浅谈我国超高层建筑结构设计的问题分析与探讨

杨杰

摘 要：高层建筑在造型形式不断翻新、高度记录一再被打破的同时，其内部空间构成的模式也发生了很大的变化。建筑产品的这种系统的密集性、交叉性及最终的整体性，最主要的表现还是在高层建筑上。高层建筑的显著特性是“高”，由于其“高”而引发了它与诸多不同于其它建筑的特点。

关键词：超高层建筑；建筑结构；结构设计

1 超高层建筑

1.1 高层建筑，超过一定高度和层数的多层建筑。世界各国对高层建筑的高度和层数界限的规定并不一致。在中国，旧规范规定：1）8层以上的建筑都被称为高层建筑，而目前，接近20 层的称为中高层，30 层左右接近100m 称为高层建筑，而 50 层左右 200m 以上称为超高层。

2）在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）里规定：10 层及 10 层以上或高度超过 28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。3）1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4 类：第 1 类为 9～16 层（最高 50m），第2 类为 17～25 层（最高 75m），第 3 类为 26～40 层（最高 100m），第 4类为40 层以上（高于 100m）。4）中国的房屋 6 层及 6 层以上就需要设置电梯，对10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此中国的《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）将10 层及 10 层以上的住宅建筑和高度超过24m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。由于超高层建筑安全性差，所以较少见。

1.2 超高层建筑由于其体型巨大，功能复杂，容纳人员众多，投资十分庞大。通常由于它特殊的地位，成为一个地区的地标式建筑。近年，对这类建筑物称之为科技的集中体现，综合国力的象征，城市的标志等等，都是恰当的。其本身确实是体现了多方面的物质成就。

1.3 它要耗费大量的人力、物力、财力。金茂大厦的每平方米造价大体上要 20000 元人民币，每天的正常运行费用约需上百万元人民币。

所以，超高层建筑的建设和维护要耗费大量财富。

2 建筑结构

2.1 超限高层建筑的类型主要有大底盘、大裙房、多塔楼建筑带有外挑、悬挑层的建筑。

2.2 超限高层建筑经常采用的结构体系有钢筋混凝土框架-核心筒结构，它的整体性、抗侧刚度好，一般采用以上混凝土钢框架结构，具有自重轻、断面小、承载力大的优势外密柱结构。

2.3 高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号 SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号 S 或 SS）。

2.4 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的。

2.5 而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

2.6 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2.7基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。

2.8 基礎设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

3 结构设计

3.1 基于混凝土转换结构的上述特点，在确定施工方案时应重点考虑以下几个方面的问题：1）转换板的自重、施工荷载以及所承受的上部结构荷载往往非常大，所以应选择合理、可行的模板支撑方案，并根据转换板的结构特点进行模板支撑体系的设计。2）下部楼盖难以直接承受施工荷载，必须采取措施解决荷载的安全传递问题。3）对于大体积混凝土转换板，施工时应考虑采取减小混凝土温度差值、温度变化以及混凝土收缩徐变的措施，防止新浇混凝土产生温度裂缝和收缩裂缝。4）转换板承受的荷载很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定。应及时做好转换板施工期间板的变形、混凝土施工温度的监测，及时掌握各种对施工质量不利的情况，并及时采取措施进行预防和纠正。

3.2 随着高层建筑的迅速发展，结构理论和建筑技术也不断得到提高，高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题。在作为城市风景线的同时，高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题，如何多方面实现高层建筑设计的完善是目前高层建筑设计所追求的主要理念。

3.3 在实际的建筑设计过程中，高层建筑设计中的塔楼部分虽然在设计上没有很大的变化余地，但是在高层建筑的底层部分可以通过一些巧妙的处理来实现对空间形式上的丰富，在实际的建筑设计中一般都是采用底层架空和入口缩进的处理方法。

4 超高层建筑结构设计的关键点

4.1 构造设计要合理

在对超高层建筑物进行设计时，必须保证构造的设计谨慎并合理，重点要注意对一些薄弱的部位进行加强，避免出现薄弱层，充分考虑到温度应力对建筑物的影响以及建筑物的抗震能力，注意构件的延性以及钢筋的锚固长度，在对平面和立面进行布置时要确保平整均匀。

4.2 计算简图要合适

计算简图是对建筑物结构进行计算的基础，它直接关系到超高层建筑的结构安全。为了保证结构的安全性，我们必须从计算简图抓起，慎重研究，合理选择，对于存在于计算简图中的误差，要保证其值控制在技术规程允许的范围内。

4.3 结构方案选择要合理

建筑方案的合理性取决于结构方案是否合理，因此，在选择结构方案时不但要充分考虑到经济因素，还要充分考虑方案的结构形式和结构体系，同时能够充分结合设计要求、材料、施工以及自然因素等来确定结构方案，确保结构方案的合理性。

4.4 基础方案选择要合理

在进行基础方案的设计中，设计师要考虑到载荷的分布情况，工程所在的自然因素、地质条件，施工方的施工条件，周围建筑物对所设计建筑物造成的影响等各方面因素，以此来确保基础方案的选择既经济又合理，达到最优效果。

5 结束语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

参考文献

[1] 陈天虹，林英舜，王鹏羽中.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术，2006，37（5）.

[2] 《建筑机械化》编辑部.国内超高层建筑汇总[J].建筑机械化，2006，27（5）.