超高层建筑结构的设计要点

来源：核心期刊咨询网时间：2022-04-21 11:4512

摘要：【摘要】我国是超高层建筑大国，当前超高层建筑已经成为城市建设发展的热点，各地超高层建筑项目众多。因超高层建筑高度超高、造型新奇，其对结构设计工作提出了更高的要求，本文对超高层建筑结构设计过程中的一些设计要点进行了阐述，希望能为超高层建筑结构设计提供

　　【摘要】我国是超高层建筑大国，当前超高层建筑已经成为城市建设发展的热点，各地超高层建筑项目众多。因超高层建筑高度超高、造型新奇，其对结构设计工作提出了更高的要求，本文对超高层建筑结构设计过程中的一些设计要点进行了阐述，希望能为超高层建筑结构设计提供一些参考。

　　【关键词】超高层建筑;结构设计;设计要点

　　1、我国超限高层建筑发展概述

　　自21世纪以来，伴随着我国改革开放的深入和综合国力的增强，高层建筑在我国迅猛发展。根据统计，截止2020年，全球350米以上的超高层建筑共72座，其中中国大陆占31座，表1中列出了我国部分超高层建筑数据，可见中国已经成为超高层建筑的大国[1-2]。同时超高层建筑的分布区域也进一步扩大，从一线及沿海地区，扩展到二、三线城市[3]。随着超高层建筑在我国的蓬勃发展，建筑高度不断刷新、结构体系复杂程度提升，这就对超高层建筑结构设计提出了更高的要求。

　　超限高层建筑的结构设计复杂性主要体现在以下三个方面：一是高度超限，其次是结构布置不规则，主要体现在平面布置不规则和竖向布置不规则[4]。结构设计人员需要关注并重视设计中关键性的问题，才能保障设计的质量和效率。

　　2、注重结构的概念设计

　　由于超限高层自身结构的复杂性，方案阶段的结构概念设计对整个设计过程有着十分重要的影响，选择合适合理的结构体系，对后期的初步设计和施工图设计具有极大的帮助。结构设计人员应该重视方案阶段的概念设计，同时要与建筑师积极配合、理解建筑师的意图，提出并选择传力清晰、能够高效利用材料效率的结构体系。结构概念设计应注重以下几点：一是结构应具有良好的整体性和合理的耗能机制，二是尽可能保障结构的规则性(包括平面和竖向)和均匀性，三是选择合适的抗侧力体系，宜形成多道抗震防线，充分保障结构安全性。

　　3、选择合适的结构体系

　　选择合适的结构体系才能够保证结构发挥出最佳功能，结构体系选择需要综合考虑多方位因素，包括建筑功能需求、施工条件、经济等因素。高层建筑中通常采用的结构形式包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构和巨型结构等。我国的超高层建筑大多数采用框架-核心筒结构，并且使用混合结构和组合构件成为主流。每一种结构体系都有自身的受力特点和适用条件，设计人员应该根据项目情况，选择合适的结构体系。通常，框架-核心筒体系适用于300米以下超高层，300米以上超高层则需要选用筒中筒、巨型结构等其他结构体系[3]。建筑不同高度常用的结构抗侧力体系如表2所示，其中高度超过200米以上的结构常用体系如图1所示[1，4]。

　　众所周知，钢筋混凝土结构和钢结构都有其各自的优缺点：钢筋混凝土结构具有可塑性强、造价较低等优势，但有自重大、结构延性低、施工速度慢等缺点;钢结构具有强度高、延性良好等优点，但其造价高、防火性能差。两种结构体系的不足都限值其应用的范围。当前，混合结构、组合结构成为了超高层建筑主流形式;据统计，已混合结构为主的超高层建筑占总量的95%以上，但需要关注混合结构的阻尼比、结构整体的协调工作性能等方面[3，5]。

　　4、合理控制结构自重

　　对高度超过250米以上的超高层统计分析表明，其平均质量大约为13至21kN/m2，平均质量随着高度的增加而增大，对于400米以上建筑，其平均质量大约分布在17至21 kN/m2[3]。设计中选择合适的轻质材料，可以有效降低结构自重、提高施工速度。

　　5、荷载的选取

　　5.1地震荷载

　　地震荷载的正确选取，对结构分析具有至关重要的作用。确定地震荷载需要

　　关注以下几点内容：

　　(1)由于超限高层高度往往较高，结构自身“较柔”，其结构自振周期往往较大，处于规范中地震影响系数曲线的下降段后的直线段，甚至超过规范曲线的最大值6秒，达到接近9秒。此时国内专家建议可在规范基础上直接将直线下降段延伸至10秒[4]。

　　(2)注意核实项目是否有安评要求。根据《地震安全性评价管理条例》(2017年修正)，对于国家重大建设工程，省、自治区、直辖市认为对本行政区域有重大价值或者有重大影响的其他建设工程须进行地震安全评价。对于须进行安评的项目，地震动有关参数须执行安评结果，对于安评结果小于抗震规范的，宜按抗规执行。

　　(3)注意地震波的选取。超限高层往往需要进行时程分析，抗规中规定对于高度超限的建筑应采用时程分析法进行多遇地震的补充分析，高规中规定对于高度超过200米的建筑，应采用弹塑性时程分析法。时程分析是将实际地震实测得到的地震加速度数据输入结构，根据结构动力学方程求解结构的地震响应;因此选取地震波是时程分析的首要步骤，同时确定合适的输入地震波是保证结构时程分析结果准确性的重要前提。目前，结构分析软件大部分都自带地震波库，如国产商业化软件PKPM，YJK，可以比较便捷地进行选波;另外美国太平洋地震工程研究中心Pacific Earthquake Engineering Research Center(简称PEER地震波数据库)中提供了大量的世界各地的地震記录，也可根据实际需求在其中选取合适的地震波。地震波选取过程需要注意以下几点：

　　①地震波的有效持续时间一般为结构基本周期的5-10倍;有效持续时间从首次到达该时程曲线最大峰值的10%算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止。

　　②数量要求：一般可选用3条地震波或7条地震波，其中实际强震记录的数量不少于总数量的2/3。

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