超高层建筑结构设计及应注意事项

　　摘要：本文从超高层建筑的结构设计、注意事项、选用材料说明了超高层建筑结构设计过程中应注意的事项。

　　关键字：超高层建筑；结构设计；结构体系；材料选用

　　Abstract: This paper, from the tall building structural design, the points for attention and selecting a material that tall building structural design, should be paid attention to in the process of matters.

　　Key Words: Tall building; Structure design; Structure system; Material selection

　　中图分类号：TU972+.9          文献标识码：A              文章编号：

　　超高层建筑的建造,其所以如此之快，除了有的城市为了有一个高大的形象建筑之外，主要还是超高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。也尽管建造超高层需要的费用比一般高层建筑高出很多，但在我国的城市建设中，随着日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑以更快的速度发展。

　　1 超高层建筑结构设计方法

　　1.1超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证遇到火灾时人员疏散的安全。由于机电设备使用的要求，还需要设置设备层。一般超高层建筑是两者兼而使用，而对于更高的多功能使用的超高层建筑，它不只每15层设一个避难层兼设备层即可，还需要设有机电设备层。对于这些安放有设备的楼层设计除考虑实际的荷载之外，更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响。同时,这些楼层的结构设计,为提高结构的整体刚度，可用来设置结构加强层。

　　1.2超高层建筑的结构类型选择上相对要广，除钢筋混凝土结构外，还有全钢结构和混合结构。

　　1.3超高层建筑的平面形状多为方形或近似，对于矩形平面其长宽比也是在2以内，尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。

　　1.4超高层建筑的基础形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面为框架-核心筒或筒中筒，基本没有一般高层建筑中所采用的梁板筏基。同时，由于基底压力大要求地基承载力很高，除了基岩埋藏较浅可选择天然地基外，一般均采用桩基。另外，超高层建筑基本不采用复合地基。

　　1.5房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足风荷作用下舒适度要求，结构顶点最大加速度的控制满足相关规定要求。

　　1.6超高层建筑结构设计一般都需要进行抗震设防专项审查。《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）、《建筑抗震设计规范（以下简称《抗规》）》中的B级高度房屋就规定需要进行抗震设防专项审查，还有超过《高规》中第11章混合结构设计规定的房屋高度也需要进行抗震设防专项审查。即算是采用全钢结构，超过《抗规》）第8章规定的房屋高度时，同样需要进行抗设防专项审查。这是因为超过现有规范规定房屋高度，还没有这样的工程经验，只有经过国内专家的评估和论证，必要时还须进行振动模型试验，才能确保工程的安全。

　　2 超高层建筑需要注意事项

　　2.1提高结构的抗震性能

　　现在的《抗规》和《高规》中已明确规定，结构体系的选用与抗震设防烈度相关。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，，并导致工程造价也相当高。如一座房屋高度为150m的框架-核心筒结构，抗震设防烈度6度区是《高规》中的A级高度房屋且为正常设计；而在抗震设防烈度8度区是《高规》中的B级高度房且高度还超限，需经抗震设防专限审查批准后方可进入正式设计。另外，在结构类型上，前者可采用钢筋混凝土结构，而后者则需采用混合结构。

　　2.2超高层建筑结构体系中结构类型的选择，应据拟建场地的岩土工程地质条件和抗震性能目标的确定及经济的合理性综合考虑。

　　2.3选择合理的结构布置, 协调好建筑与结构的关系。

　　2.4降低风作用水平力

　　2.4.1减小迎风面积 正方形平面形式，横向迎风面最小；如计算对角线方向的迎风面宽，则圆形平面最小；在立面上适当位置开洞泻风（如上海环球金融中心大厦），风力降低更直接。

　　2.4.2 降低风力形心 采用下大上小的立面体型，即减小高风压在高处的迎风面积，又降低风作用重心，使建筑物底部的倾覆总弯矩减小。同时下大上小的立面体型对建筑底部来说增大了抵抗矩，提高了稳定性，如巴黎的埃菲尔铁塔。

　　2.4.3 选用体型系数较小的建筑平面形状。体型系数从小到大可选择下列平面顺序：圆形平面→正多边形平面→正方形平面，采用流线光滑的外形，避免凹凸多变的建筑形式，减小整体和局部风压的体型系数。

　　2.5 减小震动，耗散输入能量。采用阻尼装置或加大阻尼比，减小震动影响，如台北国际金融中心大厦。

　　2.6剪重比。现在超高层建筑设计中对于剪重比的要求越来越严格，在实践中一般要求剪重比不满足规范要求的楼层不能超过1/3总层数，并且地震力需要全楼放大，放大系数不超过1.3，重要的超高层建筑，剪重比的要求甚至还要更高。另一方面，新增加了对6度区的最小剪重比要求（0.08），然而过严的一刀切剪重比要求，也产生了以下几个问题：

　　2.6.1同样周期很长的超高层，座落在上海就可以，而放在重庆就不满足设计要求，因为上海Tg大，计算地震力也大。这样推理下去，就产生矛盾了，本来在上海遇到地震会倒，但是在重庆不会倒的楼，却允许建在上海？

　　2.6.2高层钢结构很难满足剪重比的设计要求

　　2.7框架-剪力墙（筒体）结构框架部分地震剪力分担比的问题，与新的高规征求意见稿精神基本一致，但是在规定带加强层结构时，新的高规要求楼层最大剪力应该不能计算加强层及其上下相邻一层在内，笔者认为也不能统计最底下一层，因为一般最底下一层的剪力突变程度比较大，甚至并不亚于加强层。

　　2.8剪力墙的稳定性，新的高规征求意见稿强调了墙体最小厚度要满足稳定性的要求，但是笔者认为规定的分析方法不够细致，首先墙体的水平无支长度，没有考虑一边有翼墙，另一边没有的情况；而沿着层高方向只考虑了层高的楼层约束，没考虑核心筒内部墙肢，当两边都是电梯井时，可能几十层都没有楼板约束的情况。并且墙体稳定的简化计算公式无法涵盖这些特殊情况。

　　3 结构材料选用

　　更轻、更强、更具有延性的材料是超高层建筑结构材料的首选。钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土和纯钢材料都可作为结构构件的主要材料；而外墙维护多采用玻璃幕墙、铝合金幕墙钢塑复合板材等；内部隔墙多为轻质隔断；楼层面常选用压型钢板加混凝土面层，并在裸露的钢承重构件表面加涂防火涂料。

　　其实，随着这么多年超高层建筑的蓬勃发展，中国的超高层设计技术已经走在了世界前沿。

　　4结束语

　　本文根据多年来从事超高层建筑结构设计中的一些认识和体会而总结成文，现将其抛出是为了与同行者共同研讨。同时，也正如前文中所述，随着我国国民经济的高速发展，我国超高层建筑的建造必将同时有更快的发展。所以，欢迎同行提出宝贵意见，为共同提高超高建筑结构的设计水平而努力。