關于超高層建筑結構設計的幾點思考

陳靜

摘要 ：近年來，隨著我國城市經濟的迅速發展以及城市化進程的不斷加速，城市人口的數量也急劇上升。雖然城市人口的增多在一定程度上促進了城市經濟的繁榮，也體現出了我國具有較高的城市化水平。但隨之而來的也產生了相應的問題和矛盾，其中人口與土地之間的矛盾最為明顯。為了緩解城市的用地緊張問題，開發商開始將目光投放到高空或者地下。因此，大量的超高層建筑被開發出來?？墒钱斀袢藗兊纳钯|量普遍較高，價值觀念相對從前也有了很大的改變，所以如何做好超高層建筑結構的設計工作成為了一個重要問題。本文就將主要以超高層建筑結構設計的幾點思考為切入點，對其進行簡要的分析和介紹。

關鍵詞 ：超高層建筑 結構設計 結構體系 整體傾斜

引言

一般情況下，高層的建筑概念設計有很多種，但對于加強高層建筑抗震能力的概念設計則運用的比較廣泛。超高層建筑的設計以及施工通常都要耗費更多的財力和物力，因此控制好超高層建筑的質量和抗震效果至關重要。但如何設計高層建筑結構的方法卻是不確定的，在這個過程中需要考慮建筑物的自身特征以及相關的外部因素。本文主要介紹的就是關于超高層建筑在進行結構設計時應當注意的問題，并作出提升超高層建筑結構設計質量的相關建議。

一、 關于超高層建筑的結構設計特點以及相關要點

（一） 重力荷載迅速增大，控制建筑物的水平位移成為主要矛盾

由于超高層建筑相對于其他類型的建筑具有不同的特性，使得其建筑結構的設計也具有自身的一些特點。首先，超高層建筑在高度上具有其他建筑所不可比擬的特性。因此，隨著建筑物的高度不斷上升，其重力荷載也呈直線上升的趨勢，作用在豎向構件柱以及墻上的軸壓力也隨之增加。在這樣的條件下對于基礎的承載力也就提出了更高的要求。與此同時，控制建筑物的水平位移也成為了主要矛盾，這種情況主要是由兩方面原因所造成的。一方面，超高層建筑的高度較高，使得風作用效應加大；而風力的加大也就使得合力作用點的位置變高，從而使其對于建筑物產生的作用效應也就變得更大。另一方面，超高層建筑的高度過高使得其自身的重心位置也相應的被升高，建筑的結構自重也相應的加大，此時在地震作用下就將導致薄弱部位加速破壞。

（二） 豎向構件產生的縮短變形差對結構內力的影響增大

受力變形、干縮變形以及徐變變形都是豎向構件總壓縮量的構成部分。通常情況下，受力變形都會在瞬時間完成，并且變形量能夠根據胡克定律進行大致的測量。而干縮變形所需要的時間則相對較長，通過相關的統計數據對比可以發現，在一般條件下干縮變形量大致占總壓縮量的三分之一左右。而耗時最長的就是徐變變形量，線性徐變能夠通過公式進行相應的計算。而受到構件的總壓縮量隨著高度的不斷上升而增大的影響，使得在超高層建筑中豎向構件產生的縮短變形差對于結構內力的影響也逐漸變大。

（三） 傾覆力矩增大，整體穩定性要求提高

超高層建筑由于在建設的過程中，高度不斷上升使得側向風力引起的傾覆力矩也會不斷增加，隨之而來的是抗傾覆力的要求也隨之升高。許多具體的工程施工中都會采用增加基礎埋深以及加大基礎寬度或者是采取抗拔樁基等手段來達到保證整體穩定性的需求，來強化整體的穩定性。

（四） 防火防災的重要性顯現，建筑物的重要性等級升高

與此同時，在進行超高層建筑的結構設計時應當著重考慮防火防災的功效，凸顯出防火放防災的重要作用。這是由于超高層建筑的一些建筑材料雖然具有耐熱的特性，但是耐火的功效卻不甚理想，一旦放生火災的話極易造成重大的損失。并且由于高層建筑與地面之間的空間距離較大，高層中的人們很難找到有效的逃生途徑也容易造成大的人員傷亡。此外，在出現地震等坍塌性事故時，需要較長的疏散時間，但超高層建筑大多采用鋼筋混凝土結構，在長時間的疏散過程中極易發生其他的安全事故。與此同時，超高層建筑的投資一般都比較巨大，并且在所屬區域一般都應是當做代表性建筑來建造的。所以超高層建筑無論是在經濟上，還是在文化乃至政治上都具有較強的影響。為此，在進行超高層結構的設計時務必要強化結構設計的可靠性，強化建筑的整體性能質量。

（五） 控制風振加速度符合人體舒適度要求

一般情況下，風力的作用效果都會隨著高度的升高而不斷加強，在超高層建筑中風力的作用效果尤為明顯。但是風振作用過于顯著會影響到人們的舒適度，不利于人們的工作和生活，因此如何處理好風振及速度與人體舒適度之間的平衡成為了超高層建筑結構設計的重要問題。為此，必須控制好頂層的最大加速度，使其滿足規定的限值。此外還要掌控好由風振帶來的扭轉加速度，通常情況下不應該超過標定的限值。與此同時，鑒于超高層建筑的高度較大，使得垂直于圍護結構表面上的風載標準也迅速增大，所以圍護結構必須進行抗風設計。

二、 超高層建筑結構設計的具體方法

進行超高層建筑的結構設計不僅要掌握好相關的要點，了解相關的結構特征，還要在具體的結構設計上合理的利用設計方法。首先，根據超高層建筑的自身特點就要做到減輕自重，減少地震作用。在這方面通?？梢圆捎酶邚姸容p質材料，全鋼結構以及輕質隔斷等都能夠起到很明顯的減輕結構自重，減小地震作用的效果。其次，就要降低風作用的水平力。降低風作用水平力的主要手段可以從減小迎風面積、降低風力形心以及選用體型系數較小的建筑平面形狀來實現。其中為了減小迎風面積可以采用正方形的平面形式，如果計算對角線方向的迎風面寬則可以采用圓形的平面形式。而降低風力形心的方式主要可以通過采用下大上小的立面體型來實現，這種方式不僅可以有效的減小高風壓在高處的迎風面積，也可以通過降低風作用的重心來使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。與此同時，還應做到減少振動耗散輸入能量。在這方面主要可以采取阻尼裝置或者加大阻尼比的方式來實現。還要選擇耗能、減振的結構體系，像利用偏心支撐的鋼結構具有耗能的水平段，使用橡膠支座都能夠做到有效的減振。最后需要完成的就是加強抗震措施。為了強化超高層建筑的抗震能力，就要從多方面共同入手。首先就要為建筑配有明確合理的計算簡圖，科學的分析地震作用以及相關的受力情況。大多數情況下，圓形、正多邊形以及正方形等平面形狀能夠做到避免強弱軸的抗力不同和變性差異。但在具體的設計過程中也需要考慮到相應的問題。例如，要注意到結構平面形狀是否做到對稱，是否設置了多道抗震防線以及是否在滿足了強度等方面的需求后采用了延性更好的結構材料等。此外，為了保證結構設計的科學性還應利用多個權威程序進行核算對比，使計算出的結果更加具有科學性和說服力。并且在設計上應當盡量向智能化方向偏轉，增強對于結構設計的可控性。

結束語

超高層建筑結構的設計對于建筑的整體效果和實際功能質量具有重要的影響，但是適合的設計方法卻也不是單一的。在進行設計方法以及方案的選擇上，可以根據建筑的實際特點和需要來進行有針對性的選用。但終歸來說，應當通過科學的設計方法使超高層建筑具備安全、舒適以及適用等方面的特征，達到相應的設計要求，滿足社會以及公眾的需要。

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