超高层建筑设计要点.pdf
超高层建筑结构设计要点及关键应用技术
超高层建筑结构设计要点及关键应用技术发表时间：2019-09-16T17:26:13.277Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：殷斯嘉[导读] 摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。
南京理工大学土木工程系江苏南京摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。
本文详细说明了国内外不同规定下超高层建筑的限高及结构形式分类。
并梳理出超高层建筑结构设计的要点。
本文最后，根据超高层结构设计要点与难点，选取了在超高层结构设计中较为成熟的三项关键技术进行简单剖析。
关键词：超高层建筑结构弹塑性动力时程分析复杂节点有限元 BIM前言：中国自上个世纪八十年代开始进行超高层建筑设计，迄今已有近四十年。
短短的四十年间，中国紧跟国际结构设计潮流，已基本掌握当今超高层结构设计关键技术，并已建成的超高层建筑数量位居世界前列。
一、国内外超高层建筑定义：对于超高层建筑的高度限定，国内外并没有统一的规定。
根据中国《民用建筑设计通则》GB503520-2005规定：建筑高度超过100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。
在Wikipedia上，则以“skyscraper”（摩天大楼）这一概念来对应超高层建筑，即四十层以上，高度超过150m的建筑。
根据世界超高层建筑学会的新标准，超高层建筑的限定高度增加至300m。
根据我国国情，现阶段建议把高度超过200m或50层以上的高楼，称之为超高层建筑。
二、超高层建筑结构形式选取：Fazlur R.Khan 是超高层建筑领域的一代宗师，提出并完善了筒体，桁架筒体，束筒的概念。
根据汗在1969年提出的理论，超高层建筑的结构体系可分为：（巨型）框架-核心筒结构，（巨型）框筒-核心筒结构，筒中筒结构，成束筒结构，巨型支撑及混合结构。
根据安全经济，方便施工，绿色环保的设计原则，近年来结构工程师提出新的分类方法：按照内部抗侧力结构和外部抗侧力结构分类。
【结构设计】超限高层结构设计优化要点汇总(干货!)
超限高层结构设计优化要点汇总（干货！）随着经济的发展,我国的高层建筑越来越多,越来越高,各大城市的地标建筑也多以超高层建筑为主.然而,超限高层建筑的专项审查工作往往占据了设计阶段的大量时间,且其直接奠定了后期的结构造价.在此分享关于超限高层项目的优化要点.超限高层建筑工程是指超出国家规范、规定所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程,体型特别不规则的高层建筑工程,以及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程.具体判别标准详见《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质【2015】67号.需要注意的是,对于一些处于超限与否边界附近的建筑工程最好提前与审图机构,审查专家提前沟通好是否需要进行超限审查,以免造成时间上的延误.（1）结构体系结构体系的选取需经过严格比选.常见的各种结构体系优缺点如下表所示：结构体系优点缺点混凝土框架+核心筒造价经济、施工方便自重大、截面大、浪费空间型钢混凝土框架+核心筒结构抗震性能优良造价高钢管混凝土柱+核心筒延性延性好；柱截面较小造价高于型钢混凝土最终采用何种体系可综合考虑时间成本、施工成本、经济效益等方面.（2）风速剖面与风振分析《高规》4．2.7条规定：房屋高度大于200m或有下列情况之一时,宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：I.平面形状或立面形状复杂；II.立面开洞或连体建筑III.周围地形和环境较复杂.超限高层建筑分为高度超限和不规则性超限,所以往往需要进行风洞试验.由于风具有明显的地域性,且其强度和方向具有显著的方向性,利用这些特点可以有效降低结构和幕墙的造价.对于高度超过300~400m的超高层建筑,风沿高度方向变化的特性对结构设计影响很大,因此针对具体工程确定适用的最优风速剖面,而不仅依赖于《荷载规范》提供的指数变化曲线,能够有效降低风力作用,取得显著的经济效益.（3）设计地震动参数依据《防震减灾法》：“地震安全性评价单位应当对地震安全性评价报告的质量负责”.一般来说,安评报告提供的结构设计地震动参数往往偏大,将导致结构成本明显增加.通常小震应全部采用安评参数或全部用规范参数,对二者的基底剪力加以比较,按不利情况采用.中、大震计算一般采用规范参数.从而在保证结构安全的同时节约结构造价.此外,采用规范参数时需注意在不同类别场地分界附近的设计特征周期内插,如下图所示.之前笔者参与的北京某超限高层办公项目,8度区Ⅲ类场地,设计地震分组第一组,小震规范谱特征周期Tg=0.45s.因工程场地等效剪切波速接近分界线值,经内插特征周期减小为0.42s,地震作用约降低8%.（4）长周期结构的剪重比在2010版超限审查要求中对剪重比的规定比较严格,在2015版进行了放松,其规定如下：“结构总地震剪力以及各层的地震剪力与其以上各层总重力荷载代表值的比值,应符合抗震规范的要求,Ⅲ、Ⅳ类场地时尚宜适当增加.当结构底部计算的总地震剪力偏小需调整时,其以上各层的剪力、位移也均应适当调整.基本周期大于6s的结构,计算的底部剪力系数比规定值低20%以内,基本周期3.5～5s的结构比规定值低15%以内,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行设计.基本周期在5～6s 的结构可以插值采用.6度（0.05g）设防且基本周期大于5s的结构,当计算的底部剪力系数比规定值低但按底部剪力系数0.8%换算的层间位移满足规范要求时,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行抗震承载力验算.”此时,通常来讲可以满足要求.如果还是不能达到最小地震剪力要求,可以通过修改反应谱曲线的方法来使结构达到一定的设计剪重比,或通过位移值来控制结构变形.（5）周期折减系数《高规》4.3.17条对周期折减系数做了具体规定,但对于超高层建筑,若拘泥于规范给定的数值范围很可能造成巨大的浪费.一定要根据工程实际情况,隔墙的布置数量、隔墙材料等综合取值.例如,还是前述笔者说的北京某超限办公项目,框架-核心筒结构,规范给定的数值是0.7~0.8,但考虑到该工程隔墙较少,将周期折减系数取为0.90~0.95,地震作用约降低15%！（6）设计材料的选取I.混凝土高强混凝土：目前国内规范的混凝土最高强度等级为Ｃ8０,实际可生产的最高等级为C150,因此在设计上对于超高层建筑优先考虑高强度混凝土,既能节省材料,又能节省空间.II.钢材高层建筑结构用钢板：与普通结构用钢相比,各项指标均能满足要求,同时具有良好的机械性能与焊接性.在实际工程中可根据构件的重要性和具体部位选取合适钢材,以求达到最优的经济效果.（7）施工模拟可通过调整施工顺序人为控制结构的内力生成,将高内力消除,改善结构合理性,降低用钢量.（8）性能目标的合理设置性能目标的设置能够使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,并由业主选择性能目标；对结构的抗震性能睡着进行深入的分析,并通过专家的评估论证.但是在实际的操作过程中往往发现好多工程的性能目标设置过于严格,类似于“有钱就是任性”,但实际上并不合适,只是白白带来了浪费.上述的无论采取何种措施或方法,最好都要事先向审查专家进行沟通交流,以避免在最终的审查中出现通不过或二次审查的情况.。
超高层办公建筑设计要点
超高层办公建筑设计要点1. 引言超高层办公建筑是具有特殊设计要求和挑战的建筑类型。
随着城市化进程的加快和土地资源的有限性，超高层建筑成为了现代城市的标志性建筑之一。
本文将介绍超高层办公建筑设计时需要考虑的要点，包括结构设计、安全性、可持续性等方面。
2. 结构设计要点超高层办公建筑的结构设计是确保建筑物在高风压、地震等外力作用下能够安全稳定运行的关键。
以下是超高层办公建筑结构设计的要点：2.1 基础设计超高层建筑的基础设计需要考虑地基承载能力、地震力等因素。
在选择基础类型时，应充分考虑地质条件和土壤性质，并进行相应的地质勘测和承载力计算。
2.2 结构材料选择超高层建筑的结构材料要求高强度、高韧性和耐久性。
常用的结构材料包括钢筋混凝土和钢结构。
在选择结构材料时，应根据建筑的高度和设计荷载进行合理选择。
2.3 结构系统设计超高层办公建筑的结构系统设计可以采用框架结构、框架-剪力墙结构等。
结构系统应具有良好的变形性能和抗震性能，同时要考虑建筑物的功能布局和空间利用效率。
3. 安全性要点超高层办公建筑的安全性设计是确保建筑物在各种自然灾害和人为事故中能够安全疏散和使用的关键。
以下是超高层办公建筑安全性设计的要点：3.1 消防系统设计超高层办公建筑应设置完善的消防系统，包括自动喷水系统、防烟排烟系统、灭火器设备等。
应合理布置消防通道和安全出口，确保人员疏散的畅通性。
3.2 风载设计超高层建筑的风载设计要求考虑到城市风环境和局部地形的影响。
应进行风洞试验和模拟计算，合理选择和配置抗风设施，确保建筑物的稳定性和安全性。
3.3 地震设计超高层办公建筑的地震设计要考虑到地震力的作用。
应进行地震安全性评估和抗震设计，采用合适的抗震措施，如增加剪力墙、设置防护装置等，以提高建筑物的抗震性能。
4. 可持续性要点超高层办公建筑的可持续性设计是为了降低能源消耗、减少环境污染，提高建筑物的可持续发展能力。
以下是超高层办公建筑可持续性设计的要点：4.1 节能设计超高层办公建筑应采用节能设计策略，如合理选择建筑外立面材料、提高建筑的隔热性能、利用天然光照等，以减少能源消耗。
超高层建筑避难层设计要点
图1 剖面图个建筑的层高较高且人员较多，则一个避难层所保护的层足设计避难人数的要求，并宜按每1m2容纳5人计算。
《办公建筑设计标准》（J G J/T67—2019）中5.0.3的可按照每9m2容纳1人的标准来计算设计所需的避难人1 避难层位置计算办公人员数量规范要求避难区面积（m2）实际避难区面积（m2）2884-576.8619.822407--—481.4503.522407--—481.4726.111430——2避难层的平面设置避难层的功能分区主要可分为避难区、设备用房区和半室外平台区。
设备用房和管道井与避难区之间应采用耐火极限不低于3h的防火墙隔开（图2）。
从总体布局角度考虑，消防扑救场地位于建筑北侧，因此避难区和消防救援窗应与消防扑救场地相对应，以便在火灾发生时便于消防员进行救援。
设备用房区集中布置在非消防扑救场地一侧，按照规范要求，若避难层内设备用房需要492024.04 |50 | CHINA HOUSING FACILITIES图5 原施工图立面图图7 修改后立面图图8 修改后剖面图图6 修改后平面图图4 原施工图平面图图3 避难层典型不利剖面图2 避难层平面512024.04 |直接向避难区开门，则门与避难区出入口的距离不应小于5 m ，并且应采用甲级防火门，以避免设备用房发生危险时影响避难区的安全。
3避难层的剖面设置考虑到避难层包含设备用房功能，内部管线较为密集，特别是电气机房对净高有较高要求，因此本项目将11层、22层及33层避难层的层高分别定为4.8、5.5和5.4 m 。
在设备用房中，暖通加压进风机房、排烟机房等需要对外开设百叶窗，同时进风和排烟需要保持一定距离，导致避难层内的管线较多且分散。
经过管线综合布局后，确定了避难层的最小净高为2.4 m （图3）。
4避难层的立面设置超高层建筑的立面设计通常以竖向线条为主，以强调建筑的挺拔感。
然而，由于避难层内设有进排风机房等设施，外立面会出现横向百叶窗，这打破了竖向线条的连贯性，影响了建筑立面的视觉效果。
超高层建筑设计
超高层建筑设计随着城市化进程的加速，越来越多的超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。
超高层建筑不仅成为了城市的新地标，同时也具有极高的经济和社会价值。
然而，超高层建筑的设计却是一项复杂而高难度的任务，本文将从建筑的安全性、舒适性和美观性三个方面来探讨超高层建筑的设计要点。
一、建筑的安全性超高层建筑的设计首要考虑点就是其安全性问题。
因为建筑高度的增加，其面临的自然灾害、火灾、恐怖袭击等安全风险将会增加。
为了确保超高层建筑的安全，设计人员需要充分考虑以下几个方面。
1. 结构设计超高层建筑的结构设计需要考虑到垂直和水平荷载、风力、地震等不同因素。
设计人员需要从建筑材料的选择、结构体系的合理性、构件的合理分布等方面进行综合考虑，以确保建筑的整体结构强度和稳定性。
2. 消防系统消防系统是超高层建筑不可或缺的一部分。
其包括自动喷水系统、疏散系统、控制火灾蔓延的隔离设施以及消防车道等。
这些设施的效果需要经过消防模拟实验的验证，以确保其在紧急情况下能够及时而有效地控制火灾。
3. 安全逃生通道安全逃生通道的设计需要充分考虑建筑的高度和容量。
通常情况下，超高层建筑需要设置多个逃生口，并且通道需要足够宽敞，以满足在火灾等紧急情况下员工快速撤离的需要。
二、建筑的舒适性超高层建筑的建设不仅仅要考虑其安全性，同时也要考虑建筑内部的舒适度问题。
所谓舒适度，是指人们在建筑环境下所感受到的温度、湿度、光照、噪音等因素。
设计人员需要从以下几个方面来确保超高层建筑的舒适度。
1. 采光和通风采光和通风是超高层建筑内部舒适度的关键因素。
多采用幕墙结构、阳台等方式来实现室内采光，通过设计合理的通风系统来保证内外空气的有效交换。
2. 温度控制超高层建筑内部的温度控制需要采用合理的制冷和供暖系统，通过循环空气调节方式来实现温度的均衡分布。
3. 噪音控制超高层建筑为了保证内部空气质量，通常会关闭窗户。
因此，声音隔离设施显得尤为重要。
设计人员需要优化外墙和门窗的结构，通过声音屏障等方式来降低室内外噪音对于员工的干扰。
复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析
０ 、 引 言
而且还 可以增加柱子在轴力作用下形成 的力偶，使得其能够更好 的抵抗结 构体系的总力矩 。 ３ ．超高层建筑数量不断增加 ， 在满足城市 发展需要的同时， 也在一 定程度上对建筑结构 的可靠 性、 安全性 、 持久性 以 及安全性提 出了更高的要求 。由于建筑结构直接关系到高层建筑 的整体性 能及使用功能 ， 因此在设计过程中必须对之予 以重视。 在实际的设计过程 中
科 学 论 舷
徐延 召 宋 涛
摘
硪穗 蛄絮
复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析
（ 河南五建建设集 团有 限公司 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ） 要： 在对影响复杂高层与超高层建筑 结构设计的主要 因素进行 详细论述的基础上 ， 从提 高建筑 结构体系稳定性 的基础 出发， 提 出了提高复杂高 层与超 高层 建筑结构设计的相关策略， 为保证建筑的安全性提供一定的参考。 关键词： 高层 ； 超高层 ； 结构设计 ； 风载荷
分 的侧 向力是由芯筒来承担的，这使得整栋建筑的侧移 曲线基本上 是由芯 筒 的变形直接控制 的。 在水平载荷 的作用下， 芯筒以弯 曲变形为主。 同时， 由 于芯筒的平面尺寸还受到建筑 的竖 向服务性设施面积影 响，直接造成 了芯
筒 的高度与宽度 比值较大的问题 。 为了达到减小建筑结构侧移 的目的， 可以 在 高层建筑 中每相隔十来层布置一个设备层， 在其中添加桁架 ， 形成刚臂 。 这样将能够使得 芯筒与外围的框架柱连接为一体，使得结构的外柱 也可以 参与到结构的整体抗弯体系中， 有效的一直 了芯筒各个水平截面， 尤其是顶
必须通过多种技术手段 ， 从多个途径突 出混凝土建筑结构施工 的整体效果。 １ 、 复杂高层与超高层建筑 结构设 计的主要控制 因素 建筑载荷 的选取是建筑结构设计的首要工作 ，对于大多数高层建筑而 言， 可 以根据建筑结构设计载荷规范中的相关要求予以确 定。 其次则需要对 其他 的建筑结构设计影 响因素进行分析 ， 确定对应的结构设计措施。 １ ． １风载荷 对 于复杂高层与超 高层建筑结构的设计 ，由于其 高层容易受到风载荷
浅析超高层建筑结构设计的技术要点
高， 高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展 ， 其表现形式也是多种 多样 ， 但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题。在作为城 ２１ 超限高层建筑的类型主要有大底盘 、 ． 大裙房 、 多塔楼建筑带有外 市风景线的同时 ，高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题， 挑、 悬挑层的建筑。 如何多方面实现高层建筑设计的完善是 目前高层建筑设计所追求的 ２ 超限高层建筑经常采用的结构体 系有钢筋混凝土框架一 ． ２ 核心筒 主要理 念 。 结构 ， 它的整体 ｌ 抗侧刚度好 ， 生、 一般采用以上｝ 凝土钢框架结构 ， 昆 具 ３ 在实际的建筑设计过程中，高层建筑设 计中的塔楼部分虽然在 ． ３
有 自重轻、 断面小 、 承载力大的优势外密柱结构 ， 随着技术的发展 ， 在 设计 匕 没有很大的变化余地 ， 但是在高层建筑的底层部分可以通过一 高层住宅中也出现了新的结构体系， 如现浇框架一 短肢剪力墙现浇框 些巧妙的处理来实现对空间形式上的丰富 ， 在实际的建筑设计中一般 支 一短肢 剪力 墙 。 都是采用底层架空和入 口缩进的处理方法。 ２ 高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构 （ ． ３ 代号 ４ 建筑节 能
பைடு நூலகம்
定 ：０层及 １ 层 以上或高度超过 ２ ｍ的钢筋混凝土结构称为高层 ３ 基于混凝土转换结构的上述特点 ，在确定施工方案时应重点考 １ ０ ８ ． １ 建筑结构。当建筑高度超过 １０ ０ ｍ时， 称为超高层建筑。３ １７ 年国 虑以下几个方面的问题 ：） ）９ ２ １转换板的自重 、 施工荷载以及所承受的上 所 可行 并根 际高层建筑会议将高层建筑分为 ４ ： １ 类 第 类为 ９ １ 层（ — ６ 最高 ５ ｍ） 部结构荷载往往非常大 ， 以应选择合理、 的模板支撑方案， ０ ， 第２ 类为 １￣ ５ 最高 ７ ｍ） ３ ７２ 层（ ５ ， 类为 ２－ ０ 最高 ｌＯ ， ４ 第 ６４ 层（ － Ｏ ｍ）第 类为 ４ ０层以上 （ 高于 １０ 。 ） ０ ｍ）４ 中国的房屋 ６ 层及 ６ 层以上就需要设 置电梯 ， １ 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范 ， 对 ０ 因 此中国的 《 民用建筑设计通￣）Ｃ ０ ５ — ０５ 、高层民用建筑设 Ｊ ｌ（ Ｂ ５ ３ ２２ ０ ）《 据转换板的结构将点进行模板支撑体系的设计。 ） ２工程转换层大梁截 面尺寸达 １０ ｘ５ ０ ｍ， ２０ ２ ０ ｍ 自重达 ７ ｆ 施工时加上模板 自重及施工 ． ｍ， ５ 活荷载， 合计线荷载接近 ８ ｋ ／ ３下部楼盖（ ５ ０ Ｎｍ。 ） 即 层楼盖 ） 以直接 难
超高层建筑智能化设计要点
提 供 适 宜此 类 建 筑 特 点 的技 术措 施 。
关键 词 超 高层 建 筑
制 网络 通 信 系 统 集 成
智 能 化 系统 设 计 要 点
控
二 级 通 信 网络 系 统 ，如 办 公 、酒 店 、 商业 等 区 域 ，采
用 网络 型程 控 交 换 机 。分 别 提 供 各 类业 务 需 求
ｃ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｉｔｇ ａｉ ｎ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ
在 超 高 层 建 筑 物 内应 根 据 不 同 的 使 用 功 能 和 竖 向 分 区 的 特 点 ，分 别 采 用 分 级 和 分 区 的 设 计 措 施 ：
摘 要 结合 超 高 层 建 筑 功 能 特 点 和 智 能化 技 术
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｂｙ ｏ ｂｎ ｎ ｔ ｅ ｔａ— ｉｈ ｂｕｌ ｉ ｇ ｓｒ ｃ ｃ ｍ ｉｉ ｇ ｈｅ ｘｒ ｈ【 ｉ ｎ ｇ ｄ
ｆ ｎ ｔｏ ａ ｆａｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｓａｕ ｓ ｏ ｕ ｃｉｎ ｌ ｅ ｔ ｒ ｓ ｎ ｈ ｐ ｌ ｔｏ ｔｔ ｅ ｆ ｃ ｉ ｔｌｉｅ ｔｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｅｌｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｋ ｙ ｐ ｉ ｔ ｆ ｈ ｓｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｏｎ ｓｏ
Ｋｅ ｏｎ ｓ ｏ ｙ ｐ ｉ ｔ ｆ
分 ．设 计 者 应 考 虑 预 留 物 理 上 分 开 的 双 通 信 接 人 系 统 路 由 ．以 满 足 如 城 市 Ｓ Ｈ （ Ｄ 同步 数 字 体 系 ）光 纤 通 信
传 输 网 络 的 应 用 需求
ｉ ｔｌｉｅ ｔｓ ｓｅ ｄ ｓｇ Ｃｏ ｔｏ ｅｗｏ ｋ Ｃｏ ｎ ｅｌ ｎ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｇ ｎ ｒ ｌｎ ｔ ｒ ｍｍｕ ｉ ｎ —