我国超高层建筑结构发展与展望

文进 武汉正华建筑设计有限公司

超高层建筑物的出现，极大地改善了城市人群的居住环境，也有效地丰富了城市建筑物的类型。在超高层建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑物本身的各种特性，还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计，并对结构内部的各个要点进行可靠设计，以最大化地满足超高层建筑的优势发挥。

一、超高层建筑结构的特点

首先我国超高层建筑占地面积较小，甚至在实际建筑可以在市中心区域进行选址施工，有效的减少了传统建筑中浪费土地面积的情况，且建造用的时间较少，在超高层建筑中可以通过横竖向安排让人口集中，有效的沟通交流，提升工作的质量。当前我国建筑工程已达到一定层次和高度，在对超高层建筑进行设计时，首先要重视设备和电气的使用，相关设计师要结合建筑预定的目标和功能进行设计，如在设计建筑自身供暖和排水时，要根据建筑的高度和宽度对管道的压力选择良好的施工材料，提升其耐用性。在设计通风系统时，设计师要考虑风力设备对建筑内部造成的影响，如在风力增大时相关空气压力及热气压力也会发生一定变化，且这些变化会对之后计算散热量造成影响。最后设计师要重视消防系统，避免出现问题无法及时的控制，且对供水系统要根据楼层的布局合理的进行设计，避免对之后对结构分析造成影响。现如今，在对超高层建筑结构设计时，应该确保建筑结构的安全性，并在设计时对建筑的宽、高、长等严格的规划，避免在受到巨大自然灾害时对建筑侧向力造成影响，其次要重视建筑的立面和平面的对称，减少建筑结构出现薄弱点，当受到外力侵袭时造成不可逆的后果。最后对于一些地质较深的地方，相关设计人员应制定问题方案，保证在之后施工过程中能对一些自然沉降造成的建筑变形进行处理，确保施工的安全性和标准性。

二、我国超高层建筑结构发展对策

（一）超高层建筑的扭转效应的控制

首先，抗侧力结构均匀对称布置：超高层抗侧力结构设计的基本原则是均匀、对称、分散受力。做好扭转效应控制要确保结构质量中心和刚度中心尽可能靠近，如果距离较大，则超高层建筑的抗侧力结构分布不均，会严重影响超高层建筑的抗震性能。其次，确保平面刚度均匀：超高层建筑在地震中扭转破坏的严重程度取决于建筑结构的平面刚度是否均匀。实际设计中，平面刚度是否均匀布置与剪力墙的布置有关，因此结构工程师要充分考虑各种因素，合理的布置剪力墙。另外，抗扭刚度的提升：力学原理表明，建筑结构离质心越远，抗扭刚度就越差。因此应当布置刚度较大的抗侧力构件如剪力墙，提升超高层建筑的抗扭刚度。

（二）钢混、框架及巨型结构

钢混结构体系通俗来说就是由混凝土结构和刚结构融合组成的钢筋混凝土结构体系，其最常见的组合就是钢筋混凝土外框筒组合、钢筋混凝土核心筒组合、剪力墙钢框架结构、剪力墙钢框架结构及钢筋混凝土核心筒融合组合体系，且以上几种结构可以有效地提升竖向上、抗水平的能力。对框架结构来说其主要是在一个固定平面内将竖柱和横梁的水平面连接起来，形成一种新的体系，且这种组合布置结构较为灵活，大多属于杆系结构，多用于建筑面的内外墙，适合一些楼层较低的医院、酒店和学校办公楼等。最后对框架结构来说，顾名思义就是由很多个大型的竖向支撑结构及梁式楼层融合形成的一个大型框架结构，最著名的代表建筑就是广东的亚洲大酒店。

（三）简筒结构

超高层建筑施工中。核心筒通常先行施工，因此该部分施工最为关键且困难。首先需解决高空作业面及防护问题，其次还需解决人员运输、材料运输和堆放、混凝土泵送、塔吊附着爬升等问题。核心筒施工进度决定了后续几条流水线的对应进度。对于高空作业面的问题，核心筒在施工过程中往往会依托专用模架系统，模架系统需具备稳定，自爬升、轻便（核心筒剪力墙受力）等特点，同时需集成堆料平台、混凝土布料机、大模板系统，使施工人员能安全、便捷地在该模架内进行钢筋绑扎、模板安装及混凝土浇筑工作。对于人员运输的问题，需先行在核心筒内设置筒内电梯，电梯通往模架平台，解决在筒内楼梯和走道板未形成时，人员的运输问题。塔吊可采用外挂式塔吊，塔吊附着于核心筒侧壁剪力墙，可随模架系统爬升实现自爬升，用于材料的垂直运输。核心筒超高层混凝土泵送主要选用高强度泵管（强度较高）及底部加压泵送机，泵管与模架系统内的布料机相连接，混凝土浇筑完成后，先将最上部泵管脱开，待模架爬升完成后，混凝土浇筑前再进行连接。

（四）科学设置嵌固端

选取嵌固端设置位置时，需要从有效埋深基础顶面及顶面两部分进行选取。嵌固端选取位置高于顶面时，需要保证嵌固端与埋深位置一致，并控制好与室外地面的高度差。嵌固端选取位置的先决条件，就是需要该部位具备较高的强度和承载能力，能有效避免柱塑性铰下移。超高层建筑地下室嵌固端应设置在地下室顶板上，且顶板厚度≥16cm，且保证顶板具有较好的抗弯刚度，顶板设计不能留有孔洞，保证顶板结构的整体性。

（五）减隔震设计应用

在抗震结构设计过程中，传统方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来实现，这也是目前结构抗震设计的主要模式，但是随着科技的进步，对于一些对抗震安全性和使用功能有较高要求的建筑，还可采用隔震和消能减震设计。在建筑物的基础部位进行隔震支座的设计，可有效地延长结构的自振周期，减少结构的水平地震作用。大量的试验和国内外的工程经验表明：采用了隔震技术的结构，水平地震加速度降低了60%，极大地提高了结构的地震安全性。

三、结语

综上所述，超高层建筑越来越多，科学合理的结构设计也成为结构工程师的重点工作内容之一。超高层结构设计要综合考虑多方面的因素，从结构计算到相关影响因素分析，做好结构设计工作，切实保证超高层建筑结构体系的质量安全。