试论浅析超高层建筑技术要点浅析

论文导读：
【摘要】：超高层建筑集交叉性、密集性以及整体性于一身，它在满足了人们实现用地面积最小盈利最多愿望的同时，也带来了一系列的工程技术难题，本文通过对超高建筑存在的几方面技术问题进行了分析论证并提出了相应对策。
【关键词】:超高层建筑技术建筑基础抗震设计建筑工期
1、超高层建筑被视为科技的集中体现，综合国力的象征，其本身是多方面物质成就的组合，纽约傅勒熨斗大厦首次利用钢筋砼使超高层建筑成为可能。130多年的探索与实践攻克了诸多技术难题，但随着楼层的不断攀升，更多问题随之而来，笔者通过调查分析，总结出以下几点：

1.1建筑基础面临的问题

1.2建筑玻璃幕墙带来的问题

1.3不可抗力诸如强震疾风带来的灾害

1.4施工时限以及高层消防安全

问题及原因分析
2.1超高层建筑施工的特点决定了基础的技术要求。高强度和耐久性的基础决定了建筑的使用年限，加强建筑工程质量管理，因地制宜地结合相应的地质条件，采用高新科技才能确保地基稳定性 ，笔者就基础施工中所存在的问题进行了如下总结：
2.11地形复杂无法应对基础大幅沉降或不均匀局部沉降。建筑所处地形决定了其基础的设置，地质较为松软、土层较厚的地方很难挖到岩石层，超高层建筑由于纵向荷载传至地基或地下水灌入等多方面因素，引起大幅沉降或不均匀沉降危害建筑稳定性。
2.12影响周边建筑稳定性。超高层建筑多建于市中心，地基的深入可对周边建筑地基产生剪力，地基开挖时由于地下水的流失使周边建筑抵抗纵向荷载能力减小，引起沉降。周边建筑也会增加作用在支护上的荷载，导致支护边坡坍塌。周边市政管网线多，土方开挖容易破坏市政管网，若是供水管线造成基坑渗水引起基坑沉降。
2.13基坑顺做法使用大量临时支护，施工耗材耗时建筑垃圾较多，支护施工滞后于土方开挖，造成局部坍塌和原有支护变形以及坑周土体位移、沉降;支护后期拆除耗时;全逆作法出土较慢，需要的辅助照明及通风设施多，当施工工期对地下室结构施工有特殊节点要求时，工期较长。
2.2为降低建筑成本，减小纵向荷载，提供充足光线，超高建筑多采用玻璃幕墙，笔者认为存在以下问题:其一，超高层建筑因荷载作用在中下段产生竖向俆变收缩，高温使玻璃产生局部变形，玻璃幕墙属刚性两种因素共同作用下，幕墙整体受损。其二，高层在带来经济效益的同时也带来了强风，尤其建筑高处风荷载更大，强大的压强使玻璃破裂一旦风进入建筑内部，整片幕墙难逃厄运。其三，玻璃幕墙使建筑内部光线充足，但太阳能也使整个建筑成为烤箱，红外线紫外线辐射会带走室内大量的活性因子，危及人体。
2.3高层建筑投入大量人力物力财力，运营维护成本高，一旦遭遇地震强风等灾害，后果不堪设想。笔者总结出如下两方面：
2.3.1单向地震产生结构质量偶然偏心【1】，由于地震作用的多维性，单向地震和双向地震作用都引起结构上下摆动不均匀，从而使中段层承受过大剪力和弯矩，结构抗扭矩刚度相对于结构抗侧位移刚度较小时结构扭转大而破坏。另外还应考虑地震带来的底部剪力层间相对位移。
2.3.2强风荷载是超高建筑的控制荷载之一，平动风引起的静力相应和脉动风引起的动力相应叠加后为最终响应【2】，风力吹过建筑产生侧向涡漩，根据流速——压强理论，高风速将在建筑侧面产生垂直于风向的侧吸力，风力涡漩一旦汇聚就会加大吸力，反向的风与结构本身预应力相互作用造成建筑晃动，内部人员产生“晕船现象”，严重的使建筑物倒塌。
相应问题解决对策
3.11应对沉降首先应勘测地形，因地制宜选择基础类型。以桩基础为例，土层较厚岩石较为脆弱的地形，为保证足够的支撑反力可采用密集桩基础结合高分子聚合物填充岩孔；为防止地下水灌入，应制作连续封闭的止水帷幕；为观测得到沉降原始数据，首次观测须按时进行，其他各阶段根据工程进展情况按时复测以期做出合理署【3】。
3.1.2超高层建筑施工前应选取合适的地理位置避开地下管网或对其进行改道，《规范》中要求高层建筑距周边建筑应在15m以外，以防止影响到周边建筑，另外必须合理使用明排，回灌，截水，放水等一系列措施控制地下水，实时监测防患于未然。
3.1.3基坑顺作法和基坑逆作法各有优缺，但为保证工程质量节约成本缩短工期，超高层建筑多采用逆梁顺板法施工裙楼结合中心区顺作法以提高效益。逆梁顺板法施工工艺是先行逆作永久结构梁作为基坑支撑体系明挖出土，楼板在底板完成后浇筑，使地下室水平结构二次成型【4】。
3.2.1针对玻璃幕墙，笔者认为超高层建筑应使用高科技幕墙以保证幕墙的承受强荷载能力和整体完整性，合理控制玻璃镶板的焊缝使之具备相当的柔性即可控制由于竖向俆变收缩和高温热胀冷缩带来的局部变形，玻璃板本身极具刚性，镶板间的焊缝极具柔性，柔性接缝可吸纳镶板的位移。对于高温使用一般的材料空调根本不敷使用，因此高强玻璃上应有涂层，外部涂层反射太阳能转移大部分紫外线辐射，内部涂银层反射其他建筑所辐射的红外线。
3.3.1笔者认为需结合不同力学模型的三维空间分析软件进行抗震测试，目前国内常用的计算机软件如SATWE,PMSAP,ETABS,MIDAS等均属此类，小震和中震弹性反应谱分析可任选其中两个软件进行分析。采用Perform--30进行大震弹塑性动力分析。设置内柱可提高结构的侧向刚度和抗扭刚度，并提高框架部分承担的地震剪力，保证了各主体的足够刚性，在此基础之上，还应保证各构件保持弹性工作状态，随外力伸缩不致使结构破坏。此外为控制结构在地震作用下的层间位移，须在避难层设置伸臂钢桁架及周边桁架，底部加强区的剪力墙框架柱疏散楼梯构件梯梁等构件均需满足抗剪中震弹性抗弯中震不屈曲。
3.3.2风城芝加哥442公尺的希尔斯大楼首次运用外露钢骨架有效克服了风荷载的影响，但在极高处笔者认为还需从以下方面防止风荷载。其一，风荷载之所以影响建筑是因为空气在大楼周围快速流动形成涡漩，低压区则对大楼产生侧吸力，垂直于风向吹力，相互汇聚后力量更大，因此运用航空动力学改变高层造型使大楼每段都以不同方向偏离风向扰乱涡漩力道，减弱影响。其二，采用有效外形消减作用于结构上的横风像气动荷载和风振响应，利用切角处理可基本消除结构横风向涡漩脱落现象。其三，进行风洞试验，运用虚拟广义坐标概念根据线性最小二乘法和完全二次型组合法考虑多震耦合，以此防患于未然。
【参考文献】：
【1】于海博，胡莹，赵明，龙淼，毛英英 超高层建筑抗震分析要点综述 建筑结构 2012牛4月
【2】Simin E . ScanlanRH windeffectsonstructures[M] 3rd ed.NewYork:wiley ,1996
【3】中建一局建设发展有限公司 崔勇刚超高建筑施工技术要点分析交流平台
【4】蔡文鹭，黄玉林，申青峰，丁鼎超大基坑逆梁顺板法施工工艺的研究建筑施工 2012（3）
摘自：毕业论文目录www.7ctime.com