浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题
（安徽寰宇建筑设计院，230001）
摘 要：随着高层建筑的发展，超高层建筑逐渐进入人们的视野，这些建筑不再是大城市的独特标志。超高层建筑可以充分利用有限的土地资源，发挥建筑的垂直功能，提高城市规划水平。超高层建筑的结构设计已经成为一个非常重要的领域。超高层建筑的结构设计过程需要运用各种先进的知识和技术，设计师需要有先进的设计理念和坚实的理论基础。设计师需要同时考虑安全性和实用性。超高层建筑的功能多为商务酒店、商务办公、餐饮、观光等，人员流动比较密集，有必要采用科学合理的设计方法来保证超高层建筑的正常使用。因此，有许多关键问题需要注意。
关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题
1 超高层建筑结构设计的主要特点
超高层建筑整体结构设计的特点主要包括以下几个方面：与高层建筑相比，建筑的水平荷载非常大，会带来相应的竖向轴向应力。同时，在水平面上还会受到自然灾害、风等因素的干扰。在此基础上，在高层建筑的整体结构设计中，不仅要考虑建筑的竖向荷载，还要考虑建筑的水平荷载；高层建筑的竖向压力很高。在建筑竣工交付过程中，会发生竖向轴向变形现象，对结构梁的弯矩产生影响。因此，如何保证高层建筑的安全，就有必要在结构设计时考虑结构梁的弯矩。
在超高层建筑的结构设计中，必须重视结构的延性，以保证高层建筑能够抵御地震灾害，进一步保证人民的生命财产安全。
2 超高层建筑的特点及结构体系类型
2.1 超高层建筑结构设计的特点
由于超高层建筑的高度远远高于传统建筑，因此，在设计过程中其首先要考虑承载力、抗震能力和稳定性，不仅要保证建筑能够承受水平方向的荷载，还要保证建筑物能承受垂直方向的荷载。因此，在设计过程中，结构设计师需要根据超高层建筑的实际高度，合理选择合适的抗侧力结构体系，重视荷载传递路径，并计算地震荷载，以避免建筑物发生扭转，扭曲甚至崩溃等问题。
2.2 超高层建筑结构体系类型
首先，筒体结构体系。筒体结构，是指由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系，适用于层数较多的高层建筑。在侧向风荷载的作用下，其受力类似刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面将受拉，而背风面将受压。筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系等。筒体结构是由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，多用于写字楼建筑。
二是剪力墙结构体系。剪力墙结构体系是指使用钢筋混凝土板构成房屋承重系统，其优点是良好的横向刚度和抗震能力强，抗风性强、不易发生当体系结构的扭转变形的水平或侧向承载能力很好，外观更加美观，因此剪力墙结构在当前建筑中得到了广泛的应用。但这种结构不易拆除，后期维护困难，不利于形成大的建筑空间。
三是巨型框架-剪力墙结构。该结构类型是框架结构与剪力墙结构体系相结合的复合体系结构，该结构体系具有框架与剪力墙结构体系的结合力优点，既能满足高层建筑灵活布置，同时提高了高层建筑的抗震能力和高高能力，提高了高层建筑的稳定性。但需要注意的是，在使用这种结构体系时，剪力墙的数量应合理。如果数量过大，会增加施工成本；如果数量过少，可能会导致建筑物侧壁压力增加，甚至造成建筑物变形。
3 超高层建筑结构设计分析及对策
3.1 扭转问题
超高层建筑结构容易出现扭转问题。如果在设计中不妥善处理这一问题，很容易影响超高层建筑的整体结构。在超高层建筑中，结构设计的核心是高层建筑的几何中心、刚度中心和结构重心，这三个部分共同构成了超高层建筑的核心。然而，在具体的设计过程中，许多设计师会忽略建筑的几何中心、刚度中心和重心的重合，会由于压力问题而引起扭转问题。扭转的结构，垂直分量的边缘大负载容易发生脆性破坏，失败状态是第一次进入水平力的作用下，特别是地震力，所以必须采取有效的加固措施来提高结构的抗扭刚度。
为了控制结构的扭转，采用了整体结构调整方案。结构的平面尽量规则，使刚度中心与建筑物的重心尽可能重合，从而减少结构的相对偏心。例如，结构的扭转效果可以通过调整位于建筑物周围的侧向力构件的位置来改善。
有时，单增加构件的截面和刚度并不能改善构件的扭转效果。在大地震作用下，由于构件进入非弹性阶段，高刚度构件承受更多的地震剪力，这些构件也会导致脆性破坏。对于扭转位移较大的构件，应采用混合结构构件，提高构件的延性，从而提高结构的安全性能。
3.2 受力性能的问题
在超高层建筑的结构设计过程，由于建筑设计师需要更多建筑空间，并没有考虑结构布置对建筑的影响，建筑方案布置过程中未采纳结构工程师的合理布置意见，或者想法比较天马行空，这会造成建筑物的客观承载力较差，比较考验结构工程师的水平。因此，在建筑设计过程中，应充分考虑建筑物的竖向和水平承载力，然后不断优化和改进设计方案。建筑物内的每一个承重柱和承重墙都应详细准确的统计，统筹平面设计布置，以保证承重分布的合理性。
在对超高层结构进行分析时，应选择符合实际工况的计算原理图进行分析。综合分析时采用空间分析方法，复核采用两种不同力学模型的计算软件。
3.3 嵌固端部设置问题
由于超高层建筑高度很高，因此有必要设计多层地下室，以保证超高层建筑的稳定性。超高层建筑的嵌固端一般设置在地下室底部。
许多设计师在设计过程中并没有过多地考虑嵌固端。因此，很容易为后续施工埋下隐患，从而影响整个超高层建筑的稳定性。
3.4 基础设计
在高层建筑结构设计的过程中需要基于结构进行科学合理的设计，因为只有保证了最基本的设计才能顺利的进行后续的施工，对于建筑的埋深进行科学合理的设计，为了保证高层建筑不会出现倾斜的现象，这些设计问题是设计中最基本的问题。俗话说，经济基础决定上部结构，但在超高层建筑施工过程中，基础设计决定了超高层建筑的施工。
根据地质条件、结构高度和荷载分布情况，综合考虑超高层建筑结构的有效基础埋深，选择经济合理的基础方案。超高层建筑一般设置多层地下室，以保证结构基础嵌固端刚度，避免基础在水平力作用下水平位移过大，影响结构稳定性。
结语
根据实际情况，我国建筑业发展在未来一段时间，高层建筑，高楼大厦仍是我国建设的主要形式，虽然现在采用的结构系统可以满足需求，但随着建筑高度的不断增加，我们还需要研究新的结构体系，以满足未来建筑结构设计的需要。此外，我们还需要对建筑材料进行深入分析，理清不同材料在质量和结构性能上的差异，从而为材料的选择提供参考，进一步提高建筑的结构性能。
参考文献
[1]李季.超高层建筑结构设计的关键性问题[J].建材发展导向(下)，2018(11).
[2]魏亚超.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].建材与装饰，2018(22).
[3]甘日宁.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].装饰装修天地，2019(2).
