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摘要：近些年来，在城市建筑中，超高层建筑数量不断增加，超高层建筑的结构设计作为影响其安全的重要因素，得到越来越多的重视。超高层建筑的功能、受力、力传递途径等与高层建筑、多层建筑有许多不同，其结构设计面临的问题也更为复杂。本文就对超高层建筑结构设计中的关键性问题展开探讨，以期提供超高层建筑结构设计水平，有力保障超高层建筑的安全。
关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题；探讨
随着城市化进程的不断加快，城市土地资源日益紧张，为提高建筑使用面积，只能不断增加建筑高度，导致100m以上的超高层建筑越来越多。在建筑高度增加后，不仅垂直竖向荷载会成倍增加，其水平荷载也会对建筑结构安全产生极大影响，所以，在超高层建筑结构设计中，需要充分考虑各方面受力因素，在保证结构安全的基础上，提高建筑舒适性。
一、超高层建筑结构概述
在超高层建筑中，常见的结构体系主要有框架结构、框剪结构、剪力墙接头、框筒结构、束筒结构以及筒中筒结构中；结构设计的内容主要有钢筋混凝土结构设计、型钢混凝土结构设计、全钢结构设计以及钢管混凝土结构设计等。在超高层建筑材料中，应用最为普遍的是钢筋混凝土材料，其原因是钢筋混凝土具有良好刚度、耐久性，建设成本和维护费用都相对较低。
在超高层建筑结构设计中，首先要考虑结构的安全性，再根据高度、施工环境等，从多个设计方案中，选择经济性最佳的方案，这就需要了解结构体系的优缺点。其中，框架结构体系主要包括是利用梁、柱来承担水平和竖向荷载，具有布置灵活、空间大等优点；剪力墙结构是通过横向、纵向墙体来承担水平和竖向荷载的，采用的多是钢筋混凝土，能够有效提高超高层建筑抗震性能；框剪结构综合了框架结构、剪力墙结构的优点，结构布局灵活方便，抗侧能力较佳，但如何做好剪力墙设置成为结构设计的重点[1]。
二、超高层建筑结构设计中的关键性问题分析
（一）基础设计
在所有的建筑设计中，基础设计都是最为基本、最为重要的设计内容，基础设计的水平会直接影响整个超高层建筑结构的稳固与安全。超高层建筑基础设计主要是埋置深度、地基承载力的设计，充分保证地基的稳固性，减少地基变形，预防建筑倾斜。
在超高层建筑基础中，由于建筑高度较高，上部结构建筑荷载相对较大，对基础的承载能力要求较高，需要采用桩基础的设计方式，来提高基础的承载值，桩基础的深度需要根据承载力要求、地质条件等来确定，确保桩端深入到持力层中；同时，还要做好地基的处理，尤其是不良地基，需要通过排水固结、预压加固等方式，提高地基的密实度，降低地基含水率，控制地基变形和沉降，使其发挥良好的基础作用。
（二）嵌固端问题
在超高层结构设计中，为提高地下空间利用率，通常会设置两层或以上的地下室，如此以来，超高层的嵌固端只能选择在地下室顶板上。在设计嵌固端时，需要保证埋置深度的合理，满足建筑结构整体稳定的要求，同时起到减轻地震反应的作用，预防嵌固端设计不合理造成的设计变更，影响超高层建筑结构的安全。
（三）超高承重问题
超高承重问题是超高层建筑设计中常见的问题，其发生原因主要是忽视了结构类型改变。在我国超高层建筑相关设计规范中，对超高层建筑抗震能力、高度等都作出了明确规定，因此，在超高层建筑结构设计时，需要加强审核，确保设计方案符合相关规范的要求，避免超高承重问题发生。
（四）扭转问题
在超高层建筑结构设计中，刚度中心、几何形心、结构重心是设计的关键点，必须保持三心的重合，才能有效保证建筑结构的稳定、可靠，一旦出现三心不重合情况，在水平压力作用下，超高层建筑就会发生扭转问题，危及建筑本身的安全。因此，在超高层建筑设计中，需要做好平面布局的合理分布，确保刚度中心、几何形心、结构重心重合在一起[2]。
（五）受力性能问题
受力性能是超高层建筑结构设计的重要因素，对于超高层建筑来说，主要需要有风荷载设计、结构抗侧力设计以及抗震设计，设计方法为：
1.风荷载设计
在风荷载设计时，需要对建筑物表面风压进行风洞模拟试验，确定风荷载设计的参数。其中，风洞模拟试验的内容主要有：（1）调试大气边界层，确保风洞试验使用的边界层达到荷载规范的相关规定；（2）建立试验模型，根据建筑项目实际情况，以一定比例，建立对应的项目精细模型，布置位置、数量适宜的测点，进行群体风洞试验，测试风压分布情况；（3）风压测试与计算：从0°风险开始，以15°为间隔，共进行24个风向的风压测试，计算围护结构承受风压值。（4）试验结果：通过风洞试验，可以得到超高层建筑塔楼外表面、女儿墙表面以及裙楼里面的最高正综合和最低负综合风压值、对应的风向角以及部位等。
根据风洞试验的风压测试结果，对超高层建筑结构进行风振计算，可以得到结构顶层在X向、Y向的加速度峰值，再通过等效静风荷载，可以得到基底倾覆力矩与风向角之间的对应关系，确定等效基底倾覆力矩最大值，作为超高层建筑风荷载设计的参照值。
2.结构抗侧力设计
在超高层建筑结构设计中，为提高结构抗侧力，通常采取外围环状框架钢梁连接内围钢管混凝土柱的方式，具体连接方式有刚性连接和铰连接，其中，刚性连接能够起到增强结构整体侧向刚度、减少结构层间位移角和水平位移的作用，但设计和施工较为困难，施工成本也相对较高；铰连接设计较为简单，施工成本也低，但结构抗侧力也会相应降低，结构层间位移角、水平位移会增大。因此，为提高超高层建筑结构设计，应当采用刚接方式，将外围环状框架钢梁与钢管混凝土柱连接起来。
此外，伸臂结构也是提高超高层建筑结构抗侧力的有效方式，是通过在建筑结构中选择一定层数，设置伸臂构件，利用伸臂构件的高强度特征，对外柱起到一定拉伸或压缩作用，有效限制结构位移；同时，伸臂构件还可以对内筒起到反向约束作用，降低内筒的弯矩，从而减小侧移。但是，伸臂结构也存在一些负面影响，主要体现为结构高度方向上的内力突变，不利于柱体结构荷载以及建筑整体抗震[3]。
3.抗震设计
对于超高层建筑而言，地震水平作用的影响尤为明显，做好结构抗震设计十分必要。在超高层建筑结构设计中，抗震设计要以性能化设计为基础，按照抗震性能水准和目标的要求，在保证承载力、变形能力满足结构安全要求的前提下，通过对关键构件、部分位置或者整个结构的加固或增强，达到预期的抗震性能目标，实现建筑结构整体抗震设计安全的目标。
在超高层建筑结构抗震设计中，需要先按照相关规范要求，确定框架梁、核心筒剪力墙、核心筒剪力墙连梁、外围框架柱等关键构件的抗震设计与其性能目标，通过弹性计算分析，依次复核设计值、标准值以及极限值，来分析关键构件的抗剪、抗弯承载力是否能够达到相应要求，然后对各项不规则进行一一审查，确保建筑结构抗震的科学、合理、可靠，保证建筑结构的安全。
结语：
综上所述，在现代建筑行业当中，超高层建筑占据的比重不断加大，对城市经济发展起着十分重要的作用，做好超高层建筑结构设计、提高超高层建筑的安全性，是一项至为重要的工作。因此，必须对超高层建筑结构有深刻了解，掌握其常用的结构体系，做好结构体系的选择，通过对结构设计关键性问题的控制，提高建筑结构设计的水平，充分保障超高层建设的施工质量和整体安全。
参考文献：
[1]郭怀祥.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].中华民居（下旬刊），2014，09：357-358.
[2]罗郁.复杂高层与超高层建筑结构设计的重点[J].现代装饰（理论），2015，02：224.
[3]徐春卯.超高层建筑结构设计的关键性问题思考[J].科技创新与应用，2015，13：243.