复杂高层与超高层建筑结构设计探析

王跃兴

【摘要】随着建筑事业的不断发展与城市化进程的不断加快，城市中出现了越来越多的复杂高层与超高层建筑，而对于这类建筑的结构设计一直都是一项重难点问题。本文首先分别介绍了复杂高层与超高层建筑的概念，然后结合实际对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行了分析，希望有助于促进我国复杂高层与超高层建筑结构设计水平的进步与发展。

【关键词】复杂高层建筑;超高层建筑;建筑结构;结构设计

建筑结构日益复杂、建筑高度日益增加是现代建筑的鲜明发展趋势，但复杂的建筑结构与更高的建筑高度，也给建筑结构设计带来了更大难度。如果复杂高层与超高层建筑结构设计不够科学与合理的话，那么将会给建筑埋下极大的质量安全隐患，乃至造成不可估计的损失与极其恶劣的社会影响。因此有必要加强对复杂高层与超高层建筑结构设计的研究。

1、复杂高层与超高层建筑的概念

1.1复杂高层建筑

复杂高层建筑是指平面和竖向不规则>2条的高层建筑，其中平面不规则主要包括凹凸不规则、扭转不规则、楼板局部不连续等，竖向不规则主要包括侧向刚度不规则、竖向构件承载力突变、竖向构件不连续等。

1.2超高层建筑

超高层建筑是指比普通高层建筑高度更高、层数更多的建筑，根据我国现阶段对超高层建筑的定义标准，楼层数>40层或建筑高度>100m的建筑物可视为超高层建筑。

2、复杂高层与超高层建筑结构设计要点

2.1地基基础设计

地基基础设计的科学性与合理性与否，直接决定着复杂高层与超高层建筑结构的稳定性与否，所以应当要重视地基基础的设计。在实践中，首先需做好设计前的地基勘察工作，包括勘察施工现场及周边区域内是否存在不良地质问题、是否存在老河道、是否存在地下设施、地层结构情况、各岩土层的施工性质、周边地下水文条件、抗震及设防区域内的土壤种类和场地类型等;其次需合理进行地基基础埋深计算，在计算时一要充分考虑到建筑用途、基础构造和形式、地下设施情况等，二要充分考虑到地基承受的荷载类型与大小，三要充分考虑到现场地质和水文等条件，四要充分考虑到周边建筑物的基础埋深度，五要充分考虑到地基土是否存在不良状况或不良影响;再次需合理进行地基稳定性计算和地基承载力计算，在计算时应严格依据我国《基础设计规范GB50007-2011》中的相关内容，并采取科学的计算方法;最后需合理进行地基变形计算，在计算时应严格依据我国《基础设计规范GB50007-2011》中的相关内容，并充分考虑到地基沉降量及沉降差、地基倾斜及局部倾斜等问题。例如，当复杂高层与超高层建筑遇到了软地基时，多会采用桩箱、桩筏等基础;当深层岩基深入地下不足100m时，多会利用地下连续墙来加强地基;当岩基较浅时，多会通过增设混凝土桩基的方式来增强基础支撑。

2.2结构抗侧力设计

在复杂高层与超高层建筑结构设计中，需充分考虑到各层不同结构抗侧力体系的不同作用，根据实际作用进行优化设计。通过合理的结构抗侧力设计，不但能保障建筑结构的稳定性与安全性，并且还能够将结构中的不同抗侧力构件融合形成一个整体。常见的结构抗侧力体系主要有4种：①框架结构体系：由梁+柱构成的框架来承受建筑大部分荷载，自重轻、用材少、刚度强、整体性好、空间分隔灵活、易于标准化和定型化，经合理设置斜撑和矩形框架等后，可用于低烈度区的复杂高层与超高层建筑;②剪力墙结构体系：充分利用隔墙的竖向与水平承载力，几何特征和受力形态独特，厚度较小、高度与宽度较大，外形美观、承载力大、刚度强、用钢量少，以及可承受较强的建筑重力荷载、可抵抗风荷载与地震作用、可同时承受双向力的作用，缺点是空间布置不够灵活，多用于复杂高层与超高层住宅、公寓建筑中;③框架-剪力墙结构体系：兼具框架结构体系与剪力墙结构体系的特点和优势，刚度适宜、稳定性强、抗震性能好、空间布置较灵活，在低烈度区的复杂高层与超高层建筑中应用较广泛;④核心筒结构体系：外围由梁+柱构成框架、中间由电梯井等作为筒体，抗侧力性能佳，有时需另设伸臂桁架与环带桁架来增强结构刚度、满足变形要求，在复杂高层与超高层建筑中应用十分广泛。在实践中，应当要根据复杂高层与超高层建筑的实际情况，合理进行结构抗侧力体系的选择。

2.3结构抗震设计

复杂高层与超高层建筑由于建筑高度高、层数多、结构复杂以及人群密度大，所以当遇到地震灾害时，受到的威胁极大，而若想最大限度地减轻地震作用对建筑结构的破坏及保护人们的人身财产安全，必须要进行科学的结构抗震设计。在实践中，首先需结合实际情况和相关规范合理确定建筑的抗震设防类别，例如有的复杂高层与超高层建筑塔楼1-5层的抗震设防类别为乙类、6层及以上楼层的抗震设防类别为丙类;其次需合理确定抗震性能化设计参数，包括抗震设防烈度、地震动放大系数、小震地震影响系数、水平地震影响系数、罕遇地震影响系数等等，均需按照相关规范取值;再次需合理确定抗震性能目标，复杂高层与超高层建筑结构构件主要分为三类，分别是普通竖向构件（如裙房高度的框架柱、非底部加强区的剪力墙）、关键构件（如底部加强区的剪力墙）、耗能构件（如剪力墙连梁、框架梁），应先对其抗震设防类别、震后损失、震后修复难度、成本等问题进行综合考虑后，再确定抗震性能目标;最后还需进行准确的抗震性能分析和验算，包括动力弹塑性分析和验算、基底剪力分析和验算、弹塑性层间位移角分析和验算以及连梁、剪力墙的非线性分析和驗算等，注意在多遇地震作用下的结构抗震性能分析和验算中需采用弹性反应谱分析法和时程分析法、在设防地震作用下的结构抗震性能分析和验算中需采用弹性反应谱分析法、在罕遇地震作用下的结构抗震性能分析和验算中需采用弹塑性时程分析法。

2.4幕墙体系设计

复杂高层与超高层建筑中常用的幕墙体系有：金属幕墙、石材幕墙、玻璃幕墙等。其中玻璃幕墙的应用范围最为广泛，因为玻璃幕墙可以增强建筑采光效果、完善结构整体设计、增强结构可靠性、提高建筑节能效果等。为了进一步优化玻璃幕墙的整体性能，可优先选用新型节能玻璃和中空玻璃。另外在幕墙龙骨的安装中，通常需要进行后锚固，以确保外边梁高度满足相关要求。

结语：

综上所述，复杂高层与超高层建筑均是现代化城市中的常见建筑类型，它们的共同特点是都对建筑结构设计要求很高，因为建筑结构设计关系着建筑质量与安全。在复杂高层与超高层建筑结构设计的实践中，重点应关注地基基础设计、结构抗侧力设计、结构抗震设计以及幕墙体系设计等问题。

参考文献：

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