本站原创摘 要：超高层建筑的建造,有其自身独特的优势.超高层建筑能在有效面积的土地上,能够最大限度的发挥使用效益.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发挥着重要的作用.
关 键 词：超高层建筑结构设计基础设计
一、超高层建筑定义
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义.
第一类高层建筑：9-16层（高度到50米）；
第二类高层建筑：17-25层（高度到75米）；
第三类高层建筑：26-40层（最高到100米）；
超高层建筑：40层以上（高度100米以上）.
在我国,民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定：
1住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅,四层至六层为多层住宅,七层至九层为中高层住宅,十层及十层以上为高层住宅；
2除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑,大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）；
3建筑高度大于等于1OOm的民用建筑为超高层建筑.
二、超高层建筑的结构设计特点
超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比,超高层建筑的结构设计显得十分重要.不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响.
(一)超高层的建筑结构设计的特点
1.水平力的主要因素
楼房的自重与楼面的载荷在竖向放人构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比,但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比.因此在超高层的建筑设计中,水平力是设计主要因素,风荷载大部分情况成了水平力主导作用.
2.轴向变形的因素
由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形,会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小,从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大.
3.侧移做为控制指标
超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大（侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系）,所以控制结构侧移是超高层建筑结构设计的关键指标.
4.抗震设计的要求更高
超高层的建筑属于重点设防,抗震措施须按相应的规范要求加强.
（二）造型设计
建筑造型现代、简洁.主楼在进深方向上分解为三部分,通过实、虚、实的组合使楼体形体感增强,同时建筑元素以竖向线条为母题,使楼体感觉更为挺拔.裙房延续主楼的竖向线条,与主楼在建筑语汇上统一.
三、总体结构设计
结构选型在实际工程中多采用钢筋混凝土框架一核心筒结构,虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差,但避免了结构竖向抗侧力构件的转换.由于很多情况结构侧向位移难满足限值要求,可利用建筑避难层,设置钢筋混凝土桁架的结构加强层.结构加强层是一把双刃剑,虽然可提高结构抗侧移刚度,也使得结构竖向刚度突变,所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理.
（二）超限措施
在工程结构平面形状宜规则、刚度和承载力分布宜均匀,竖向体型也宜规则和均匀、结构抗侧力构件宜上下连续贯通.
由于结构高度超限、而且首层层高较高,超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：下部多层框架柱采用钢管混凝土组合柱,底部几层根据要求核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱,首层抗震等级提高一级.钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力,但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性,需考虑今后的维修保养,钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷.核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱,以解决由于首层层高较大,使得剪力墙端部应力集中的问题,并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力.
四、钢管混凝土组合柱的梁柱节点
在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土,而框架梁则采用普通钢筋混凝土,钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一.目前常用的连接节点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等.现介绍在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点,为连接节点的设计提供多一种选择.
（一）钢管开小孔的连接节点构造.钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下：
1.钢管开小孔：小孔直径D等于钢筋直径+10mm,小孔水平间距：3×D,小孔垂直间距等于2×D；
2.钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道,环板宽度：钢管混凝土柱时,取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时,取65～100mm；环板厚度等于0.5t且≥16mm（t为钢管壁厚）；
3.钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环,肋宽等于环板宽一15mm,肋厚等于环厚,长度为200mm,布置在梁开孔部位的两侧和中间；
4.梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋,以减少钢管开孔数量.在钢管混凝土叠合柱时,部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过.
（二）钢管开小孔连接节点的优点
1.钢管开小孔后对钢管截面削弱不大,梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小,钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少,不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力.
2.梁钢筋直接穿过钢管后,梁可以可靠的传递内力,梁长范围内的刚度保持不变,结构受力分析与实际相同.
3.在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后,钢管在节点区是连续的,节点的刚性不受影响,满足“强节点弱构件”的要求.
4.现场施工较方便,即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过；
5.节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多,造价较低.
五、剪力墙平面外对梁端嵌固作用分析
框架一核心筒结构,部分框架粱要支撑在剪力墙平面外方向.影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对粱端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等.目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能,但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度,当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时,计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用,使得梁端负弯矩计算值要大于实际值.
六、核心筒外墙的连梁设计
核心筒外墙的连粱纵筋计算超筋是非常普遍的情况.《高规》规定,跨高比小于5时按连梁考虑,连梁属于深弯粱和深粱的范畴,其正截面承载力计算时,已不符合平截面检测定,不能按杆系考虑.《高规》对连梁设计的具体要求是“强墙弱梁”和“强剪弱弯”,但实际施工中还要取决于设计者的理解和经验.工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计,除连梁均配置了交叉暗撑外,对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理,以满足“多道抗震防线’和“强墙弱梁”的要求.
七、结束语
超高层建筑物合理的结构设计至关重要.在达到高层建筑结构的安全性及经济性.重视概念设计,确定合理的结构方案,采取有针对性的技术措施,应保证结构分析计算准确性和设计指标的合理性,重视中震和大震下的结构安全性能.