摘要：为了土地资源利用最大化， 节约资源， 在政府土地政策的引导下， 超高层建筑逐渐增多。在超高层建筑的设计工作中结构选型十分重要， 除了涉及资源合理利用之外， 还与经济效益密切相关。通过分析某超高层的建筑结构设计选型情况， 通过比较分析的方式分析不同结构类型所具有的优缺点， 提出对应的选型方法， 希望能够对设计人员提供一定参考。
关键词：超高层建筑； 结构； 选型策略；
住宅及公共建筑， 建筑高度超过100 m时即为超高层建筑。在城市建设过程中， 因土地资源越来越紧张， 许多建设方为能提升土地资源的利用效率， 都不断增加建筑的层数， 许多城市都日渐发展了超高层建筑。
在超高层建筑建计工作中， 建筑结构类型的选择十分关键。在当前建筑要求日渐复杂的情况下， 结构设计人员需在保证结构安全性的情况下， 选择合理的结构方案， 从而有效保证建筑的空间以及使用功能要求。
本文结合具体工程案例进行分析， 通过比较分析的方式为超高层建筑的结构选型提出具体的建议， 为以后设计超高层建筑提供一定参考。
1 超高层建筑设计中结构选型需考虑的因素
1.1 抗侧力结构体系特点分析
1.1.1 框架结构
普通框架结构抗侧力能力有限， 不能用于超高层结构中。但其具有结构布置灵活、结构自重轻等优点， 在合理设置斜撑、设置矩形框架等附加的抗侧力体系后， 用于大面积或内部空间有特别要求的超高不多的低烈度区还是可行的。
1.1.2 剪力墙结构
结合建筑房间分割， 充分利用隔墙的竖向和水平承载力的一种经济结构形式。此结构类型刚度大， 构件截面处理得好占空间小， 但分割后空间小， 布置不灵活， 一般主要运用于住宅以及公寓建筑中。地库或低区建筑为扩大联通空间， 常会设置转换框架避免部分墙体落地， 形成框支剪力墙结构。
1.1.3 框架–剪力墙结构
能结合上述两种结构类型的优点的一种经济结构形式。此结构类型刚度适中， 空间布置灵活， 大量运用于超高不多的低烈度区建筑中。
1.1.4 筒体结构
建筑设计中， 将交通、附属功能用房等集中布置， 其外围采用结构墙体形成刚度强大的核心筒体， 承担主要抗侧力体系。外圈根据柱网的疏密程度分为框架核心筒结构和筒中筒结构。
从经济性考虑， 此类型建筑标准层面积一般按照1~2个防火分区确定， 由于此类型结构具有良好的抵抗侧向力的性能， 超高较多的超高层建筑一般会选用， 在变形不能满足要求时尚需增设伸臂桁架和环带桁架来增强整体刚度。
1.2 超高层建筑常见的特殊要求
1.2.1 外墙
大部分超高层办公和商用建筑都习惯采用轻质、美观的幕墙体系。幕墙龙骨的安装一般需要后锚固， 使得外边梁的高度要满足要求。
1.2.2 层高控制
从经济性考虑， 超高层建筑层高的控制能带来更明显的效果， 使核心筒结构的内部框架梁梁高受到压缩。除尽量采用轻质隔断， 减轻荷载外， 可以采取加宽梁宽、外围悬挑、型钢混凝土梁等方式降低梁高要求。
1.2.3 层高较低的设备夹层
控制设备层层高2.20 m内可减少建筑面积， 但容易引起竖向刚度突变。可采取设置吊挂楼层或支托次结构楼层的手段弱化楼层与竖向构件的连系， 消除刚度突变。
1.2.4 楼板开大洞
底层和某些特殊楼层建筑常会要求通高， 造成楼板缺失和形成穿层墙柱。穿层柱的线刚度大幅降低， 计算长度增加， 稳定性降低， 所在框架层抗侧力能力降低， 其本身需要加强， 相邻构件分担内力增加， 也需专门分析和加强。穿层墙也需验算稳定性。
1.3 超高层建筑的经济和安全性要求
超高层建筑从变形和剪力判断， 分为风控和地震控制两种类型。对风控建筑， 仅需控制抗侧力构件的刚度和分布即可得到经济、满意的结果， 地震控制建筑不仅需考虑上述要求， 还需控制构件重量， 防止刚度增加后地震力增加更多。
超高层建筑在低区一般都是强柱弱梁， 梁的布置是否偏心对柱影响不大。因重心高， 足够埋深， 足够刚度的基础是安全性的保证。
柱截面由轴压比控制， 采用高强度等级的混凝土材料和合理选用箍筋形式、必要时采用型钢混凝土柱会减小柱截面， 保证柱的延性， 提高抗震安全性。
2 某超高层建筑选型案例
2.1 工程情况简述
某超高层办公楼， 其建筑面积约为8.5万m2, 功能分为两个部分， 3层裙房作为商业， 4层以上为办公塔楼。其中塔楼的主体结构高度是250 m, 地上56层， 3层地下室。地下室为车库以及设备用房。
结构的主体使用的年限为50年， 抗震设防为6度， 设计基本地震加速度为0.05g, II类场地土， 场地特征周期为0.35 s, 重点设防类， 按7度采取结构构造措施。安全等级为一级， 其结构的重要系数为1.10.基础为桩筏基础。
2.2 选型方案
因该建筑主要作为办公以及商业， 因此， 建筑空间需要设计十分灵活， 裙楼采用框架结构， 塔楼的主体结构采用框架–核心筒结构。塔楼的结构型式作如下两种方案对比。
（1） 第一个方案：采用钢管混凝土柱、实腹钢框架梁以及钢筋混凝土核心筒结构。
（2） 第二个方案：型钢混凝土柱、钢筋混凝土核心筒结构以及钢筋混凝土梁。下面具体比较两种方案的用钢量、施工周期。
2.3 截面比较
2.3.1 方案一
方案一， 钢管混凝土柱可以提升承载力， 有效减小截面， 与型钢框架梁连接节点成熟、方便， 施工工效高而且抗震性能也非常好。
核心筒的外墙墙厚是1 000 mm, 而内墙的墙厚是300 mm, 钢次梁的截面是H550×250×12×16, 其中周边的框架梁是H900×500×18×30.按室内净高控制要求， 室内部钢框架梁为H550×600×20×130, 四周的悬挑框架梁截面是H900×500×20×30, 封闭式压型钢板钢筋楼承板， 厚度是120 mm, 具体布置情况如图1所示。
图1 方案一结构布置示意
2.3.2 方案二
方案二采用钢筋混凝土结构， 和方案一不同， 其周边采用型钢混凝土柱， 钢筋混凝土梁板。核心的筒布置同方案一。
外框和筒体间框架梁的截面是400 mm×700 mm, 次梁的截面是200 mm×700 mm;在其周圈外框的梁设计的是400 mm×1 000 mm, 而角部的斜框架中梁截面是500 mm×700 mm.具体布置见图2.
2.4 工期比较
两方案在结构体系以及主体材料方面存在较大差异， 因此， 施工的工期也有差异。按照当地施工单位水平及已有的相关工程建设经验， 混凝土的结构施工中， 每层所需要的周期为5~6d, 而混合结构施工中， 每层的施工周期需要4 d.
其中， 在第一个方案中主要采用的是混合结构， 施工中通常所采用的是爬模技术。
（1） 混凝土的核心筒需要最先开始施工， 保证一定的超出量， 提供安装临时结构体系的侧向刚度。
图2 方案二结构布置示意
（2） 在核心筒中安装施工中需要的自爬式塔式起重机， 有效完成对应的外围钢结构构件吊装。由于核心筒的现浇混凝土面积比较小， 所以施工的速度快， 和外围较快的钢结构安装工作可以保持一致。
综上， 第一种方案的施工速度可以保证4 d/层。第二种方案， 施工速度为5~6 d/层， 按每层工期差1 d计， 采用第一种方案， 可以提前56d完工。在工期权重较大的时候采用第一个方案占优。
2.5 分析成本情况
上部结构按设计图纸进行统计， 具体情况见表1, 第二个方案的造价低于第一个方案。然而方案一结构结构总重量较小， 其基础的造价比较低， 同时由于第一种方案可以提前运营， 建设资金占用期短， 经业主预测， 建设期间材料价格平稳， 物业为自行持有及股东分配， 对房价不敏感， 按其融资成本及利润分配方案综合评价， 能够有效节约部分建设的成本。通过分析， 确认第一种方案略比第二种方案优。
表1 方案用量比较
3 结束语
在超高层建筑的结构选型时， 除需要考虑常规的结构安全性以及直接造价外， 还要考虑当地建设施工水平以及项目业主对工期的要求， 综合测算经济效益。为了保证超高层建筑的建设质量， 设计过程中就需要设计人全面分析各种因素， 特别是明确市场和业主的具体情况， 为业主进行订单式的专题评选。
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