1、超限高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，人口城市化進(jìn)程不斷加快，國內(nèi)城市化進(jìn)程 的急速發(fā)展，推進(jìn)了市政建設(shè)中建筑行業(yè)迅速崛起，高層建筑日漸成為城市的主 要建筑模式，既緩解了城市的用地緊張局面，較好的處理好人地關(guān)系的矛盾，這 就導(dǎo)致在超限高層建筑越來越普遍。本文通過對超限高層建筑工程定義概述，分 析其與我國普通高層建筑工程的區(qū)別，對超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主體因素進(jìn)行 分析，并對超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主體問題提出個人建議的解決措施。關(guān)鍵詞：超限高層；建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計。刖言國內(nèi)城市化進(jìn)程的急速發(fā)展，推進(jìn)了市政建設(shè)中建筑行業(yè)迅速崛起，超限高 層建筑日漸成為城市的主要建筑模式，既緩解

2、了城市的用地緊張局面，較好的處 理好人地關(guān)系的矛盾，又在一定程度上在用地流轉(zhuǎn)上獲得資金，推進(jìn)整體經(jīng)濟(jì)的 發(fā)展，有效處理了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的困境。雖難以避免潛存著諸多的發(fā)展弊病，但綜合 效益依然較為顯著。超限高層建筑工程的施建，勢必需要科學(xué)高效的規(guī)設(shè)，摸清 實際狀況，針對性的加以處理，以催動建筑行業(yè)的高效發(fā)展，對該類建筑結(jié)構(gòu)設(shè) 計進(jìn)行分析，從而有效的確保超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全可靠性。一、超限高層建筑工程的定義超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié) 構(gòu)類型的高層建筑工程，體型特別不規(guī)則的高層建筑工程以及有關(guān)政府管理機(jī)構(gòu) 文件中規(guī)定應(yīng)進(jìn)行抗震專項審查的高層建筑工程。在超限高層

3、建筑設(shè)計中，除應(yīng) 遵守現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求外，還有結(jié)構(gòu)抗震計算分析和結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施等特殊 要求。也有相關(guān)具體定義為：關(guān)于這些超限高層建筑國家也做出了相關(guān)的規(guī)定， 將超過B級高度建筑180米的最大適用高度的高層建筑都稱為超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計。二、超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與普通高層建筑的區(qū)別2.1隨著層數(shù)和高度的增加，豎向荷載也不斷加大，墻、柱結(jié)構(gòu)面積也隨之相 應(yīng)的增加。2.2隨著層數(shù)的增加，導(dǎo)致需要調(diào)整的系數(shù)也加大，構(gòu)件內(nèi)力變形、位移值和 位移比的控制難度都會有所增加，從而需要對其抗震等級進(jìn)行提高。2.3隨著高層建筑層數(shù)的增加，所累加的效應(yīng)也會越來越明顯。而且在這其中 還會由于壓縮變形差而導(dǎo)致節(jié)點附加彎

4、矩、傾覆彎矩所產(chǎn)生附加軸力，這也是超 限結(jié)構(gòu)設(shè)計時不可忽視的重要因素。2.4由于高度的增加，超限高層建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載急劇增長，風(fēng)力隨著各層 作用點高度的增加而不斷加大，重力荷載代表值、各層作用點高度及構(gòu)件截面剛 度也會導(dǎo)致地震作用的加大，結(jié)構(gòu)受力的主要思想因素來自于水平荷載。三、超限高層建筑設(shè)計的主體因素3.1基于性能的抗震設(shè)計能否滿足抗震性能目標(biāo)在超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，通常分為小震、中震和大震作用下的抗震 設(shè)計，計算分析方法也具有一定的區(qū)別。通常利用振型分解反應(yīng)法或是彈性動力 時程法來對小震作用進(jìn)行計算分析；而中震則利用彈性計算和結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服判斷 分析法來對其抗震性能進(jìn)行計算；在大震

5、設(shè)計時，則利用靜力彈塑性一 Pushover 推覆分析及動力彈塑性來對進(jìn)行計算。利用這些計算方法可以有效的對各階段所 要實現(xiàn)的抗震目標(biāo)進(jìn)行判斷，確保結(jié)構(gòu)的安全性。3.2考慮可能的風(fēng)載作用控制并驗算風(fēng)作用下舒適度通常情況下在對抗震超限審查項目中并不包括風(fēng)荷載作用。但對于超限高層 結(jié)構(gòu)工程來講，由于其高度與正常高層建筑的高度超出較多，這就會導(dǎo)致風(fēng)起到 較大的控制作用。所以需要在高層超限結(jié)構(gòu)中對風(fēng)載進(jìn)行必要的分析。在具體分 析過程中，需要通過風(fēng)洞試驗的數(shù)據(jù)對超高層建筑受相鄰超高層建筑物風(fēng)擾的影 響進(jìn)行分析，根據(jù)其橫風(fēng)作用的大小來采取必要的控制措施。在對橫風(fēng)和順風(fēng)作 用進(jìn)行超限計算時，需要將兩個方向的

6、風(fēng)壓值都要與放大系數(shù)1.3相乘，從而計 算出相應(yīng)的位移和強(qiáng)度，從而進(jìn)一步對可能起控制的橫向風(fēng)作用進(jìn)行有效控制， 確保在風(fēng)作用下超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最佳舒適度。3.3根據(jù)超限高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件和剛度需求分析溫差效應(yīng)目前高層結(jié)構(gòu)采用的都為豎向構(gòu)件筒體，樁截面和剛度都較大，這就導(dǎo)致就 會導(dǎo)致在混凝土澆筑過程中樓蓋梁板在水平方向上溫差變形會有較大的約束力產(chǎn) 生。從而導(dǎo)致相應(yīng)約束力產(chǎn)生，即水平溫差效應(yīng)。所以在實際設(shè)計過程中需要對 混凝土終凝時的溫度差值所可能對結(jié)構(gòu)帶來的附加內(nèi)力影響進(jìn)行充分的考慮。3.4針對超限分析要考慮混凝土徐變收縮對結(jié)構(gòu)的影響混凝土自身固徐變收縮的特性，但鋼結(jié)構(gòu)則不存在這個問題，但當(dāng)混凝

7、土附 著在鋼結(jié)構(gòu)上時，隨著時間的持續(xù)，則會導(dǎo)致徐變變形的發(fā)生。同時作為超限高 層建筑，由于其豎向構(gòu)件高度較大，這就會導(dǎo)致其徐變變形累計數(shù)量較大，而且 同時還會有收縮變形發(fā)生，在這兩種疊加變形的作用下，會導(dǎo)致超高層建筑豎向 構(gòu)件后期的塑性變形達(dá)到較大的一個量級，導(dǎo)致其超出荷載直接發(fā)生彈性變形， 從而對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件或是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶來較大的影響。所以在實際設(shè)計過程中， 需要對這種徐變收縮進(jìn)行量化分析，對其可能導(dǎo)致的不利影響進(jìn)行評估，根據(jù)分 析的結(jié)果來對是否需要采用相應(yīng)的對策進(jìn)行判斷，確保超限高層建筑的質(zhì)量。四、超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中主體問題的解決措施4.1對于超限高層建筑，一般在基于性能的抗震設(shè)計分析中

8、，其設(shè)計的主要目 的就是保證建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下依然能維持其性能水平衡。在設(shè)計過程中，設(shè) 計人員與業(yè)主具有較高的自主權(quán)，并能適當(dāng)?shù)目朔嚓P(guān)規(guī)范的受限制，并為新材 料的推廣奠定基礎(chǔ)。在基于性能抗震設(shè)計過程中，首先需要考慮社會總費用，并 在制定特殊的目標(biāo)性能時，正確認(rèn)識到業(yè)主費用對建筑抗震性能的影響。同時， 在建筑抗震設(shè)計中，我國的89規(guī)范概括性提出了建筑抗震指標(biāo)：小震不壞、中 震可修、大震不倒，這就要求在地震時，不會出現(xiàn)危及生命的建筑破壞現(xiàn)象。從 基于性能抗震設(shè)計的應(yīng)用情況來看，其主要被應(yīng)用在超限結(jié)構(gòu)與復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，并 收到良好效果。其對于抗震性能進(jìn)行設(shè)計時，需要采用科學(xué)合理的設(shè)計方法從而 對高層

9、建筑結(jié)構(gòu)在大、中、小三個地震級別的抗震性能進(jìn)行具體的分析和判斷， 對于豎向荷載及風(fēng)載的作用，則需要在設(shè)計和計算時確保所選擇的方法的規(guī)范性。 從而有效的確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性，確保其在小需作用下結(jié)構(gòu)具有良好的彈性和完 好性，不會有損傷發(fā)生，使結(jié)構(gòu)在小震中具有較好的抗震性能。4.2在對中震作用下結(jié)構(gòu)的彈性進(jìn)行計算時，需要利用地震反應(yīng)譜曲線來對中 震彈性進(jìn)行計算，由于需要在計算中對各項系數(shù)進(jìn)行確定，所以可以將荷載、材 料及城市承載力調(diào)整等各項系數(shù)都取1.0為準(zhǔn)，而在計算過程中可以不對地震作 用下內(nèi)力放大調(diào)整進(jìn)行考慮，其標(biāo)準(zhǔn)值可以根據(jù)材料的強(qiáng)度來進(jìn)行選取，以構(gòu)件 地震作用組合效應(yīng)小于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計算的抗震承

10、載力為標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，則 可以做到中震作用下，超限高層結(jié)構(gòu)具有良好的不屈服性，具有較好的抗震性能。4.3豎向構(gòu)件及與外框柱及內(nèi)筒剪力墻面內(nèi)相交的主要框架梁均不出現(xiàn)屈服， 梁均不出現(xiàn)受剪屈服，在小震及屈服判別地震作用1時，所有梁不出現(xiàn)受彎屈服; 在判別地震作用2及中震時，核心筒連梁僅出現(xiàn)程度較輕的屈服，可判斷為輕微 的損傷；另，右側(cè)的邊框架梁在中震下也出現(xiàn)輕微屈服，經(jīng)將梁寬度適當(dāng)加大后， 即可滿足該梁中震不屈服。實際設(shè)計時，將按小震和中震兩者的較大值對構(gòu)件進(jìn) 行配筋，這樣則能實現(xiàn)中震作用下結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件不屈服，其他構(gòu)件部分允許受彎 屈服，可修復(fù)使用的第二階段抗震性能水準(zhǔn)。4.4對大震作用，則可

11、以采用相應(yīng)軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析（Pushover） 及用接口程序BEPTA進(jìn)行模型的前處理和準(zhǔn)備工作后通過分析軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動 力彈塑性分析。按彈塑性程序計算所反映的塑性發(fā)展程度來對構(gòu)件以至整個結(jié)構(gòu) 進(jìn)行相應(yīng)的性能評價。4.5超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，為了確保其安全性，在對其抗震進(jìn)行超限審查時， 還需要通過對風(fēng)載、溫差和混凝土徐變收縮可能帶來的影響進(jìn)行深入的分析，確 保真正實施超限高層結(jié)構(gòu)時其性能能夠得到有效的保障。結(jié)語超限高層建筑，結(jié)構(gòu)獨特復(fù)雜，要求高于普通高層建筑施建，這種立足于節(jié) 約土地，提升用地效率，解決人地矛盾的訴求，勢必對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高要求。 在具體設(shè)計方案制定時，一定多加考量，諸如成本、施建水平、安全，實際工程 運用也要不斷推廣不斷探索，從而得到安全可靠的超限高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。參考文獻(xiàn)金輝.超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計J.城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（8）胡志民.高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計探析J.科技