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摘要：随着建筑行业的发展，人口数量的逐渐增加，建筑行业的发展，逐渐走向了高层，它的有事在于占地面积小，容纳的人数多，房屋的利用率也高。高层建筑遍布各个地区，超高层建筑也逐渐崛起。超高层建筑中，对建筑结构的设计与分析非常重要，在实际的工作中往往存在一些问题，对超高层建筑有一定的影响。本文以北京某地区的超高层建筑为例，对结构设计中存在的问题，并提出相应的解决措施。
关键词：超高层建筑；建筑设计；设计问题；解决措施
在我国建筑行业已经得到了非常快的发展，也取得了比较好的业绩，提高了人们的生活质量，在改善生活环境方面也起到非常重要的作用。随着人们生活水平的提升，对建筑的要求不断提高，对家住结构的要求也在逐渐提升，特别是超高层建筑结构的要求，难度等多方面都在逐渐加大，实际进行结构设计的过程中，会存在很多问题，寻求最好的解决方案，才能保证超高层的建筑能够为人们的生活提供最大的便利[1]。
一、北京地区某超高层建筑简介
（一）工程概况
位于北京市某区项目，属于超高层，工程项目为双子塔，包括4层裙房以及3层地下车库，其中A座超高层为办公与商业，塔楼以及附近建筑面积为17万平方米。地上57层，建筑总高度为270米。1-4层为商业层，层高5.1米。5-57层为办公，层高为4.2米，塔楼平面西南角从16层开始有大的建筑切角，角柱无法贯通。地下室三层为机房车库，基础埋深为19m，设计为甲级。工程效果图和剖面图与典型结构平面图见图1。工程设计的基准为50年，结构安全为二级，抗震强度为的8度。设计基本地震加速为0.2g。设计地震分组为的一组，场地类别为Ⅲ累，场地特征周期为0.45，抗震类别为丙类。所有设计都按照《建筑结构荷载规范》确定相关取值[2]。
图1 结构与剖面图
（二）项目的结构体系
整体结构中：塔楼采用钢管混凝土框架+伸臂桁架+型钢混凝土筒体混合结构体系。其中内筒采用型钢混凝土核心筒。边墙厚度随墙体厚度和楼层增加不断向内收进。核心筒外部变化范围在1250-600mm。内墙体厚度变化范围是800-400mm。核心筒承载很大比例荷载，其抗震取特一级。外围框架采用混凝土柱与H型钢梁组成钢管混凝土框架，柱间距离为10.5m，形成稀柱框架。外围框架为圆钢管截面尺寸自下而上变化范围是1700-1300mm。抗震为特一级。外围H型钢梁，形成结构侧力第二道防线。
核心筒面积占楼层面积比例小。且外围框架比较大，结构抗侧刚度难以满足高超高层要求。所以设计两道水平伸臂来增强侧刚度。伸臂桁架贯通核心筒。与外框直接链接，保证各个侧面外框连接受力均匀，减小加强层上下楼板翘曲降低平面内应力。设计伸臂桁架的同时在建筑的15.29.44层都设计腰桁架。具体见图2.
图2 伸臂桁架与外框体系
楼板梁采用钢梁，通过抗剪栓与楼板相连。组个楼板系统平面内侧刚度大，将塔楼和外钢架链接为一体，在塔楼城外水平荷载的时候，横沟很好的协调核心筒，使外框架与核心筒受力，避免两种结构变形。
二、结构设计存在的问题
（一）塔楼超限情况
塔楼结构高度为248.5米，高规中要求最大适合高度为150m，超出高限。利用软件计算显示伸臂桁架加强层，机构数值抗剪力承载比43层比44层：68：100，28层比29层为67：100，小于规定范围的70：100，结构属于竖向不规则结构。塔楼弹性设计中，结构底部剪重比为2.38：100，低于高规中2.4：100的限值。属于高度超限，竖向不规则复杂超限结构。
（二）设计中存在的问题
在上图中，可以看到立面造型中存在大切角，导致结构外框角柱竖向不贯通，为保证竖向传力的连贯性，需要采取措施，才能不导致结构出现刚度突发性变化。结构外属于典型的稀柱框架，底部几层层高大，框架二道防线存在弊端，要进行加固，保证结构整体的安全[3]。
三、针对上述问题采用的措施
（一）关于塔楼的问题
在塔楼问题方面，建议采用带加强层的混合结构。由于超限很多，鉴于工程比较复杂，对结构的延性要求非常高，超高层中结构地震作用大，较小的结构对降低地震作用效果明显，钢和混凝土混合的结构抗震性延展性强，强度也很高，构建自重比较轻，截面小。且刚度大，对控制结构位移和舒适度比较有用。在建筑的29和44层设置伸臂桁架，增加外框承担力矩，减少内核心力矩。有效增大结构抗侧刚度。
（二）关于核心筒的延性
在本结构中，核心筒的承载很大的水平和竖向的荷载。（1）作为整体结构的第一道防线，承载力延行对整个结构的安全性非常重要，为了加上核心筒的延性，可以采取以下措施：严格控制核心筒墙体轴压比，在底部加强区设置型钢暗梁，提高墙体延性，并控制中震核心筒混凝土偏拉作用下拉应力，避免发生开裂。（2）提高墙体约束边缘构建设置范围，约束边缘构建延伸轴压比要在小于0.25的高度，结合审查意见在四周设置约束边缘构建。（3）按照大震不屈的原理控制受剪力墙截面，避免核心墙体大震发生切脆行破坏。（4）核心筒周围设置连梁采用双连梁，提高连梁橙承载能力，避免出现小跨高比，导致剪力墙被破坏。
（三）增强外框架二道防线的抗震能力
结合外框架的重要性和延性要求，外框架采用抗震性能比较好的圆光管混凝土柱。结构外框架柱距达到10.5m，底部4层外框架分担地震剪力占结构总剪力的比值4%-6%。外框架抗震承载能力比较弱，为了提高几抗震承载力，在塔楼底部地下一层设置BRB支撑。外框架也同样设置BRB支撑，增强外框架二道防线的抗震能力，底部4层外框架承载分担地震剪力比值要提高到20%以上，才能满足高规的要求。上下结构楼层外框架与外框架刚接，外框架分担在地震剪力占底部剪力8%-14%。为保证二道防线具有一定的抗震能力，也需要对其进行控制，去外框架所分担的地震剪力最大值1.5倍进中的较大值进行调整。
结束语
本文对相关设计内容进行分析，在实际的工作中，在超高层的建筑结构设计中，严格按照结构规则设计。要求建筑结构设计人员，要多学习相关规定，严格按照国家的相关规定设计。对新出的规定要进行适当的分析，避免设计不符合要求，导致设计返工，影响了最终的施工进程。建筑超高等的结构设计涉及的内容非常多，选取合理的设计方案对于每个设计师来说，都很重要。国内出台了很多超高层建筑设计的要求，相关设计人员，要结合设计规定，重点分析设计要求，才能避免建筑结构设计中存在的问题。设计人员在把握相关要求的同时，对自己也是一个很大的提升，对提升建筑的经济效益也有一定的指导意义。
参考文献：
[1]宋炎.探讨钢结构在建筑结构设计中存在的问题及解决措施[J].现代物业（中旬刊），2018（12）：79.
[2]张光洁.论民用建筑结构设计的问题及解决措施[J].中国标准化，2018（22）：63-64.
[3]马伟建，唐梦聪.探析建筑结构设计中的安全问题及解决对策[J].现代物业（中旬刊），2018（11）：7.
论文作者:林建斌
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：结构论文; 框架论文; 塔楼论文; 核心论文; 剪力论文; 桁架论文; 结构设计论文; 《建筑细部》2019年第12期论文;