超高层建筑结构设计的关键性问题分析--中国期刊网

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超高层建筑结构设计的关键性问题分析

发表时间：2020/9/25 来源：《基层建设》2020年第17期作者：刘思义

[导读] 摘要：随着我国社会经济水平的提升，民众的生活水平也在不断提升，而且城市发展规划也在不断变化。

        匡邑规划建筑设计研究院（上海）有限公司重庆分院重庆 40000
        摘要：随着我国社会经济水平的提升，民众的生活水平也在不断提升，而且城市发展规划也在不断变化。为了合理利用城市土地空间，超高层建筑的不断增加成为了必然趋势，是减轻城市资源负担的必要途径。但是因超高层级建筑的结构更加复杂，所以结构设计的难度也更高，在设计过程中，有许多关键性的问题是无法忽视的。所以为了保证超高层建筑的结构设计质量，我们需要针对超高层建筑的结构设计关键问题展开更详细的讨论，以理论为基础，推动技术的改革进步。
        关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题
        随着城市化进程的不断推进，土地空间紧缺的问题也愈发明显。所以为了合理利用土地资源，超高层建筑工程的建设意义重大不可否认。因超高层建筑的结构复杂，在设计与施工需求上也与传统建筑不同。在结构设计阶段，我们需要考虑到超高层建筑的特点去思考结构设计的关键问题，以此为基础去优化结构设计，才能提升结构设计的质量，达成设计优化的目标。
        一、超高层建筑特点
        （一）防灾减灾设计
        相对于传统建筑来说，超高层建筑在面临火灾等灾害时的防范难度往往更高，因此要更加重视设备层与避难层的设置，因为保护住户人身安全是设计的最基本原则，也是超高层建筑设计的基本诉求，在防灾减灾能力上，超高层建筑应当比传统建筑更强。为了在面对灾害时维护住户的人身安全，保证建筑整体的安全性、稳定性，在开展设计时设计人员不但要对建筑结构整体的抗震性能进行计算，做好专项评估，同时还要完善相应的消防应急疏散方案，通过模拟测试去确认结构的防灾能力。特别是在风力作用影响下，超高层建筑因高度过高很容易产生位移等问题，所以更要重视上层的稳定性提升。
        （二）平面设计
        一般来说，超高层建筑普遍采用正多边形平面设计，建筑物的标准层，其平面的长宽比一般在2以下，且要保证平面周长直接落地的部分在四分之一左右。这样一来，即便在发生突发自然灾害的情况下，并且避免结构体系受到损坏。
        （三）地基基础设计
        地基是支撑着上层结构的核心部分，重要作用毋庸置疑。超高层建筑的上层结构体积大、重量大，所以更要重视地基基础的设计，才能保证结构稳定性。相较于传统建筑，超高层建筑的地基埋要更深大，对于桩基础及深基坑必须要进行专项设计，以保证地基沉降的均匀性，同时保证地基的整体安全性，这是最基本的设计原则[1]。
        二、超高层建筑结构设计的关键性问题
        （一）结构高度超高
        超高层建筑结构在设计方面与传统建筑有着不同的规范要求，所以为保证超高层建筑结构的稳定性，授信需要明确建筑物的高度等级。在现行的设计规范当中，针对超高层建筑物的高度有着十分明确的要求，依照A级与B级两个等级来划分，不同等级的建筑，高度存在着很大差异。而在实际设计过程中，却往往会出现因设计师未按照分级情况开展针对性设计而导致施工图纸无法通过审核的情况，这不但会影响工程的工期，同时也会影响工程的综合评价。
        （二）嵌固端的设置
        为了保证土地资源得到最大化利用，并且满足相关规范当中提出的超高层建筑的基础埋深要求，一般情况下超高层建筑的地下室往往会设置为两层或两层以上，在这样的情况下，对于嵌固端的位置必须要事先进行明确。在确认过程中，设计人员需要关注的是，超高层建筑的设计过程中必须要依照超高层建筑专门的规范去确认嵌固端参数，包括对上下层结构刚度比的计算，以及相关抗震等级确认。因超高建筑的高度相较于传统建筑差距很大，结构设置的要求也更多，所以即便是出现任何一个细节问题，都可能对结构整体施工及设计质量产生不同程度影响。因此设计人员在开展嵌固端设计的过程中，也应当严格依照规范执行，不可马虎大意[2]。

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        三、超高层建筑结构设计的技术要点及对策
        （一）合理选择抗侧力的结构体系
        在抗侧力结构体系选择方面，设计人员需要遵循以下几点准则。其一是应当依照超高层建筑的实际高度要求，去对抗侧力结构体系进行选择。因为超高层建筑的高度与传统建筑差距巨大，所以在受力情况上也自然不同，而抗侧力结构体系的选择决定着结构整体的稳定性，所以必须要慎重选择。其二是要保证抗侧力结构体系的完整性，例如为了形成桶装体系，可以选择纵横的墙体结构。在使用伸臂桁架体系的情况下，则要最大程度确保核心筒与框架柱形成完整的、有机的整体，使用环形桁架的情况下，则需要使其与框架柱形成有机整体，或是直接使用交叉式的网格筒体。其三是如果必须采用不同的抗侧力结构体系进行组合，则需要对每个体系起到的作用进行明确，明确抗震防线。其四是精准分析建筑当中不同结构体系的受力信息。其五是要尽可能维持建筑混凝土的厚度与强度稳定，如果无法保证两者同时不变，至少需要保证其中之一始终不变。
        （二）明确重力荷载的传递路径
        在设计过程中，明确重力荷载的传递途径至关重要，特别是对于超高建筑来说，更要首先关注重力荷载的传递路径，只有掌握了重力荷载的传递途径，获得了更多信息，才能提升设计的整体质量。其次是要综合考量整个建筑内部的各方面信息，包括设备条件及内部装饰条件等去设计楼板的布置方案，通过优选的方式得出最佳配置。再次是考虑到施工周期等因素，可以利用钢架梁与楼板结合的方式传递重力荷载，同时为了支撑建筑自重，提升建筑整体稳定性，可以适当的使用空腔平板。其四是要遵循梁强柱弱的原则去对承重梁及承重柱开展设计，并且要考虑楼板中的钢筋是否足以承受来自横梁两侧的承载力，而且也要考虑承重柱柱宽所产生的影响。
        （三）做好抗震设计
        抗震设计对于超高层建筑来说是有着决定性影响的，楼层越多，高度越高，抗震设计越是重要。在开展结构抗震设计时，为了保证设计的合理性，应当结合结构的实际性能情况去开展设计，特别是针对整个结构体系中影响着结构稳定性的部分关键部位开展设计时，必须要最大程度提升稳定性，例如针对位于大开洞部位与底部加强区的剪力墙，必须要考虑到其对于建筑稳定性的影响，采取重点加强的手段去大幅提升稳定性。此外对于开洞部位的穿层柱，也要利用型钢混凝土柱一类高强度的部件去提升结构延性及承载力。
        （四）做好平面设计
        平面设计是施工的重要依据，超高层建筑的施工工期更长，复杂度更高，所以结构设计的质量更要得到保证，才能保证结构的稳定性。因此在设计超高层建筑平面进行布局的过程中，设计人员必须要结合实际的结构特点去做好平面设计。为了确保安全，针对人流量大的区域必须要做好疏散设计，必须要合理增加建筑物之间的防火间距。停车场位置应当合理设置车辆停放空间，这样才能让人群疏散提供更大空间。在满足超高层建筑基本功能要求的情况下，为了保证结构更加稳定，可以统一针对从夫的多层建筑平面布局去开展规范化、科学化的设计。这样才能够针对性满足超高层建筑设备管线、主体结构、防火疏散、电气配线分区等各个区域的竖向设计需求。综上所述，超高层建筑的平面设计，决定着实际施工的效率与质量，甚至决定着建筑投用后的安全性，所以只有做好平面设计，才能得到更理想的施工效果[3]。
        结语：
        超高层建筑结构的设计与施工难度远高于传统建筑，随着建筑高度的提升，建筑结构也更容易受到影响，产生安全问题。所以以上针对超高层建筑的结构设计关键问题进行了总结，以此为依据去分析设计要点，这是有着重要讨论价值的课题。对于这一课题的讨论，目的是希望引起更多相关单位与人员的关注，共同关注设计问题，提升设计质量，才能共同推动超高层建筑结构设计的发展。
        参考文献：
        [1]张百振,范志昂.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].绿色环保建材,2018(11):67+70.
        [2]徐春卯.超高层建筑结构设计的关键性问题思考[J].科技创新与应用,2015(13):243.
        [3]郭怀祥.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].中华民居(下旬刊),2014(09):357-358.