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【內容摘要】隨著我國社會的進步，經濟水平的提高，國內的高層建筑也越來越多，不僅緩解了土地資源緊缺的問題，也提高了土地的利用價值。超高層建筑與普通建筑物相比施工難度更大，對施工的要求也相對較高，所以在初期就應該做好結構設計，其設計會對建筑物的安全性造成很大的影響。本文分析了超高層建筑與高層建筑的區別，并闡述了超高層建筑結構的設計特點，提出超高層建筑結構設計中存在的缺陷給出相應對策。

【關鍵詞】超高層建筑;結構設計;建筑結構

超高層建筑是一個城市或者地區的標志之一，其科技感和美學都代表著城市的發展。超高層建筑其耗資量巨大，建設周期長。隨著時代的不斷發展，超高層建筑的結構設計發生了很大的變化。雖然我國在超高層建筑結構設計方面取得了一些成績，但在具體的發展過程中還存在一些問題?，F在超高層建筑的結構設計已經成為高層建筑設計的核心內容，這說明超高層建筑的結構設計如果不及時解決結構設計中的一些問題，這將嚴重阻礙超高層建筑的發展。

一、高層建筑結構設計和超高層建筑結構設計的差異

依據超高層建筑的客觀需要，對消防進行部署，應建立相應的避難層。對于機電設備的客觀情況，還應設置設備層，因此，在設備所在樓層的設計中，應著重考慮實際荷載水平和設備振動對附近周邊樓層的影響。與此同時，不僅要提高建筑的結構強度，還需要對結構進行加固。超高層建筑的結構形式具有多樣性，包括鋼筋混凝土結構、全鋼結構和混合結構，特殊情況除外，通常高層建筑采用的是鋼筋混凝土結構。在設計超高層建筑的平面造型中，方形結構是主要的設計方法。而矩形平面的長寬比例應小于1，特別是在抗震設防烈度較高的地區，應使用規則對稱的平面。從結構條件考慮，梁板式筏板基礎不適合高層建筑。另外，復合地基不適用于超高層建筑，而適合一般高層建筑。

二、超高層建筑結構設計的特點

超高層建筑是指建筑達40層以上，高度達到100以上的建筑，超高層建筑已經成為衡量建筑水平的重要標志。超高層建筑設計及技術通常都相對復雜，也是一項非常嚴謹的工作，在施工過程中不僅要做好安全保障，同時也要做好整體結構的科學布局。超高層建筑結構設計的關鍵和核心內容是通過抗側力構件來提高整個結構的延性，因為在超高層建筑結構設計過程中，不僅要考慮水平承載力，還要充分考慮建筑各方面的荷載，也包括豎向承載力。超高層結構主要考慮水平抗力?，F階段超高層建筑日益增多，如何保證超高層建筑的抗側力，提高整個建筑的舒適性顯得尤為重要。只有有好的結構方案，才能有效地保證建筑物的舒適性。因此，在設計過程中，必須對各種結構方案進行充分的比較和選擇，在盡可能滿足建筑使用功能和建筑效果的前提下，應考慮結構安全性和經濟性的合理性。在設計高層建筑結構的平面時，盡量使建筑物之間保持安全的防火距離。在人員集中的區域，應保持良好的人員疏散條件以便將人群及時疏散。合理地對超高層建筑進行布局的條件下，也要滿足基本使用功能，將設計標準統一，實現超高層建筑中設計技術的標準化要求。除此以外，在超高層建筑進行平面設計階段，為應對風、地震等安全風險，要合理規劃建筑內的交通路線，對樓梯的數量和位置進行合理安排，將基礎設施最大限度的利用，提高效率和安全性因素。

三、超高層建筑結構設計中存在的問題

(一)抗震結構的設計。中國地處環太平洋地震帶和歐亞地震帶之間。由于太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓作用，地震斷裂帶非?；钴S。地震分布范圍廣、頻率較高，是地震的重災區。因地震造成的死亡達到全球的一半，中國人口密度大人口眾多也是其重要原因之一。因此超高層建筑應具有安全性，在結構設計的過程中，需要認真研究其抗震結構的設計，使設計更加規范安全。由于我國對超高層建筑抗震等級有明確要求，超高層建筑結構高度按照規定嚴格的進行設計。所以，對結構的設計方案進行嚴格的審查和科學設計，使超高層建筑的整體結構得到了有效的控制。

(二)防風措施的設計。風力的隨時波動，雖然對建筑動態作用很小，但是對細長的建筑物來說，動態作用還是很顯著的。風速是量化風荷載的重要參數，最大風速是建筑結構設計要考慮的基本，利用風速來預測結構設計的壽命。防風設計受到地理位置、物理位置、建筑結構尺寸等因素影響。

(三)消防工程的設計。由于超高層建筑高度較高、人員流動大、管線設備復雜，發生火災等事故隱患較大，一旦發生火災，人員疏散和救火都是相當困難的，這直接威脅到了人們的生命財產安全。超高層建筑功能復雜，大多作為公寓、辦公、賓館使用。影響消防防火有以下因素:一是超高層建筑電類設備較多，發生短路等現象幾率較大。二是人流量大，人員集中，垂直疏散距離相對較遠，超高層建筑里人員較多，將所有人員疏散到地面少則幾十分鐘，多則數小時。三是超高層建筑火災的撲救難度相對較大，消防設施條件有限，因建筑超高導致消防車輛無法及時滅火。四是車庫存車多，儲油量大這些會間接導致火災的發生或擴大火災的影響力。除此之外還有一項容易被忽略的安全隱患，超高層建筑施工期一般較長，施工現場用電量大，可燃性材料比較集中，同時，消防設施不健全，消防水源和消防通道未開通，臨時水源的水量無法撲滅較大火災，尤其是在建筑施工時或者樓頂發生火災時，其消防撲救難度更大。因此，消防安全是超高層建筑設計要面臨的首要問題之一。

四、超高層建筑結構設計問題的相應對策

(一)加強抗震性能。為了確保超高層建筑的安全性和穩定性，建筑設計單位在建筑結構設計時付出了巨大的努力，并取得了重大的突破。根據我國2016年最新修訂的《建筑抗震設計規范》中提到，建筑結構可采用振型分解反應譜方法，針對不規則建筑物、甲級建筑物和高度范圍有限的高層建筑，可采用時程分析法補充多次地震的計算。可以取多條時程曲線計算結果的平均值和模態分解反應譜法計算結果的較大值。目前，“延性結構體系”是被建筑業采用最多的傳統抗震結構體系，即控制好建筑結構的剛度，但在進入地震時結構構件進入非彈性狀態，延性較大，以消耗地震能量，降低建筑對地震的反應，使建筑物能達到“裂而不倒”的形態。采取擺動、滑移、懸掛隔震等措施，改變建筑結構的動力特性，降低結構的地震反應，減少地震能量的影響，是一種極具發展前景的防震措施。超高層建筑結構設計所選結構應滿足建筑物的功能要求，經濟合理，施工方便。除滿足使用要求外，還應盡量減少建筑的平面關系和形狀，如開間、深度、層高、層數等，柱網的布局和層高應盡量統一，標準層應重復使用。高層建筑的位移控制是首要因素，除考慮平面形狀和標高的變化外，還應提高結構的整體剛度，以減小結構的位移。在結構布置上加強結構的剛度，加強構件之間的連接，使結構各部分以最有效的方式協同工作;應加強基礎的整體性，以減少由于基礎的平移或扭轉引起的結構側向位移的影響。同時，對結構薄弱部位和受力復雜部位應加強強度。

(二)做好防風措施。高層建筑會受到較大風荷載的影響。所以，在設計超高層建筑時，一定要重視防風措施的建設，尤其是超高層建筑的頂端，超高層建筑的頂端承受的風壓最大，可以通過加強梁柱或鋼結構的設計，來提高超高層建筑的抗風性。在建筑設計的早期階段，針對超高層建筑的具體情況進行分析。根據當地最大風壓，設計風壓圖，做好風壓措施。超高層建筑物的高度影響了結構抗側剛度趨于變柔阻尼降低。建筑形態的空氣動力學優化，減小結構風荷載和控制建筑結構的剛度。超高層建筑結構設計應選取適當的平面形狀，一般高層建筑都采取矩形平面設計，但是超高層建筑采取矩形結構不利于抗風。相對而言，圓形、橢圓形、三角形等是很好的選擇。與此同時也要注意角部的修正，圓形化、倒角、削角為主要形態。角部修正改變切曾的流動性，促使分離流再附，減小尾流寬度，從而有效降低阻力。

(三)增強消防設計水平。1．合理做好總體布局和防火分區。在設計總平面圖時，掌握建筑與周邊建筑物的間距和車道，這也是建筑設計時首要考慮的重要因素之一，合理的平面布置圖，可以有效地緩解救火的壓力，同時對火勢的蔓延和發展具有阻礙的作用。防火分區的設置也能阻止火災的繼續蔓延，防火卷簾門分布到各個防火分區，每個分區都要安裝防火門自動開關設備，在防火卷簾門安裝時，卷簾與房梁、墻面不得留有縫隙，充分發揮其防火阻燃的作用，最大限度降低火勢蔓延的速度。2．確保建筑物耐火能力。一類高層建筑物的耐火等級為一級，二類高層建筑物的耐火等級不得低于二級。所以，在超高層建筑防火設計時，應確保防火等級。嚴格遵守建筑的防火等級的設計，建筑物發生火災時，會為人員疏散提供更多的時間，降低建筑物的損壞程度，減少人們的財產損失。超高層建筑過程中不僅要對建筑的主體結構做好防火要求，后期的墻面和裝飾裝修都要做好防火要求。3．自然排煙設計和安全疏散設置的設計。大量的高層建筑火災的發生證明了一個道理，煙也是火災中最大的影響因素，因此，排煙設計也是消防設計中一項應該重點考慮的環節。而自然排煙是相對經濟操作又簡單的排煙方式。由于樓梯間存在著煙囪效應，煙霧充滿樓梯間時，人們無法安全疏散，而且排煙窗應該設計在墻面上方的位置，同時要方便人們開啟。

五、結語

綜上所述，超高層建筑結構設計需要考慮的問題眾多，每個問題都對建筑物起著關鍵性的作用，所以要做好每一步的設計。超高層建筑結構設計是一項及有難度的技術型工作。作為建筑結構設計單位和設計人員，應牢固掌握建筑結構設計相關知識，為超高層建筑結構的安全提供保障，實現建筑企業的持續發展。

作者:紀秀艷 單位:中核第七研究設計院有限公司