超高层建筑结构设计问题及对策研究

超高层建筑结构设计问题及对策研究

苏柳明

身份证号码：420111198611125531

摘要：超高层建筑有着多种类型体系，比如当前常见的有钢筋混凝土结构、混凝土结构、钢管结构、钢组合结构等。当前钢筋混凝土结构是最为常见的超高层建筑结构体系，钢筋混凝土结构又可以细分为多个类型，比如剪力墙结构、框架结构、框架-剪力墙结构等。

关键词：超高层建筑；结构设计；问题对策

1、超高层建筑结构设计常见问题及相应对策

1.1抗震性能优化

建筑设计单位为了提高超高层建筑安全性和稳定性，充分研读了中国2016年最新修订的《建筑抗震设计规范》，该规范中要求针对不规则建筑物、甲级建筑物高度范围有限的建筑物进行抗震能力计算时，可以利用时程分析法补充多次地震计算。设计师在进行平均值优化时可以采取多条时程曲线进行计算，在计算结果较大值时可以选用模态分解反应谱法。当前建筑业采用最多的传统抗震结构体系就是延性结构体系，也就是对建筑物结构的刚度进行控制。

但是当发生地震时，结构构件会进入到延展性较大的非弹性状态，通过这种方式将地震产生的能量尽可能地消耗，避免地震对建筑物产生严重影响。该结构形式在提高建筑抗震性、保证建筑物大震不倒方面发挥着重要作用。建筑结构动力特性可以通过摆动、滑移、悬挂隔震等处理措施减少地震反应，降低地震能量所产生的影响，这是当前防震措施中一种极具发展前景的方法。

在超高层建筑结构设计中，需要按照建筑物功能要求合理选择结构形式，要坚持经济性、便捷性原则，不但要保证建筑物满足居民的使用要求，还要将开间、深度、层高、层数等建筑平面关系和形状尽量减少，尽量统一柱网布局和层高，保证能够重复使用标准层。

1.2防风设计优化

随着建筑物高度的升高，建筑物受到风荷载的影响也会加大。在超高层建筑设计中，需要做好防风设计，尤其是超高层顶端，是整个建筑物风压最大的部位。设计师为了提高超高层建筑物的防风性能，可以优化布置梁柱或者钢结构。在早期建筑设计中，需要针对性地分析超高层建筑具体情况。设计师要加强对当地气候资料的研究，根据当地最大风压合理设计风压图，采取针对性的优化办法。

超高层建筑结构抗侧刚度受到高度的影响，刚度阻尼会呈现降低趋势，为了保证超高层建筑的稳定性，可以优化建筑形态空气动力学设计，减小结构风荷载，实现刚度的提升。平面形状是超高层建筑设计常用的结构形式，尤其是矩形平面设计，有着十分广泛的应用，但是这种结构形式在抗风方面却呈现出一定的不足，相比之下，提高超高层建筑抗风性可以尽量选用圆形、椭圆形、三角形方式。

1.3消防设计

1.3.1要做好超高层建筑总体布局和防火分区

在总平面图设计中，设计师需要充分掌握建筑和周边建筑物的间距和车道，这也是设计建筑结构过程中需要重点考虑的因素，做好平面布置图的优化设计能够缓解救火压力，能够有效阻碍火势蔓延和发展。合理地设置防火分区还能够达到阻止火灾蔓延的效果。各个防火分区可以设置防火卷帘门，并且安装防火自动开关设备。在安装防火卷帘门时，卷帘不能与房梁、墙面存在缝隙，以免缝隙影响防火阻燃效果，最大程度地降低火势蔓延的速度。

1.3.2提高建筑物耐火能力

建筑消防规范中要求一类高层建筑物耐火等级为一级，所以在设计超高层建筑时要按照防火等级要求提高其耐火能力，保证一旦内部发生火灾，人员能够有足够的时间疏散，同时控制火灾导致的建筑物损坏程度，尽可能地降低火灾造成的生命财产损失。在设计超高层建筑耐火性时，不但要保证主体结构具备良好的防火性能，还要优化墙面、装饰装修防火性能。

1.3.3合理设计自然排烟系统和安全疏散装置

通过分析以往建筑物火灾案例可知，火灾中威胁人体生命安全的最主要的因素就是烟，所以，消防设计中需要高度重视排烟设计，同时要坚持经济环保原则，尽量选用自然排烟方式。楼梯间具有烟囱效应，当楼梯间充满烟雾时，可以在墙面上方设置排烟窗，同时要保证居民能够便于开启，保证烟雾可以通过排烟窗顺利地排出。GB51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》中要求，需要在封闭楼梯间、防烟楼梯间设置机械加压送风系统，在顶部设置的固定排烟窗面积应当在1m2以上。

超高层建筑中通常在中部设置核心筒，楼梯间难以直接与外墙紧贴。在该项目中，在避难层设置了固定窗夹层共计3个，从核心筒引出并且按照十字交叉形式布置管线。如果在幕墙处布置固定窗会对立面效果产生不良影响。为了保证救援后楼梯间热量和烟气能够及时排出，可以砸破玻璃。但是超高层每个避难楼层都设置了固定窗，当前还没有确切的关于消防员如何砸除外立面玻璃的研究。

1.3.4避难区设计

在设计超高层建筑的避难区时，需要各个专业、设备区人员共同参与，保证消防登高面单侧有避难区，合理控制排放距离，避免避难区零散分布。疏散通道虽然与避难区连接，但是不能算入避难区面积。

1.4扭转问题

在超高层建筑项目设计中，需要根据实际情况做好扭转问题的处理。扭转问题会导致超高层建筑结构体系出现一定的问题，如果结构设计人员在设计中没有处理好扭转问题，那么会降低超高层建筑整体结构性能，导致发生结构失稳等情况。通过对实际情况进行分析可知，建筑物的几何重心、刚度重心和结构重心是超高层建筑结构设计的核心内容。

但是当前很多超高层建筑结构设计中没有有机整合这3个重心，导致超高层建筑结构出现不同程度的扭转问题。而一旦出现扭转问题，会导致建筑结构中竖向构件发生脆性破坏，水平力会进一步加剧这种脆性破坏。所以，一定要做好扭转问题的处理，提升超高层建筑物的抗扭刚度。

1.5受力性能问题

通过对实际情况进行分析可知，如果超高层建筑缺乏足够的承受能力，那么难以有效保证超高层建筑物的整体安全。在外力作用下，建筑物会发生相对更大的损坏概率，所以，在设计超高层建筑结构方案中需要深入研究建筑物向下作用力和承受力，加强结构设计方案的优化改善，从而实现建筑物承受能力的提升。设计人员在具体实践中需要严谨细致地计算每根承重柱和承重墙的承重性能，并结合建筑结构平面设计图，合理地处理超高层建筑结构内部受力情况。

2、超高层建筑结构设计要点

在超高层建筑结构设计理念中融入节能减排理念，做好耗能机制的合理建设，尽量减少能源消耗量，构建绿色建筑。工作人员之间加强沟通，设计师通过充分了解各个方面的真实情况进一步优化超高层建筑结构设计，保证后续施工作业有条不紊地展开，同时能够保证施工人员更加真实地了解设计师的意图，有助于统一理论知识和实践经验。在设计中需要提高对结构完整性的重视，尽量使超高层建筑物的受力均匀分布，从而统一超高层建筑，保证超高层建筑的建设质量和效果。

3、结束语

综上所述，中国建筑行业经过了多年的发展，已经逐渐朝着高层、超高层方向发展，这不但能够彰显建筑企业的实力，还有助于提升土地资源利用率，缓解土地资源紧张的问题。为了进一步提升超高层建筑的价值，通过分析具体超高层建筑项目设计中的不足，提出了优化超高层结构设计的建议，从建筑抗震防风性能、扭转设计等多方面提出了优化措施，最终取得了科学的设计方案。

参考文献

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[3]吴巍.风塔超高层建筑结构设计问题及对策[J].建筑技术开发,2021,48(12):13-14.