探析超高层建筑结构设计中的关键点及难点

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  【摘要】随着时代的发展,超高层建筑凭借其优势与特点备受人们关注。尤其是在土地资源日益紧张的今天,超高层建筑成为解决这一问题的重要手段。但是超高层建筑因为其特有的复杂性,关乎人们的生命财产安全,所以一些因素必须加以考虑。论文结合笔者研究,围绕超高层建筑结构设计,探讨了其中的关键点与难点。
  【关键词】超高层建筑;结构设计;关键
  随着我国经济的飞速发展,我国各大城市中的超高层建筑陆续出现,如已投入使用的上海环球金融中心、上海中心大厦等。这些超高层建筑在彰显城市经济实力、形象和建筑魅力的同时也承担着提高土地使用率,保护土地资源的作用。相信在未来一段时间内,超高层建筑依然将会成为建筑设计中不可或缺的一部分。正因为如此,探讨超高层建筑结构设计中的关键点及难点,就显得很有必要。
  一、超高层建筑结构设计中的关键点
  (一)抗风性
  抗风性是超高层建筑结构设计中的关键点之一,而与抗风性有关的属性则是风载荷。因为超高层建筑高度通常较高,这样就容易受到风载荷的影响。所以,抗风性成为超高层建筑结构设计中的关键点。所以设计人员在设计时,应该充分考虑,提高超高层建筑顶层部分以及对风载荷较为敏感区域的基本风压。基本风压可以从全国基本风压图规范上获得,如果没有则可以根据当地本年度最大风压值的规范,并结合基本风压的定义进行计算获得。除此以外,还可以借助梁柱的组合效果或者钢臂来应提高应对风载荷的能力。需要注意的是,相对于单体建筑来说群体建筑更容易受到相邻建筑物流场的相互干扰,这样一来超高层建筑风载荷形态和大小都会有所变化,在一些特殊情况下可能远超平时风力,可能会影响建筑的抗风性,所以需要设计人员加以注意。必要时可以进行风洞试验,并测试风载荷。
  (二)抗震性
  抗震性在超高层建筑结构设计中同样关键,在设计时必须加以考虑。超高层建筑不仅需要在正常时期为人们提供服务,还应该在地震来临时保障人们的生命安全。虽然说在超高层建筑结构设计中实现减震还较为困难,但是现阶段却也存在几个较为有效的方案。目前来说,为了达到减震的目的,普遍采用SRC与钢支撑相结合的方式。除此以外还有一种为全钢结构,它相较于钢混结构而言具有自重较轻,能够有效减轻地震力,缓解地震载荷。为了达到标准的抗震性等级,超高层建筑中还可以采用高位转换耗能减震结构体系,通过增加一定的支撑结构,增加建筑物的刚度,这样当地震发生时能够确保减震支撑可以提供适当的刚度与阻力。
  (三)地基基础
  空中楼阁永远不可能存在,因此地基基础是超高层建筑至关重要的一个关键。只有地基打好了,超高层建筑才能耸立在地面上。所以在进行设计时应该结合当地的地基形态、地质结构有针对性的选择地基结构。
  (四)超限高层
  这也是至为关键的一环。根据规定,超过规范要求,受到限制的高层建筑就是超限高层。出于对防震、防火等原因,超高层建筑对于工程技术的标准与要求更高。在设计时就应该注意建筑抗震的设计依据、薄弱部位应该采取的抗震措施等。在一些超高层建筑结构中(框架与墙体、简体共同抗侧力),应该适当调整框架部分的地震剪力,而调整的依据则需要根据超高层建筑超限的程度来确定。
  二、超高层建筑结构设计中的难点
  (一)充分考虑侧向风因素和抗震性
  作为超高层建筑设计中的关键点,风载荷与抗震性一直是设计师们必须加以考虑的因素。因为侧向风如果高到了一定程度的话,不仅会导致建筑物晃动,给人带来不适,还可能影响建筑中的电缆线路等,导致事故的发生。因此设计中必须加以考虑,确保结构刚度符合要求。对于抗震措施也同样如此,如设置约束屈曲支撑、增加阻力或者设置减震支座等,但是具体措施还应该根据实际情况加以选择。
  (二)结构系统的设计选择
  对于超高层建筑的结构系统的设计,应该综合考虑,选择最佳的方案。一般来说,需要综合考虑的因素众多如超高层建筑的平面、高度以及形体等资料。只有充分利用这些资料,才能确保建筑结构系统的合理布置。除此以外,在设计时还应该充分利用建筑墙体,保障超高层建筑具有充足的空间。举例来说如超高层建筑的电梯井道,就看可以将它作为剪力墙的核心筒来设计,这样在充分利用空间的同时还能提高建筑结构的强度,一举两得。另外还有一个问题需要考虑,那就是因为结构系统的多选择性也就意味着造价的不尽相同。所以应该在结构选型时充分考虑,通过反复对比验算,最终选择一个十分合理的超高层建筑结构设计方案。
  (三)结构布置中的难点分析
  超高层建筑的结构布置同样存在难点。因为较为复杂,所以需要综合其他专业学科内容来设计。比如各种设备所需要的洞口、管线的布置等,必须考虑到位,留下足够的空间,从而保障超高层建筑各项功能正常实现。不仅如此,因为超高层建筑固有的一些特点,如转换梁下的净高难以控制,因此针对这个问题需要采用型钢组合结构或者空间钢桁架等结构。
  (四)建筑节能
  超高层建筑的耗能是十分巨大的,这不仅体现在造价成本上,还体现在建筑竣工后的日常运行与维护上。所以说将建筑节能融入超高层建筑结构设计之中是十分有必要的,但是如何才能实现也是值得思考的一个问题。因此,设计时在设计时也应该遵循适度原则和节能环保原则,通过理性分析,选择集实用性、节能型与美观性为一体的超高层建筑结构设计方案。
  结语:综上所述,随着我国市场经济的不断发展,超高层建筑业越来越多。对于这些超高层建筑的结构设计,应该在充分考虑其实用性的同时顾及到其安全性。但是根据目前的分析来看,依然存在一些重视结构计算的准确性,却忽视了结构设计方案的可操作性,最终出现多种问题。所以,高层建筑结构设计人员应该清醒的认识到当前形势,根据自身具体情况进行分析与计算与设计,从而从容应对高层建筑结构设计中存在的诸多问题。
  参考文献:
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  [2] 章宏东,方鸿强,王珏. 超高层建筑结构的抗风性能分析与抗震性能研究[J]. 浙江建筑. 2010(11)
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