王俊仙
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摘要 随着城市化进程的加快和建筑行业的快速发展，城市面积越来越小，超高层建筑正在迅速建设。超高层建筑对现有的设计水平提出了极大的挑战，本文对超高层建筑的设计要点进行了详细讨论，以供参考。
关键词 超高层建筑；设计要点；发展
引言
随着经济的发展，超高层建筑逐渐成为城市的标志性建筑，一定程度上反映了城市的发展水平，随着高楼数量的逐渐增多，人们对建筑的要求也越来越高。因此需要不断提升设计水平，建造出更多具有特色的超高层建筑。
一、超高层建筑的发展
随着经济的快速发展，我国自1980年代中期开始建造超高层建筑，现在我国的大城市和中型城市已经拥有了许多超高层建筑。在上海、广州、深圳数量较多。目前上海中心大厦是我国最高的建筑，大厦共127层，总高632米，结构高度为580米。其次深圳平安金融中心大厦总高592.5米，主体高度为555.5米，大厦共118层。世界上最高的摩天大楼是阿拉伯联合酋长国的哈利法塔，高828 米，一共160 层。据相关资料显示，英国伦敦正在筹建一座300层的超高层建筑，即所谓的伦敦天空塔。建筑物的高度为1524 m，这不是最终高度，未来可能会继续增建。超高层建筑的建设发展是非常快的，主要是由于超高层建筑可以最大限度地利用区域内的土地。超高层建筑的建设成本远高于普通高层建筑，但在我国的城市建设中，土地使用量的增加，需要越来越多的超高层建筑，必然导致超高层建筑的发展速度越来越快。
二、超高层建筑设计要点分析
（1）注重概念设计，做出合理的结构设计
结构设计是保障超高层建筑安全经济的重要环节。在超高层建筑设计的早期阶段，需要与结构专家进行密切合作，以确保结构计划的可行性。结构工程师加强与建筑设计师的沟通，向建筑设计师表达真实的建筑效果和空间要求，提出符合建筑理念和功能的结构体系。结构的整体建筑设计和合理的一体化设计，可以减少不必要的结构改造，增加可用空间，提高结构的安全性和经济性，降低设计难度。超高层建筑的结构体系一般分为六类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、框架核心筒结构体系、筒中筒结构体系和板柱剪力墙结构系统。超高层建筑一般具有不同的外部条件，不能形成统一的需求，因此需要概念设计根据建筑物的功能要求、建筑物的高度、和抗震强度。在结构规划中，要高度重视概念设计，采取有针对性的技术措施，努力实现创新。
（2）确保结构分析计算的准确性和设计指标的合理性
第一，计算荷载
随着建筑物高度的不断增加，重力荷载直线上升，建筑结构柱和墙体的轴向压力相应增加，对基础承载力的要求也相应提高。建筑设计中的安全主要侧重于结构设计中荷载的选择。高层建筑的荷载应由计算规范和影响建筑的因素来确定。首先，地震作用。地震作用是超高层建筑经常计算的结构分析值。超高层建筑结构的自振周期往往在6.0-9.0s之间。但规范规定的地震影响系数曲线通常只有6.0s，地震作用可使直线下降段由6.0s延长至10.0s。其次，风荷载。建筑高度越高，风荷载产生的效应就越大，所以海拔90m时风速可达15m/s，海拔300400m时风速可达15m/s。因此，维护结构必须针对抗风性进行设计，例如使用结构玻璃来代表玻璃幕墙围护结构以满足强度要求。一些高层建筑的主要影响因素是风荷载。风荷载计算通常使用100 年重现期风荷载来设计构件承载能力，并使用50年重现期风荷载来控制构件承载能力。超过200 m的高层建筑需要进行风洞测试。例如，台北101大楼委托加拿大设计师设计了一个13336.05万的比例模型，在半径600m的风力发电厂进行风洞试验，以提高建筑物的抗风荷载能力。
第二，计算自振周期
我国的超高层建筑发展迅速，但之前与结构自振周期和楼层数相关的经验方程目前不适用于超高层建筑。自振周期的计算方法是先根据地震作用强度和建筑物高度拟合一条抛物线，然后结合其他因素综合计算。
（3）地震作用对策
除了准确计算摩天大楼的地震作用外，还应从结构、构件、抗震设防等多方面重视中、大地震的结构安全性能。由于地震作用方向是随机的，选择对称的、多向排列的结构抗侧力体系有助于质量中心与刚度中心的匹配，如圆形、正多边形、正方形等平面形状。设置多重抗震设防，可满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准设防要求。可采用钢结构、混凝土结构和型钢混凝土结构，以提高结构抗震性能和变形能力。
（4）防火设计
采用全钢、幕墙围护结构等高强度轻质材料，减轻自身重量，减少地震作用的影响。但是全钢结构的导热系数高，耐火性低，很容易引起火灾。此外，建筑结构复杂，建筑内管道设备众多，很容易埋下安全隐患。建筑物楼层高，内部进风量大，所以一旦发生火灾，火势很容易迅速蔓延。超高层建筑的消防难点包括火灾负荷高、火势蔓延快、疏散难、救援难等。因此，在超高层建筑的设计过程中，要注意防火设计。使用其他不燃建筑材料，增加安全通道，安装火灾自动报警器，确保消防通道的坚固性，增加消防电梯，提高消防安全性能使用电梯，注意高风险楼层和单元的防火设计因素。
（5）垂直运输设计
超高层建筑与普通高层建筑最大的区别之一是垂直运输和管道设备，也称为“芯管”集中在一起。芯管的设计需要兼顾采光、节能、易维护等方面的要求，着增加了设计的难度。随着建筑技术的飞速发展，超高层建筑逐渐演变为一种空间构图模式。电梯、楼梯、卫生间等服务区集中在平面中央以节省空间，同时功能区也能有良好的采光、能见度和交通环境。芯管具有高剪切和剪切阻力，需要刚度来支持这种强度。中心芯管位于建筑物的几何中心，建筑物质心、刚性重心、形芯三个中心叠加，有利于结构强度和抗震。当然，不同条件的摩天大楼有不同的布局方式，“外核心布局”是针对特定条件下能够适应空间构成的“核心布局”。
（6）电源稳定性
对于超高层建筑来说，安全性和供电可靠性是必须的，在设计供电系统时要特别注意。配电系统设计时应考虑多回路电源和备用发电机组的配置。由于超高层建筑的高度，在建筑的中心安装一个变电站和配电室可以减少低压配电损失。备用柴油发电机设置在地下一层，供电电压为10kv输出，变压器降压为低压配电，保证向塔上层配电。
（7）其他设计要点
第一，加强端部构件，提高抗扭刚度，减少结构扭转效应。地位，由于超高层建筑高度高，侧向力引起的倾覆力矩大，需要选择合适的结构抗侧力系统，提高抗侧倾覆能力要求，并合理设置从支腿桁架到腰桁架。第三，由于超高层建筑的后期维护成本较高，设计时应考虑经济可行性。采用优质材料、节能技术、设备等，优化建筑物的位置和朝向设计，优化围护结构的墙体设计，降低能耗。第四，现代计算机信息计算技术应用广泛。在超高层建筑的设计中，可以使用SATWE/TATA等多种软件程序进行计算比较，可以找出薄弱点，补充关键构件的有限元分析计算，从而获得更高的计算结果。第五，采用智能化设计，提高结构可控性。主动控制系统由传感器、质量驱动器、可调刚度系统和计算机组成，以提供可变横向刚度并控制地震响应。第六，选择轻质、高强度、有延展性的材料。外围护结构主要采用玻璃幕墙、铝合金幕墙等，内部多采用轻质隔墙，建筑屋面多采用压型钢板和混凝土层。第七，超高层建筑高大笨重，支撑高楼的基础必须有足够的强度，多采用深基础。
结语
总之，随着经济发展和城市化进程的加快，超高层建筑是社会未来发展的必然趋势，这就要求高层建筑施工技术水平不断提高，不断增长的社会经济的需求，促进建筑工程行业健康发展。
参考文献
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