摘要：随着经济与科技的快速发展，近年来我国建筑业实现了较为长足的进步，复杂高层、超高层建筑在我国各地的大量涌现便属于这种进步的直观体现，基于此，本文简单分析了复杂高层与超高层建筑结构方案、指标、抗震性能设计，并最后介绍了设计中需考虑的其他因素，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键字：复杂高层；超高层建筑；结构设计
1.复杂高层与超高层建筑结构方案、指标设计
受施工技术水平提升、加工工艺进步、结构材料性能提高、计算分析手段完善等因素影响，近年来我国复杂高层建筑领域进步迅速，结构平面与竖向布置不规则、高度超限属于该进步的具体表现，而为了应对这种进步，结构方案设计、指标设计必须在复杂高层与超高层建筑结构设计中得到重视。
1.1结构方案设计
结构方案设计属于复杂高层与超高层建筑结构设计的基础环节，而结合国内外研究与笔者亲身实践，本文总结了如下结构方案设计要点：（1）关注结构概念设计。概念设计应关注结构的整体性、结构的均匀性和规则性，直接而明确的结构传力途径、空间整体受力的形成也属于结构概念设计重点。值得注意的是，结构工程师在结构概念设计环节必须与建筑师开展深入沟通，这一沟通实现的结构与建筑统一将有效降低结构设计难度、提高结构的经济性和安全性。（2）复杂结构设计。复杂程度较高的高层建筑结构设计必须采用一系列针对性措施，选用高强混凝材料与钢管混凝土结构、开展抗震性能化设计、合理设置腰桁架、开展动力弹塑性试验均属于其中典型，这类措施可较好保证复杂高层建筑结构设计质量。（3）基于重力荷载传力开展结构设计。设计师必须保证重力荷载传递途径的明确、直接，同时需结合实际选择结构转换形式，一般来说斜柱转换、梁或桁架托柱转换的受力性能较为优秀。值得注意的是，为降低该环节结构设计中的构件设计难度，设计人员可在结构设计中引入后浇带延迟施工技术，裙房与高塔楼之间、集中部位构件均可应用该技术[1]。
图 1 结构第一自振周期与建筑物结构高度关系曲线
1.2结构指标设计
结构指标设计同样关系复杂高层与超高层建筑结构设计的整体质量，因此本文总结如下结构指标设计要点：（1）关注风荷载影响。风荷载对复杂高层与超高层建筑结构设计的影响较为深远，因此设计师应采用100年重现期的风荷载开展建筑的构件承载力设计，结构变形控制设计则应基于50年重现期风荷载开展，《建筑结构荷载规范》涉及的相关要求也必须在设计中有所体现。具体来说，设计人员应关注建筑外形空气动力学优化、主体结构风荷载标准值的确定、行人高度风环境设计优化等内容。例如，在成都来福士高层建筑的风荷载相关设计中，由于该建筑的造型较为复杂，设计人员在设计之初开展了风洞试验，该试验得出了幕墙维护结构（70m高度处）负风压最大值为2.7kN/m2，由此可判定原结构设计存在安全性问题，为此设计师开展了专项风工程研究与设计。（2）关注关键指标设计。结构自振周期、结构剪重比、材料用量指标均属于复杂高层与超高层建筑结构设计需要关注的重点指标，考虑到传统的与建筑物层数挂钩的结构自振周期经验公式不适用于复杂高层、超高层建筑，因此设计师在设计中必须综合考虑影响结构自振周期的因素，图1为笔者总结的结构第一自振周期与建筑物结构高度关系曲线，该曲线源于笔者收集的150m以上、设防烈度为7度地区的复杂高层与超高层建筑，该图应用的二次抛物线拟合公式为： 。
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2.复杂高层与超高层建筑结构的抗震性能设计
2.1关注地震荷载确定
地震荷载确定直接影响复杂高层与超高层建筑结构的抗震性能设计质量，因此设计师必须遵循《地震安全性评价管理条例》，同时保证设计中的地震时程波与反应谱曲线具备较高吻合性，规范反应谱的地震影响系数与输入地震波反应谱的地震影响系数差值也需要控制在20%。值得注意的是，如复杂高层与超高层建筑结构设计包含高位连体、高位大跨悬挑，设计师在地震荷载设计中还应关注这类设计的竖向地震作用放大效应[2]。
2.2开展振动台抗震性能模拟试验
对于造型特别复杂的建筑、高度超过400m的超高层建筑，为保证其结构的抗震性能设计较好满足建筑安全使用需要，必要时需开展振动台抗震性能模拟试验，由此即可验证工程设计采用的计算方法、具体的抗震设计能否真正赋予建筑足够的抗震能力，建筑结构存在的薄弱部位也将由此明确，结构抗震安全性自然将由此得到较好保障。
2.3应用黏滞阻尼器
黏滞阻尼器能够有效提升复杂高层与超高层建筑的抗震性能和结构经济性，设计师在相关抗震性能设计中可有针对性的选用杆式黏滞阻尼器、黏滞阻尼墙，这类黏滞阻尼器能够较好解决传统复杂高层与超高层建筑刚性加强层设计存在的结构刚度大、刚性构件耗能效果小、施工难度大、形成薄弱层等问题，晋中汇通大厦便属于结构设计中应用黏滞阻尼器的典型。作为典型的超高层建筑，晋中汇通大厦结构设计采用了刚性方案与阻尼方案配合使用的方案，其中阻尼方案可以简单描述为“型钢混凝土外框架+钢筋混凝土核心筒+消能减震阻尼深部桁架”混合结构体系，由此实现了黏滞阻尼器效用的最大化发挥，可见黏滞阻尼器在复杂高层与超高层建筑抗震性能设计中存在的较高应用价值。
3.复杂高层与超高层建筑结构设计需考虑的其他因素
3.1水平振动舒适度
在复杂高层与超高层建筑的结构设计中，设计师还必须考虑水平振动舒适度，这是为了保证建筑可满足居住人群的舒适度要求，这种考虑需体现在顺风向和横风向定点最大加速度控制、钢结构与混凝土结构阻尼比控制等层面，一般来说钢结构阻尼比应控制在0.01~0.02区间，而混凝土结构阻尼比则应控制在0.02左右。值得注意的是，舒适度验算必须在复杂高层与超高层建筑结构设计中得到重点体现，建筑的不同使用需求也应纳入设计的考量范围。
3.2施工过程影响
施工过程安全性、施工建造的可实施性也应成为设计师关注的焦点，基于施工过安全性的设计需关注复杂高层与超高层建筑竖向构件出现的压缩变形、差异压缩变形，该设计质量的控制可引入预变形技术、过程模拟技术实现，建立合理的施工分析模型也应在结构设计中有所体现。而在施工建造的可实施性考虑中，设计师应考虑钢材传力可靠性、特殊工艺的可实施性，特殊工艺对结构构件变形、受力状态造成的影响也必须得到高度关注。
结论：
综上所述，复杂高层与超高层建筑结构设计要点直接关系设计质量。而在此基础上，本文涉及的结构方案设计、结构指标设计、关注地震荷载确定、开展振动台抗震性能模拟试验、应用黏滞阻尼器等内容，则证明了研究的实践价值。因此，在复杂高层与超高层建筑结构设计相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。
参考文献：
[1]柴红,娄冬.考虑剪切变形弹性修正的超高层结构设计[J].科技通报,2016,32(07):90-93+120.
[2]周建龙,包联进,钱鹏.超高层结构设计的经济性及相关问题的研究[J].工程力学,2015,32(09):9-15.
论文作者:吴康木
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/23
标签：结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 高层论文; 荷载论文; 性能论文; 阻尼论文; 《基层建设》2018年第14期论文;