超高层建筑结构设计问题及对策研究

超高层建筑结构设计问题及对策研究

任杰王东辰

机械工业第六设计研究院有限公司    河南郑州 450000

摘要：中国建筑行业经过了多年的发展，已经逐渐朝着高层、超高层方向发展，这不但能够彰显建筑企业的实力，还有助于提升土地资源利用率，缓解土地资源紧张的问题。为了进一步提升超高层建筑的价值，通过分析具体超高层建筑项目设计中的不足，提出了优化超高层结构设计的建议，通过优化超高层建筑结构设计，推动超高层建筑的进一步发展。基于此，本文主要针对于超高层建筑结构设计相关问题进行探索和研究，希望对相关工作人员有借鉴作用和价值。

关键词：超高层建筑；结构设计；问题及对策

0引言

在设计超高层建筑时，不仅要体现出建筑的观赏价值，还要融入当地的特色文化，设计人员可以采用现代设计方式进行超高层建筑设计。在设计超高层建筑时，建筑的结构非常关键。同时，在进行结构设计时，也会遇到一些问题，影响结构设计的质量，如果不能及时解决，会拖慢超高层建筑的建设速度，还可能埋下安全隐患。因此，设计人员要不断充实自己，遇到问题时，能结合自身的经验，及时处理问题，并找到问题产生的原因。

1.超高层建筑结构特点及其体系分类

1.1 超高层建筑的结构特点

一般来说，40层以上，总高度大于100m的建筑即为超高层建筑。随着社会的发展，超高层建筑越来越成为代表城市科技实力的重要标志，一方面能够反映城市的建筑实力，另一方面能够彰显城市的精神气质。超高建筑从设计到施工极为复杂，尤其在施工过程中，应在保障人员生命安全的基础上保证施工质量，另外，对于超高层建筑整体外在结构的设计也应保持其合理性和科学性。

超高层建筑结构延性主要依托抗侧力构件实现。在超高层建筑施工过程中，除了考虑竖向结构的承载力外，还应考虑横向承载力在内的其他方面的承载力，这样才能更好地设计超高层建筑结构。因此，在设计过程中，应结合建筑物建设需求定位，设计多版结构方案，从中选取最优结构设计方案，既要考虑方案是否能够满足结构安全性问题，又要考虑能否满足建筑效果问题。对于超高层建筑结构平面设计，应注意建筑物之间防火距离，在人群密集区域设置合理的消防疏散通道，以备不时之需，此外，还应注意超高层建筑的防风、防震等性能，提高建筑结构的安全性。

2.超高层结构体系类型的选择

超高层建筑有着多种类型体系，比如当前常见的有钢筋混凝土结构、混凝土结构、钢管结构、钢组合结构等。当前钢筋混凝土结构是最为常见的超高层建筑结构体系，钢筋混凝土结构又可以细分为多个类型，比如剪力墙结构、框架结构、框架—剪力墙结构等。设计人员要综合考虑各个类型结构形式的优缺点，客观地判断并且选择超高层建筑结构体系。

框架结构体系。该结构体系主要是构建交叉形式的横向梁和纵向柱，将其形成立体框架结构，该结构能够承受垂直方向和水平方向两方面的压力。相比于其他结构形式，框架结构设计形式较为简单，能够灵活地协调周围的环境，所以有着较为广泛的应用范围。

剪力墙结构体系。这一结构体系主要将墙体作为承重结构，横向墙体和纵向墙体分别承担着2个方向的压力。钢筋混凝土是剪力墙结构的主要原材料，该结构体系的最大特点就是抗震性能良好。

框架-剪力墙结构体系。顾名思义，这一结构体系结合了框架结构和剪力墙结构的优点，框架结构和剪力墙结构相辅相成，共同承担超高层建筑各个方向压力。该结构有着良好的适应环境的能力，具有较强的抗震性能。如果在设计中框架结构比例过大，那么会影响建筑整体稳定性，而如果设置较大比例的剪力墙结构，会导致建筑成本大大增加，所以设计师在选用框架-剪力墙结构形式时要注意平衡两者的比例。

3.超高层建筑结构设计中存在的问题

3.1设计人员的综合素养有待提高

在进行结构设计时，设计人员的专业水平不够高，出现失误，将会导致设计方案存在漏洞。如果工人按照有误的方案内容进行施工，很容易引发安全事故。因此，设计人员要结合实际情况，调整图纸的内容。另外，在绘制设计图纸时，设计人员没有做好考察工作，导致图纸的内容与实际有所出入，工程被迫停工，这会影响工程完工的时间。又如，在进行结构设计时，设计人员没有考虑到结构的承重性，在后续建设时，很容易出现建筑坍塌的情况。

3.2抗震结构设计问题

中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间。由于太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压作用，地震断裂带非常活跃。地震分布范围广、频率较高，是地震的重灾区。因地震造成的死亡达到全球的一半，中国人口密度大人口众多也是其重要原因之一。因此超高层建筑应具有安全性，在结构设计的过程中，需要认真研究其抗震结构的设计，使设计更加规范安全。由于我国对超高层建筑抗震等级有明确要求，超高层建筑结构高度按照规定严格的进行设计。所以，对结构的设计方案进行严格的审查和科学设计，使超高层建筑的整体结构得到了有效的控制。

3.3防火结构设计问题

超高层建筑楼层较多，人员密集，管线设施穿插复杂，一旦发生火灾，人员逃生难度大，一定程度上对人们的生命安全带来了极大的安全隐患。因此，超高层建筑使用功能受到限制，其通常作为办公大楼和公寓、宾馆等使用。超高层建筑结构一旦发生较大的火灾险情，火势难以得到有效控制，影响超高层建筑防火的因素主要有以下几点：第一，超高层建筑楼层较多，每一层都有较多的电气设备等，墙体线路复杂多样，电流一旦出现不稳定等情况，极易出现电路短路，导致火灾发生。第二，超高层建筑人员数量多、密度大，一旦发生火灾，人员疏通难度较大，火灾救援难度大。第三，受总层高问题的影响，超高层建筑一旦发生火灾，扑救难度较大，加上消防设施安装条件有限，即便消防车及时到达了火灾现场，由于楼层较高，也不利于消防人员灭火。第四，地下车库车辆分布较为集中，且车内储油量大，间接扩大了火灾火势。

4.超高层建筑结构设计问题的优化对策

4.1加强抗震性能

在进行结构设计时，设计人员要做好抗震设计。我国对超高层房屋的抗震等级有着明确的规定，设计人员要按照规定进行设计。设计人员要仔细研究建筑的抗震结构，提出抗震结构设计方案。方案制订完毕后，要交由有关部门审核，检查方案的可行性，方案通过后，工作人员方可按照方案的内容进行建造。

4.2做好防风措施

超高层建筑由于高度较高，整体结构较为细长，容易受风力作用影响，缩减建筑结构使用寿命，作为超高层建筑结构，应检测其顶层结构的抗风能力，通过加强梁柱或钢结构的设计，强化建筑结构刚度，增强建筑结构的抗风能力。此外，针对建筑物外形设计，也可以将建筑结构外形设计为抗风能力强的形状，如圆形、椭圆形、三角形等，超高层建筑如果采用了椭圆形结构，既满足高层建筑的抗风性能，又满足建筑结构外表的观赏性。

4.3增强消防设计水平

第一，合理做好总体布局和防火分区。在设计总平面图时，掌握建筑与周边建筑物的间距和车道，这也是建筑设计时首要考虑的重要因素之一，合理的平面布置图，可以有效地缓解救火的压力，同时对火势的蔓延和发展具有阻碍的作用。第二，确保建筑物耐火能力。一类高层建筑物的耐火等级为一级，二类高层建筑物的耐火等级不得低于二级。第三，自然排烟设计和安全疏散设置的设计。大量的高层建筑火灾的发生证明了一个道理，烟也是火灾中最大的影响因素，因此，排烟设计也是消防设计中一项应该重点考虑的环节。

5.结语

综上所述，超高层建筑结构设计需要考虑的问题众多，每个问题都对建筑物起着关键性的作用，所以要做好每一步的设计。因此要求建筑结构设计单位和设计人员牢固掌握建筑结构设计相关知识，为超高层建筑结构的安全提供保障，实现建筑企业的持续发展。

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