某超高层建筑结构选型

某超高层建筑结构选型

耿伟伟

中色科技股份有限公司 河南省洛阳市 471000

摘要：近些年，人们对生活质量和居住条件的要求不断提升，相应地，对建筑工程的综合品质也提出了更高的要求。与此同时，国家也出台了相关政策呼吁建筑的节能化、高效化发展，这就要求建筑企业积极运用结构设计优化方法，使有限的空间与资源的价值得到最大化发挥，进而促进建筑工程实用性、经济性发展目标的实现，这对我国整个建筑行业的可持续发展来说也是大有好处的。本文对某超高层建筑结构选型进行分析，以供参考。

关键词：超高层建筑；结构；选型

引言

结构设计在房屋建筑建设过程中占据着十分重要的地位，而要使结构设计更好地满足工程建设需求，就必须积极运用结构设计优化方法，一般来说，房屋建筑结构设计优化的步骤主要为建立结构优化模型、优化计算方案、程序设计以及结果分析。从优化内容上来看，主要涉及到整体优化和局部优化、基础优化设计、分阶段优化、上部结构优化等，只有落实好上述几个方面的优化设计工作，才能使房建工程结构设计水平得到全方位提升。

1结构特点

结构材料选用可采用纯钢结构、混凝土结构或混合结构。钢结构强度高、质量轻、抗震性能好，施工速度快，但由于造价较高、防火性能差等问题，限制了钢结构在高层建筑中的广泛应用。工程设防烈度8度（0.2g），高度为149m（室外地面取值塔楼大屋面）。当采用混凝土结构或混合结构时，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（住房和城乡建设部建质的有关规定，为超B级高度（140m）的框架-核心筒结构，结构高度超限。

2建筑结构优化设计的理念

2.1安全性

建筑结构的优化设计必须符合安全性要求。作为民众生活、工作的主要场所，建筑空间必须具备高度的安全性，因此，优化设计应以结构安全性为前提，若建筑结构不符合安全性标准，不仅影响建筑结构的耐久性，甚至会威胁民众的人身安全。

2.2节约性

建筑结构优化设计应秉持节约的原则。在建筑材料的选择上，应充分考虑材料的力学性能和构件的受力特点，做到物尽其用；在空间上，应尽量减少构件的数量和截面，这样不但可节省空间，也可降低结构自重，为业主增加建筑使用空间。

3工程建设中房屋建筑结构设计常见问题

施工与设计衔接问题，在当前的实际工程建设中，往往会因为建筑设计与施工的问题导致施工质量的下降、工期拖延的情况出现。而我国目前建筑工程行业的现场施工人员文化水平有限、总体职业素养较低，往往对建筑设计施工图纸的重要性不够明确，对建筑设计施工图中表达的内容理解不到位，导致建筑设计图纸无法在施工过程之中发挥指导的作用，对设计中要求的细节问题在施工过程中无法全面落实，导致建筑工程的施工质量无法满足用户的实际需求。另外就我国目前实际情况下，设计图纸在整个工程建设中发挥的作用有限，由于某些主观、客观因素的影响并不对设计图纸中的内容进行实际操作，导致整个项目的质量得不到保证，为整个建筑工程设计埋下安全隐患。

4针对塔楼高度超限的措施

（1）多道防线塔楼结构采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构体系。其抗侧力体系包括：钢筋混凝土核心筒、钢管混凝土柱与钢框架梁。（2）增强框架延性为改善框架的延性，采取了下述的措施：框架柱采用钢管混凝土柱形式，有很好的延性性能。框架柱已按一级进行设计，同时控制其轴压比，不大于0.70。钢管混凝土柱拟采用设置竖向加劲板和水平加劲板、布置栓钉等措施增强钢管与混凝土的粘结能力，保证其共同工作。（3）针对楼板不连续的措施开洞周边楼板厚度适当增加，塔楼采用钢筋桁架楼承板，并采用弹性楼板假定进行详细的有限元应力分析，根据楼板应力情况，对开洞薄弱部位的周边结构构件如楼板和梁均考虑加强，并按双层双向配筋，楼板配筋率不小于0.25%，保证水平力的传递。周边的梁、墙配筋均加强。

5结构方案比选

方案一：型钢混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架加强层。

方案二：单侧型钢混凝土密柱框架+钢筋混凝土核心筒。利用建筑南北两侧平面窗间墙位置布置钢筋混凝土框架柱，从而在结构刚度较差的水平向形成外框单方向密柱，提高结构水平向抗侧刚度；同时，为提高结构底部大堂的通透性，减小对地下停车位的影响，增加的外框柱不落地，采用人字形钢骨混凝土斜撑转换。该方案取消了方案一在加强层位置所设置的伸臂桁架及单侧腰桁架，从而达到消除结构竖向刚度突变，节约结构造价，降低施工难度，缩短工程建设周期的目的。

6各方案主要指标比较

（1）各方案底部剪重比虽然比规范要求的3.2%略低，但根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（住房和城乡建设部建质第十三条的规定，各方案结构底部剪力系数均大于规范限值的85%即2.72%，符合审查要点的规定。（2）方案二总质量最大，刚度最强，外框地震剪力分担最大，结构二道防线作用明显；同时，由于取消伸臂桁架及腰桁架，结构施工难度较低，有利于提高施工速度，节约施工措施费用。

7结构设计优化在房屋建筑结构设计中的具体应用

7.1整体优化和局部优化

建筑结构设计表现出明显的层次性和复杂性。首先，从层次性上来看，其主要涉及到建筑设计体系、结构体系和安装设计体系等，且上述每个体系之下还包括诸多小的分支体系。设计人员在开展建筑结构设计工作的时候，应当结合工程的具体情况以及各个分支的特点加以优化，循序渐进地解决各环节遇到的困难，进而确保整个工程的顺利完工。其次，站在复杂性的层面来看，其主要涉及到建筑原材料的选择、零部件的选择以及结构类型的确定等内容。所以，不管是哪种类型的房屋建筑，都可从整体和局部出发进行优化，最终实现建筑结构设计水平的最大化提升。

7.2分阶段优化

建筑工程项目各个环节的施工都是密切联系的，且每一个环节都有着自身独特的优化设计方法。因此，在实际开展工程建设工作的时候，应坚持分阶段优化设计的原则，首先应对建筑施工建设的阶段进行合理划分，然后将不同阶段的性质作为参考依据，对建筑结构设计加以优化，同时还要注重对整个工程寿命的优化，这样才能使企业的经济效益得到进一步提升。

7.3注重结构体系的优化

房屋建筑结构设计中结构选型要合理，我院曾设计（设防烈度为八度，地震加速度为０．３ｇ，地震分组为第三组）一栋地下一层，地上五层云数据中心，该工程建筑抗震设防类别为乙类，柱网为７．２ｍ×９．４ｍ，层高５．１米，地下部分房间功能为停车位，地上部分房间主要功能为云数据机房（活荷载为１０ＫＮ／㎡）和电池室（活荷载为１６ＫＮ／㎡），方案阶段结构形式采用框架结构，经初步试算在满足规范规定的框架结构指标的前提下，框架柱截面为９００ｍｍ×１１００ｍｍ，且主体结构梁很大。后经过方案调整和优化设计，发现本工程为大空间结构，布置部分剪力墙对建筑功能影响不大，所以将结构形式改为框架－抗震墙结构，经计算，在满足规范规定的框架－抗震墙结构指标的前提下，剪力墙厚为３５０ｍｍ，框架柱截面为７００ｍｍ×８００ｍｍ，且梁、柱、墙配筋相比框架结构大大减小。

结束语

对于高度150m左右的超高层建筑，若不设置加强层即能满足结构抗侧刚度的要求，无论是对结构体系的简化、提高结构体系的抗震性能、降低工程总造价，还是加快施工进度均提供了有利条件。

参考文献

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[2]缪仨胤.某超高层建筑计算分析结构选型和结构经济合理性研究[J].建设科技,2017(04):74-77.