摘要：超限高层结构是众多复杂建筑结构中的一种，在对其进行设计时，对设计人员的专业素质要求较高。当前的建筑设计不仅仅重视建筑 的结构稳固性及其他性能的设计，同时也重视建筑外观的设计。超限高层结构的设计在近年来受到广泛关注，要认清其与传统建筑结构设计 的差异，形成高质量的设计方案。本文在分析超限高层结构的设计过程时，借助相关的工程案例，并对实际的超限高层结构设计要点进行了 全面和深入的分析。
关键词：超限高层；建筑结构；结构设计
1.引言
城市现代化的推进为建筑行业的发展提供了助力，不仅仅体现在城市对建筑需求的增多上，同时还体现在为建筑行业提供了更多先进的施工 设备和施工技术，而在这种社会背景下，建筑类型也逐渐多样化。在我国当前的建筑结构体系中，对超限高层结构进行了专业的界定，即超 过B 级高度建筑180 米的最大适用高度的高层建筑。超限高层建筑结构设计难度较大，需要把握住其基本特征和建筑使用时的质量要求，确 保设计方案科学、合理。
2 超限高层建筑结构的设计要点
2.1 严格按照抗震性能要求进行抗震设计
抗震设计是超限高层建筑结构设计的重点，在设计过程中，设计人员首先要对建筑的抗震等级有所了解，并有针对性的制定小震、中震及大 震作用下的抗震设计方案，不断的优化超限高层建筑的抗震性能。在不同的抗震级别要求下，需要选用的抗震结构不同，涉及到的抗震技术 也不同。抗震设计过程中涉及到相关的计算环节，设计人员要与抗震设计的专业计算人员做好沟通，让计算人员了解抗震设计要求。常用的 计算分析方法有振型分解反应法或是弹性动力时程法，不同的地震等级对应不同的计算分析方法。若抗震设计的目标为大震，则要使用静力 弹塑性一Pushover 推覆分析及动力弹塑性分析法。而若抗震设计的目标是中震，则要使用弹性计算和结构构件屈服判断分析法。利用有针对 性的分析方法能够实现对各阶段抗震性能的满足。
而在对超限高层建筑进行分析时，要关注建筑结构的竖向荷载及风荷载，要确保选用规范的、高效的计算分析方法对抗震设计参数进行计算 。在设计过程中要时刻关注结构构件弹性是否符合标准要求，这是满足结构抵抗小震作用的基本要素。而在对超限高层建筑结构进行中震级 别的抗震设计时，设计人员在计算结构弹性时，要确定好各项系数，此时，设计人员需要将各个系数进行统一调整，包括荷载、材料及城市 承载力等，可将调整后的系数确定为1.0，同时要根据材料的强度来选取地震作用下内力的标准值，在确定内力标准值时，要确保组合构件的 强度和强度标准值计算的抗震承载力相比较小，在设计完成后，可以保障建筑结构拥有良好的抵抗中级地震冲击的性能。
在进行超限高层建筑结构的大震作用下的抗震设计时，主要应该借助静力弹塑性分析（Pushover）法，且要使用相应的软件，构建抗震结构 模型。在此基础上，要对模型进行处理，处理程序为接口程序BEPTA，主要对模型进行前处理和对结构进行动力弹塑性分析。在完成弹塑性分 析之后，设计人员可以了解到建筑构件的性能及建筑楼层剪力随高度的变化情况，下图1 展示的是上海某超限高层酒店结构楼层剪力随楼层 的变化情况，是该建筑抗震设计时需要关注的重点。超限高层建筑结构的抗震设计，一般需要进行超限审查，在审查过程中，要分析可能影 响建筑结构稳固性的因素，包括对风载、温差和混凝土徐变收缩等，要加强对这些因素的控制，尽量降低其对超限高层建筑结构的负面影响 。在确保各个性能良好的前提下，才能将超限高层结构投入使用。
图1 上海某超限高层酒店结构X向楼层剪力随楼层变化情况
2.2 考虑可能的风载作用控制并验算风作用下的舒适度
超限高层建筑结构和普通的高层建筑相比，其高度要高出很多，因此，在对超限高层建筑的抗震超限进行审查时，要在审查项目中增添对风 荷载作用的审查。风荷载对超限高层建筑结构稳固性的影响较大，必须作为考虑的重点。在分析风荷载时，设计人员要进行风洞试验，以得 出超高层建筑对相邻高层建筑可能产生的风力干扰，最主要的在于控制横风干扰。在计算风压值时，要同时对横风和顺风乘以放大系数1.3， 以确保得出精准的位移和强度参数。在准确的参数的指导下，可以对风载进行调整，加强对风载作用的控制，并做好验算，以保证超限高层 建筑在风载作用下的舒适度。
2.3 对温差效应进行科学分析
在分析超限高层建筑的温差效应时，要充分结合结构构件和刚度需求。在当前的超限高层建筑结构中，基本都采用竖向构件筒体，这种结构 构件具有较大的桩截面和刚度。大量的使用这种构件会使混凝土浇筑过程中的楼盖梁板在水平方向上温差变形产生相应的约束力，进一步引 发水平温差效应。混凝土终凝时的温差会影响结构性能，因此要深入的分析结构温差效应，尽量降低混凝土的温差变化对结构构件附加内力 的影响。
2.4 考虑混凝土徐变收缩对结构的影响
在超限高层建筑结构中，常用的建筑材料为混凝土和钢材，混凝土结构自身就具有收缩特征，而在超限高层建筑结构中，常出现钢结构上附 着混凝土的现象，经过长时间的使用，就会出现结构的徐变变形。作为超限高层建筑，其本身自重较大，所以当其出现续编变形时一般会累 积成较大的变形力，从而对结构构件产生强大的压力，当荷载超出其能够承受的范围时，就会出现严重的弹性变形。设计人员要意识到混凝 土结构的徐变收缩现象，要深入的对徐变收缩量进行分析，从而控制徐变收缩量的因素，分析其可能带来的危害，并制定相应的对策，保证 结构质量。
2.5 设置合理的框架剪力的分担率
在超限高层建筑结构中，存在双重侧立结构体系，即框架—剪力墙结构，框架—核心筒结构。在设计这种结构时，设计人员要对框架剪力的 分担率进行合理的设计。这种结构拥有多重防线，一般为两道防线，即剪力墙（筒体）和框架。超限高层建筑结构的框架很难满足大震的抗 震设计要求，此时，设计人员就要加强框架剪力结构设计，合理的分布框架分担的剪力大小，一般为下小上大。在设置框架部分的剪力值时 ，要尽量使其大于基底剪力的 10%，同时要适当的增大梁的高度和设置刚域，或者采取更为经济的放宽框筒结构的办法。
3案例分析
3.1工程概况
某超限高层属综合性商业性建筑，总面积26.5万m2，左、中、右段标高分别为：15.9、26.4、15.9m。该超限高层在结构设计上所用方案为： 基于抗震缝的设置划分建筑，将建筑上部细化为5个单体，同时将其与地下室顶板相互嵌固，细化后的单体结构，其受力更为简单均匀，且具 有优良的经济性。
3.2地基基础设计
该项目在抗震设计上可联系表1相关参数：
该超限高层场地土层分布均匀，无液化土层，以桩筏作为地基基础，其中抗拔为主，抗压为辅，桩基底板厚度为60cm，承台高度为120-150m ，以长螺旋钻孔压管桩位桩基形式，其中桩长为11m。
3.3上部结构设计
本工程在防开裂上采取以钢筋贯通地下室底板、顶板与侧墙的方式，同时在混凝土内增添抗裂纤维。对于楼板之间的强化则主要采取适当增 加楼板厚度的方式，此工程中楼板厚度可为130mm，一旦发生地震，双层双向钢筋会使钢筋过早屈服，区域梁配筋率得以提高，建筑结构整体 的安全性得以保证。
利用SATWE与MIDAS软件对结构构件进行比较。表2 为对比情况。
表2 SATEWE与MIDAS软件计算结果对比
从上表可见，两种软件结构分析结果所显现的误差皆在可控范围内，SATWE软件计算得出第一扭转周期与第一平均周期最大比值为0.75.根据 动力时程分析法对上述结果进行拓展计算，确定结构设计中的不足之处，基于此采取适当的强化稳固措施。
结合动力时程法可对建筑结构合理性进行检验，其与CQC进行对此得出表3相关数据。
表3 动力时程法与CQC的比较分析
从上表可见，通过动力时程法得出，X、Y向层间位移角＞CQC，所以此建筑结构体系设计合理。
结语
在设计超限高层建筑结构时，要关注主体结构设计。要想保障主体结构设计质量，必须同时做好抗震设计、风载处理等。在设计过程中，设 计人员要善于利用先进的设计软件，最好能实现对设计过程和建筑结构的模拟，从而清晰的发现结构设计过程中可能存在的问题，不断优化 设计方案。超限高层结构设计是当前建筑结构中的难点工作，相关人员必须加深研究，加强实践，不断提高超限高层结构的设计水平。
参考文献：
[1]王凯.探索超限高层建筑主次梁转换层结构的设计[J].建材与装饰，2018（18）.
[2]杜智刚.关于高层建筑结构抗震超限设计的探讨[J].建材与装饰，2018（17）.
[3]刘斌.某不规则超限高层基于性能的抗震设计与研究[D].南昌航空大学，2017.
论文作者:梁智泓
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/20
标签：建筑结构论文; 结构论文; 高层论文; 剪力论文; 结构设计论文; 构件论文; 建筑论文; 《基层建设》2018年第18期论文;