探讨超高层建筑的设计要点

摘要：随着城市化进程的加快，建筑行业的迅速发展，使得城市用地面积越来越小，故超高层建筑得到了较为迅速的发展，并且得到了人们的认可，但是同时对超高成建筑的设计水平提出了更大的挑战，故在本文中对超高层建筑的设计要点进行了详细的分析与探讨，以供参考。

关键字：超高层建筑；设计要点；

中图分类号：TU208文献标识码： A

前 言：经济的发展，超高层建筑逐渐成为城市的地标性建筑，在一定程度上反应了城市发展的水平，由于高层建筑的逐渐增多，人们对建筑的设计提出了更高的要求，故提高超高层建筑设计的水平是势在必行的。

一、概述

随着经济的快速发展，自上世纪80年代中期我国开始建造超高层建筑以来，我国各大中城市如雨后春笋般的相继建成大量的超高层建筑。除香港以外，以上海市最多。目前我国已建成投入使用最高的是上海环球金融中心，房屋高度492m,101层；而在建的国内最高的是上海中心大厦，房屋高度达 574.6m,124层。目前世界上最高的摩天大楼是阿拉伯联合奠长国的迪拜塔，房屋高度为828m，有 160多层。我国上海中心大厦建成之后，其将是世界高楼的前几位。据有关资料介绍，英国伦敦设想建造300层的摩天塔楼，即所谓的伦敦通天塔，房屋高度1524m，而且不是最终的高度，只是第一阶段建筑计划中的高度，未来它还能继续的长高。

超高层建筑的建造，其之所以发展的如此之快，除了有的城市为了有一个高大的形象建筑之外，主要还是超高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。虽然建造超高层需要的费用比一般高层建筑高出很多，但在我国的城市建设中，随着日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑以更快的速度发展。

二、重视概念设计，确定合理结构设计方案结构设计是保证复杂高层、超高层建筑安全性和经济性的主要部分。超高层建筑设计之初就需要有结构专业方案进行密切配合，保证结构方案实施的可行性。结构工程师加强和建筑设计师之间的沟通，向建筑设计师表达真实的建筑效果和空间需求，提出建筑理念和功能相适应的结构体系，建筑整体设计和结构设计的合理统一能够减少不必要的结构转换，增大使用空间，提高结构安全性和经济性，降低设计难度。复杂高层、超高层建筑的结构体系一般分为框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系六类。复杂高层、超高层建筑通常外在条件各异，不能形成统一要求，这就需要概念设计来根据建筑使用功能要求、建筑高度、抗震设防烈度等进行安全、经济、合理设计。在结构方案中要重视概念设计，采取针对性的技术措施，力求做到有所创新。

三、保证结构分析计算的准确性和设计指标的合理性

1、荷载计算

建筑物的高度不断增加，重力荷载呈直线上升，继而对竖向构建柱、墙上轴压力相应增加，对基础承载力的要求也相应提高。建筑设计的安全性主要集中在结构设计的荷载选取。高层建筑荷载要根据计算规范和建筑的影响因素来进行确定!

（1）地震荷载

地震荷载是复杂高层、超高层经常计算的结构分析值。超高层建筑结构自振周期经常在6.0-9.0s之间。而抗震规范中地震影响系数曲线通常只到6.0s，地震荷载可以将直线倾斜下降段从6.0s延伸至10.0s取用。

（2）风荷载

建筑高度增加，风载标准值也增大，在90m的高空，风速有15m/s，300-400m高空，风速可达到15m/s,所以楼层越高，风力对大楼产生的风荷载越大。所以要对维护结构进行抗风设计，比如用结构玻璃来玻璃幕墙围护，满足强度要求。有些高层建筑的主要影响因素就是风荷载。风荷载计算经常采用100年重现期的风荷载对构件承载力进行设计，采用50重现期的风荷载对构件承载力进行控制。对于200m以上的高层建筑要进行风洞试验。比如台北101大楼，委托加拿大设计师设计一个1:500比例模型在半径为600m的风场环境中进行风洞试验，提高建筑的抗风载能力。

2、自振周期计算

我国超高层建筑发展迅速，以前的结构自振周期和建筑物层数挂钩的经验公式不适用于当前的超高层建筑。自振周期首先根据抗震防烈度、建筑高度进行抛物线拟合计算，再结合其他因素来综合计算。

四、抗震措施

超高层建筑加强抗震除了准确计算地震荷载也要从结构、构件、抗震防线等多方面来重视中震和大震的结构安全性能。因为地震作用方向具有随机性，所以选择对称性、多向同性布置的抗侧力结构体系有利于形心和刚心的重合，比如圆形、正多边形、正方形等平面形状；竖向构件很容易侧力荷载形成薄弱部位，减弱抗震强度。所以要加强构件的强度。设置多道抗震防线，能够满足“大震不倒”的设防要求；采用钢结构、混凝土结构、型钢混凝土结构提高抗震性能和变形能力。

五、消防设计

采用全钢、幕墙围护等高强轻质材料来减轻自重，从而减小地震作用。但是全钢结构导热系数大、耐火性差，很容易引起火灾!再加上建筑结构复杂，建筑内管线设备多，很容易埋下安全隐患。建筑楼层较高，内部空气抽力大，一旦发生火灾事故，还容易造成火灾快速蔓延。超高层的消防难点有火灾荷载大、火势蔓延迅速、人员疏散困难、救援难度大等!所以在超高层建筑设计的过程中一定要注意防火、防灾设计!采用不然、难燃性建筑材料，增加安全通道数量，增设火灾自动报警器，保证消防通道密封性，增加消防专用电梯数量，提高消防专用电梯安全性能，重视危险系数较高的楼层和单元的消防设计。

六、垂直交通设计

高层建筑也普通高层建筑之间一个最大的区别是垂直交通和管道设备集中在一起，又称做“核心筒”。核心筒的设计要平衡采光、节能、易于维护等多方面的要求，所以设计难度较大!随着建筑技术的飞跃发展，超高层建筑逐步演化出中央核心筒的空间构成模式。不仅能够将电梯、楼梯、卫生间等服务区域向平面中央集中，节省空间，还能试功能区域有良好的采光、视线范围、交通环境。核心筒的承受剪力和抗剪力较大，需要一个刚度来支撑这些强度。中央核心筒处于建筑的几何中央位置，建筑的质量重心、刚度重心、型体核心三心重合，有利于结构受力和抗震。当然，不同条件的超高层建筑需要不同的布局方式，针对于“内核式布局”的是“外核式布局”，也能够适应某些条件下的空间构成。

超高层建筑高、体量大，支撑高层的地基要有足够的强度，大多采用深地基。

七、供电稳定性

为超高层建筑，安全性必然是供电系统设计所需要格外注意的地方，其次是供电可靠性。配电系统的设计上，需考虑多回路供电及备用发电机组的配置。因超高建筑的高度，变配电房可以考虑设置在塔楼中部的楼层，以减少低压配电的损耗。备用柴油发电机设置于地库层，供电电压采用10kv输出，再经变压器降压至低压配电，保证配电至塔楼的高层。

八、其他要点

（1）加强端部构件，提高抗扭刚度，减少结构扭转效应。

（2）超高层建筑高度高，侧向力引起的倾覆力矩也大，所以要选择适当的结构抗侧力体系，提高抗倾覆要求，合理设置伸臂桁架和腰桁架。

（3）超高层建筑后期维护费用较高，在设计时要考虑经济性。采用高品质优良材料，采用节能工艺、设备等，优化建筑位置及朝向设计，优化围护结构墙体设计来降低能耗。

（4）现代计算机信息计算技术应用普遍。在超高层建筑设计的时候可采用多个软件程序进行计算比较，比如SATWE/TATA等，能够验证薄弱部位，还能对重要构件补充有限元分析计算，使计算结果更为可靠。

（5）采用智能化设计，提高结构可控性。应用传感器、质量驱动装置、可调刚度体系和计算机组成主动控制体系，提供可变侧向刚度，控制地震反应等。

（6）选择质量轻“强度高”延性强的材料。围护多采用玻璃幕墙、铝合金幕墙等；内部多采用轻质隔断；楼屋面多选用压型钢板加混凝土层面。

总之，经济的发展，城市化进程的加快，高层建筑、超高层建筑势必会成为未来发展的必然趋势，这就要求我们不断提高高层建筑施工技术的水平，从而满足日益发展的社会经济的需要。促进建筑工程行业的健康发展。

参考文献：

[1]汪源浩,沈小璞,王建国. 超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版),2006,（3）.

[2]黄鹤. 复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J]. 才智,2012,（2）.

[3]沈瑞宏,陈婷,颜潇潇. 高层、超高层建筑的结构体系[J]. 工业建筑,2009,（6）.

[4]刘军进,肖从真,王翠坤,徐自国,田春雨,陈凯. 复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J]. 建筑结构,2011,（11）.