研究超高层建筑结构设计的技术要点及相关问题

黄祖华

（广西中泽建筑设计有限公司 广西南宁 530011）

引言

随着社会的步发展进步，很多城市的人口负担给有限的城市范围带来了巨大的压力，城市面积已经不能满足城市居民的生产和生活，三维空间的概念应运而生，城市三维空间的充分利用，借助超高层建筑可以有效提高城市实际土地面积和体积率，节省城市的建筑面积，尤其是大城市土地短缺压力，超高层建筑不仅能满足人们的生活需求，还有利于社会和谐。

1 超高层建筑与高层建筑结构设计的对比

①由于超高层建筑消防的客观要求，应提供相应的避难层；鉴于机电设备的客观条件，还应当设置设备层，因此要考虑放置设备的楼层设计中的实际荷载水平与设备振动时对相邻楼层的影响。同时，为提高建筑的结构刚度，还需要设置结构加固层，使其易于常规的高层建筑设计。②超高层建筑的结构类型比较广泛，包括钢筋混凝土结构、全钢结构以及混合结构。除特殊的条件下，高层建筑结构通常使用钢筋混凝土结构。③在超高层建筑的平面形状设计中，大多采用正方形结构，对于矩形的平面，长宽比应小于2，尤其是抗震设防高烈度的地区，更应采用规则的对称平面。④厚板筏与箱体基础，是常见的超高层建筑基础形式，由于结构条件的影响，基本不会有高层建筑使用梁板筏基。此外，超高层建筑基本上不使用复合地基，而一般高层建筑采用。

2 超高层建筑结构设计的主要控制参数

轴压比-控制轴压比主要是为了控制结构的延性；周期比-控制周期比是为控制结构的扭转效应；位移比-控制层间位移比主要是为控制结构平面的规则性；刚度比-主要为控制结构竖向规则性；刚重比-主要为控制结构的稳定性；层间受剪承载力比-控制竖向不规则性；剪重比-剪重比为地震作用与重力荷载代表值的比值；轴向变形-超高层建筑竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。

3 超高层建筑结构设计的技术要点

3.1 钢筋混凝土核心筒

核心筒结构是高层建筑持续发展到高空的最基本的系统。在超高层建筑结构的设计中，钢筋混凝土核心筒结构通常承载超过85%的水平荷载和约50%的竖向荷载。此外，钢筋混凝土核心筒钢柱的多元化，可以有效地减少筒体之间的垂直和钢筋混凝土框架柱变形差异，钢柱可以大大提高抗风能力，当强风或地震剪切力太大时，钢筋混凝土核心筒体结构，可以提高超高层建筑的刚度，并提高建筑物的安全性和稳定性。

3.2 桩基设计

桩基的设计是超高层建筑结构设计中一个基本环节的设计，在桩基设计中，要充分考虑水平荷载和竖直荷载的大小，以确定桩基的埋置深度，满足基地变形与稳定的相关需求，降低超高层建筑的倾斜程度和位移量。

3.3 平面设计

超高层建筑的平面布局中，应尽量增加建筑体之间的安全防火距离，在人流较密集的地区，应确保该地区有很好的疏散条件，有停车位以及及时可供人群疏散的外部环境。在超高层建筑合理布局的基础下，满足其基本的使用功能，可以统一标准设计，并实现超高层建筑物在整体结构、设备线路、分区电气配线以及防火疏散设计等竖向技术的规范化要求。此外，在超高层建筑的平面设计阶段，为了应对风力、地震等外在潜在安全隐患，需要合理的规划建设建筑物内交通路线，合理安排的楼梯、电梯数量和位置，以确保最大的基础设施来提高效率和安全系数。

4 超高层建筑的结构设计关键技术节点

4.1 结构扭转

刚度中心、几何形心以及结构中心，使超高层建筑结构核心的设计内容，而其中的结防构扭转设计，必须将这三点进行有效的重合，否则就会发生水平压力下的结构扭曲，为建筑整体安全性水平带来重大隐患，所以，为了控制超高层建筑结构设计中存在的扭转问题，应选择合理的平面布局方案，将科学化的方法应用在具体的工程设计中。

4.2 对受力性能的控制

在超高层建筑结构设计中，设计师很少对具体结构特点进行分析，过多考虑的是建筑的空间结构，以致超高层建筑结构设计中存在很多受力性能方面上的问题。因此在进行设计时，应明确确定所选结构系统的竖向力与地基承载力的关系，同时在结构设计方案的选择阶段，超高层建筑主体部分的整体布局和剪力墙布置需要全方位考虑。

4.3 超高问题

由于我国对超高层建筑的抗震性水平有明确的要求，使得在进行超高层建筑物结构高度的设计中也应当严格按照规定执行。所以，必须要对其的结构设计方案实行科学的设计与严密的审查，以控制超高层建筑结构设计中的整体高度问题。

4.4 地下嵌固端的设置

随着建筑水平与技术的发展，在产高层建筑中配置两层以上的地下空间，已经成为了常态化现象，这一点，导致超高层建筑的嵌固端经常处于地下室顶板的处。所以在具体的施工过程中，进行嵌固板的施工操作时，经常会对原有设计方案进行一定程度修改，从而进一步给超高层建筑设计带来一定的困难，因此要重视嵌固端的设置问题。

5 结语

总之，超高层建筑的结构设计是一项系统的复杂工作，其设计直接影响着超高层建筑施工的整体质量。我国建筑行业的快速发展，超高层建筑结构设计的要求越来越高，因此，建筑设计师要不断提高自己的专业水平，总结设计的实践经验，通过科学设计方法使超高层建筑更加安全、舒适以及适用，以满足社会和公众的需求。