复杂高层以及超高层建筑的结构设计要点简析

黄玉梅

摘 要：随着城市化进程的高速推进，除了一线城市以外的中型城市中也越来越多的出现了各类超高、复杂、多样化的建筑，基于目前城市严重缺乏土地资源的现状，超高层建筑推动了国内建筑事业的进一步发展。从建筑结构设计角度来看，这些建筑在结构设计方面拥有一些显著的特征，不同于传统的结构设计。基于此，文章从复杂高层建筑、超高层建筑角度，主要探讨了结构方面的设计特征、要点仅供参考。

关键词：复杂高层;超高层建筑;结构设计

前言：社会经济的快速崛起和增长是当下的趋势，人们的生活质量也得到了明显的改善，对建筑也提出了更高的需求。然而，国内频发与复杂高层建筑、超高层建筑有关的诸多问题，使得人们一度对此非常担心。而这些建筑的建造，往往会耗费大量的资金，所以必须做好设计工作，充分把握结构要点，以严格控制工程质量，避免不必要的经济损失。

1整体复杂、超高层结构基本设计特征

自超高层建筑出现起，便大量涌现出了复杂高层建筑、超高层建筑。近些年来，国内经济增长愈来愈快，大中型城市出于打造自身地标建筑的目的，也逐步开始规划建造各种复杂高层建筑、超高层建筑，并且获得了很好的发展，部分建筑的高度已超千米。据研究分析知，这些复杂高层建筑、超高层建筑，在自身结构的设计方面特征独特，在降水、风力、抗震等方面均具有很高的要求。加之这些建筑原本就需要周全顾及美观与结构，故此必须综合考量诸多方面的影响因素。所以，作为设计人员，应及时转变设计手段，在结构设计环节，大量引进新的设计方法，以提升设计综合水平，确保整体结构的安全性，为工程质量的控制打好基础。

2基于结构设计特征的设计要点

2.1 荷载分析

相较于普通建筑，复杂高层或者超高层建筑极具特殊性，除了总体高度很突出，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，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。

2.2 风力效应考虑

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，在设计整体复杂或者超高结构时，应严格控制风振加速度、建筑顶层加速度的最大值，以弥补高强度风振的不足。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。

2.3 基础设计分析

复杂高层建筑、超高层建筑的整体稳定性首先取决于基础的稳定性。所以在设计地基结构时，应综合考虑设计标准、地基形态，结合项目实地情况，优化设计方案。例如，针对软地基，应引进桩箱、桩筏等类型的基础。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。例如，深层岩基向地下深入的程度不超过100m时，可以通过地下连续墙来加强地基，就是在框格式的结构下，通过上层冲积土来支撑岩层;若岩基较浅，则可通过添加混凝土桩基来加强基础支撑;若地基条件好，利用筏形基础便好。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。

2.4 结构抗侧力分析

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。

2.5 含钢率设计分析

由于国内的结构技术标准规程、结构设计规范等不尽相同，那么在结构设计过程中，首先应根据复杂高层、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。

2.6 核心筒内的型钢柱设计分析

针对钢筋混凝土制作的核心筒，通过使用型钢柱增大外框柱、混凝土筒体墙自身的重力。特别是遇到强风或者地震时，外墙往往需要承载一半的竖向荷载，且核心筒位置的水平剪力超过了五分之四。如果没有加强处理，就会引起建筑变形或者倾斜等。而在核心筒通过型钢柱的使用，则可有效避免这类情况。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。

2.7 抗侧刚度设计分析

在设计复杂高层建筑、超高层建筑的整体结构时，为了增大结構的抗侧强度，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密切相关。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。

3结论

综上，在建筑结构设计方面，针对复杂高层建筑、超高层建筑，在进行结构设计时，应特别注意要点内容的设置，以提升建筑物的整体综合性能，满足其使用功能、环境建设要求。此外，还应综合考虑施工现场的运输条件、养护专业水平。唯有满足以上设计要求，方能在科学设计的指导下，建造出高质量的建筑。与此同时，还应注意设计与施工的安全性，以支撑结构设计，严格控制建筑工程质量，满足工程预期要求，保护人们的人身财产安全。

参考文献

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