复杂高层与超高层建筑结构设计要点探究

复杂高层与超高层建筑结构设计要点探究

李甫 1 丁立群 2

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摘要：随着中国经济市场的不断发展，对复杂高层和超高层建筑项目的需求逐渐增加。其中，结构设计是保证建筑安全、合理、经济的主要因素。然而，目前我国复杂高层和超高层建筑的设计仍存在一些有待解决的问题，需要进一步分析并找出对策。

关键词：复杂高层；超高层建筑；结构设计；要点

一、复杂高层与超高层建筑结构设计概述

为保证我国高层建筑结构设计的安全性和经济性，我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称抗规）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3--2010）[21（以下简称高层混凝土规程）和《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-98）（以下简称高钢规）均对高层建筑的适用高度、结构平面布置和结构竖向布置的规则性提出了明确要求。但是，随着社会经济的发展、计算分析手段的完善、结构材料性能的提高、加工工艺的进步和施工技术水平的提升，在建设单位和建筑师对建筑效果新、奇、特，以及部分地区对建筑物高度的追求下，造型突破传统、高度超限的大量复杂高层建筑纷呈出现。结构复杂性主要体现在三大方面：高度超限、结构平面布置不规则、结构竖向布置不规则。国内部分高度超限的复杂高层建筑有上海中心大厦、深圳平安国际金融中心、天津高银117大厦、广州东塔周大福中心的结构高度分别达到580、588、597和518m。结构平面与竖向严重不规则的高层建筑中，CCTV新址主楼和法门寺合十舍利塔最具代表性。

二、复杂高层与超高层建筑设计的考虑因素

（一）结构方案与结构类型

建筑物的结构方案是其设计的基本框架，也是该建筑物设计工作的第一步，对于复杂高层和超高层建筑来说，结构方案和结构类型更是其质量的保证。建筑物的舒适度和抗震能力等都是围绕这个基本框架进行的，如果第一步做错的话，在后面的步骤才发现错误，就需要将整个设计方案推翻重做，造成不必要的浪费，如果在施工过程中才发现不合理，不但会影响工程如约按期完成交工，而且会给设计者造成直接的经济损失。因此，在考虑复杂高层与超高层建筑的设计时，首先必须选择合理的结构方案。

（二）结构舒适度

复杂高层与超高层建筑由于建筑高度较高，所以在建筑结构上相对来说更不容易保持一定的安全性，该类型建筑的结构与一般建筑相比更为柔软，一般来说结构柔软的建筑物的结构舒适度会差一些，因此在复杂高层与超高层建筑设计中还要考虑舒适度这个因素。舒适度分析按建筑结构不同一般分为两种，一种是混凝土结构的建筑物，另一种是混合或钢结构的建筑物，这两种不同结构的建筑物对阻尼比的要求也不相同，前者要求在0.05，后者则是0.01-0.02。或者按照建筑使用功能不同进行舒适度分析，各种不同建筑功能的建筑物之间的水平振动指标限值不同，例如公寓型住宅建筑的水平振动指标区间要求与公共类建筑不同。因此，对于不同建筑功能的建筑物要根据其不同用途进行设计，可以在一定程度上提高该建筑物的结构舒适度。

（三）抗震设防烈度

复杂高层与超高层建筑和一般建筑相比有一个明显的区别，就是建筑高度比其他建筑更高。与此相对的，复杂高层与超高层建筑对建筑地区的抗震设防烈度的要求也比较高。按照现有的复杂高层与超高层建筑设计经验，建筑高度超过100m的建筑物的具体高度与该地区的抗震设防烈度有很大关系。建筑设计行业不成文的规定一般认为，抗震设防烈度在6度及以下的地区可以建造复杂高层与超高层建筑，抗震设防烈度在6-8度的地区可以建造高度不超过300m的复杂高层与超高层建筑，抗震设防烈度在8度以上的地区不适合建造复杂高层与超高层建筑。

三、复杂高层和超高层建筑结构设计要点

（一）计算负载

1.风荷载计算

随着建筑高度的增加，风荷载对建筑结构稳定性的影响越来越明显。在风荷载研究中，结构构件的承载力通常由重现期为100年的风荷载设计，由重现期为50年的风荷载控制，对高度大于等于200m的建筑物进行风洞试验。在计算风荷载的过程中，需要根据高层和超高层建筑的相应设计标准，结合当地历史风变化数据进行研究，掌握风荷载的波动范围，在设计过程中充分考虑风荷载余量对建筑结构的影响，以保证建筑结构能够完全适应当地的风荷载要求，保证建筑结构的稳定性。

2.地震荷载计算

地震荷载是荷载研究的核心内容，也是复杂高层和超高层建筑结构设计的基本内容之一。一般来说，如果复杂高层和超高层建筑的自振周期为6.0-9.0s，建筑结构设计的地震荷载影响系数约为6.0s，则在研究地震荷载问题时，需要将地震荷载影响系数设计在6.0-10.0s的范围内，并在此基础上进行数据计算。

(二)抗震设计

1.塌陷等级研究

在分析倒塌等级的过程中，应注意以下问题：(1)在研究建筑物延性结构构件的过程中，需要规定构件的非弹性变形小于弹性变形能力；(2)针对建筑结构中的一些非延性构件，要充分考虑破坏模式的受力特点和要求，重视相关技术内容的研究；(3)在建筑结构设计过程中，应保证建筑结构具有良好的稳定性和至少中等的抗震能力，即使在中等地震的影响下，仍能保证建筑结构的弹性。

2.使用水平研究对于重现期为50年的地震，此时对建筑结构的破坏可以忽略不计，但在相应的结构设计分析中，需要对其弹性响应状态进行相应的研究，以便获得与建筑相关的更全面的信息。

四.结束语

综上所述，在复杂高层和超高层建筑的结构设计过程中，不断提高设计质量和专业水平是非常关键的；它不仅可以为用户提供安全舒适的建筑环境，还可以提高建设项目的经济效益和社会效益。因此，在复杂高层和超高层建筑的设计过程中，应准确把握结构设计的要点。

参考文献：

[1]冯福雄，李新磊.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J].建筑与装饰，2019，000（001）：33-34.

[2]田少华.复杂高层与超高层建筑结构设计要点研究[J].工程技术研究，2019（13）.

[3]吴开磊.超限高层建筑结构设计中相关要点探究[J].住宅与房地产，2019（15）.