关于超高层建筑结构设计的几点思考

陈静

摘要 ：近年来，随着我国城市经济的迅速发展以及城市化进程的不断加速，城市人口的数量也急剧上升。虽然城市人口的增多在一定程度上促进了城市经济的繁荣，也体现出了我国具有较高的城市化水平。但随之而来的也产生了相应的问题和矛盾，其中人口与土地之间的矛盾最为明显。为了缓解城市的用地紧张问题，开发商开始将目光投放到高空或者地下。因此，大量的超高层建筑被开发出来。可是当今人们的生活质量普遍较高，价值观念相对从前也有了很大的改变，所以如何做好超高层建筑结构的设计工作成为了一个重要问题。本文就将主要以超高层建筑结构设计的几点思考为切入点，对其进行简要的分析和介绍。

关键词 ：超高层建筑 结构设计 结构体系 整体倾斜

引言

一般情況下，高层的建筑概念设计有很多种，但对于加强高层建筑抗震能力的概念设计则运用的比较广泛。超高层建筑的设计以及施工通常都要耗费更多的财力和物力，因此控制好超高层建筑的质量和抗震效果至关重要。但如何设计高层建筑结构的方法却是不确定的，在这个过程中需要考虑建筑物的自身特征以及相关的外部因素。本文主要介绍的就是关于超高层建筑在进行结构设计时应当注意的问题，并作出提升超高层建筑结构设计质量的相关建议。

一、 关于超高层建筑的结构设计特点以及相关要点

（一） 重力荷载迅速增大，控制建筑物的水平位移成为主要矛盾

由于超高层建筑相对于其他类型的建筑具有不同的特性，使得其建筑结构的设计也具有自身的一些特点。首先，超高层建筑在高度上具有其他建筑所不可比拟的特性。因此，随着建筑物的高度不断上升，其重力荷载也呈直线上升的趋势，作用在竖向构件柱以及墙上的轴压力也随之增加。在这样的条件下对于基础的承载力也就提出了更高的要求。与此同时，控制建筑物的水平位移也成为了主要矛盾，这种情况主要是由两方面原因所造成的。一方面，超高层建筑的高度较高，使得风作用效应加大；而风力的加大也就使得合力作用点的位置变高，从而使其对于建筑物产生的作用效应也就变得更大。另一方面，超高层建筑的高度过高使得其自身的重心位置也相应的被升高，建筑的结构自重也相应的加大，此时在地震作用下就将导致薄弱部位加速破坏。

（二） 竖向构件产生的缩短变形差对结构内力的影响增大

受力变形、干缩变形以及徐变变形都是竖向构件总压缩量的构成部分。通常情况下，受力变形都会在瞬时间完成，并且变形量能够根据胡克定律进行大致的测量。而干缩变形所需要的时间则相对较长，通过相关的统计数据对比可以发现，在一般条件下干缩变形量大致占总压缩量的三分之一左右。而耗时最长的就是徐变变形量，线性徐变能够通过公式进行相应的计算。而受到构件的总压缩量随着高度的不断上升而增大的影响，使得在超高层建筑中竖向构件产生的缩短变形差对于结构内力的影响也逐渐变大。

（三） 倾覆力矩增大，整体稳定性要求提高

超高层建筑由于在建设的过程中，高度不断上升使得侧向风力引起的倾覆力矩也会不断增加，随之而来的是抗倾覆力的要求也随之升高。许多具体的工程施工中都会采用增加基础埋深以及加大基础宽度或者是采取抗拔桩基等手段来达到保证整体稳定性的需求，来强化整体的稳定性。

（四） 防火防灾的重要性显现，建筑物的重要性等级升高

与此同时，在进行超高层建筑的结构设计时应当着重考虑防火防灾的功效，凸显出防火放防灾的重要作用。这是由于超高层建筑的一些建筑材料虽然具有耐热的特性，但是耐火的功效却不甚理想，一旦放生火灾的话极易造成重大的损失。并且由于高层建筑与地面之间的空间距离较大，高层中的人们很难找到有效的逃生途径也容易造成大的人员伤亡。此外，在出现地震等坍塌性事故时，需要较长的疏散时间，但超高层建筑大多采用钢筋混凝土结构，在长时间的疏散过程中极易发生其他的安全事故。与此同时，超高层建筑的投资一般都比较巨大，并且在所属区域一般都应是当做代表性建筑来建造的。所以超高层建筑无论是在经济上，还是在文化乃至政治上都具有较强的影响。为此，在进行超高层结构的设计时务必要强化结构设计的可靠性，强化建筑的整体性能质量。

（五） 控制风振加速度符合人体舒适度要求

一般情况下，风力的作用效果都会随着高度的升高而不断加强，在超高层建筑中风力的作用效果尤为明显。但是风振作用过于显著会影响到人们的舒适度，不利于人们的工作和生活，因此如何处理好风振及速度与人体舒适度之间的平衡成为了超高层建筑结构设计的重要问题。为此，必须控制好顶层的最大加速度，使其满足规定的限值。此外还要掌控好由风振带来的扭转加速度，通常情况下不应该超过标定的限值。与此同时，鉴于超高层建筑的高度较大，使得垂直于围护结构表面上的风载标准也迅速增大，所以围护结构必须进行抗风设计。

二、 超高层建筑结构设计的具体方法

进行超高层建筑的结构设计不仅要掌握好相关的要点，了解相关的结构特征，还要在具体的结构设计上合理的利用设计方法。首先，根据超高层建筑的自身特点就要做到减轻自重，减少地震作用。在这方面通常可以采用高强度轻质材料，全钢结构以及轻质隔断等都能够起到很明显的减轻结构自重，减小地震作用的效果。其次，就要降低风作用的水平力。降低风作用水平力的主要手段可以从减小迎风面积、降低风力形心以及选用体型系数较小的建筑平面形状来实现。其中为了减小迎风面积可以采用正方形的平面形式，如果计算对角线方向的迎风面宽则可以采用圆形的平面形式。而降低风力形心的方式主要可以通过采用下大上小的立面体型来实现，这种方式不仅可以有效的减小高风压在高处的迎风面积，也可以通过降低风作用的重心来使建筑物底部的倾覆总弯矩减小。与此同时，还应做到减少振动耗散输入能量。在这方面主要可以采取阻尼装置或者加大阻尼比的方式来实现。还要选择耗能、减振的结构体系，像利用偏心支撑的钢结构具有耗能的水平段，使用橡胶支座都能够做到有效的减振。最后需要完成的就是加强抗震措施。为了强化超高层建筑的抗震能力，就要从多方面共同入手。首先就要为建筑配有明确合理的计算简图，科学的分析地震作用以及相关的受力情况。大多数情况下，圆形、正多边形以及正方形等平面形状能够做到避免强弱轴的抗力不同和变性差异。但在具体的设计过程中也需要考虑到相应的问题。例如，要注意到结构平面形状是否做到对称，是否设置了多道抗震防线以及是否在满足了强度等方面的需求后采用了延性更好的结构材料等。此外，为了保证结构设计的科学性还应利用多个权威程序进行核算对比，使计算出的结果更加具有科学性和说服力。并且在设计上应当尽量向智能化方向偏转，增强对于结构设计的可控性。

结束语

超高层建筑结构的设计对于建筑的整体效果和实际功能质量具有重要的影响，但是适合的设计方法却也不是单一的。在进行设计方法以及方案的选择上，可以根据建筑的实际特点和需要来进行有针对性的选用。但终归来说，应当通过科学的设计方法使超高层建筑具备安全、舒适以及适用等方面的特征，达到相应的设计要求，满足社会以及公众的需要。

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