摘要：随着科技的发展，世界各地涌现出越来越多的超高层建筑，超高层建筑作为投资巨大的工程，其中结构造价所占比例较大，其造价受到其建筑体型、结构体系及结构材料的影响，同时还受到施工周期和施工方案等因素的侧面影响。通过对一些300米高度以上的超高建筑的结构及用钢量的初步统计和分析，帮助我们找到结构造价的平衡点，继而实施结构优化，从而让超高建筑更具经济性与安全性
关键词：超高层建筑结构；经济性；安全性
1、各种超高层建筑体型的安全性和经济性研究
1.1 高宽比型
在其它条件相同的情况下，超高建筑于风荷载作用下的建筑物基底倾覆力矩和建筑高度的平方成正比例，同时，其顶产的侧向位移和高度的四次方也成正比。超高层建筑的高宽比比普通建筑多出许多，其面临的最大问题便是抵抗水平力和侧移能力，因此，在超高层建筑的设计中，适当地增加宽度的方法能提高其安全性。
1.2 锥形化体型
锥形化体型的超高建筑，可通过截面在伸高过程中的收缩来降低风荷载作用下的漩涡脱落及横风向效果，同时提高结构抵抗水平力效率，从而有效地抵抗倾覆力矩和提升结构抗侧力的刚度。因此，锥形化体型的设计本身便具有抗风荷载力的安全性，属于具有较强安全性的设计，巴黎埃菲尔铁塔和上海东方明珠电视台都要是这样的结构，实现了建筑的美观性和安全性。
1.3 抗风体型
超过150m的建筑，都会受到风力的影响，因此，风荷载是超高层建筑主要的安全控制因素。在设计的过程中，可以采取“御风”体型或者“扭转”体型的设计来增加风荷载。
1.3.1 “御风”体型
可通过建筑物高区立面开设洞口的方式来降低迎风面面积，将有助于降低基底风荷载和倾覆力矩，从而提升建筑的安全性。上海环球金融中心和大连绿地中心便采取了这个设计方案。这种“开瓶器”造型的“御风”型的设计，有效地提升了超高建筑的安全性。
1.3.2 扭转体型
沿高度采取不断扭转的建筑体型有助于降低横风向引起的风荷载，同时还能降低涡洲脱落间的相关性和横风向动力响应。比如芝加哥螺旋塔便有效地令顶部加速度降低了80%；上海中心大厦的120°体型，有效地降低了60%的风荷载。而且这样的设计本身还能降低建筑结构的造价，上海中心大厦便合理地节省了6000万美元的结构造价。属于同时具有安全性和经济性的完美设计。
2、超高层建筑结构设计的经济性策略
2.1 合理使用计算简图
针对超高层建筑，在结构计算时，是以计算简图为基础，若计算简图选择不合理，必然会引起结构安全事故发生。因此，选择合理计算简图，是确保结构安全性、可靠性的重要保障。同时，还需采取构造措施，保证计算简图准确性。针对实际饥饿哦股节点，不会是单纯刚结点、绞结点，和计算简图误差，必须控制在允许范围内。可以说，超高层建筑结构设计，合理使用计算简图，是经济性保证的基础。
2.2 选择合理基础方案
在超高层进驻基础设计方面，需按照工程地质条件，结合荷载分布状况和上部结构类型，考虑施工条件、相邻建筑物影响等因素，明确合理性、经济性基础方案。在设计过程中，使地基潜力得以充分发挥。如有必要，需实施地基变形计算。在基础设计时，需具有详细、真实的地质勘查报告。若缺乏地质勘查报告，必须考察临近建筑和现场查看。一般而言，若为同一结构单位，不能选择两种不同类型设计。通过合理基础方案设计，确保建筑经济性。
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2.3 选择最佳结构方案
建筑结构方案，对超高层结构经济性具有严重影响。可以说，一个设计是否合理，必须选择经济、安全的结构方案，明确可行性结构体系，制定合理结构形式。在结构体系中，做到简捷传力和明确受力。针对同一结构单元，防止选择不同结构体系，以满足地震区的竖向、平面应力要求。同时，针对工程设计，需综合考虑施工条件、地质状况和材料供应因素，和建筑各方进行协调沟通，明确结构选型，合理制定结构方案。如有必要，需加强技术性、经济性对比，选择最佳结构方案。
3、 超高层建筑结构设计的安全性策略
3.1 合理应用规范，增强抗震设计
我国幅员辽阔，经济发展也极不平衡，设计人员应根据所在地区的具体环境、具体条件灵活的解决问题。尤其是安全规范，应该根据不同类型的建筑确定不同的标准，让其更加有针对性、科学性、合理性。必须要加强建筑工程结构的抗震设计，应该要将抗震设计放在首要位置。我国是一个多地震区，建筑工程抗震尤为重要。虽然地震的破坏力特别巨大，是最为 恶劣的自然灾害之一，但是通过加强建筑结构抗震性能，可以最大限度的减小损失，减小伤亡。因此，加强建筑结构的抗震性能对降低地震损害是一种有效的手段，对保护人们的生命安全是必要的。
3.2 改进安全检测技术
建筑工程安全检测是一项技术含量高而又极为复杂的工作。我国的建筑工程普遍存在渗漏、剥蚀、裂缝等质量通病，其中裂缝对建筑结构的安全影响最为严重。检测裂缝的方法主要有超声波法与声波跨孔法等。检测强度主要有回弹法，而该方法检测出来的结果往往只能反映结构物表面的强度，在安全检测中则一般是通过钻芯取样法，予以纠正。而对于结构内部缺陷的检测一般采用射线法与超声波法，但是这两种方法都有其各自的缺陷，超声波法要求两个被测对象必须要有两个相对的临空面，而且超声波的穿透能力有限，另外，该法还比较容易受到钢筋以及结构内含水量的影响，因此其检测结果的准确性也会受到影响。射线法则由于对被测对象有一定的伤害，因此也不是一种绝对安全的检测方法。由于现阶段我国的建筑结构安全性检测规范并不成熟，有关数据的处理方法的操作性不太强，虽然采用了数理统计原理，但是问题性质不同，该方法还有待进一步研究。因此，应根据各地的具体情况，具体问题具体处理，检测单位及政府职能部门应该研究更符合本地区实际情况的新的、有效的、可行的检测技术，并予以推广。
3.3 重视结构的耐久性及牢固性
建筑工程结构的安全性与其耐久性息息相关，但是现在很多设计、施工人员往往注重于结构的承载力而忽视在环境影响下的结构耐久性。尤其是钢筋混凝土结构由于内部钢筋锈蚀而造成结构承载力降低，往往会导致重大的安全事故。因此在确保建筑结构承载力的同时也应该增强结构耐久性的考虑，以抵御意外事故的影响，提高建筑工程的抵御风险能力，增强结构的安全性。此外，建筑结构还必须要求有一定的整体稳定性。建筑结构的整体稳定性是指结构在受到局部损坏时，不至于出现大范围的破坏或倒塌的性能。结构的整体牢固性主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度，用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果，可以减轻灾害损失。
4、结束语
在超高层建筑的总投资中，结构造价占了较大比例，因此，我们在对超高层的结构设计中，应该由概念设计着手，对建筑体型、结构体系、材料及施工方案等多方面预以综合的考虑，要从超高层建筑的设计思路、修建模式体型系数等多个方面来展开探究，为修建出安全可靠且舒适的超高层建筑做出贡献。还有关于超高层建筑的结构方面的问题，同样是要从提升超高层建筑的经济效益出发，以安全度高、消耗资源少、回收效益好的效果为努力目标，做出有关的结构设计。从而提升其经济性和安全性。
参考文献：
[1] 张宇岐.超高层建筑结构经济性探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2015，12（8）：112-113.
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[3] 刘晓明.关于土木建筑结构安全性问题的思考[J].城市建设理论研究（电子版），2013（15）
论文作者:韦艳春
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：结构论文; 高层建筑论文; 安全性论文; 体型论文; 荷载论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 《基层建设》2018年第31期论文;