摘要：本文從超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注意事項(xiàng)、選用材料說明了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

　　關(guān)鍵字：超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)體系；材料選用

　　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

　　中圖分類號(hào)：TU972+.9          文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A              文章編號(hào)：

　　超高層建筑的建造,其所以如此之快，除了有的城市為了有一個(gè)高大的形象建筑之外，主要還是超高層建筑能在有效面積的土地上，得以發(fā)揮最大的使用效益。也盡管建造超高層需要的費(fèi)用比一般高層建筑高出很多，但在我國的城市建設(shè)中，隨著日益快速發(fā)展的需要，為土地使用率的提高，必然會(huì)使超高層建筑以更快的速度發(fā)展。

　　1 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

　　1.1超高層建筑由于消防的要求，須設(shè)置避難層，以保證遇到火災(zāi)時(shí)人員疏散的安全。由于機(jī)電設(shè)備使用的要求，還需要設(shè)置設(shè)備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用，而對(duì)于更高的多功能使用的超高層建筑，它不只每15層設(shè)一個(gè)避難層兼設(shè)備層即可，還需要設(shè)有機(jī)電設(shè)備層。對(duì)于這些安放有設(shè)備的樓層設(shè)計(jì)除考慮實(shí)際的荷載之外，更需考慮設(shè)備的振動(dòng)對(duì)相鄰樓層使用的影響。同時(shí),這些樓層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，可用來設(shè)置結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層。

　　1.2超高層建筑的結(jié)構(gòu)類型選擇上相對(duì)要廣，除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，還有全鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。

　　1.3超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對(duì)于矩形平面其長寬比也是在2以內(nèi)，尤其抗震設(shè)防的高烈度地區(qū)更應(yīng)采用規(guī)則對(duì)稱平面。否則，在地震作用時(shí)由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，易受到損壞。

　　1.4超高層建筑的基礎(chǔ)形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為框架-核心筒或筒中筒，基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。同時(shí)，由于基底壓力大要求地基承載力很高，除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外，一般均采用樁基。另外，超高層建筑基本不采用復(fù)合地基。

　　1.5房屋高度超過150m的超高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的使用條件，滿足風(fēng)荷作用下舒適度要求，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度的控制滿足相關(guān)規(guī)定要求。

　　1.6超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（以下簡稱《抗規(guī)》）》中的B級(jí)高度房屋就規(guī)定需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查，還有超過《高規(guī)》中第11章混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的房屋高度也需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。即算是采用全鋼結(jié)構(gòu)，超過《抗規(guī)》）第8章規(guī)定的房屋高度時(shí)，同樣需要進(jìn)行抗設(shè)防專項(xiàng)審查。這是因?yàn)槌�過現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定房屋高度，還沒有這樣的工程經(jīng)驗(yàn)，只有經(jīng)過國內(nèi)專家的評(píng)估和論證，必要時(shí)還須進(jìn)行振動(dòng)模型試驗(yàn)，才能確保工程的安全。

　　2 超高層建筑需要注意事項(xiàng)

　　2.1提高結(jié)構(gòu)的抗震性能

　　現(xiàn)在的《抗規(guī)》和《高規(guī)》中已明確規(guī)定，結(jié)構(gòu)體系的選用與抗震設(shè)防烈度相關(guān)。因?yàn)榈卣鹱饔锰�大，要滿足三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防性能目標(biāo)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸大，用材指標(biāo)很高，，并導(dǎo)致工程造價(jià)也相當(dāng)高。如一座房屋高度為150m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度區(qū)是《高規(guī)》中的A級(jí)高度房屋且為正常設(shè)計(jì)；而在抗震設(shè)防烈度8度區(qū)是《高規(guī)》中的B級(jí)高度房且高度還超限，需經(jīng)抗震設(shè)防專限審查批準(zhǔn)后方可進(jìn)入正式設(shè)計(jì)。另外，在結(jié)構(gòu)類型上，前者可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而后者則需采用混合結(jié)構(gòu)。

　　2.2超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中結(jié)構(gòu)類型的選擇，應(yīng)據(jù)擬建場地的巖土工程地質(zhì)條件和抗震性能目標(biāo)的確定及經(jīng)濟(jì)的合理性綜合考慮。

　　2.3選擇合理的結(jié)構(gòu)布置, 協(xié)調(diào)好建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

　　2.4降低風(fēng)作用水平力

　　2.4.1減小迎風(fēng)面積 正方形平面形式，橫向迎風(fēng)面最小；如計(jì)算對(duì)角線方向的迎風(fēng)面寬，則圓形平面最小；在立面上適當(dāng)位置開洞瀉風(fēng)（如上海環(huán)球金融中心大廈），風(fēng)力降低更直接。

　　2.4.2 降低風(fēng)力形心 采用下大上小的立面體型，即減小高風(fēng)壓在高處的迎風(fēng)面積，又降低風(fēng)作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同時(shí)下大上小的立面體型對(duì)建筑底部來說增大了抵抗矩，提高了穩(wěn)定性，如巴黎的埃菲爾鐵塔。

　　2.4.3 選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀。體型系數(shù)從小到大可選擇下列平面順序：圓形平面→正多邊形平面→正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形式，減小整體和局部風(fēng)壓的體型系數(shù)。

　　2.5 減小震動(dòng)，耗散輸入能量。采用阻尼裝置或加大阻尼比，減小震動(dòng)影響，如臺(tái)北國際金融中心大廈。

　　2.6剪重比。現(xiàn)在超高層建筑設(shè)計(jì)中對(duì)于剪重比的要求越來越嚴(yán)格，在實(shí)踐中一般要求剪重比不滿足規(guī)范要求的樓層不能超過1/3總層數(shù)，并且地震力需要全樓放大，放大系數(shù)不超過1.3，重要的超高層建筑，剪重比的要求甚至還要更高。另一方面，新增加了對(duì)6度區(qū)的最小剪重比要求（0.08），然而過嚴(yán)的一刀切剪重比要求，也產(chǎn)生了以下幾個(gè)問題：

　　2.6.1同樣周期很長的超高層，座落在上海就可以，而放在重慶就不滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樯虾�Tg大，計(jì)算地震力也大。這樣推理下去，就產(chǎn)生矛盾了，本來在上海遇到地震會(huì)倒，但是在重慶不會(huì)倒的樓，卻允許建在上海？

　　2.6.2高層鋼結(jié)構(gòu)很難滿足剪重比的設(shè)計(jì)要求

　　2.7框架-剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)框架部分地震剪力分擔(dān)比的問題，與新的高規(guī)征求意見稿精神基本一致，但是在規(guī)定帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)，新的高規(guī)要求樓層最大剪力應(yīng)該不能計(jì)算加強(qiáng)層及其上下相鄰一層在內(nèi)，筆者認(rèn)為也不能統(tǒng)計(jì)最底下一層，因?yàn)橐话阕畹紫乱粚拥募袅ν蛔兂潭缺容^大，甚至并不亞于加強(qiáng)層。

　　2.8剪力墻的穩(wěn)定性，新的高規(guī)征求意見稿強(qiáng)調(diào)了墻體最小厚度要滿足穩(wěn)定性的要求，但是筆者認(rèn)為規(guī)定的分析方法不夠細(xì)致，首先墻體的水平無支長度，沒有考慮一邊有翼墻，另一邊沒有的情況；而沿著層高方向只考慮了層高的樓層約束，沒考慮核心筒內(nèi)部墻肢，當(dāng)兩邊都是電梯井時(shí)，可能幾十層都沒有樓板約束的情況。并且墻體穩(wěn)定的簡化計(jì)算公式無法涵蓋這些特殊情況。

　　3 結(jié)構(gòu)材料選用

　　更輕、更強(qiáng)、更具有延性的材料是超高層建筑結(jié)構(gòu)材料的首選。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼材料都可作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要材料；而外墻維護(hù)多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻鋼塑復(fù)合板材等；內(nèi)部隔墻多為輕質(zhì)隔斷；樓層面常選用壓型鋼板加混凝土面層，并在裸露的鋼承重構(gòu)件表面加涂防火涂料。

　　其實(shí)，隨著這么多年超高層建筑的蓬勃發(fā)展，中國的超高層設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)走在了世界前沿。

　　4結(jié)束語

　　本文根據(jù)多年來從事超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)而總結(jié)成文，現(xiàn)將其拋出是為了與同行者共同研討。同時(shí)，也正如前文中所述，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國超高層建筑的建造必將同時(shí)有更快的發(fā)展。所以，歡迎同行提出寶貴意見，為共同提高超高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平而努力。