研究超高层建筑结构设计的关键性问题

韩宝峰

（深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东 深圳 518000）

随着时代的发展和社会的进步，人们越来越关注超高层建筑，在设计超高层建筑的结构中，设计人员会使用先进的技术和知识进行设计，因为超高成建筑在设计和建设中都是比较复杂的，所以设计建筑结构中不仅要保证建筑结构具有安全性，同时也要确保超高层建筑具有实用性［1］。考虑到一般建设的超高层建筑主要是用于居民用房或者是写字楼，所以，人流会比较密集，设计人员应该要对建筑结构进行科学合理的设计，确保超高层建筑能够正常使用，所以设计人员在结构设计中应该要注意一些关键性问题。

1 超高层建筑设计中的主要结构体系种类

1.1 框架核心筒结构体系

在选择设计超高层建筑的结构方案时，设计人员一般会选择主楼采用框架核心筒结构体系，因为它具有较强的水平和竖向承载能力。为了能够满足建筑的外观要求，还需要优化传统结构体系的设计方案，可以在建筑的两侧进行四道水平剪力墙的设计，这样能够有效地支撑上层的大跨度装饰构架，选择空间桁架方案，使用钢结构设计大跨度装饰构架，利用钢混凝土的剪力墙设计出屋面的结构［2］，同时连接到钢结构的桁架，这样能够满足规范和要求设计建筑结构，同时能够充分结合空间结构和立面造型。

1.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构体系设计主要是在建筑结构的设计中使用钢筋混凝土进行整体建筑的承重，这种结构体系具有较强的抗侧刚度、抗风能力和抗震能力和美观的外观。所以在建筑设计和建设中广泛应用剪力墙结构［3］。但是剪力墙结构在后期维护中有难度，同时不能轻易进行拆除，所以无法形成较大的建筑利用空间。

1.3 框架剪力墙结构体系

框架剪力墙结构体系是一种复合型的结构体系，它主要是结合了框架结构和剪力墙结构体系，综合了两种结构体系的优势，不仅能够确保灵活布局超高层建筑，同时能够提高建筑的抗震性能和稳定性［4］。但是在应用这种复合型结构体系的过程中应该要合理控制剪力墙的使用数量，因为数量使用过多，将会导致建筑的成本增加，数量过少，则会导致增加了建筑侧墙的压力，容易导致建筑物出现变形的现象。

2 设计超高层建筑结构中存在的问题

在超高层建筑结构的设计中主要存在的问题表现在抗风结构、抗震结构以及超高设计中，具体体现在：

2.1 抗风结构设计

目前在设计超高层建筑的抗风结构中仍然使用传统的建筑结构设计特点应用相关技术，在抗风结构设计中没有充分分析空气的动力效应，这样就无法明确控制空气对建筑的作用，导致设计的超高层建筑无法有效处理建筑结构，同时也无法优化处理建筑物的支撑结构。

2.2 抗震结构设计

虽然我国地震灾害发生的频率不高，但是在建筑设计中仍然需要考虑设计抗震结构，从而保证人们的生命和财产安全。在超高层建筑的结构设计中，设计人员无法灵活设计抗震机构，同时在设计方案的规划和改良中无法进行合理优化和调整，甚至是不重视超高层建筑复杂的承重能力，没有仔细计算和设计抗震性能，最终导致很多超高层建筑结构设计中没有优化抗震结构设计［5］。

2.3 超高问题

在超高层建筑设计中，国家有明确规定此类建筑的抗震能力，需要合理设计超高层建筑的结构体系和高度。然而，在实际的超高层建筑结构设计中，设计人员经常会忽略超高问题，导致实际的建筑施工中出现各种问题。另外，因为建筑物本身会因为外力因素的影响会在施工过程中临时进行加高处理，无法按照设计进行施工，导致最终的建筑出现超高问题。所以，为了能够有效地解决超高问题，相关的工作人员需要重新审核建筑结构设计方案，确保超高现象不会对建筑的稳定性和质量造成影响。

3 解决超高层建筑结构设计中问题的主要对策

3.1 加强进行防震设计

为了切实加强解决超高层建筑结构设计中一些关键性问题，首先应该要加强防震设计，主要的对策有：第一，在实际的超高层建筑施工过程中，确保使用的建筑材料具有一定的抗震作用，所以要合理选择合适的建筑材料。第二，在设计超高层建筑的过程中，确保地震灾害发生时，建筑物能够有效控制地震能力的输入，具体应该要确保建筑结构的抗震设计中：首先应该要设计的建筑结构能够良好地控制地震中建筑各楼层的变形或位移限制；其次设计超高层建筑过程中应该要充分考虑到地震因素，结构设计中加入抗震设计装置，定量分析建筑结构的设计，保证抗震设计能够起到作用；第三，发生地震，要精确计算建筑物发生位移和变形的关系，从而在抗震设计中将构件的变形值进行提前设计；第四，根据建筑物的大小和高度，有针对性地进行建筑构件的抗震设计；最后，选择的建筑施工场地土地应该要更加坚固，从而确保地基具有稳定性，降低地震对建筑物的危害和破坏。

3.2 对建筑结构的自重进行控制，合理设计重力荷载传递路径

在超高层建筑的结构设计中，首先应该要明确设计建筑物自身的重力荷载传递路径，确保传递路径更加明确和直接；其次，需要选择使用合适的楼板，确保楼板具有加强的承重能力，综合考虑建筑物自身设备、经济以及环保等外在因素，选择最合适的楼板材料；再次，在实际的建筑施工过程中，选择钢筋和和楼板组合和结合的方式进行建设，这样不仅能够降低楼板的自重，同时能够有效地缩短工期，确保使用的组合梁在实际的铺设过程中，施工人员在下面进行大钢梁的铺设，然后在上面进行小钢梁的铺设，从而有效地控制成本，在实际的混凝土平板施工过程中，主要是将球形、柱状或者是其他形状的轻质材质填充到混凝土中，从而有效地减轻建筑结构的重量；最后，在超高层建筑建设中，外圈中使用的框架柱和核心筒可能会产生不同程度的压缩，所以，在设计和施工中应该要充分考虑这些变形的构件对建筑产生的内力作用，若是需要处理变形的构件，可以将连接框架和核心筒的水平构件进行再次连接，一头使用铰连接方式，另一头使用的连接方式是桁架斜腹杆延迟，从而保证超高层建筑在施工中的质量。

3.3 加强进行地基与基础设计

在超高层建筑设计中比较重要的设计就是进行地基和基础的设计，因为建筑的地基和基础是主要的承重结构，确保地上的结构更加稳定，所以在地基和基础设计中，设计人员应该要仔细勘察和分析建筑施工现场的地下水分布情况和地质条件，从而确定基础设计方案更加科学、合理，保证建筑结构更加安全、稳定。在设计独立基础的过程中主要是采用阶梯型的设计方式，从而方便后期的实际施工操作，同时能够保证施工质量。另外，在设计独立基础间的拉梁时，设计人员应该要对覆土荷载对建筑的影响进行充分考虑，若是需要提高建筑结构整体的强度，则需要进行配筋强度和混凝土强度的提升。

4 结语

随着社会的进步，超高成建筑将会层出不穷，随着科技的发展，在超高层建筑设计和施工中也不断采用先进的技术的方式。因此，在建设超高层建筑的过程中，应该要注意选择合适的施工工艺，保证施工质量，同时也要严格把控建筑结构的设计，确保设计中几个关键性问题得到解决，从而从源头上保证超高层建筑的整体质量。