浅谈超高层建筑设计的创新理念

浅谈超高层建筑设计的创新理念

【摘要】近年来，随着我国建筑行业整体设计理念与水平的不断提升，国内现代建筑在质量、工艺、造型、规模、层数、功能性、抗震性、强度与耐腐蚀等方面都有了显著的提高，基本实现了我国建筑行业设计工作与世界先进理念和技术的接轨与融合。而超高层建筑是城市综合实力的体现,在中国,超高层建筑设计是一项崭新的设计内容,是一个复杂的系统工程,针对建筑的形式特点,应有相应的设计理念和技术手段。

【关键词】建筑行业；超高层建筑；结构设计

1.高层及超高层结构体系

(1)对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑。

(2)对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：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。

(3)高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。

>东南科技研发中心，建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架—剪力墙或框—筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。

2.新材料的选用

2.1高性能钢

在抗震设计中，一直以保证骨架结构的强度为重点。通过分析强震记录，发现强震时，仅是强度抵抗，并没有给予建筑物以充分的塑性变形能力。而塑性变形却可以吸收能量，减轻震害，这在抗震设计中，显得十分重要。因此，对钢材性能的要求也发生了变化，研制和开发出了适用于超高层建筑的高性能钢材，同时，还开发出了新的高层结构体系。

2.2新RC结构（钢筋混凝土）

在钢结构钢材的强度不断提高的同时，钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土强度也在迅速地提高。1988年以来，进行了强度为58.8～117.6MPa的混凝土及强度为686～1176.7MPa的钢筋的开发，并已用于超高层住宅中，如礼新城北高层住宅（地上45层，高度160m），所用混凝土强度为58.8MPa，主筋强度为686MPa，断面加强筋强度为784MPa，是以前高层RC结构所用材料强度的两倍。现在超高层建筑已开始使用78.4MPa，98MPa的混凝土。

2.3 CFT结构（钢管混凝土）

由于高强度钢的使用，可以使构件截面做得小而薄，然而这必带来局部屈曲和刚度降低的问题，解决这个问题的途径之一就是采用CFT柱。

继S结构、SRC结构、RC结构之后，它形成了第四种结构体系。CFT结构体系，就是用圆形或多边形钢管内填充混凝土的柱子和S结构，钢－混凝土结构的梁连接起来而形成的结构体系，具有刚度大，耐久力大，变形能力强，防火性好等方面的优良结构性能。因此，超高层建筑，大跨结构等开始广泛采用此种结构体系。

3.楼盖的设计

高层、超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度，是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件，同时使钢柱与各竖向构件(剪力墙或筒体)起到变形协调作用。

一般钢结构建筑物的楼板和屋盖，都采用轧制的压型钢板加现浇钢筋混凝土(简称钢承混凝土)楼板和屋盖，厚度一般不小于150mm。目前在设计钢承混凝土楼板和屋盖时没有考虑钢承混凝土楼板和屋盖与钢梁共同作用。主要是对于板底呈波形的计算原理不甚了解或认为计算繁琐，就按平板计算，这样既不安全又增加了钢梁的用钢量。

如果采用钢梁与钢承混凝土楼板共同作用，简称MST组合梁，只要计算正确，配筋合理，栓钉可靠，则可以节约楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，而且不需对钢梁进行稳定验算。

4.关于超高层建筑的节能问题

建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大旅游和商贸活动等方面有其独特作用，也远非普通建筑可以比拟，抓好超高层建筑的节能设计，将会带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步。

超高层建筑的节能问题:

目前我国超高层建筑的节能问题，已引起了国内外建筑节能界的密切关注，

就上述问题而言，仅凭国内建筑设计单位的设计能力也不可能完全解决好，国内的研究力量和设计力量联合攻坚的局面尚未形成，还缺乏政府的政策引导，于是就有大量的外国咨询公司介入国内的重大项目的节能咨询，由于对中国建筑节能标准把握不够，且不了解地区性的气候资源、技术能力、经济水平等，屡屡导致围护结构选型上出现了不切实际的不合国情的错误设计，如在我国南方地区超高层建筑设计时片面推介欧、美等高纬度寒冷地区所流行的双层通风玻璃幕墙系统、外墙外保温系统、智能化内遮阳系统等，如果对此不进行建筑节能的专项技术论证，照搬国外技术必然要存在大量建成后的隐患，那么工程完工之时也就是它们面临节能改造之日，这将在国内乃至国际上对国家的建设形象造成极坏的长期性影响。关于节能问题的建议：

(1)由当地建设主管部门牵头组织相关力量对超大体量和超高层建设项目，进行初步设计前的节能专项论证，纠正错误，明确和落实施工图节能设计的节能目标和正确的设计方向。在建筑初步设计和施工图设计阶段进行专项节能审查，并进行重、特大项目的建筑节能设计审查特别备案。

(2)对超大体量和超高层建设项目所涉及到的节能关键技术，如超高层建筑（在超过100米高空的气象条件下）基于能耗动态模拟的围护结构节能优化选型等一些针对性强的关键技术，应由建设主管部门设立专项课题招标研究。

(3)积极开发新的设计理念，尽快解决节能问题，具体措施有：

①屋面雨水管道采用衬塑钢管，靠建筑外墙设置。在靠近喷淋末端的雨水落水管每层的适当位置（在室内吊顶以上。），引出一根DN50的排水支管（与雨水管道同材质。），并结合喷淋末端试水排水系统的需要，设置排水漏斗。同时，在该支管上设置控制阀门（设计采用球阀。根据排水需要，不宜设制截止阀。）。当该层需要打开喷淋系统末端试水装置进行试水时，手动开启该层雨水管道支管上的控制阀门（该阀门也可自动启闭。），排放喷淋试验用水；当试验结束时，关闭该阀门，以防止下雨时，屋面雨水从该层排水漏斗处进入室内。采用上述做法，既节省了一趟排水管道，并节减了相关安装费用；同时也尽可能减少对标准层建筑面积的占用。

②室外箱式变电站经适当美化处理后，其外观效果可作为室外建筑小品）。由于冷却塔设在室外绿地上，为了防止室外落叶进入冷却循环水系统，设计要求在冷却塔的塔顶出风口上设置钢丝网。该系统经过空调季节运转，运行情况良好。同时，根据建成后的实际效果来看，由于室外冷却塔处理得当，相当于一个室外小品，对于丰富建筑环境，起到了不错的效果。

5.结束语

建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑又是标志性极强的建筑，抓好超高层建筑的节能设计，将会带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步。为此，随着我国国力的不断增强，不断借鉴外国先进的建筑技术，并结合我国的具体实际，必将能走出一条具有中国特色的超高层建筑之