1、对超高层建筑结构设计技术要点的探讨 【摘要】：由于现今的土地资源日益紧张，怎样更好的、最大限度的增大土地利用率、减少土地浪费成为我国建筑业首要考虑的问题。本文就超高层建筑结构设计特点和设计要点做简单的探讨。 【关键词】：超高层；结构设计；特点；要点 中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号： 引言 超高层建筑的建造，其所以如此之快，除了有的城市为了有一个高大的形象建筑之外，主要还是超高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。也尽管建造超高层需要的费用比一般高层建筑高出很多，但在我国的城市建设中，随着日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑以更快的速度发展。
2、 一、超高层建筑设计的特点 1、超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证遇到火灾时人员疏散的安全。由于机电设备使用的要求，还需要设置设备层。一般超高层建筑是两者兼而使用，而对于更高的多功能使用的超高层建筑，它不只每15层设一个避难层兼设备层即可，还需要设有机电设备层。对于这些安放有设备的楼层设计除考虑实际的荷载之外，更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响。 2、超高层建筑的平面形状多为方形或近似，对于矩形平面其长宽比也是在2以内，尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。 3、超高层建筑的基础形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面为框架-核心
3、筒或筒中筒，基本没有一般高层建筑中所采用的梁板筏基。同时，由于基底压力大要求地基承载力很高，除了基岩埋藏较浅可选择天然地基外，一般均采用桩基。 4、房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足风荷作用下舒适度要求，结构顶点最大加速度的控制满足相关规定要求。 二、超高层建筑结构设计要点 1、平面设计 从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震
4、作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。 在满足地下室车库层和底层架空或者底层商铺的前提下，遵循对称、均匀、周边、拐角的原则，在结构周边、拐角和核心筒等部位对落地剪力墙进行较合理布置，主体结构抗震等级为三级(低于140m)和二级(高于140m)。对结构薄弱部位如楼电梯周围，内庭院周围均设置了120mm厚楼板，采用双层双向拉通钢筋予以加强;对少量肢长受到限制的短肢剪力墙(墙肢长度墙厚 2、基础设计 超高层建筑一般多设二层或更多层的地下室，其基础的埋置深度均能满足稳定要求。而对于基岩埋藏较浅无法建造多层地下室不能满足埋置深度要求的，则可设置嵌岩锚杆来满足稳定要求。 （1
5、）天然地基基础。对于基底砌置在砂、卵石层的建筑，多是采用等厚板筏形基础。但也有工程采用箱形基础。 （2）桩基基础的设计。超高层建筑的桩基础，由于基底压力大，要求的单桩竖向承载力较高，因此，均采用大直径钻孔灌注桩或有条件的工程场地采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。桩端持力层的选择应考虑层厚较大和密实的砂、卵石层或中风化、微风化基岩，以减少桩端沉降变形。 3、核心筒外墙的连梁设计 核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，高规对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。高规规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，其正截面承载力计算时，已不
6、能按杆系考虑，也就是已不符合平截假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然高规对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。本工程核心筒外墙的连梁按高规要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。 4、转换层设计 高层建筑应保证大空间的需求的房间具有足够的刚度，从而防止转换层沿竖向的刚度变化过大，应建立严格的转换层上部和下部结构的侧向刚度比例。高层建筑的转换层抗震的结构设计中，转换层结构的侧向刚度不
7、小于上一层结构侧向高度的百分之七十，并且根据高层建筑的指数设计的规范要求。控制转换层结构的下部与上部的等效侧向刚度比宜接近于1。同时还应保证一定比例剪刀墙的落地，加大落地厚度，从而提高剪刀墙混凝土的强度等级，减小洞口的尺寸，从而尽量使纵横墙形成筒体。整体结构的分析过程，应对转换层的薄弱部位的楼板平面的变形对建筑结构受力的印象程度。并通过剪刀墙的布置方式的调整，从而使相应的结构与刚性相接近，避免了扭转，实现平面布置的规范。合理地加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率，按相关规定确保整体稳定和结构抗倾覆；同时，使用现浇钢筋混凝土楼板来达到增强结构整体性的目的。保证核心筒内部楼板厚为150mm，并
8、且是双层双向的配筋以及相关围护材料为新型轻质材料，从而有利于减小地震反应，减轻建筑自身重量。 5、电梯设计 超高层建筑内主要竖向交通由多部高速电梯承担着人的竖向动线运动。由于甲级办公楼行业规定，电梯等候时间和电梯的运输能力(5分钟内运送人员占总人数的比例：HC5)是另一个重要指标，对其产生直接影响的是电梯的速度、数量和载客人数。另外，电梯的数量和大小又直接影响着建筑面积的大小。 此外，超高层内按照高层民用建筑设计防火规范规定，还需布置消防电梯，电梯数量按照标准层单层面积决定。除了客运、消防关系着电梯的设计外，整栋建筑中的所有货运流线，也需通过建筑的竖向交通解决。因此，超高层建筑肩负着整栋建筑的
9、客运流线、货运流线、消防疏散三个重要的方面。 三、新技术的推广和应用 为执行国家建筑技术经济政策，积极推广建设部推广的建筑十大新技术，根据本工程的实际情况，在保证工程总造价不超出投资限额的情况下积极推广使用建筑新技术和新材料。 1、使用高强度钢筋。采用高强度钢筋，充分利用钢筋的抗拉性能，减少钢筋用量，减小构件配筋率，节约工程造价，总体经济效益明显。 2、竖向钢筋接驳采用埋弧对焊或机械连接，可保证钢筋的连接接头的质量。 3、采用高强和高性能混凝土。下部楼层柱及剪力墙混凝土强度等级采用C55；地下室底板、外侧墙及后浇带采用微膨胀抗渗混凝土，以增加混凝土的抗裂性能，取得较好的防水效果。 4、砌体采用
10、新型轻质墙砌体材料，减轻结构自重，减少地震作用，降低基础造价。 结语 超高层建筑自身特点大大增加了超高层建筑的不稳定因素，因此，不能将超高层建筑视为普通建筑的拉伸和重叠，以免影响到建筑的使用效果。在实际设计过程当中，要根据超高层建筑的特点开展相应施工环节的加强，减少安全隐患，确保超高层建筑整体质量，确保我国建筑行业的健康发展。 参考文献 【1】秦荣.高层与超高层建筑结构M.北京：科学出版社，2012. 【2】范跃虹，黄宗襄，林振声.超高层和大型公共建筑设计、施工与研究M.上海：同济大学出版社，2012. 【3】王有为，王清勤，叶青.超高层住宅建筑发展研究M.北京：中国建筑工业出版社，2012. 【4】周华海，蒋沧如. 带梁式转换层的高层建筑设计J. 山西建筑， 2012，(04) .第 6 页 共 6 页
