超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

1、目 錄一、超高層建筑與一般高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的差異2二、結(jié)構(gòu)設(shè)計特點32.1 重力荷載迅速增大42.2 控制建筑物的水平位移成為主要矛盾42.2.1 風(fēng)作用效應(yīng)加大42.2.2 地震作用效應(yīng)加大42.3 P效應(yīng)成為不可忽視的問題42.4 豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響增大52.5 傾覆力矩增大。整體穩(wěn)定性要求提高52.6 防火、防災(zāi)的重要性凸現(xiàn)52.7 建筑物的重要性等級提高62.8 控制風(fēng)振加速度符合人體舒適度要求62.9 圍護結(jié)構(gòu)必須進行抗風(fēng)設(shè)計6三、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法63.1 減輕自重減小地震作用73.2 降低風(fēng)作用水平力73.2.1減小迎風(fēng)面積73.2.2 降低風(fēng)力形心73.2.3

2、選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀73.3 減少振動。耗散輸入能量734加強抗震措施73.4.1 選用規(guī)則結(jié)構(gòu)使建筑物具有明確的計算簡圖83.4.2 采用多個權(quán)威程序(如SATWE、TAT、SAP2000等)進行計算比較83.4.3 進行小模型風(fēng)洞試驗，獲取有關(guān)風(fēng)載作用參數(shù)93.4.4 采用智能化設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的可控性93.4.5 提高節(jié)點連接的可靠度93.5超高建筑結(jié)構(gòu)類型中的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計93.5.1 混合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型93.5.2 型鋼混凝土和圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率的控制10四、高層建筑結(jié)構(gòu)方案選擇的主要考慮因素114.1 抗震設(shè)防烈度是超高層結(jié)構(gòu)體系選用首要考慮因素之一114.2 超高層建

3、筑方案，應(yīng)受到結(jié)構(gòu)方案的制約114.3 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中結(jié)構(gòu)類型的選擇124.3.1 擬建場地的巖土工程地質(zhì)條件的影響124.3.2 抗震性能目標(biāo)的影響124.3.3 采用合理的結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)考慮經(jīng)濟上的合理性134.3.4 施工的合理性的影響14五、關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度問題15六 超高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計166.1 天然地基基礎(chǔ)176.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計18超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項一、超高層建筑與一般高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的差異1、從房屋高度上，超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米甚至上千米的設(shè)想，而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。2、超高層建筑由于消防的要求，須設(shè)置避難層，以保

4、證遇到火災(zāi)時人員疏散的安全。由于機電設(shè)備使用的要求，還需要設(shè)置設(shè)備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用，而對于更高的多功能使用的超高層建筑，它不只每15層設(shè)一個避難層兼設(shè)備層即可，還需要設(shè)有機電設(shè)備層。對于這些安放有設(shè)備的樓層設(shè)計除考慮實際的荷載之外，更需考慮設(shè)備的振動對相鄰樓層使用的影響。同時，這些樓層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，為提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，可用來設(shè)置結(jié)構(gòu)加強層。這與一般高層建筑設(shè)計是不相同的。3、超高層建筑的結(jié)構(gòu)類型選擇上相對要廣，除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，還有全鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。而一般高層建筑結(jié)構(gòu)除了特殊條件需要者外，多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。4、超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對于矩形平面其長寬比也是在

5、2以內(nèi)，尤其抗震設(shè)防的高烈度地區(qū)更應(yīng)采用規(guī)則對稱平面。否則，在地震作用時由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，易受到損壞。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。5、超高層建筑的基礎(chǔ)形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為框架核心筒或筒中筒，基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。同時，由于基底壓力大要求地基承載力很高，除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外，一般均采用樁基。另外，超高層建筑基本不采用復(fù)合地基，而一般高層建筑則有采用。6、房屋高度超過150m的超高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的使用條件，滿足風(fēng)荷作用下舒適度要求，結(jié)構(gòu)頂點最大加速度的控制滿足相關(guān)規(guī)定要求，而高層建筑設(shè)計不需要考慮。7、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都需要進行抗震設(shè)

6、防專項審查。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、建筑抗震設(shè)計規(guī)范中的B級高度房屋就規(guī)定需要進行抗震設(shè)防專項審查，還有超過高規(guī)中第ll章混合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的房屋高度也需要進行抗震設(shè)防專項審查。即算是采用全鋼結(jié)構(gòu)，超過抗規(guī))第8章規(guī)定的房屋高度時，同樣需要進行抗設(shè)防專項審查。這是因為超過現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定房屋高度，還沒有這樣的工程經(jīng)驗，只有經(jīng)過國內(nèi)專家的評估和論證，必要時還須進行振動模型試驗，才能確保工程的安全。而一般高層建筑的房屋高度多在規(guī)范容許高度范圍并已有大量的科研成果和實際工程經(jīng)驗，除非是特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，是不需要進行抗震設(shè)防專項審查的。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計特點2.1 重力荷載迅速增大 隨著建筑物高度的不斷增加重力

7、荷載呈直線上升，作用在豎向構(gòu)件柱、墻上的軸壓力增加，對基礎(chǔ)承載力的要求也更加提高。2.2 控制建筑物的水平位移成為主要矛盾2.2.1 風(fēng)作用效應(yīng)加大 風(fēng)是引起結(jié)構(gòu)水平位移的主要因素，決定風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值()大小的各參數(shù)隨著建筑物高度的增加發(fā)生如下變化：只與建筑物的平面形狀有關(guān)，基本不變；變化不大(總趨勢隨高度增加會減小，但變化幅度不大)；取值較普通結(jié)構(gòu)增大許多(超高層建筑屬于特別重要的結(jié)構(gòu)，對風(fēng)作用相當(dāng)敏感，應(yīng)按n=100年，甚至n=200年的重現(xiàn)期采用)；在梯度風(fēng)高度范圍內(nèi)呈上升趨勢(以地面粗糙程度C類為例，建筑物高度從100m增加到400m，拋增大約184倍，因此，作用在建筑物上的風(fēng)載沿高度方向

8、呈倒三角形狀或拋物線狀。建筑物越高，風(fēng)合力就越大，合力作用點位置就越高，對建筑物產(chǎn)生的作用效應(yīng)(如建筑物底部總剪力、總彎矩、樓層層間位移角、頂層最大水平位移值等)也越大。2.2.2 地震作用效應(yīng)加大 多遇地震下對建筑物進行彈性分析計算時，建筑物高度的增加使結(jié)構(gòu)自重增加、重心位置提高，地震作用產(chǎn)生的水平剪力和豎向力增大、作用位置提高，整個結(jié)構(gòu)內(nèi)力增加；在罕遇地震作用下將導(dǎo)致薄弱部位的加速破壞。2.3 P效應(yīng)成為不可忽視的問題 超高層建筑高寬比較大，側(cè)向剛度相對較弱，水平位移量大，重力與水平位移所產(chǎn)生的附加彎矩常常大于初始彎矩的10%，必須考慮重力二階P效應(yīng)。2.4 豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對結(jié)構(gòu)

9、內(nèi)力的影響增大豎向構(gòu)件的總壓縮量主要由受力變形、干縮變形和徐變變形三部分組成，對于全鋼結(jié)構(gòu)僅需考慮受力變形產(chǎn)生的縮短影響，對于鋼混結(jié)構(gòu)、鋼組合結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)必須考慮干縮縮短和徐變縮短的影響。一般受力變形瞬時完成，其變形量可用胡克定律作近似計算；干縮變形完成的時間較長，據(jù)資料統(tǒng)計約為總壓縮量的30；徐變變形完成的時間更長，線性徐變可由公式簡單計算；構(gòu)件的總壓縮量隨著構(gòu)件的高度、平均壓應(yīng)力=NA的增加而加大。超高層建筑的豎向構(gòu)件不但H和較大，而且構(gòu)件之間的壓應(yīng)力差也較大，因此設(shè)計中除了通過控制軸壓比使豎向構(gòu)件之間的壓應(yīng)力較接近外，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取逐步將各層柱頂找平后再進行下一道工序的施工辦法

10、來減小變形差；對鋼結(jié)構(gòu)采取預(yù)留柱、墻壓縮量的方法來減小變形差；總體結(jié)構(gòu)分析時采取模擬施工方法，減小變形差對內(nèi)力計算的影響。2.5 傾覆力矩增大，整體穩(wěn)定性要求提高建筑物高度的增加使得側(cè)向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆要求提高。實際工程中常常采取增加基礎(chǔ)埋深、加大基礎(chǔ)寬度或采用抗拔樁基等措施來滿足整體穩(wěn)定性要求。2.6 防火、防災(zāi)的重要性凸現(xiàn)超高層建筑多采用鋼混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，而鋼材耐熱不耐火的特性更易加重某些次生災(zāi)害的發(fā)生，例如美國世貿(mào)中心的倒塌。一般緊急情況下高樓所需要的疏散時間較長，從頂層飛機救援的行動也常會受到各方面因素的制約，使得實施比較困難，因此防火、防災(zāi)的設(shè)計更為重要，目前關(guān)于防災(zāi)方面

11、的具體要求我國還沒有相應(yīng)的規(guī)程可循。2.7 建筑物的重要性等級提高超高層建筑常作為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，資金投人大，在政治、經(jīng)濟、文化中所起的作用重大，破壞影響較大、波及范圍較廣，不論其建筑類別均屬于重要建筑，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度要提高，一般情況下重要性系數(shù)取1.1，特殊情況下也可取1.2。2.8 控制風(fēng)振加速度符合人體舒適度要求超高層建筑風(fēng)振作用效應(yīng)明顯，風(fēng)作用下的頂層加速度直接影響到室內(nèi)人體的舒適度，實現(xiàn)良好的使用條件要求必須控制頂層的最大加速度滿足規(guī)程2的限值，同時還要控制由風(fēng)振引起的扭轉(zhuǎn)加速度，一般不宜超過0.001 rad。2.9 圍護結(jié)構(gòu)必須進行抗風(fēng)設(shè)計建筑物高度的增加使得垂直于圍護結(jié)

12、構(gòu)表面上的風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值也迅速增大，因此必須對圍護結(jié)構(gòu)進行抗風(fēng)設(shè)計。如采用玻璃幕墻圍護，則其風(fēng)載更大(取值時，將10min平均風(fēng)速轉(zhuǎn)換為3s陣風(fēng)風(fēng)速計算，須采用結(jié)構(gòu)玻璃滿足強度要求，鋁合金龍骨滿足變形要求。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法3.1 減輕自重。減小地震作用采用高強輕質(zhì)材料(如全鋼結(jié)構(gòu)、幕墻圍護、輕質(zhì)隔斷等)，減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用。3.2 降低風(fēng)作用水平力3.2.1減小迎風(fēng)面積正方形平面形式，橫向迎風(fēng)面最??；如計算對角線方向的迎風(fēng)面寬，則圓形平面最??；在立面上適當(dāng)位置開洞泄風(fēng)(如上海環(huán)球金融中心大廈圍)，風(fēng)力降低更直接。3.2.2 降低風(fēng)力形心采用下大上小的立面體型，既減小高風(fēng)壓在高處的迎風(fēng)面積，

13、又降低風(fēng)作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同時下大上小的立面體型對建筑底部來說增大了抵抗矩，提高了穩(wěn)定性，如巴黎的埃菲爾鐵塔。3.2.3 選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀體型系數(shù)從小到大可選用下列平面順序：圓形平面正多邊形平面正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形式，減小整體和局部風(fēng)壓的體型系數(shù)。3.3 減少振動。耗散輸入能量 采用阻尼裝置或加大阻尼比，減少振動影響，如臺北國際金融中心大廈。選用耗能、減振的結(jié)構(gòu)體系，如采用偏心支撐的鋼結(jié)構(gòu)具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。34加強抗震措施3.4.1 選用規(guī)則結(jié)構(gòu)使建筑物具有明確的計算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑同。如采

14、用圓形、正多邊形、正方形等平面形狀，可以使整體結(jié)構(gòu)具有多向同性，避免強弱軸的抗力不同和變形差異。功能復(fù)雜的建筑常常是多種結(jié)構(gòu)體系的綜合，具體設(shè)計時應(yīng)注意以下問題。(1)結(jié)構(gòu)平面形狀盡可能對稱。由于地震作用的方向具有隨機性，風(fēng)作用雖有主導(dǎo)方向，但最大值也具有隨機性，因此選用具有對稱性、多向同性布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，有利于形心和剛心的重合。(2)豎向構(gòu)件盡可能連續(xù)，避免抗側(cè)力構(gòu)件的間斷，從而形成薄弱層、薄弱部位，對抗震不利。(3)設(shè)置多道抗震防線，滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。(4)增加超靜定次數(shù)，增加重要構(gòu)件的傳力線路，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。贅余度的增多，可以使結(jié)構(gòu)有更多的部位有機會形成塑性鉸，

15、吸收更多的地震能量。(5)在滿足強度、剛度要求的前提下，選擇具有較好延性的結(jié)構(gòu)材料，增加總體變形能力，增加結(jié)構(gòu)耗能。(6)建立整體屈服機制，避免失穩(wěn)破壞，并做到強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件、強埋件弱連接設(shè)計；對容易失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，做到強支撐；對受彎構(gòu)件，做到強壓弱拉等。3.4.2 采用多個權(quán)威程序(如SATWE、TAT、SAP2000等)進行計算比較，通過動力時程分析，驗證薄弱部位；對重要構(gòu)件補充有限元分析計算，從而使計算的結(jié)論更為完整，結(jié)果更為可靠。3.4.3 進行小模型風(fēng)洞試驗，獲取有關(guān)風(fēng)載作用參數(shù)；通過振動臺試驗，獲取有關(guān)地震作用參數(shù)。3.4.4 采用智能化設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的可控性。應(yīng)用傳

16、感器、質(zhì)量驅(qū)動裝置、可調(diào)剛度體系等和計算機共同組成主動控制體系，提供可變側(cè)向剛度，控制結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)等。3.4.5 提高節(jié)點連接的可靠度，如鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的焊接處理，鋼混結(jié)構(gòu)中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。3.5超高建筑結(jié)構(gòu)類型中的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計3.5.1 混合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型(1)鋼框架鋼筋混凝上核心筒(內(nèi)外框梁為鋼梁)；(2)型鋼混凝土框架鋼筋混凝土核心筒(內(nèi)外框梁為鋼梁或型鋼混凝上梁)；(3)圓鋼管(矩型鋼管)混凝土框架鋼筋混凝土核心筒； 上述三種混合結(jié)構(gòu)類型，在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中均有采用。從已建的工程來看，是后兩種居多。從現(xiàn)有國家相關(guān)設(shè)計規(guī)程的規(guī)定，上述三種結(jié)構(gòu)類型的房屋適用高度，當(dāng)外框為鋼框

17、架時低于后兩種，這主要是鋼框架的剛度要低于后兩種；當(dāng)外框為框筒時，三種結(jié)構(gòu)類型的房屋適用高度基本相同。這三種結(jié)構(gòu)類型從施工上講，主要問題是型鋼混凝土柱的箍筋要穿越型鋼柱的腹板；尤其采用型鋼混凝土梁，粱的縱筋要穿越柱的腹板或焊接在設(shè)置于型鋼柱翼緣的鋼牛腿上，而型鋼柱的箍筋除穿越柱腹板外還要穿越型鋼梁的腹板?？傊?，施工極不方便，這也就是在實際工程上一般不采用型鋼混凝土梁而內(nèi)外框梁采用鋼梁的原因。另外，三種結(jié)構(gòu)類型的用鋼量也各不相同，如同處北京地區(qū)且房屋高度都在150m左右的國際貿(mào)易中心二期、財富中心一期及東直門交通樞紐雙塔分別外框是：鋼框架、型鋼混凝土框架、圓鋼管混凝土框架，內(nèi)筒均是鋼筋混凝土核心

18、筒。其型鋼用鋼量分別約為、。顯然，它與全鋼結(jié)構(gòu)相比，即使加上鋼筋用量后總用鋼量也要低，相應(yīng)總的工程費用也低。同時，由于混合結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件是鋼筋混凝土核心筒，其抗側(cè)剛度大于鋼支撐，這就是混合結(jié)構(gòu)目前廣泛用于超高層建筑結(jié)構(gòu)的主要原因。3.5.2 型鋼混凝土和圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率的控制一般設(shè)計中都是構(gòu)造控制，目前國內(nèi)設(shè)計的技術(shù)規(guī)程有如下的規(guī)定：(1)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的第11.3.5條中之4規(guī)定型鋼含鋼率，當(dāng)柱軸壓比大于0.4時，不宜小于4；當(dāng)柱軸壓比小于0.4時，不宜小于3。(2)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的第6.2.4條規(guī)定，柱受力型鋼的含鋼率不宜小于4，且不宜大

19、于lO(最近的規(guī)程修改將改為15)。(3)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的第6.1.3條規(guī)定柱的鋼骨含鋼率，對于一二級抗震結(jié)構(gòu)，不小于4；對于特一級抗震結(jié)構(gòu)，不小于6：且不大于15。（4)高層建筑鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程的6.3.1條規(guī)定，柱的鋼骨含鋼率，一級、二級、三級抗震等級，不應(yīng)小于4：特一級抗震等級，不應(yīng)小于6；且不大于15。四、高層建筑結(jié)構(gòu)方案選擇的主要考慮因素4.1 抗震設(shè)防烈度是超高層結(jié)構(gòu)體系選用首要考慮因素之一 現(xiàn)在的抗規(guī)和高規(guī)中已明確規(guī)定，結(jié)構(gòu)體系的選用與抗震設(shè)防烈度相關(guān)。同時，從抗規(guī)和高規(guī)中規(guī)定的同一結(jié)構(gòu)體系，對于房屋高度超過100m的高層建筑，不同的抗震設(shè)防烈度，

20、房屋高度也是不相同的。很顯然，抗震設(shè)防烈度6度最有利于建造超高層建筑，抗震設(shè)防度7度次之。而抗震烈度8度的高烈度區(qū)是不宜建造300m以上的超高層建筑的。因為地震作用太大，要滿足三個水準(zhǔn)的設(shè)防性能目標(biāo)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸大，用材指標(biāo)很高，并導(dǎo)致工程造價也相當(dāng)高。如一座房屋高度為150m的框架核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度區(qū)是高規(guī)中的A級高度房屋且為正常設(shè)計；而在抗震設(shè)防烈度8度區(qū)是高規(guī)中的B級高度房且高度還超限，需經(jīng)抗震設(shè)防專限審查批準(zhǔn)后方可進入正式設(shè)計。另外，在結(jié)構(gòu)類型上，前者可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而后者則需采用混合結(jié)構(gòu)。像這樣的工程實例，如中國中元國際工程公司設(shè)計的重慶金融街金融中心和北京財富

21、中心房屋高度近同，結(jié)果如上所述。4.2 超高層建筑方案，應(yīng)受到結(jié)構(gòu)方案的制約 建筑專業(yè)是民用建筑設(shè)計中的龍頭專業(yè)，一個具有較強建筑方案能力和有經(jīng)驗的建筑師，每一建筑方案都應(yīng)考慮到結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)方案的可實施性。而對于超高層建筑方案更應(yīng)首先就要考慮結(jié)構(gòu)方案的可行性，否則不是一個合理的建筑方案。所以，國外承擔(dān)超高層建筑設(shè)計的事務(wù)所提出的每一個方案都要經(jīng)過權(quán)威的結(jié)構(gòu)顧問認(rèn)可。對于我們國內(nèi)設(shè)計單位來說，在建筑方案設(shè)計時應(yīng)有結(jié)構(gòu)專業(yè)的參與和配合。否則，有可能出現(xiàn)方案的大調(diào)整。4.3 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中結(jié)構(gòu)類型的選擇4.3.1 擬建場地的巖土工程地質(zhì)條件的影響。 一個擬建在基巖埋藏極淺場地上的超高層建筑，

22、具有采用天然地基的條件。一般這樣的場地其建筑場地類別為I類或II類，同時抗震設(shè)防烈度又低，故所采用的結(jié)構(gòu)體系在高規(guī)規(guī)定的房屋高度范圍內(nèi)，則可優(yōu)先考慮采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如我國的重慶和青島地區(qū)。而對在第四紀(jì)土層上的抗震設(shè)防烈度7度或8度區(qū)擬建的超高層建筑，為降低地震作用，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮采用結(jié)構(gòu)自重較輕的混合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。如在北京、上海等地區(qū)就不可能優(yōu)先考慮選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。4.3.2 抗震性能目標(biāo)的影響。 前面所述超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計都普遍存在結(jié)構(gòu)超限，即超出我國現(xiàn)行抗規(guī)和高規(guī)的相關(guān)規(guī)定。一般抗震設(shè)計的性能目標(biāo)要求豎向構(gòu)件承載力達到中震不屈服或剪力墻底部加強區(qū)達到抗剪中震彈性，受彎及框架柱達到中

23、震不屈服。顯然，抗震設(shè)防烈度7度區(qū)、特別是8度區(qū)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就很難或不可能滿足這一要求。所以，為減小結(jié)構(gòu)自重在地震作用下產(chǎn)生的內(nèi)力，應(yīng)考慮選用混合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，這樣即可以基本由型鋼承擔(dān)地震作用產(chǎn)生的剪力和拉力。否則，采用全鋼筋混凝土的豎向構(gòu)件則會因截面計算配筋量太大，導(dǎo)致鋼筋無法放置。若增大構(gòu)件截面則結(jié)構(gòu)自重加大，地震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也增大，仍然會使得截面配筋率很大，這在實際工程是無法實施的。4.3.3 采用合理的結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)考慮經(jīng)濟上的合理性。通常從工程造價上比較，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最低，其次是混合結(jié)構(gòu)，最高則是全鋼結(jié)構(gòu)。一般混合結(jié)構(gòu)(指型鋼混凝土柱、鋼梁、鋼筋混凝土核心筒)方案每平方米造

24、價要高出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)約500元，而全鋼結(jié)構(gòu)每平方米要高出約1 000元以上。所以，超高層結(jié)構(gòu)方案的采用應(yīng)考慮有利于降低工程造價。另外，超高層建筑結(jié)構(gòu)中的豎向承重構(gòu)件由于截面積大而會使建筑有效的使用面積減小。采用型鋼混凝土柱或圓鋼管混凝土柱既可較大提高承載能力，而且延性好，尤其是柱截面比鋼筋混凝土柱減小近5006。因此，增大了有效使用面積，這對于工程造價格較高的超高層建筑來說經(jīng)濟效益得到了提高。所以，即使采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案，為減小柱截面，也可在一定高度柱內(nèi)設(shè)置型鋼，這主要是為了獲得較多的使用面積以提高經(jīng)濟效益。采用型鋼混凝土柱或圓鋼管混凝土柱、內(nèi)外框鋼梁和內(nèi)設(shè)型鋼的鋼筋混凝土核心筒的這種混

25、合結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在普遍被用于超高層建筑結(jié)構(gòu)。因為此種結(jié)構(gòu)相對全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重要小，特別是還具較大的結(jié)構(gòu)剛度，在地震作用下結(jié)構(gòu)易于滿足設(shè)計要求，同時具有良好的消防防火性能，其綜合經(jīng)濟指標(biāo)較好。當(dāng)然，也有一定數(shù)量的超高層建筑采用全鋼結(jié)構(gòu)，那是有其特殊原因，像中央電視臺那樣的怪異建筑它是無法用混合結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。對于北京抗震設(shè)防烈度8度這樣一種嚴(yán)重特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，要保證結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，就須結(jié)構(gòu)自重輕、材料強度高，特別是部分構(gòu)件始終處在受拉狀態(tài)，只有采用全鋼結(jié)構(gòu)方可。它的用鋼量達400kgm2，是房屋結(jié)構(gòu)中最高的。因此，從結(jié)構(gòu)上講它不是一個合理的結(jié)構(gòu)。4.3.4 施工的合理的影響超高層建筑的房屋高度多在

26、150m以上，一般整棟樓面積多近lOxl04或以上。眾所周知，房屋高度愈高，施工難度愈大，施工周期也愈長。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑出地面以上的樓層施工進度約每月4層；混合結(jié)構(gòu)(型鋼混凝土框架鋼筋混凝土核心筒，內(nèi)外框梁為鋼梁)約每月5層6層；全鋼結(jié)構(gòu)約每月7層。顯然，不同結(jié)構(gòu)類型，施工進度各不相同。因此，設(shè)計應(yīng)根據(jù)不同的房屋高度和業(yè)主對工程施工進度的要求，綜合考慮以選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。另外，由于超高層建筑施工周期長，從文明施工和盡量減少對城市環(huán)境的不良影響，設(shè)計應(yīng)考慮盡量減少現(xiàn)場混凝土的澆搗量，使部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件能放在工廠加工制作，運到現(xiàn)場即可安裝就位。同時在樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮盡量做到減少模板作業(yè)

27、而采用帶鋼承板的組合樓蓋，這對于保證工程施工質(zhì)量和加快施工進度是極其有效的措施。所以，抗震設(shè)防烈度7度以上地區(qū)、房屋高度在150m以上超高層建筑結(jié)構(gòu)，采用上述所說的混合結(jié)構(gòu)方案是合適的。甚至在有條件時，把型鋼混凝土柱改為鋼管混凝土柱可使施工速度更快。如采用型鋼混凝土框架(內(nèi)外框梁為鋼梁)鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，它在施工出地面后，中央核心筒可獨立采用滑模施工，且可先于鋼結(jié)構(gòu)安裝5層6層，隨后進行3層型鋼柱和鋼梁的安裝后，再進行型鋼混凝土柱支模和澆注混凝土，接著鋪設(shè)樓層鋼承板和擲扎樓板鋼筋并澆注混凝土。顯然，采用鋼承板的組合樓蓋結(jié)構(gòu)就基本沒有模板作業(yè)了。采用這種結(jié)構(gòu)形式，其施工速度無疑要快于鋼筋混凝

28、土結(jié)構(gòu)?？傊?，對于超高層建筑結(jié)構(gòu)選型除前面所說的因素外，施工的合理性也是設(shè)計要考慮的重要方面。五、關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度問題 超高層建筑混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土核心筒體是整個結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件，所以簡體的墻厚尤其是外側(cè)墻厚，主要是由抗側(cè)剛度要求決定。在高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于框架一剪力墻、框架核心筒或筒體結(jié)構(gòu)(包括鋼筋混凝土或混合結(jié)構(gòu))，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對此類結(jié)構(gòu)都有明確規(guī)定：框架均應(yīng)承擔(dān)一定比例地震作用下產(chǎn)生的水平剪力。這一規(guī)定充分說明我們設(shè)計是采用雙重抗側(cè)體力系。所以，要求外框架或外框筒承擔(dān)一定比例的水平剪力，就要求具有一定抗側(cè)剛度。因此，外框柱截面的確定除滿足承載力和軸壓比外，

29、其剛度在整體結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計中應(yīng)予以充分考慮。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于框架核心筒或筒中筒結(jié)構(gòu)(鋼筋混凝土或混合結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度有時不能滿足變形要求，需要利用避難層或設(shè)備層在外框或外框筒周邊設(shè)置環(huán)狀桁架或同時設(shè)置水平伸臂桁架的加強層。采用這種桁架式的加強層可以減少結(jié)構(gòu)剛度突變，同時又使外框架或外框筒與核心筒緊密連接成一體，增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，滿足結(jié)構(gòu)的變形(層間位移)要求。對于外框柱與筒體的剪力墻間設(shè)置的水平伸臂桁架，應(yīng)使設(shè)置水平伸臂桁架處簡體的墻位與外框柱對應(yīng)一致，水平伸臂桁架平面應(yīng)與簡體墻中心線重合，方能形成結(jié)構(gòu)整體的抗側(cè)剛度。在前述中的?？谀彻こ痰钠矫鏋殪俣沸蔚姆桨钢?，其外框柱與簡體剪

30、力墻位互不對應(yīng)。如要設(shè)置水平伸臂桁架就無法直接拉通相連，這對于提高結(jié)構(gòu)整體的抗側(cè)剛度將很不明顯。因此，如需要設(shè)置則設(shè)計應(yīng)在方案階段考慮調(diào)整。六 超高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計 超高層建筑一般多設(shè)二層或更多層的地下室，其基礎(chǔ)的埋置深度均能滿足穩(wěn)定要求。而對于基巖埋藏較淺無法建造多層地下室不能滿足埋置深度要求的，則可設(shè)置嵌巖錨桿來滿足穩(wěn)定要求。其基礎(chǔ)形式應(yīng)據(jù)場地的巖土工程地質(zhì)條件，在滿足地基承載力的同時也滿足沉降變形設(shè)計的要求。一般當(dāng)基底砌置在第四紀(jì)沖、洪積的黏性土層或海相沉積的土層時，其地基承載力不能滿足且地基剛度也不能滿足變形要求，因此，需采用樁基方案。而房屋高度在150m左右且房屋樓層約40層左右

31、的超高層建筑，當(dāng)基底砌置在第四紀(jì)厚度較大且密實的砂、卵石層時，一般承載力特征值和壓縮模量都很高，則可考慮采用天然地基方案。對于基底砌置在中風(fēng)化或微風(fēng)化的基巖上的情況，則無論房屋高度多大，均為天然地基方案。6.1 天然地基基礎(chǔ)。 上述兩種情況下的天然地基方案，其基礎(chǔ)形式是各不相同的。對于基底砌置在砂、卵石層的基礎(chǔ)，多是采用等厚板筏形基礎(chǔ)。但也有工程采用箱形基礎(chǔ)，主要利用作為消防水池，如155m高的北京國貿(mào)中心一期寫字樓工程。由于該工程有3層地下室只是最下1層是箱基，而其他1層、2層不是，故總稱為箱筏聯(lián)合基礎(chǔ)。等厚板筏基的板厚應(yīng)具有較大的剛度，以使基底壓力均勻分布以及減小外框(筒)和內(nèi)筒的沉降變形

32、差異，通常設(shè)計的等厚板筏基的板厚取外框和內(nèi)筒之間跨度的14左右。而對于基底砌置在中風(fēng)化或微風(fēng)化的基巖上，由于基巖承載力特征值很高，則外框柱可采用獨立基礎(chǔ)，內(nèi)筒可采用條形基礎(chǔ)或等厚板筏形基礎(chǔ)。如重慶地區(qū)某工程基底的中風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化砂巖的承載力特征值分別為2650kPa和10380kPa，就可按上述的基礎(chǔ)形式進行設(shè)計。同時，由于中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖剛度很大，荷載作用下沉降變形甚微，所以地下室底板厚可按構(gòu)造設(shè)置或按巖石裂隙水的水浮力計算考慮。在基巖上的獨立柱基礎(chǔ)，一般為使施工開挖不破壞基巖的整體性，多采用人工挖孔樁的開挖方式施工。6.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計。 超高層建筑的樁基礎(chǔ)，由于基底壓力大，要求的單樁豎向承載力較高，因此，均采用大直徑鉆孔灌注樁或有條件的工程場地采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。樁端持力層的選擇應(yīng)考慮層厚較大和密實的砂、卵石層或中風(fēng)化、微風(fēng)化基巖，以減少樁端沉降變形。關(guān)于樁的布置總原則應(yīng)集中布于柱下和墻下，但不同的樁型布樁的結(jié)果是各不相同的。如果設(shè)計采用的是端承樁或是摩擦端承樁，由于單樁豎向承載力特征值很高，所需樁數(shù)要少，則可布于柱下和墻下：如果設(shè)