李波
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摘要：当前，我国经济快速发展，建筑业迎来了春天，超高层建筑不断涌现，超高层建筑在我国现代建筑中越来越多。同时，超高层建筑的设计也发生了很大的变化。超高层建筑的结构设计是现代高层建筑的核心。然而，我国超高层建筑的结构设计仍存在诸多问题。因此，研究超高层建筑结构设计的关键问题具有重要意义。本文介绍了高层建筑结构的特点，阐述了超高层建筑结构体系的选择原则，提出了高层建筑结构设计中存在的问题和对策，希望能起到引玉作用。
关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题
1超高层建筑结构的特点
超高层建筑设计的关键和核心内容是通过抵制侧构件来提高整体结构的延展性，因为在设计超高层建筑的过程中，要充分考虑建筑各方面的负荷，不仅仅是水平方向。承受能力、竖向承载力也要考虑，超升结构主要考虑阻力水平力。在当今日益增多的超高层建筑中，确保整个建筑的舒适性得到提高是非常重要的。只有做好结构方案，才能有效保证建筑的舒适性。因此，在设计过程中，必须充分选择各种类型的结构方案，并在此基础上进一步优化方案，并在尽可能满足建筑功能和建筑效果的前提下，考虑结构安全和经济的合理性。
2超高层建筑结构体系的选择
2.1超高层结构体系分类
由于超高层建筑的结构体系不同，超高层建筑的设计主要可以包括混凝土设计、钢结构和钢结构设计、钢筋混凝土结构设计等。目前我国的超高层建筑大多为钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构主要包括框架结构、剪力墙结构、延臂结构和悬架结构。
2.2超高层建筑体系选用原则
超高层建筑一般是按照建筑使用功能要求、建筑高度不同以及建筑抗震防水、防火和经济、可靠、合理、安全的设计原则，将超高层建筑结构体系分为框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系、框-筒结构体系、束筒结构体系以及筒中筒结构体系。在超高层建筑结构设计中主要采用钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和全钢结构。目前，钢筋混凝土结构是我国超高层建筑的主要应用材料。在进行超高层建筑结构体系的选用时，首要考虑其安全及经济性，其次要依据超高层建筑的高度和施工环境来选择，同时要求超高层建筑的结构应具有较强的承压能力。
2.3超高层建筑结构体系的选择
框架结构体系，框架结构是指利用梁柱组成纵横两个方向的框架结构体系，它可以同时承受水平荷载和垂直荷载。主要的优点是建筑平面布置较为灵活，有较大的建筑空间，并且建筑立面处理比较方便，被广泛的应用于超高层建筑中。但是这种结构也有一定的缺点，就是横向刚度较小，当楼层层数较高时就容易发生侧移，易造成非结构性构件破坏而影响使用。（2）剪力墙结构体系，是指钢筋混凝土构成的承重体系，剪力墙又被称为抗风墙或抗震墙。剪刀墙结构的优点是整体结构性较好，刚度大，在水平方向的荷载作用下不宜变形，承载力也毋庸置疑，并且房间内无梁柱外露，较为美观。此结构在高层建筑中被大量运用，其缺点就是剪力墙不能被轻易的破坏或拆除，不利于形成大的空间。（3）框架-剪力墙结构，毫无疑问这种结构就是将框架结合和剪力墙结构的长处集于一体，在此情况下超高层建筑的结构不仅满足了建筑布局的灵活性，而且增强了超高层建筑的抗震能力，可以满足不同建筑功能的需求，但是剪力墙过多则会影响建筑的经济性和使用性能，过少则会增大建筑物侧墙的压力而出现变形的现象。
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(1) 3超高层建筑结构设计的问题分析及对策
3.1扭转问题
在超高层建筑结构中，容易出现扭曲问题。这个问题如果设计时不处理，很容易影响整个超高层建筑的结构。超高层建筑建筑设计的核心是建筑的几何中心、刚性中心和高层建筑的结构重心。这三个部分共同构成了建筑的核心。然而，在具体的设计过程中，许多设计师会忽略建筑物的几何中心、刚性中心和重心的重叠，从而造成应力引起的扭力问题。当结构为扭力时，易在承受较大力的垂直构件边缘发生脆性损伤，并在水平力，特别是地震力的作用下，首先进入破坏状态。设计时，必须采取有效的加固措施，提高结构的扭转刚度。
为了控制结构的扭转，采用整体调整结构方案就是使结构的平面尽可能有规律，使建筑的刚性中心和重心尽可能地重叠，从而降低了结构的相对离心率。例如，通过调整建筑物周围侧力构件的位置，提高了结构的扭转效应。
有时，截面的单一增加和构件的刚度并不能改善扭转效应。在大型地震的作用下，由于构件进入非弹性阶段，刚度较大的构件承受更多的地震剪力，这些构件也会导致脆性损伤。对于扭转位移较大的构件，应使用混合结构构件提高构件的延性，以提高结构的安全性能。
3.2超高的问题
由于我国超高层建筑抗震能力的相对要求，我国超高层建筑的结构高度也有严格的规定。因此，在超高层建筑的结构设计过程中，建筑设计师会忽略建筑物因结构类型的更换而存在的超高层问题，导致结构施工图纸无法被审查。对超高层建筑的结构设计方案进行重新设计和审查，是解决超高层结构设计问题的必要措施。
3.3受力性能的问题
承受力的问题在超高层建筑结构设计过程中也是一个比较常见的问题，因为在建筑结构设计的过程中设计师考虑更多的是建筑的空间结构，对建筑具体的结构特征没有过多的考虑，因此就会造成建筑承受力性能比较差。如果建筑物的承受力比较的差就会很容易发生一些意外事故，或者是因为一些外界的天气环境问题导致建筑物有所损坏。因此在建筑设计的过程中应该充分的考虑建筑物的向下作用力和建筑物的承受力，然后对设计方案进行不断的优化和完善，减少一些建筑承受力的问题，这样也能够大大的提高超高层建筑的质量。对建筑物中的每个承重柱子和承重墙都要进行细致准确的统计，然后再观看平面设计图，保证承重分布的合理性。
超高层的结构在分析时应选用符合实际工作情况的计算简图来分析，利用空间分析方法进行整体分析，且采用2个不同力学模型的计算软件进行复核。
3.4基础设计
在对超高层建筑结构进行设计的过程中需要对基础的结构进行科学合理的设计，因为只有保证了最基础的设计才能够顺利进行后续的建设，对于建筑物埋入地下的深度要做出科学合理的设计，这样才能保证超高层建筑物不出现倾斜的现象，这些问题的设计都是最基础的设计。俗话说经济基础决定上层建筑，但是在超高层建筑建设的过程中基础设计决定了超高层建筑的建设。
超高层建筑结构的基础有效埋深，应根据地质情况、结构高度以及荷载分布情况综合考虑，从而选择经济、合理的基础方案。超高层建筑一般均设置多层地下室，确保结构基础嵌固端的刚度，避免在水平力作用下地基基础产生较大的水平位移影响结构稳定。
结束语
总而言之，随着超高层建筑数量的逐渐增多，其安全性也受到了越来越多的重视。超高层建筑结构设计的合理性与其质量有着直接的关系，以此，设计师应当要在明确超高层建筑特点以及可能会使用到的结构体系类型的基础上，对设计中的关键环节进行分析，选择合适的抗侧力结构体系，避免超高问题的出现，同时也要加强重力荷载以及地震荷载的计算，保证结构的稳定性，提高结构的抗震性能，进而提高超高层建筑的整体质量。
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[4]杨毅.浅谈高层建筑结构设计的问题与思考[J].工程结构，2018，33（6）：166~167.
论文作者:李波
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第18期
论文发表时间:2019/3/26
标签：高层建筑论文; 结构论文; 建筑论文; 结构设计论文; 体系论文; 构件论文; 建筑物论文; 《建筑细部》2018年第18期论文;