复杂高层与超高层建筑结构设计要点

邹玲芬(上海市对外服务有限公司国际人才分公司，上海200001)

复杂高层与超高层建筑结构设计要点

邹玲芬
(上海市对外服务有限公司国际人才分公司，上海200001)

近年来，国内建筑行业发展较快，为了节省建筑用地，同时提高建筑的利用率，超高层建筑和复杂高层建筑逐年增多。为了保障用户的住宿和使用的安全性，在建设这2种高层建筑时必须有效依照其结构要点进行合理设计和施工。只有这样才能最大程度发挥这2种高层建筑的实际应用价值。论文对这2种结构进行了研究与分析，望对相关设计、施工建设提供帮助。

复杂高层；超高层；建筑结构；设计要点

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.110

1 引言

同低层建筑相比，高层建筑和复杂高层建筑对设计和施工要求相对更高，只有控制好复杂高层和超高层建筑的结构设计要点才能有效地建设出性能最佳，安全性最高的高层建筑。但是这2种高层建筑的结构较为复杂，施工程序相对较高，所以必须严格控制好结构设计要点[1]。对此，本文进行了相关研究与分析。

2 工程概况

上海某超高层建筑预计共44层高，主要用途为商业娱乐场所。由于场所用途较广，所以建筑的结构较为复杂，急需进行结构优化设计。

3 在建筑结构设计中需要把握的几个重要问题

3.1 水平荷载问题

低层的建筑结构在设计时，可以不需要重点考虑竖直方向可能会产生的弯矩和轴向应力，而超高层建筑则不同，必须充分考虑水平荷载问题。该问题主要是指一个高层建筑在建设时会受到自重的影响，竖直方向上可能会产生一定的弯矩和轴向应力，这种问题随着建筑高度的不断增加而随之增加，最终建筑会因水平载荷而出现竖向轴向应力和倾覆力矩。由于超高层的竖向轴向应力是固定的，所以其水平荷载在外力（包括地震、风力作用等）的影响之下会出现变化，所以对上述建筑进行结构设计时一定要充分考虑水平荷载问题。确保建筑材料能够承受一定的水平荷载，同时也要对水平荷载波动情况进行细致地分析。

3.2 侧向位移问题

由于超高层建筑具有一定的水平荷载现象，在建筑高度逐渐增加之后，水平荷载会愈发增大，而水平荷载增加会导致高层建筑出现侧向位移。侧向位移问题的严重程度与建筑的高度密切相关，所以在对该建筑进行结构设计时一定要认真计算最大的侧向位移，对其进行严格控制。

3.3 轴向变形问题

44层高的超高层建筑，其高度相对较高，自然就会产生较大的竖向应力，长期以往容易出现柱体的轴向变形情况，极易破坏建筑的梁弯矩，对建筑的侧向位移、构件剪力等均会产生一定的影响，所以必须重视。

3.4 结构延性问题

对于高层建筑来说，由于高度相对较高，所以要比低层建筑要更加注意抗震性能。而若想保持较高的抗震性能就必须具有较好的结构延性，能够保证建筑在地震中不会形成较大变形，以此来达到抗震的作用。

4 复杂高层与超高层建筑结构设计要点

4.1 分析构件，优化设计方案，完善结构计算简图

在对复杂高层及超高层建筑进行设计时，从以下几个方面进行结构设计方案的优化。（1）对复杂高层和超高层建筑进行设计时一定要将建筑的实用性和稳定性作为建设基础，同时对其相关的构件进行设计，重点把握应力较为集中部位的构件稳固性，充分考虑风力、温度等因素对建筑可能产生的影响，尽量降低侧向位移和轴向变形等情况。（2）在对构件进行分析时一定要做好构件的质量控制，对构件自身的轴向变形和延性性能进行检测。（3）优化建筑高层的结构方案，合理选择最佳的设计方案。所谓最佳设计方案是指既能够以工程实际建设需求为基础，又能充分涵盖多种构件情况、施工技术、可能发生的问题、材料质量检测和工程成本控制等要素。这些要素之间要保证其能够有效地协调和优化，确保设计方案的具体性和全面性。由于方案较多，所以在选择上也要进行细致地区分和对比，最后选择最佳方案。（4）完善结构计算简图。计算简图中涵盖了超高层建筑的结构情况和所有方案得以运行的数据，所以在复杂高层和超高层建筑设计时，一定要对结构计算简图进行完善，使其充分体现高层建筑的结构信息，也确保了信息呈现的科学性和直观性，能清楚直观显示建筑结构，如图1所示。

图1 高层建筑三维结构图

4.2 构建完善的建筑结构体系

体系建设是高层建筑的结构设计中的重要环节，本文针对目前较为常见的3种结构体系进行分析。

4.2.1 剪力墙结构体系

剪力墙结构就是指通过剪力墙来承担竖向载荷和侧向载荷，它的主要墙体结构为多轴线斜交布置和横向纵向交叉布置，该结构具有一定的刚度和强度，具有一定的抗震性和延性。但是这种结构应用到高层建筑中其平面控制较为复杂，侧向位移也会随之产生。

4.2.2 框架结构体系

框架结构主要包含柱、梁、板以及基础4种承重构件，其中，柱和梁的弯曲变形状况会致使框架出现剪切型的侧移曲线。随着建筑高度的增加，框架的侧向位移随之降低，而柱的轴向变形引发的侧向位移则会随着建筑高度的增高而逐渐增大。由于该结构工程造价较低，成本较少，所以常被应用于建筑工程中，但是由于框架结构的柔性较大，所以其抗震能力及抵抗侧向载荷能力较差，随着建筑高度的增加也会深受地震和风力的影响，最终出现较大的侧向位移，不利于建筑结构的稳定。

4.2.3 框架-剪力墙结构体系

综合上述2种结构的优缺点，诞生了框架-剪力墙结构。该结构兼具上述2种结构的优点，对竖向载荷和水平载荷具有明确的分工。其中，框架结构承担竖向载荷，而剪力墙结构则承担水平载荷。一旦发生水平载荷过大的情况，该结构可以及时同连梁和楼板进行相互配合，最终确保能够承受应力的最大化。对建筑工程应该采取框架-剪力墙结构体系，既能够满足高层建筑的抗震需求，同时也具有一定的结构延性，有利于高层建筑结构的稳定性。

4.3 正确选择设计指标

相关设计人员应该积极采用先进的设计计算软件对多项设计指标进行合理的计算。（1）计算风荷载。依照100年重现期下风荷载合理计算建筑多个构件所能承受的最大风力，再针对近50年来的重现期下的风载荷计算、分析和控制其承载力。（2）针对地震荷载设计抗震指标具体参数,依照《建筑抗震设计规范》（G月50011—2010）设计地震荷载[2]。有相关研究内容显示，超高层建筑结构的自振周期为6～9s，在对建筑结构进行设计时一定要控制直线的倾斜下降段为10s[3]。在施工前严格评估工程所在位置的地震发生频率和相应的安全性。一旦安全性的评估结果超过相关规范，可选用评估的最终结果。（3）对其他影响高层建筑的位移比、自振周期、剪重比等进行科学化的计算和设计。结合工程的实际情况确定地震力的放大情况，然后分析自振周期所受的影响。同时，确定振型数目，调整振型参与系数，以此来保证结构计算的准确性。在确保高层建筑安全性的同时还要积极保证其舒适性，明确设计钢筋和混凝土的规程。特别注意在计算和设计为了美观性而采取的非结构构件时，也要充分考虑其抗震性能和抵抗风力的能力。

5 结语

复杂高层与超高层建筑设计过程中，结构设计是影响综合性极强的工作，尤其是在满足建筑使用功能需求的同时，还要满足高层建筑的建设环境需要，通过全盘考虑的方式，采取严格的设计措施和设计途径，基于建筑混凝土整体结构设计的多项要求，提高建筑结构的整体稳定性。总而言之，建设复杂高层和超高层建筑时必须充分认识到这2种高层建筑的设计特点，然后依照该特点进行建筑结构设计和施工，期间重点把握结构计算和结构选型等问题。为了进一步明确结构设计要点，本文进行了相关研究与探讨，但是就本次研究内容而言，仍然不够全面，今后将联合相关部门进行深入的研究与探讨，以求最大程度上建设出性能和安全性更高的高层建筑。

【1】刘军进,肖从真,王翠坤,等.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构,2011(11):34-40.

【2】吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业，2009 (11):127-128.

【3】刘伟琼.关于高层建筑结构设计探析[J].中国新技术新产品,2011 (3):270-270.

图2 后续工作的开展流程

【参考文献】

【1】G月50294—2016核电厂总平面及运输设计规范[S].

【2】石秀文.浅议工业建筑设计中的开放性[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（2）：218.

【3】G月50016—2014建筑设计防火规范[S].

【4】成辉,朱新荣,刘加平,等.高层办公建筑节能设计常见问题及对策[J].建筑科学,2011,27(4):13-18.

【5】薛蓉.电厂厂前建筑设计的独特性因素[J].武汉大学学报(工学版), 2007(s1):46-49.

【6】建标〔2010〕78号电力工程项目建设用地指标（火电厂、核电厂、变电站和换流站）[Z].

【收稿日期】2016-11-01

Key Points of Structural Design for Complex High-Rise Buildings and Super High-Rise Buildings

ZOU Ling-fen

(Shanghai International Service Co.Ltd.International Talent Branch,Shanghai 200001,China)

In recent years, the domestic construction industry has developed rapidly. In order to save the construction land and increase theutilization rate of the building, the high-rise buildings and complex high-rise buildings increase year by year. In order to guarantee the safety of theusers' accommodation and use, High-rise building must be effectively in accordance with its structural elements of the rational design andconstruction, it is the only way to maximize the practical application value of the two high-rise buildings.This paper researches and analyses thesetwotype buildings, in order to preferring some help to the relevant design, construction.

complexhigh-rise;superhigh-rise;building structure;design key points

TU973+.3

A

1007-9467（2016）12-0020-03

2016-11-03

邹玲芬（1979～），女，上海人，工程师，从事结构设计与管理研究。