高层建筑施工论文

高层建筑施工论文摘要：随着社会的快速发展，高层建筑已经成为一种主要趋势，在现代城市建设中发挥着非常重要的作用。各国对高层建筑的计算有着不同的规定，针对高层建筑，本文简要介绍了我国高层建筑的结构设计以及高层建筑产生和发展的历史，阐述了我国高层建筑发展的特点，指出了中国高层建筑的发展前景。关键词：高层建筑、发展、结构、展望高层建筑的出现是我国城市化发展必然需求，随着城市规模的不断扩大，城市功能越来越复杂，高层建筑在城市建设中的份额迅速增长。高层建筑结构设计中，如何合理运用结构概念，准确理解规范，把控设计的关键节点，做到安全可靠、经济合理是建筑结构优化设计的手段和目标。一、高层建筑结构定义及优化设计房屋的高度是指建筑物室外地面到屋面或屋面板的高度，不包括电梯房、水箱、框架等高度。在我国，高层建筑的边界规则并不完全统一。根据《高层建筑混凝土结构技术规范》，高层建筑是指10层以上、28m以上的钢筋混凝土民用建筑。根据《高层民用建筑设计》（GB500451995），高层建筑是指10层以上的住宅建筑（包括一楼有商业服务点的住宅）和24m以上的公共建筑。根据使用的结构材料，高层建筑可分为三种类型：钢结构、混凝土结构和钢-混凝土混合结构。钢结构具有强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快等优点。但由于国内钢材供应量大、造价高、施工精度高、防火性能差、舒适性差等原因，钢结构的广泛应用受到限制。混凝土结构具有可塑性强、钢材消耗量小、材料使用方便、施工简单、造价低、维护成本低等优点。随着各种高效抗震墙组合结构的应用，混凝土和钢筋的强度等级不断提高，促进了混凝土结构在超高层建筑施工中的快速响应。混凝土结构的缺点是自重、延性差、施工速度慢、构件占地面积大、占地面积大。钢-混凝土组合结构是指由钢混凝土组合构件和钢筋混凝土构件组成的结构类型。由于钢-混凝土组合构件形式多样，可形成混合结构体系。该结构能有效发挥钢构件的作用。钢-混凝土组合构件和钢筋混凝土构件是它们各自的特点。与钢结构相比，混合结构具有以下优点：结构整体侧刚度明显提高，钢用量减少，成本低，耐火性能好。与混凝土结构相比，混合结构具有占地面积小、占地面积小、施工速度快等优点。1高层建筑结构设计高层和多层建筑在结构设计上不存在本质区别，因二者只有层数和高度上的区别，都需要承受对水平和竖向荷载，理论与计算方法基本相同。对于高层建筑来说，水平与竖向荷载非常大，需要使用更多的轻质高强材料来承担水平和竖向荷载，将建筑材料自重产生不利影响降到最低。因高层建筑楼层较高，如何进行抗侧力设计同时兼顾竖向承载力成为区别于多层建筑结构设计的主要特征。1.1水平荷载设计随着高度的增加，除轴力基本与高度呈正比外，弯矩、位移都呈指数增加，水平荷载与竖向荷载相比成为结构设计的主导因素。因此尽量采用轻质高强材料减小水平及竖向荷载，合理选用及布置抗侧力构件抵抗水平力作用，才能优化结构设计，既降低工程成本又确保安全。1.2抗震设计地震作用对于高层建筑结构的影响非常大，地震区烈度越高，建筑物楼层越高，地震力对结构的作用就越大。所以在结构优化设计中，地震区建筑结构的抗震设计，相对于其他荷载组合，是结构师的主要工作。非地震区可不考虑地震作用但应考虑其他水平荷载作用。1.3侧移指标侧移是高层建筑结构变形的主要方面。随着高度的不断增加，建筑结构的水平荷载逐渐增大，产生的侧移变形越来越大。侧移限值是结构设计中的控制指标，要合理控制侧移符合相关规范要求。1.4轴向变形由于高层建筑层数较多故竖向荷载较大，使得竖向承重构件轴向压缩变形增加，会影响结构构件的剪力及侧移。例如多跨连续梁端支座弯矩增大，跨中弯矩及中间支座弯矩减小，剪力也会相应变化。轴向压缩变形引起的不利影响在结构优化设计时均应考虑。1.5结构延性设计同多层建筑相比，高层建筑的高宽比更大，刚度更小，在地震作用下侧向变形更显著，周期比、位移比、剪重比、刚重比均应符合相关规范要求，确保建筑物具有足够合理的刚度。刚度大则地震作用大，为了更好地消耗地震力需要采取合理的抗震构造措施，使结构进入塑性变形阶段仍具有一定的变形能力，而不至倒塌。即确保结构优化设计时具有足够的延性。2高层建筑结构体系分类2.1按结构材料划分2.1.1钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是钢筋和混凝土的合体，融合了钢筋与混凝土各自的优势，材料充足、成本低廉，还具有很好的耐火性和耐久性，后期维护成本低，被广泛应用在现今高层建筑工中，用量最大。2.1.2钢结构体系钢结构的优势是强度高、抗震性能好、构件截面小、工厂化程度高、施工方便、建设周期短，适用于大跨度轻载的建筑物。但其劣势也比较明显，材料成本高，防锈、火性能较差，后期维护成本高。近几年随着我国高强钢产量的增加，钢结构在高层建筑中使用越来越多。2.1.3钢-钢筋混凝土混合结构钢-钢筋混凝土混合结构是将钢构件与钢筋混凝土构件组合起来使用，发挥各自优势。通过两者的相互作用，实现大跨度大空间的设计效果。钢-钢筋混凝土混合结构，需要结构构件大跨度小构件截面时采用钢结构，需要抗侧移承及承受竖向重载时，采用钢筋混凝土结构。一般情况下，该结构被应用在30~80层左右的高层建筑中。2.1.4钢-混凝土组合结构钢-混凝土组合结构主要有型钢混凝土结构和钢管混凝土结构两种。型钢混凝土结构是在混凝土中添加型钢劲性配筋；钢管混凝土结构则是在钢管内注入混凝土。钢-混凝土组合结构的优势为截面小承载能力强、抗裂性以及抗震性较好，在施工过程中不需要设置支撑或模板，节省了施工时间。与钢结构相比且具有良好的耐火性能。2.2按结构形式划分2.2.1框架结构框架结构是通过梁、柱组成的结构体系来承受竖向及水平荷载，框架结构布置灵活多样，能够较好的满足建筑功能要求。一般应用于多层或者高度在50m以下的高层建筑中。在设计时，宜布置均匀传力简单明了。框架结构常规以主次梁将楼屋面竖向荷载传导给柱为主。框架柱与框梁连接处形成刚节点共同抵抗水平力。框架结构平面布置适用性强，但抗侧刚度较差，楼层较高时不宜选用。2.2.2剪力墙结构剪力墙结构是将建筑承重墙作为竖向受荷和抗侧力构件的结构体系。剪力墙的间距设置一般为3~8m，所以通常情况下应用在空间要求较小的高层建筑中，如住宅，宾馆等。剪力墙结构的主要材料大多为钢筋混凝土，包括现浇筑剪力墙、预制墙板剪力墙和两者混合剪力墙结构这三种形式。其中现浇筑剪力墙结构的整体性好、抗侧刚度强、竖向承载力大，抗震性能最优。2.2.3框架剪力墙结构框架剪力墙结构是框架和剪力墙发挥各自优势结合在一起而形成的结构，既平面布置灵活又抗侧力好，在高层公共建筑中应用较多。在水平荷载作用下框架是剪切变形，剪力墙是弯曲变形，框架和剪力墙共同发挥作用，来提升结构整体抗侧刚度，楼屋盖是两者协同工作的媒介，水平力通过楼屋盖在两者之间传递转移，故楼屋盖受力较大，往往会产生应力集中。尤其是剪力墙设置不均匀且数量较少时应力集中非常明显。剪力墙应在两个主轴方向均匀设置，使结构的动力特性在两个方向接近。剪力墙与框架承受地震倾覆力矩的比值应符合相关规范的要求。比值不同则选取的计算方法和采取的技术措施都不同。框架剪力墙结构中的剪力墙墙体应设有端柱或翼缘，端柱或翼缘纵筋及箍筋应加强；墙体总高与总长度之比宜控制在8~10，使其以弯曲变形为主。重力荷载代表值作用下的轴压比不宜过大，应与框架柱轴压比匹配，减少竖向荷载作用下的二次应力影响。2.3高层建筑结构体系的新变化高层建筑结构体系的新变化具体可概括为以下几点：2.3.1轻型化高层建筑设计中，选用的材料逐渐向着轻质、高强度方向发展，有效降低建筑物自重。2.3.2巨型化随着建筑高度的提升及建筑功能的日趋复杂化，对建筑超大空间的需求促使巨型化结构体系的出现。如巨型框架结构。2.3.3柱网尧开间扩大化在现今发展中，高层建筑的柱网和开间尺寸正在不断扩大。2.3.4转换层的设置近年来高层建筑较为注重功能的多样化，所以在结构选型中，会结合建筑功能要求选择合适的结构体系以及柱网尺寸，再通过转换层强行将它们联系在一起，形成一栋完整的建筑。2.3.5加强层的设置加强层能够使外住参与到整体抗弯中来，使内筒与外柱更好的协同工作，减小结构侧移，提升整体结构的抗弯刚度。在这些新变化的影响下，设计人员要强化概念设计，不断吸收新的设计理念，善于借鉴成熟经验应用于工程实践当中。新的结构体系缺少规范依据，在做结构选型时一定要充分实验，反复论证，提升设计的安全性。3高层建筑结构体系的选择高层建筑结构体系种类较为繁多，进行结构体系选择时肯定要对比经济性、安全性。既能够提高承载力，造价还增加不多，结构体系的优化就显得尤为重要了。例如增加建筑物的宽度，增加宽度可以直接增大抗倾覆力臂，提高结构刚度，进而减少变形问题的产生。在其他条件不变的情况下，侧移将会按照宽度增加的三次方逐渐减小。结构设计过程中，应细化到每个构件的承载力同时注确保构件之间的连接方式最合理，充分利用材料性能，提升整个结构体系的承载力。例如采用现浇楼屋盖来增加结构体系的整体性，使各种抗侧力构件共同工作成为一个整体。4结构构件的优化4.1混凝土梁超筋情况软件对混凝土梁计算显示超筋信息的情况分为四种：梁弯矩设计值大于梁的极限承载弯矩；一级抗震等级受压区高度与有效高度比值大于0.25，2~4级抗震等级，受压区高度与有效高度比值大于0.35；抗规要求，梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率大于2.5%。混凝土梁斜截面剪力设计值大于抗截面剪要求时。4.2剪力墙超筋情况（1）剪力墙暗柱超筋。通常情况下，软件设定剪力墙暗柱的最大配筋率不得超过4%左右。一旦暗柱配筋情况超出规定的标准范围，则会出现超筋提示。（2）剪力墙水平筋超筋。说明剪力墙的抗剪承载力不足，需要对其进行截面调整。（3）连梁超筋。连梁超筋表明其抗剪承载力不足，规范允许对连梁刚度折减，折减后的剪力墙连梁在都会出现塑性变形，即开裂。连梁设计过程中，应保证配筋满足弹性变形要求的承载力。4.3柱的轴压比计算柱的轴压比计算，需要对地震和非地震作用下的荷载组合分别考虑。软件在考虑地震作用影响时，采用地震作用组合下柱轴力设计值计算轴压比；转件在不考虑地震作用影响时，采用非地震作用组合下柱轴力设计值计算轴压比。4.4剪力墙轴压比计算剪力墙轴压比的计算应满足相关规范限值，保证剪力墙地震力作用下的延性。4.5构件截面优化设计经过初步计算得出构件截面尺寸后，还应对构件进行截面优化，在保证构件截面和形状合理性的基础上，减少材料浪费。另外，在优化设计中，还要对结构周期、位移、地震力等因素在截面减小后的变化情况予以分析，以此来确保截面优化设计的合理性，提升高层建筑结构的设计水平。二、高层建筑结构难点分析1结合当前高层建筑结构设计的重要性针对高层建筑结构设计来说，如何更好的实现和完善高层建筑的设计阶段，为了完善其中的关联性，就要以完善设计的条件。一般来说，在高层建筑结构设计中，设计师需要根据建筑物的使用要求、拟建场地的地理特征以及施工技术来确定建筑结构的设计要点。因此，高层建筑结构设计的实际过程具有相关性和基础性的特征。在掌握技术实施要点的时候，设计者必须结合工程的具体结构设计条件。同时，在高层建筑结构设计过程中，设计者还需要保证设计创新，结合高层建筑结构的建筑案，必须保证高层建筑结构设计的美学和可靠性的协调统一。2结合当前高层建筑结构设计的不足来进行分析2.1坚持以基础设计为主2.1.1通过理论来进行分析和探究对高层建筑的整体结构设计来说，为了完善高层建筑的设计标准，就要按照国家的高层建筑为依据，规范设计理念，同时在此阶段还要以最佳的工作状态来实现保证，因此在此阶段需要坚持以安全性和稳定性来强化[1]。因此在进行高层建筑设计上，如何更好的保证高层建筑的标准，在此阶段需要结合参考标准，完善高层建筑的基础的安全设计。作为建筑结构安全设计的主要参考标准，必须进行基础的安全设计。为此，设计者必须把高层建筑结构基础设计作为一个比较完善的系统计划，进行科学、经济、合理的基础设计，把握高层建筑结构基础设计的难点，通过各种方案的对比最终确定正确的建筑结构基础设计方案。2.1.2案例分析例如，为了满足实际需要，建筑单位委托设计单位在拟建场地上进行建筑设计。首先，对拟建场地的地质勘察是一个必要的前提条件，只有在勘察清楚了拟建筑场地的地质信息，特别清楚了拟建场地的地下水位高度及其常年水位变化、岩层特性及其分布的深度和宽度，以及有无其它不良地质特性等信息，才能决定拟建建筑物方案的可行性，才能进行高层建筑的基础设计。其次，对建筑方案的仔细分析，收集拟建场地的地域特性和有丰富的工程经验的岩土工程师的合作，会大大的提高对拟建场地地质情况的正确认识，从而对地基基础设计中突出的难点设计作出正确的解决办法。总的来说，抓住这种基础的方法可以有效地避免在高层建筑结构地基基础设计中做出错误的判断，从而大大提高高层建筑结构的基础设计的合理性。2.2结合高层结构设计来完善稳定性2.2.1理论探究针对城市高层建筑结构设计的稳定性来说，需要控制好结构设计和整体的协调性，一般来说，高层结构设计的稳定性与高层建筑的施工体系也有一定的关系。因此，高层建筑的结构设计必须合理控制高层建筑的施工体系，保证高层建筑施工时的协调运输模式。通常来说，我们所说高层建筑结构的主要设计部分是结构主要受力构件的计算分析，属于高层建筑结构设计中稳定因素的主要部分。同时，高层建筑框架的辅助部分也是不能忽视的部分，在此阶段结合高层建筑的承载力和控制力来实现平衡设计，保证高层建筑结构设计具有良好的抗震性和抗震能力。2.2.2案例分析例如，建筑结构设计师在进行高层建筑结构设计时，坚持以程序来完善设计的高层建筑进行结构计算分析，在满足相关规范的计算后，绘制出设计图纸。在此基础上，坚持以设计图一般会分为主体结构设计和附属结构设计。主体结构设计部分，主要是对高层建筑结构的主体受力部分进行计算分析，确定合理的受力构件的大小和布置。例如，主要的剪力墙、柱子、梁等的布置方式和截面大小及配筋计算。辅助部分一般由幕墙结构、轻钢结构等构成。为了满足高层建筑的需求，就要坚持以高层建筑来控制稳定性和承载力，在此阶段上还要不断的掌握和了解其带来的保证。3如何更好的实现高层建筑结构设计的具体方法3.1做好高层建筑结构不良地基处理设计从高层建筑结构设计的整体观点来看，在此基础上需要完善设计的需求，满足不良的处理，使得在整体的设计上保证重要的过程和内容。认真认识高层建筑基础设计中不良地基处理的主要要求和技术要点，形成更规范的控制，更准确地控制地质和基础。为了完善和提高地基的稳定性，就要保证在此的安全性能，坚持以高层建筑结构设计的方案来实现技术和工作及其组织[2]，同时还要严格实现高层建筑设计的标准，在此阶段需要强化及基本原则，把握好各项基础设计中最中心的参数和规则。同时在此基础上，还要保证设计的质量，对于高层建筑结构设计上来说，不断的强化基础设计和应用程序，全面掌握了高层建筑的基本要点，形成了高层建筑基础的处理的多样化设计方案。以在安全可靠的基础上保证经济合理的原则，确定了高层建筑不良地盘处理的最终设计方案。3.2做好高层建筑结构稳定性设计为了完善高层建筑的结构稳定性，就要坚持以科学的设计和计划。高层建筑的结构稳定性计算分析了高层建筑主体结构系统和局部系统的关系，提高了高层建筑的协调性和连续性，避免了高层建筑框架设计中的结构性失稳和承载力不足。高层建筑结构在进入主体结构部分设计时，强调结构的稳定性和连续性，通过合理的概念设计和科学的计算，形成系统、科学的主体和其他结构的连接关系，提高高层建筑结构的稳定性。在高层建筑框架的附属部分设计中，需要分析和利用剪力墙、框架结构和梁柱结构的细节，设计和计算高层建筑结构的应力和有负荷条件的平衡和稳定。在优化和强化高层建筑结构的稳定性，结合不同的剪力墙和墙柱稳定位置和使用，使得各梁柱上的高度保持一致，在此阶段上，坚持以提高高层建筑的连续性和稳定性来完善，使得高层建筑结构的功能上稳定化。3.3做好高层建筑材料应用结构设计材料的应用和设计是高层建筑结构设计的关键。在材料的应用设计中，根据由基础工程、主体结构和相关层所连接的重要部位，确定了钢筋和混凝土的受力范围，在确定部件和主题构造上，坚持以参数和类型来实现高层建筑结构的额设计和材料，考虑高层建筑结构的特征，从结构功能的角度来看材料应用设计的合理性，不断的走科学性和优化方案，使得在此操作上完善设计方案。在材料的应用和设计过程中，必须建立基础技术和参数系统，坚持以高层建筑材料和配送的工作，以完善优化和应用结构，使得在建筑材料商和施工上更加稳定。三、BIM在高层建筑设计中的应用超高层建筑具有体型大、功能多和结构形式复杂的特点，对设计精细化程度要求高，BIM技术在超高层建筑结构设计中的应用，使整个项目作业更加系统化，提高了数据处理效率及精准度，进而有效节约了智慧城市的建设成本。1BIM在超高层建筑结构设计中的重要性1.1促进建筑设计方式的创新随着计算机技术和智慧城市的发展，高层建筑结构设计从平面角度转型到空间角度。BIM技术的应用改变了设计者和建筑建造者的思想。设计超高层建筑时，不仅要考虑时间和空间因素，还应科学合理地调整计算机对建筑外部空间和内部空间的设计。BIM技术具有三维角度的数据逻辑性，可以有效帮助设计企业正确表明设计内涵，经过模型的构建直接得到设计产品部分的可计算属性。BIM技术模型的直观表达可以提高工作人员的工作效率，减少审图人员的审图时间。1.2在思维模式上的转型建筑设计师结合BIM技术对设计结构进行创新，需要在二维设计和三维设计应用的基础上，转变建筑设计师和企业的思维。BIM技术强调建筑的回归性，可以有效提高建筑设计师对建筑模式的形态、空间和时间的探索可行性，以及各种信息数据数字化的实用性。1.3优化建筑设计的总体结构在工程建造过程中采用BIM技术，可以有效提高施工质量水平，并准确传输数字信息。在BIM技术应用过程中，工作人员可以根据BIM三维模型和成本维度等信息，实现动态实施监控，可以在任意时间获取工作信息，并且实现阶段之间的造价对比，进而实现精准管理。2BIM系统在超高层建筑结构设计中的应用2.1BIM模型与相应流程的建立建筑施工过程中，应制定科学合理的BIM工作流程，进而保证工作的顺利开展。通常情况下，将建筑设计和施工进行有效的配合，建立沟通平台，可以解决超高层建设管理中出现的问题。深化设计高层建筑建设中的结构和装饰，进一步优化工程综合图，在施工过程中，结合工程建设的设计图，将施工过程中各部分进行叠加和综合，从而实现三维的可视化。此外，在高层建筑建设过程中，应重视各专业的交叉问题。BIM检测系统在检测后会得出相应的检测报告，方便工作人员对相关问题进行针对性地分析与完善，避免在施工中出现失误造成返工。可见，BIM技术在很大程度上提高了建筑工程施工的进度，节省了成本的投入。2.2提高设计及建筑构件的合理性在高层建筑施工过程中，应结合BIM技术提高建筑工程质量，同时应用BIM技术，对建设设计进行模拟和标准判定，进行统一化管理，并处理在施工中遇到的问题。加强BIM技术在建筑构件方面的应用，准确衡量构件的尺寸和定位，完善建筑结构的整体框架，同时还应注意各专业的深化设计。2.3通过综合图实现可视化施工高层建筑现场施工时需要大量的信息资料和结构图。因此，BIM技术的模型建立非常重要。对各专业进行可视化，需要利用BIM技术建立三维模型，使实际施工情况与虚拟施工情况更贴合，从而提高建筑施工质量。在建筑施工阶段，工作人员在采购和安装施工项目的相关设备及建筑构件时应做好相关记录，保证信息的完整性和有效性，为正常施工提供参考依据。在选择施工方案时，可通过三维模型对施工方案进行完善和修改，尽可能地保证施工质量和安全。此外，利用BIM模型的可视化可以为高层建筑施工现场制定科学的管理制度，实现统一规划。2.4检查设计合理性，模拟施工进度超高层建筑主要通过BIM系统进行人工干预，要想具有良好的模拟特性，应综合人工的专业经验，在初步检查的过程中，优化施工图设计，及时发现设计图中存在的问题，进行有效解决并做好相关记录。后续施工时，应结合施工设计图，不能盲目施工，避免出现返工现象。通常来说，可以通过三维建筑模型将各项施工专业展现出来，并导入Navisworks软件中，之后模拟各项工序的施工进度，保证各项施工进度的合理性和协调性。2.5提高建筑结构的设计质量在传统的结构设计工作中，设计人员主要采用CAD进行设计绘图，但这种方式不能给用户提供准确且详细的信息。在建筑结构设计初始阶段使用BIM技术，可以展示建筑结构模式，使用户准确地认识和理解建筑结构。多数建筑工程施工的结构设计工作都可以通过BIM技术完成，BIM技术不仅可以展现建筑动态结构，还可以更直观地显示建筑结构的各项参数，并为设计单位提供优先选择的方案。我国建筑工程主要采用钢结构，在钢结构建模过程中，工作人员应处理好结构的连接，并加强布置。钢结构涉及多种连接形式，主要包括梁柱连接和梁梁连接等形式。在设计钢结构时，通常需要结合梁的实际高度，把各个连接件进行专项设计并将其参数化。在施工过程中，BIM技术可以起到参数共享的作用，从而有效控制螺旋的数量和间距，设计人员只需调整系统中的参数，就可以形成新的连接部件。设计人员需要绘制加强件和连接件的大样图，进而提高这2部分的设计质量，施工人员则需要参考相应的位置设计，并根据实际情况确定加强件和连接件的位置，从而保证钢结构的设计质量。2.6合同管理工作的相关应用在建筑项目招标时采用BIM技术具有很大的优越性，在此过程中，应提取精确的工程量，并在施工时针对性地设计施工组织工程，进而准确地进行投标报价。在分包方的选择与合同管理中采用BIM技术，并将合同信息输入BIM中。在施工过程中出现变更时，相关人员应及时调整工程价款。四、从防火角度谈高层建筑设计----以广西南宁为例1超高层建筑火灾隐患特点1.1火势蔓延快超高层建筑中水平荷载大，起着控制作用。因此，筒体结构通常会成为抵抗水平荷载的最优选择。排气道、电缆井、楼梯间等竖向井道，容易因为防火分隔不当或设计不合理，超高层建筑作为开窗洞的筒体，形成“烟囱效应”，火灾灾情会短时间迅速扩大，烟气在竖井内的垂直扩散速度继续急剧提高。1.2疏散困难高层建筑同时具备层数多，垂直距离高和人员集中的特点。这就导致了疏散具备相当的难度。因为普通电梯在发生火灾时自动停止使用，强制停在一楼，因此火灾时主要是通过楼梯来进行人员逃生和安全疏散。1.3扑救难度大超高层建筑的火灾时，扑救所需的水量较大，但是因楼层众多和水压问题，供水容易发生不足。同时，因为该类建筑比之于普通建筑的热辐射更强、烟雾浓、火势向上蔓延的速度更快，消防救援人员难以控制火场；消防队伍救援和灭火设施高度有限，目前室内消防给水设施还是扑救超高层建筑火灾的主要设施[3]。2012年南宁金湖广场某超高层建筑22楼发生火灾，就是主要采用安保人员使用室内配备的灭火器和消火栓水带灭火，配合消防救援人员动用78m云梯消防车的内外夹攻，成功消灭火灾。1.4火险隐患多超高层建筑分为民用建筑和公共建筑，通常功能多元化，如果是图书馆、写字楼、酒店等公共建筑，因功能特点或者装修需要，室内装修可燃物及可燃物品数量可观，不光导致火灾扩展速度加快，同时燃烧产生的有毒有害物质也迅速传播。2超高层建筑防火设计2.1总平面布置总平面布置是超高层建筑设计中的第一要素。合理的总平面布置，不但有利于火灾扑救，而且对人员疏散及消防救援有极大帮助。根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)规定，建筑高度大于100m的民用建筑的楼板耐火极限不能低于2.00h。同时，还要合理确定超高层建筑的防火间距、消防车道等重要因素。高层民用建筑与高层民用建筑之间的防火间距为13m，与裙房和其他民用建筑之间的防火间距根据耐火等级分别为9、11、14m。超高层民用建筑需要设置环形消防车道。如果现场条件不允许的情况下，需要沿超高层民用建筑的两个长边设置消防车道，如果超高层民用建筑的沿街长边超过150m或者总长度超过220m，需要在适中位置设置穿过建筑的消防车道。例如，龙光世纪项目位于南宁新城区，为一栋82层(400m)的超高层酒店办公大楼和一栋54层(180m)超高层公寓式办公大楼。该项目环形消防车道距离外墙5～10m，宽度为6m，其中1#塔楼消防登高面分段设计，位于西边与北边转角处，并设置消防登高操作场地，以利于大型消防车进行火灾扑救。南宁市消防支队根据结合实际情况，针对高层建筑消防扑救场地设计做出了具体规定，起到了很好的防控作用。2.2避难层设计根据《建筑设计防火规范》规定，建筑高度超过100m的公共建筑，应设避难层(间)。首个避难层高度距离灭火救援地面的高度不应超过50m，每两个避难层(间)之间的高度不应超过50m。避难层是火灾发生时建筑内人员临时避难的楼层。避难层要考虑建筑面积、使用功能、建筑内部人员数量、人流速度及火灾可能发生的情形，设置足够数量的避难层；防烟楼梯应设在避难层分隔、同层错位或者上下层断开的位置，使火灾逃生人员必须经过避难层才能上下；避难层的净面积按照每平方5人和大楼的日常人流量来计算；兼做设备层的避难层，设备和管道需要集中布置；避难层需设置消防电梯出口和消防电话。避难层分为全敞开式、半敞开式、封闭式3种类型。南宁地处温暖的南方，设置敞开式或半敞开式避难层，可以采取自然通风排烟，起到挡烟的作用。云星钱隆首府作为超高层住宅小区，在18层设置了半敞开式避难层，严格遵守消防规范，明确避难层用途，不挪作他用。同时，天花、地板、楼梯等都具有很强的耐火性能。2.3标准层防火疏散设计超高层标准层一般平面面积较大，部分区域可能采光及通风较差。标准层的平面组合模式多达18种以上，不论何种平面模式，标准层的防火分区尽量将每层划分为1个分区，但如果是一类超高层办公楼，每个防火分区不超过1000㎡。如设置自动灭火系统的防火分区，防火分区可扩大一倍，最好不要超过2000㎡。南宁绿地中心的塔楼作为最高达199.5m的超高层写字楼，标准层构造采用方形，单层建筑面积达1990㎡，核心筒面积约465㎡，按照规范，防火分区配置消防电梯1部，均匀设置四部疏散电梯，并在走道中间设置防火卷帘，实现了办公空间的实用布置，同时又满足了防火分区及防火疏散要求。2.4屋顶停机坪设计按照规范，超高层建筑可在屋顶设置直升机停机坪，以满足消防救援需求。高度达100m以上，标准层建筑面积达到2000㎡以上的超高层公共建筑适宜设置直升机停机坪。火灾发生时，在特别危急，没有其他逃生途径的时候，在楼顶的人员可以通过直升机逃生到安全区域。具体要求有：(1)停机坪应远离生设备机房、电梯机房、水箱间、共用天线等突出物；(2)建筑通向停机坪的出口要达到2个以上，出口宽度要大于或等于0.9m；(3)在停机坪的适当位置消火栓；(4)停机坪四周围设置航空障碍灯。本项目的屋顶停机坪采用钢桁架结构，顶板为直径为24m的航空铝合金甲板，屋顶设置两部疏散楼梯与停机坪连接。五、低碳理念下的高层建筑设计理念现代高层建筑主体结构多采用钢筋混凝土结构，消耗了大量的水泥，石子等自然资源，在钢筋混凝土拆除的过程中这些材料不可回收且难处理，也给环境造成不小的压力。低碳环保理念下的高层建筑结构设计是对建筑结构设计方案的经济性、实用性、环保性、舒适性进行分析的一个非常重要的环节，一定程度上影响了工程造价，降低了对周围环境的破坏，通过新技术、新产品、新工艺实现了节能减排，可有效促进经济的发展和社会的进步。1低碳环保理念的特征低碳环保理念是当今社会常提到的一个名词，具有鲜明的特点：①低碳环保理念以降低环境污染，减少对环境的破坏为目的；②低碳环保理念重视对技术的创新，通过新技术、新产品、新方法来实现节能减排；③低碳环保理念的应用，可以有效的促进社会的发展，经济的进步，为人类文明的发展起到重要作用。低碳环保理念在高层建筑结构设计中的应用也一样，具体体现在以下几个方面：(1)节约资源能源：以低碳环保理念为设计指导，对于新材料、新产品、新技术的应用会更加重视，如高层钢结构及装配整体式高层混凝土结构等，从而有效的降低资源能源的消耗，降低对环境污染的压力。(2)营造新的环境：在建筑结构施工的过程中，由于新材料、新技术、新工艺等的应用，性能优越，一定程度能够更有效率的开展工作，方便施工。如高层钢结构及装配整体式高层混凝土结构，大部分的施工作业在工厂进行，工地现场只是进行拼装作业，大大缩短了工程建设周期。(3)提高生活品质：低碳环保理念下的新型建筑结构设计产品，开发新型技术，如在室外铺装过程中利用水体循环和蒸发等原理，减少热岛效应，加强雨水应用，降低城市耗水量，有利于人们生活环境的进一步改善，从而使我们生活空间更加舒适。2低碳环保理念下的高层建筑结构设计注意事项。2.1选取合适的材料高层建筑要想有好的结构，或者说，高层建筑的设计者要想设计出美观舒适安全的高层建筑，就必须要选取合适的建筑材料。所谓的合适，是指在低碳环保下，注重材料的强度和弹塑性。如果建筑材料强度和弹塑性达不到要求，这样高层建筑就起不到防震作用，也可能会瞬间倾塌。其次优化外墙技术，外墙是维护结构的主体部分，其耗能较大，占整个建筑能耗的25%左右，高层钢筋混凝土框架结构及剪力墙结构，采用的均为质地较轻，保温隔热较好的材料，但是材料的性质影响了外墙的寿命，传统的外保温材料结构复杂，且抗震效果不好，因此在选择外墙材料时不仅要有保温效果，更要抗震性能强，结构性好的材料，能够承受住外部装置的荷载以及有震动的凿刨装修等。因此，在选取材料的时候一定要注意，确保材料的使用性能满足要求，而且要注重材料的低碳环保性能。2.2选择合适的建筑形体建筑形体在高层建筑中也占据十分重要的位置，建筑形体越大耗能越多，应尽量选择体形系数较小的平面形状，因为它能够利用其小巧光滑的外形减少建筑物整体及局部的风压体型系数，结构体系的布置能够更加合理，更加节约。2.3选取合适的结构体系在低碳理念下，选择合适的结构体系如钢结构装配式体系和钢筋混凝土装配式体系等，随着经济和社会的发展钢结构体系已经被运用到各种大型的建筑结构体系中来，但钢结构在住宅中的应用很少，没有被广泛推广开，该结构体系重量较轻，具有较好的抗震性能，且能重复利用，在低碳环保理念下应被大量推广，还能够给整个高层建筑增添美感，更加符合大众的口味和审美。钢筋混凝土装配式体系，在节能减排的背景下近几年让大家有了新的认识，装配式结构体系具有抗震性能好，承重体系和非承重（围护体系）体系有较好的衔接，结构质量能够很好地控制，能够减少对环境的污染，施工速度较快等特点。2.4充分利用自然资源充分利用建筑空间自然通风原理，建筑结构设计最大限度的利用自然通风，这就要求结构体系设计能够配合好建筑本身尽量实现这个要求，同时做好优化建筑位置及朝向设计，充分利用自然资源，降低使用采暖设备和空调系统。因此，对于高层建筑结构设计者来说结构细节会决定着这个高层建筑的低碳性和可持续性以及舒适性。特别是低碳环保理念的应用，更应该注重细节，对于新技术、新产品、新工艺的应用，能够使我们的结构体系更加人性化。3低碳环保理念下的高层建筑设计原则及要点3.1高层建筑结构设计的经济性和合理性高层建筑设计出来的初衷就是为了进行土地资源的节约和空间资源的节省，让人民生活舒适的情况下还能做到节省能源。建筑结构设计是为建筑架起骨架，在建筑方案确定的前提下，结构方案应在安全的前提下，采用合理的，经济的结构形式，并达到节能减排的效果。通过对设计方案的努力改正和检查，降低施工的花费，积极配合施工工作，确保低碳环保理念能够在高层建筑结构设计中发挥应用的作用，通过经济、环保、科学的设计方案，使高层建筑结构设计更加合理。3.2合理利用概念设计对于结构工程设计师来说，高层建筑结构的概念设计贯穿着整个设计过程中，是整个结构分析和设计的灵魂，根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑结构的总体布置并确定细部构造的过程。所以高层建筑结构的概念设计是要将整个高层建筑结构设计贯穿于整个建筑设计，建筑方案制定的过程中应当尽量选用规则的平面布置；在场地选择中应当有所避开对抗震不利的地方；建筑结构体系和材料的选择还应当综合考虑结构的承重性及延性，确保结构具有较好的抗震性能，并以概念判断计算结果的合理性并进行必要的调整。3.3做好高层建筑结构延性设计高层建筑结构的延性能够对抗震起到决定性作用。所谓的高层建筑的结构延性包括材料延性，构件延性和结构延性，也就是高层建筑结构的材料，构件和结构的变形能力。如高层钢结构，钢材本身具有较好的塑性性能，且质量较轻，水平地震作用和竖向地震作用相比钢筋混凝土结构较小，且钢结构具有很强的韧性，在地震过程中能够吸收较多的地震能量，是一种很好地结构延性体系，即使在大震下也会使得高层建筑屹立不倒而危及人身安全，但是由于造价的原因至今没有在高层住宅上广为应用。现如今，人们对于高层建筑要求越来越高，致使很多高层建筑设计师把高层建筑设计得越来越复杂，如果高层建筑结构的延性不好，就不能保证高层建筑结构的变形能力，导致高层建筑在地震过程中出现破坏和倒塌。3.4确保高层建筑结构轴向变形的合理性随着高层建筑高度的不断增加。在这种趋势下，由于建筑材料的多元化，高层建筑结构轴向变形问题就显得十分突出。因此在如今的超高层建筑中，竖向的荷载大幅度的增加，就会使得高层建筑结构中的中墙柱体在自身徐变发生的过程中随着荷载的不断增加而发生轴向变形，直接影响到高层建筑的稳定性，因此在结构设计和后期施工过程中，应采取有效的措施保证中墙柱的轴向变形控制在合理的范围。六、平面不规则高层建筑设计要求分析若能加强平面不规则高层建筑结构设计分析，就可以为后续的结构施工作业开展提供技术支持，实现对建筑结构的有效布置，丰富平面不规则高层建筑的设计形式。因此，需要根据与时俱进的发展要求，给予平面不规则高层建筑结构设计更多的关注，积极开展这方面的设计工作，并加强对设计方案的过程把控，逐步实现对建筑结构方面的科学设计。在此基础上，有利于优化平面不规则高层建筑结构的使用功能，增强结构设计效果。1影响平面不规则高层建筑结构设计效果的因素探讨为了实现对平面不规则高层建筑结构的有效设计，则需要了解设计效果方面的影响因素[4]。具体包括：（1）设计理念的影响。基于平面不规则高层建筑的结构设计，若设计理念更新不及时，且对创新理念运用不充分，就会影响这类建筑结构设计效果，制约设计水平的提升；（2）设计方式的影响。在对平面不规则高层建筑结构进行设计时，若所需的设计方式缺乏适用性，与这类建筑的实际情况不相符，将会对平面不规则高层建筑结构设计效果造成不同程度的影响；（3）设计人员综合素质、材料、环境因素等方面的影响。平面不规则高层建筑结构设计工作开展中，若设计人员的综合素质有待提高、材料选用不当、环境因素的影响考虑不充分，可能会降低这类建筑结构设计质量，并且设计效果方面缺乏保障，会加大平面不规则高层建筑结构设计问题的发生率。2平面不规则高层建筑结构设计要点分析在对平面不规则高层建筑结构进行设计时，需要通过对结构功能特性、科学设计要求等方面考虑，明确这类高层建筑结构设计要点。具体包括以下方面。2.1平面质量偏心影响处理方面的设计高层建筑荷载大、高度高，应用过程中会因平面质量偏心的影响而对结构稳定性产生潜在威胁，且这种影响的产生与高层建筑结构构件设计不够合理有着密切联系。因此，在平面不规则高层建筑结构设计中，为了保持良好的结构状况，则需要注重平面质量偏心影响的处理，落实好相应的结构设计工作予以应对。具体表现为：（1）提高边榀结构布置形式及刚度，提高边榀的利用效率，控制好相应的设计工作进行过程，从而减少平面质量偏心对高层建筑结构稳定性和抗震性能的影响；（2）设计人员应通过对平面不规则高层建筑结构性能可靠性要求的考虑，注重结构构件的合理选用及布置，并且在专业理论知识、丰富实践经验等要素的支持下，完成好这类高层建筑结构设计工作，实现对平面质量偏心影响的高效处理，为平面不规则高层建筑结构安全使用提供支持。2.2平面刚度偏心影响处理方面的设计建筑的平面刚度包括平面内和平面外刚度两种，平面内刚度与荷载作用方向一致，平面外刚度与荷载作用方向垂直。实践中若平面不规则高层建筑应用中的结构与设计模型之间存在差异，且构件荷载不均匀等，就会引发平面刚度偏心问题，从而对高层建筑平面不规则结构产生一定的影响，需要落实好相应的处理工作予以应对。具体表现为：（1）通过对信息技术、专业理论知识的配合使用，不断优化平面不规则高层建筑结构设计方式，减少刚度偏心量，给予这类高层建筑结构性能优化相应的保障；（2）基于高层建筑平面刚度偏心影响处理方面的设计，也需要设计人员强化这类建筑平面不规则结构优化设计方面的意识，有效开展与之相关的设计工作，从而减少平面刚度偏心对平面不规则高层建筑结构的影响，逐步实现结构设计目标。2.3其他方面的设计要点（1）减少平面强度偏心影响方面的设计。平面不规则高层建筑结构设置过程中，若选用的混凝土、选用的钢筋以及钢构件等构件的实际强度与设计强度存在一定的差异，就会引发平面强度偏心问题，影响着平面不规则高层建筑结构性能。实践中为了减少这类影响，改善平面不规则高层建筑应用中的结构状况，则需要设计人员能够对结构构件强度有着充分认识，并对选用过程加以控制，有效应对高层建筑平面不规则结构形成中所需构件的实际强度与设计强度差异性问题，进而减少平面强度偏心所产生的影响，高效地完成平面不规则高层建筑结构设计工作。（2）重视平面不规则高层建筑结构设计中抗扭性能的提高，并通过对凹凸位置楼板厚度与配筋率的有效控制，合理控制平面外圈框架梁及竖向构件的刚度，作到竖向构件的合理布置，满足这类高层建筑结构科学设计要求，促使最终得到的设计方案有着良好的应用价值。同时，为了降低高层建筑平面不规则结构薄弱层应用问题发生率，就需要通过对剪力墙的合理布置、抗侧刚度的加强、基于中震不屈服分析的计算等方面综合考虑，提高结构薄弱层方面的设计刚度及强度，避免在高层建筑实践中处于不安全的应用状态。（3）在完成平面不规则高层建筑结构设计工作的过程中，也需要通过对减弱核心筒连梁、墙柱轴压比的控制、凹凸位置处设置斜向钢筋等方面的考虑，对这类高层建筑结构进行合理设计，促使设计方案的应用效果更加明显，保持平面不规则结构应用过程良好的功能特性。3提升平面不规则高层建筑结构设计水平的相关措施[5](1)在了解当前形势变化的基础上，为了提升平面不规则高层建筑结构设计水平，则需要将创新理念融入设计过程中，并且在综合素质良好的设计人员支持下，实现对高层建筑结构的合理设计。同时，应根据实际情况，选用质量可靠的材料，细化平面不规则高层建筑结构设计内容，从而为结构设计水平的提升打下基础。(2)加强信息技术使用，充分发挥在平面不规则高层建筑结构设计中的应用优势，提供丰富的信息资源，促使设计质量更加可靠，并提升这类结构设计中的信息化水平，有效应对高层建筑平面不规则结构设计问题，促使整体设计水平的逐渐提升。（3）在专业培训活动的支持下，全面提高平面不规则高层建筑结构设计人员的综合素质，发挥出他们的专业优势，给予这类高层建筑结构设计水平提升相应的支持。同时，需要重视抗震技术的合理选用，了解环境因素方面的影响，使得平面不规则高层建筑结构设计工作开展更具针对性，最终达到设计水平不断提升的目的。七、高层建筑的现状及发展1高层建筑结构特点及体系建筑结构必须承受水平和垂直载荷。低层建筑结构通常要抵抗竖向荷载，水平荷载（如风荷载）或效应（如地震效应）对低层建筑的影响较小。由于低层建筑产生的内力和位移相对较小，一般可以忽略不计。因此，竖向荷载往往是低层建筑结构中设计的控制因素，材料消耗、成本和结构方案的确定主要由竖向荷载控制。但在高层建筑结构中，水平荷载对结构的影响较大，横向位移已成为结构设计的主要控制目标之一。建筑高度导致完全不同的应力条件，水平荷载和垂直荷载共同作用，两者都是设计中需要考虑因素。高层建筑构件也会受到多种变形的影响。在一般情况下，通常只考虑构件弯曲变形的影响，由于构件轴向和剪切变形的影响比较小，可以忽略不计。在高层建筑中，变形的原因是地基不均匀沉降，主要表现在墙体开裂。由于结构特性的限制，横向阻力系统的选择和组成是高层建筑结构设计的首要考虑和决策重点。高层建筑的选型在结构抗震概念设计中起着极其重要的作用，结构选择主要包括以下内容：合适的基础以及竖向和水平承重结构。影响高层建筑结构选择的主要因素是环境、功能要求、结构材料、施工水平和结构设计理论的发展。建筑位置的环境条件是选择基础结构、竖向和水平承重结构的基本依据。地震设防烈度的设防标准难以确定的原因是地质条件的复杂性、地震运动的随机性和结构损伤规律的不确定性，这样结构选型也就不容易。为了解决上述问题，提出三个设防水准和两阶段设计，并考虑到建筑的重要性。2高层建筑施工特点2.1工程量大，施工工期长高层建筑的工程量比普通建筑要大得多，在施工的过程中要耗费大量的人力和物力，还要考虑工程的安全保障问题，因此工程设计更加复杂，施工的工期也较长。2.2埋置深度大高层建筑的埋置深度有特殊的要求，按照国家相关规定，高层建筑的埋置深度要达到大于自身高度的1/15,桩基埋置深度一般要大于高层建筑自身高度的1/18。并且，高层建筑至少有一层地下室，这些是保证稳定性的基础。2.3高空作业多高层建筑需要较多的高空作业，需要施工人员进行难度较高，风险较大的物品运送，对施工提出了更高的安全要求。3我国高层建筑的产生与发展历程自古以来，人类就有越来越高的愿望和需求。从心理需求的角度来看，人工创造可以表达一种崇拜感，人们需要人工创造的物体来表达他们对人类的崇敬，超越普通的水平，比如对神和强大的统治者的崇敬。高人工创造可以象征权力，表现为金钱、权力和地位。从物质需要的角度来看，高度就是高度。从高处看，视野可以非常开阔和遥远，让人感觉神清气爽。从东汉到清末，中国建造了数以万计的木结构、砌体结构、石结构和木石结构的混合塔，现存约25000座。毫不夸张地说，中华民族有着建造高楼大厦的悠久历史。新中国成立后，我国高层建筑的发展主要分为三个阶段。第一阶段：从新中国成立到60年代末，这个阶段的建筑主要在20层以下，建筑结构主要以框架的形式。第二阶段：70~80年代，北京饭店于1974年在北京建成，20层，874m，1976年在广州建成33层的白云饭店。20世纪80年代，中国高层建筑开始蓬勃发展。从1980~1983年的三年中，所有的高层建筑都在1949年之后竣工。第三阶段：从20世纪90年代初开始，中国的高层建筑进入了发展的跳跃阶段。4高层建筑结构设计的不足4.1高度设计不恰当就高层建筑结构的科学设计而言，高度设计是十分核心的内容，是直接影响高层建筑使用效果的关键，要进行有效高度设计，一定要联系当地的地质情况与有关的高层建筑使用要求展开重点研究，保证其高度科学合理。过高设计高层建筑高度也许会导致部分超高问题出现，从而干扰高层建筑的安全性与稳定性特点，而过低设计高层建筑高度，有可能导致高层建筑的使用效果降低。4.2负荷设计不合理在高层建筑结构设计过程中，应当重视一定的负荷设计，就高层建筑结构设计中的负荷设计来说，一定要确保高层建筑结构总体平衡性效果，保证其可以发挥相对理想的应用价值效益，防止发生任何不确定因素。在进行负荷设计的时候，比较常见的问题即考虑问题不够全面，没有对具体的高层建筑负荷设计工作展开全面的研究，特别针对不同部分的作用力，无法展开仔细精确的核算，最终直接影响到负荷系统的总体稳定性效果。4.3材料设计不科学就高层建筑结构的详细设计而言，其相关的结构之类通常包括框剪结构、框筒结构和筒中筒结构等，要充分发挥以上结构的功能就要求重视施工材料方面的严格把关，保证施工材料设计的科学性与可靠性，而现阶段的高层建筑结构设计中，在此类施工材料设计部分尚存的缺陷问题依旧相对较多，例如针对钢筋混凝土材料的选用不合理，就一定会影响到总体结构的利用效益，特别是针对配筋率以及有关的施工材料使用数量，这同样也是导致之后各种故障问题出现的主要原因。4.4抗震性能设计较弱就高层建筑的安全有效运用而言，抗震性能也是要求重点考虑的一个关键要点内容，此类抗震性能的设计也就要求在实际的高层建筑结构设计过程中进行严格管理，保证它可以在后续建筑物使用是具有理想的稳定性效益。然而在现阶段实际的高层建筑结构设计过程中，抗震性能的设计较弱还是相对频繁的一类问题，设计者针对抗震等级的掌握不确定，亦或是有关的抗震性能设计时发生明显的偏差问题，都将干扰并约束最后的使用稳定性效果，这些都要求引起充分的注意。5高层建筑结构设计不足的完善对策5.1重视采用结构方案的科学性结构方案选用的科学与否直接影响高层建筑工程的建筑质量。合理科学的建筑结构设计可以成功实现建筑结构水平设计的效果目标。所以，在建筑结构设计的时候应当高度重视结构方案的选用。在选用结构方案的时候：①要针对结构方案的有关标准与要求认真分析，