素。选择的结构体系要做到受力明确、能够简洁明了地传递力，同时，在相同的结构体系中不能包括多个结构框架。选择时要将抗风力和抗震力做为首要的考虑因素，最好能够做到同等条件择优选取。

2.2重视抗震设计

在日常生活中，因地震、山洪等自然灾害引起的建筑物倒塌现象较为常见。高层建筑由于本身重心较高，一旦基层结构受到震动冲击，上层结构就很容易发生严重的晃动现象，易导致坍塌事故。由此就可见，由于高层建筑自身特点原因，复杂高层和超高层建筑对抗震性拥有更高的要求，因此，进行结构设计时，必须做好抗震设计工作。设计人员要根据建筑承受的不同强度来开展抗震设防烈度的设计工作。建筑物高度不同，抗震设防烈度也是不同的。设计人员在进行设计工作时，应当结合实际情况，根据不同的高度，有针对性地进行设计。

除此之外，做好抗震设计，还需要做好以下几个方面。第一，选择合适的建筑材料。最好是选取那些轻质、高强、材质均匀的材料，并且构件间的连接应有良好的整体性、连续性和延展性。最好设计一套抗震方案。第二，采用强度比较大的构件，增强抗震能力，比如采用混凝土结构、钢结构等。第三，不断改进设计方案，严格选取施工场地，尽量选择坚固的场地，在最大程度上减小地震波对高层建筑的冲击，增强建筑物的稳定性。最后，在进行结构化设计时，对建筑的抗震能力进行检测和预测，如果发现问题，及时对其进行有效处理。

2.3扭转问题

超高层建筑结构设计的核心是刚度的中心、几何形心和结构重心，然而，超高层建筑物结构的扭转问题主要就是在进行结构设计时，没有将超高层建筑物刚度的中心、几何形心和结构重心进行重合，使得超高层建筑在水平压力下出现扭转的现象。为了更好地解决超高层建筑物结构设计中出现的扭转问题，结构设计人员在进行超高层建筑物的结构设计时，应该选用合理的平面布局图，从而保证超高层建筑物的三个核心能够重合。

2.4选择合适的抗侧力结构体系

选择合适的抗侧力结构体系是保证建筑安全稳定的基础。在结构体系选择的过程中，需要做到以下几点：第一，根据超高层建筑的实际高度来选择合适的抗侧力结构体系，如：当建筑的高度小于100m时，可以选择框架结构或框架-剪力墙结构；当建筑的高度在100-200m之间时，可以选择剪力墙结构或框架-核心筒结构（如图所示）。第二，如果必须要选择组合结构的形式来作为抗侧力结构，那么必须要对每个体系的实际情况进行计算和分析，并根据不同的受力情况进行分析，进而确定其抗震防线。第三，对于混合结构，由于核心筒与钢框架两种抗侧力体系自重相差较大，核心筒应当先于钢框架或型钢混凝土框架施工，高差一般控制在4~8层。

3超高层建筑结构设计实例

3.1工程概况

某建筑工程项目为商业办公楼，建设用地面积16051m2，包括四层地下室，四层裙房及A、B、C三栋办公塔楼，由于场地限制，裙楼与三栋塔楼直接相连。A塔楼地上共33层，屋面高度145.90m，B塔楼地上共21层，屋面高度96.00m，C塔楼地上共9层，屋面高度40.40m（标高40.2m）。文章主要介绍A塔楼及其相关部分的结构设计。该建筑工程地下室中部为下沉式广场，并且在地下楼盖施工中应用空心楼板，对此，需要将结构嵌固端放置在基础顶面。

3.2典型梁柱节点

该建筑工程钢管混凝土柱节点，采用钢牛腿+钢外环板节点形式，在节点连接方面，采用钢筋端板+分隔板连接方式，钢管柱应保持连续贯通，另外，在节点区钢筋端板+分隔板上，还需要焊接不穿心槽钢牛腿，对于框架梁，采用钢牛腿与钢管柱进行连接，框架梁端的弯矩、剪力由槽钢牛腿承担。

3.3结构分析计算

3.3.1小震弹性分析

在结构分析计算方面，采用SATWE、YJK软件，SATWE模型与YJK模型在质量、周期以及层间剪力方面仙童，但是，与SATWE计算方式相比，应用YJK的计算结果控制层间位移角更加安全可靠。在主轴方向上，结构振动形式相近，结构振型、周期、位移形态和量值均处于合理范围内，结构地震作用沿高度的分布也比较合理，除此以外，有效质量参与系数、楼层剪重比、位移角等指标均满足规范要求。

3.3.2弹性动力时程分析

在弹性动力时程分析中采用JYK软件，在时程分析中，选用2条人工波以及5条天然波，根据小震的35cm/s2对7条地震波的峰值加速度进行调整，地震波时间步长0.02S，结构阻尼比0.05。根据计算分析，在结构的前两阶周期范围中，地震波加速度反应谱与规范反应谱之间的偏差在20%以内，弹性时程分析与振型分解反应谱法在地上首层处基底剪力对比：X向最小比值66%，平均比值80%；Y向最小比值68%，平均比值81%。根据计算分析，单个弹性时程分析得到的基底剪力在反应谱法结果的65%以上，同时，平均值在反应谱法结果的80%以上。在本工程结构设计中，采用YJK软件，结果偏于安全。

4结语

超高层建筑对于建筑结构设计应用合理性的关注程度较高，因此，在社会各领域的超高层建筑使用全面推进的情况下，应准确超高层建筑结构设计影响因素及关键问题，选择适宜的结构方案，提升超高层建筑综合性建设质量。

参考文献：

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[2]杨佐，蔡凤生.某酒店超限高层结构设计[J].浙江建筑，2019，36（01）：17-21.

[3]周亦玲.浅谈超高层建筑结构设计要点[J].山东工业技术，2018（16）：92.