复杂高层和超高层建筑结构设计要点

张春喜 白露

【摘要】随着科技进步、技术革新，为建设复杂高层和超高层建筑提供了可能。但是设计部门为了节约成本、获取利润，在面对复杂高层和超高层建筑这种新要求的设计施工时不免忽略了许多问题，依旧按照传统建筑的要求进行设计，造成了安全隐患。所以在面对复杂高层和超高层建筑的结构设计时，应该平衡设计复杂高层和超高層建筑的合理性、经济性以及安全性。本文先了解建筑结构设计方案的选择，然后说明在这过程中需要注意到的问题，最后了解其设计要点。

【关键词】复杂高层;超高层建筑;结构设计;要点

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.050

1、建筑结构设计方案的选择

1.1结构方案和结构类型的选择

在复杂高层和超高层结构设计过程中，其结构方案是否合理就直接决定着建筑的自身质量。在选择结构方案过程中，如果没有根据复杂高层和超高层建筑的实际情况来进行，就很可能在后期建设过程中出现问题，不断调整其建筑结构内容，增加成本投入。因此，在复杂高层和超高层建筑结构选择过程中，就应该以相应的建筑结构专业知识为主，将其有效的应用于结构设计中。因此，在选择结构类型过程中，应该充分考虑到是否能够顺利施工。

1.2结构方案和类型的选择

结构方案和类型在选择过程中，都必须要注意其复杂高层和超高层建筑设计理念，在大量设计实践过程中能够看出，在设计复杂高层和超高层建筑过程中，必须要适当提升建筑结构自身的结构强度，确保建筑结构受力均匀，延长建筑结构的使用寿命。

2、复杂高层和超高层结构设计的影响因素

2.1风荷载和地震作用及建筑功能需求的影响

高层建筑设计中具有高度极高的特点，同时受力分析情况相比其他建筑也更复杂，这使建筑的安全性受到了较大的影响（主要是风荷载和地震波影响），因此高层建筑设计工作人员应对风荷载以及地震设防烈度进行了解。在新技术应用的背景下，复杂高层体积超高层建

筑的施工数量越来越多，要求也越来越高，在建筑结构的设计过程中，工作人员应对建筑的实用性进行考虑，满足人们的生活需求。

2.2地基设计的影响

地基的稳定性设计作为建筑的建设基础，考虑到我国的土地资源广阔和地区之间差异大的特点，在地基的基础设计中需要进行全面的考虑。复杂高层建筑以及超高层建筑的地基设计过程中，需要模拟地基的情况，根据建筑的功能和需求等内容，对可能出现的影响进行

模拟，还应对勘察资料进行全面分析，使地基的承载能力得到有效提升，从而减少变形的问题。

2.3建筑材料和施工技术的影响

在城市中，高层建筑的数量在快速增加，这种建筑结构的应用需要技术的支持。通过现代的建设技术的结合使建筑建设的水平提升，通过有效的施工技术的融合，可以为建筑结构功能带来保障，同时对建筑结构设计起到了有效的作用。所以，建设人员在设计中可以使用新型材料，并且合理地应用先进的施工技术，使建筑的结构的科学性和合理性体现出来，加强建筑的整体质量。

3、复杂高层、超高层建筑的基本结构设计要点

3.1重力荷载

相较于普通建筑，复杂高层或者超高层建筑极具特殊性，除了总高很突出，还要迎接重力荷载方面的挑战。尤其是伴随建筑总高的持续增大，重力荷载及地面受力也会越来越大。在力的综合作用下，轴压力及竖向压力也愈发大，以致增大设计的难度。一方面，风效应会随楼层的增高而增大，基于风的作用，合力点势必增高，令自然风效应产生更大的作用效应。另一方面，在结构设计环节，应考虑结构自重，以确保建筑物足够的稳定性。但重心位置与结构自重紧密相连，楼层愈高，相应的重心愈高、结构自重愈大，其成为风力作用下的显著薄弱环节，所以在设计中应认真考虑重力荷载。

3.2风振加速度

一般风力效应会随楼层的增高而变强，所以超高层建筑带有很大的风力。而人们往往会清楚感知风力的舒适性，一旦风振过强定会令人不适，从而影响居住品质。所以，在设计复杂高层、超高层建筑的基本结构时，应认真权衡人体舒适性、风振加速度。其中尤其要严

格控制具体的风振加速度、建筑顶层加速度的最大值，以弥补高强度风振的缺陷。另外，针对围护结构，也应做好抗风设计。超高层建筑愈高，则垂直于围护表层的风载势必增大，故此科学地引导风向、严格控制具体的风振加速度，能增强使用效果。

3.3地基基础

地基基础决定了复杂高层建筑、超高层建筑的整体稳定性。所以在设计地基结构时，应综合考量设计标准、地基形态，立足工程实际，优化设计基础方案。同时，若地质情况有变，还应通过有效的基础措施，来提升地基强度。所以，针对各种地质在设计地基时，应立足地质形态来合理设计组合方案，以改善地基结构。

3.4结构抗侧力

针对不同的建筑高，应设计相应的结构抗侧力系统。在设计复杂高层或者超高层建筑时，考虑到各层不同的抗侧力结构系统具有不同的作用，故此在设置抗侧力构件时，应立足具体的作用来优化部署。同时，通过合理设计结构抗侧力系统，还能融合结构中的不同抗侧力构件形成一个整体。所以，在结构设计环节，应从整体上考虑结构抗侧力系统，可利用伸臂桁架有效连接框架柱组合核心筒的结构，或通过环形桁架、大斜撑来连接组合，而得到一个巨大的框架，以增强整个结构的稳定性。

3.5柱钢骨钢率

考虑到国内的结构技术规程、建筑设计规范不尽相同，故在结构设计环节，应根据复杂高层、超高层建筑的具体构造，来优化设计钢骨含钢率。尽管目前的标准并不统一，但是不管执行怎样的标准，都需要强制性规定框柱中不得出现含钢率4%以下的钢骨。因此，在设计混合建筑结构时，不仅应按照计算结果来确定柱箍、纵筋，还应科学地设计型钢截面，控制含钢率为4%或以上。

3.6核心筒内的型钢柱

针对钢筋混凝土制作的核心筒，通过使用型钢柱旨在增大外框柱、混凝土筒体墙自身的重力。特别是遇到强风或者地震时，外墙往往需要承载约50%的竖向荷载，且核心筒位置的水平剪力超过了85%。一旦忽视强化处理，就会引起建筑坍塌、变形或者倾斜等。而在核心筒通过型钢柱的使用，则可有效避免以上问题。此外，通过型钢柱类型的剪力墙，即便有开裂也会较少影响承载力。而通过型钢柱还能增大剪力墙的抗震性，故此在地震区很常见。

3.7抗侧刚度

在设计复杂高层建筑、超高层建筑的整体结构时，为了增大结构的抗侧强度，则需要增大钢筋混凝土中整个核心筒体的具体刚度。考虑到核心筒体属于结构当中的关键性抗侧构件，故此结构的整体抗侧刚度与外侧墙厚、筒体墙的具体抗侧刚度息息相关。除此以外，在整个设计环节，还需要严格控制外框柱的设计截面与轴压比要求、所需承载力的完全相符。

结语：

综上，复杂高层和超高层建筑结构的设计，由于涉及面比较广，在具体设计方面就要能从多角度进行考虑和优化，注重在各环节的设计上能和实际需求相结合，从这些基础层面得以强化，才能真正有助于建筑结构设计的质量提升。

参考文献：

[1]王越.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析[J].住宅与房地产，2019（24）：71+96.