复杂高层与超高层建筑结构结构设计要点

郭轶

（山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司，山西 太原 030013）

0 前言

在新时代发展背景下，现代化建设已然成为当前社会发展中不可或缺的重要组成部分，在这一背景下，复杂高层已然成为主要结构，它的存在既能够极大地降低土地使用率，节省我国土地资源，同时还能够对我国城市经济的发展起到极为有效的促进作用。不过，就目前来看，由于高层建筑本身在特性上有所处差异，设计人员在进行设计时往往需要对施工地区进行深度调查，并以此为基础进行较复杂的功能设计，在保证工程质量不受影响的前提下，为企业经济效益发展起到较为有效的促进作用。

1 设计实施方案

1.1 地基探测工作

超高建筑与其他建筑之间最大的区别是在基层的稳定性上，同样的稳定性放在6层建筑与26层建筑所产生的效果是不一样的。高度越高，所需要的稳定性也会随之出现一定程度的提升，而在进行地基探测工作的过程中，设计人员先要根据实际情况加以设计，在这一过程中倘若设计人员没有进行合理化计算，就会导致整个地基部分所具备的承载力不仅无法满足施工要求，同时还会在外界因素的干扰下发生沉降变形，导致国民的生命健康安全受到了极为严重的影响。正因如此，为了避免质量安全问题的发生，相关人员在进行施工作业的过程中需要对施工区域的土质进行深入调查，尤其要明确土层本身所具备的承载力，就地取材，以此为基础进行地基承载力的研究与分析，从而来对现场进行一个较为有效的数据掌握。

1.2 施工图纸

对于任何建筑工程而言，施工图纸的设计工作都是尤为重要的，在进行超高建筑施工作业的过程中由于其本身的结构影响，一旦设计图纸出现了问题，在进行后续工作的过程中便很难进行有效更改，为了避免风险情况的出现，设计人员在进行建筑结构设计的过程中需要先对图纸进行合理化规划，这时相关人员需要先明确整个建筑的结构体系。例如，对于所使用的结构是筒体结构还是剪力墙结构，在设计人者设计施工图时，需要根据不同的结构条件进行相应的调整和选择，以确保可以有效提高整体施工质量，同时也要确保施工单位经济效益能够得到较为有效的保障，并以此来实现促进设计人员经济效益长久发展的重要目的。除此之外，设计人员在进行超高层建筑施工作业的过程中通常会以混凝土+钢结构作为主要组合结构，以此来满足该地区施工方面的要求。然后，设计人员需要根据实际情况进行基坑支护设计，举例来说，如果一座建筑本身就是一座地下商场，那么在施工时就应该考虑其整体面积和承载能力等参数，这样既能保证施工过程中不会发生的漏水、塌方等事故，又能避免给设计人员带来经济上的损失，还能保障设计人员的生命和健康。在进行结构式受力分析时，设计人员需采用BIM技术对整个工程的数据进行三维化建模，不仅能比较有效地提高整个工程的抗力计算，而且公式也能保证本次工程施工的地基最大承载量满足相关要求和标准，这样不仅能有效地提高超高建筑结构方面的安全性和稳定性，同时也能降低设计人员的成本支出。

1.3 规划荷载输路径

对设计人员来说，一旦在设计过程中没有对最大重力荷载进行调整，对其进行比较合理的传输路径分析和设计，不仅会直接影响建筑的安全，对设计者的生命和健康也会产生较大的影响，为了避免这一情况的出现，设计人员需要尽量减少结构的自重，在进行梁部分以及楼板部分都可以适当进行重量减轻工作，而在其他部分则要加强，转换结构具有一定复杂性，一般是建筑功能需要满足而引起结构力路向改变或非必要直接进行转换，在结构设计中应予以避免。此过程中应着重说明加强转换构件的强度和稳定性，确保上部荷载在此合理安全地转换到基础上，从而确保整个结构的安全。采用这种措施，不仅可以有效缩短复杂高层与超高层建筑整体结构所需的施工周期，同时也可以达到降低造价的目的，对设计人员具有极其重要的促进作用[1]。设计人员在进行结构形式转换时，当然也要根据实际情况进行相应的调整，由于能够选择的结构转换形式种类比较多，在施工作业过程中，往往需要相关人员根据现场施工要求进行选择。例如，在某些环境下，可选择框支柱墙转换工作，以确保整个工程的质量能得到比较有效的保证[2]。

2 结构计算准确度与设计指标

2.1 计算分析的准确性

人工计算所存在的误差要远远高于机械计算所产生的误差，尤其是在对复杂高层与超高层建筑结构的结构设计的过程中，设计人员如果通过自身来对相关数据进行计算，不仅在计算效率上无法得到较为有效的保障，在最终数据精准性方面也会存在一定程度的问题，因而为了确保整个计算工作的精准性，则需要设计人员采用相应的高精度计算软件[3]。就目前来看，我国市场上存在的计算软件种类相对较多，不同软件自身的应用领域与特点也存在着差异，因而设计人员在进行软件的选择过程中需要结合实际情况进行相应的分析，在确保计算效率与质量不受影响的前提下选择最合适的软件进行应用[4]。而且在分析软件的应用过程中，相关人员还会对整个建筑框架结构进行反复的运算和论证，并从不同的角度对软件所得出的最终结果进行校核，这样才能保证软件判断的结果能满足工程上的精确度要求，在确认无误后，设计人员才能将得到的结果融入后续的工作中，从而保证用户的生命健康安全。

2.2 荷载工作

水平荷载是工程建筑结构中不可缺少的重要组成部分，对于整个工程质量而言有着至关重要的作用，同时也是设计人员在进行结构设计过程中所要开展的必要工作。从结构上来讲，人们将建筑本身所具备的荷载分为两大板块，也就是最为常见的地震荷载力以及风荷载力，但就目前来看，受到政策以及施工多种影响因素的影响，我国很多高层建筑在很多环节出现了问题，这样不仅会导致建筑本身的安全性无法得到较为有效的保障，还会在地震发生时对用户的生命健康安全产生较为不利的影响，为了防止这种情况，设计人员需要在超高层建筑的结构设计过程中根据实际情况进行调整，并通过现场观察实际情况进行相应的安全评估。例如，对于某些地震高发地区，设计人员进行更有效的管理和调整，以提高建筑物的整体质量。除此之外，对于正常区域也要做好相应的地震防护工作，以此来确保国民的生命健康安全能够在细节化的建筑设计过程中得到较为有效的保障[5]。

2.3 设计指标的控制

研究结果表明，自振周期、位移比、剪重比和整体稳定性是反映结构整体性能的重要指标。要明确平动和转动周期之比，自振期要控制在合理的范围内，保证结构无明显的扭振。其位移比应满足最小层剪切系数要求。如果没有达到标准要求，就意味着需要进一步调整结构体系，并重新计算结构的规模[6]。

2.4 复杂构件的承载力计算

复合构件的受力比较复杂，在整体结构中起着至关重要的作用。为此，需要对此类构件进行承载力和变形分析。研究中有两个重要问题值得关注；

（1）柱体由于体积庞大，楼面梁很难对其产生较大的约束作用，因此在计算上与其他构件有所不同。

（2）对于复杂构件的计算，一般的常规软件不能对其受力性能进行精确的分析，可以采用有限元软件对构件进行分析。

3 抗风设计

当建筑物的高度增加时，风荷载也随之增加，当建筑物的楼层越高，风对建筑物的影响就越大，在地震强度较低的地区，高层建筑物往往受风荷载控制。对于复杂高层、超高层建筑来说，风的危害主要表现在：附墙开裂，甚至破坏主体结构，当高层建筑振动达到一定极限时，会使居民感到不适等，因此，从抗风设计的角度出发，强调风荷载的控制作用，强调风荷载对结构的影响。

4 抗震设计

假如设计人员在进行建筑工程施工设计时，发现地基深度问题或地表下水位远高于施工要求，则应对其进行较为有效的处理和管理，通过选择符合标准的地基提高整个地基区的稳定性和安全性，从而保证整个超高建筑的工程质量能得到较有效的保证。在保证结构承载能力的前提下，有效地控制结构在地震作用下的层间位移角，是一项非常重要的工作。在分析超高层建筑结构时，可采用基于位移的结构抗震设计方法，对大震进行定量分析，以保证大震下结构构件的变形满足性能要求，并根据构件的重要程度相应进入塑性阶段，消耗能量，形成多重抗震防线。

5 结论

综上所述，超高层建筑与复杂高层建筑是在我国城市建设发展中极其重要的存在，也是现代社会发展的必要措施。因此，在超高层建筑结构设计过程中，设计人员需要根据实际情况进行相应的规划和调整，既要确保整个设计人员自身的经济效益能够得到较为有效的保障，同时也要确保国民的生命健康安全不会受到威胁。