由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，建筑內(nèi)部的梁柱將會(huì)不可避免地存在，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮異形柱的使用，特別是在超高層住宅戶型設(shè)計(jì)中，充分全面考慮梁柱的影響、規(guī)避及利用是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為以下幾類(lèi)：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框-筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系、多筒體結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層的框架-筒體結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)、懸挑結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)等也逐漸在工程中采用。
進(jìn)入90年代后，由于我國(guó)鋼材產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)逐漸采用。此外，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中也正在得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的梁、板結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。鋼材的強(qiáng)度等級(jí)也不斷提高。高層和超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(代號(hào)RC)外，還采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(代號(hào)SRC)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(代號(hào)CFS)和全鋼結(jié)構(gòu)(代號(hào)S或SS)。
建筑高度100m，柱網(wǎng)為8.4m，抗震設(shè)防烈度為6度，采用框架-剪力墻或框-筒結(jié)構(gòu)體系較為經(jīng)濟(jì)合理，這種結(jié)構(gòu)體系的剪力墻或筒體是很好的抗側(cè)力構(gòu)件，常常承擔(dān)了大部分的風(fēng)載和地震荷載產(chǎn)生的水平側(cè)力，總體剛度大，側(cè)移小，且滿足玻璃幕墻的外裝飾要求。
超高層建筑的樓板和屋蓋具有很大的平面剛度，是豎向鋼柱與剪力墻或筒體的平面抗側(cè)力構(gòu)件，同時(shí)使鋼柱與各豎向構(gòu)件(剪力墻或筒體)起到變形協(xié)調(diào)作用。
一般鋼結(jié)構(gòu)建筑物的樓板和屋蓋，都采用軋制的壓型鋼板加現(xiàn)澆鋼筋混凝土(簡(jiǎn)稱鋼承混凝土)樓板和屋蓋，厚度一般不小于150mm。目前在設(shè)計(jì)鋼承混凝土樓板和屋蓋時(shí)沒(méi)有考慮鋼承混凝土樓板和屋蓋與鋼梁共同作用。主要是對(duì)于板底呈波形的計(jì)算原理不甚了解或認(rèn)為計(jì)算繁瑣，就按平板計(jì)算，這樣既不安全又增加了鋼梁的用鋼量。
如果采用鋼梁與鋼承混凝土樓板共同作用，簡(jiǎn)稱MST組合梁，只要計(jì)算正確，配筋合理，栓釘可靠，則可以節(jié)約樓層和屋蓋鋼梁的用鋼量20%左右，而且不需對(duì)鋼梁進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。
2難點(diǎn)2——垂直交通設(shè)計(jì)
超高層建筑，核心筒的設(shè)計(jì)需平衡采光、節(jié)能、易于維護(hù)、減少公攤、不同業(yè)態(tài)核心筒上下統(tǒng)一等多方要求，是建筑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展、高度的增加和技術(shù)的進(jìn)步，在高層建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，逐漸演化出了中央核心筒式的“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式。
1.內(nèi)核式：中央核心筒布局在建筑的中央部分，有意識(shí)地利用那些功能較為固定的服務(wù)用房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，形成中央核心筒，而筒體處于幾何位置中心，還可以使建筑的質(zhì)量重心、剛度中心和型體核心三心重合，更加有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震。
2.外核式：雙側(cè)外核心筒布局第一次變革主要還是出于造型上的需要和建筑設(shè)計(jì)理念的變化，如70年代前后出現(xiàn)的“雙核”構(gòu)成模式。雙側(cè)外核心筒的布局，不僅有利于避難疏散，而且也使高層建筑的外觀造型產(chǎn)生了巨大的變化。貝聿銘設(shè)計(jì)的新加坡“華僑銀行中心”和日建設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的日本“IBM本社大樓”等等就是當(dāng)年風(fēng)行一時(shí)的雙側(cè)外核設(shè)計(jì)手法的代表。
3.多核式：分散多個(gè)外核布局而從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，核的移動(dòng)、垂直交通、服務(wù)性房間和管道井分散到建筑的周邊，對(duì)于高層建筑的空間構(gòu)成模式和立面造型上的變化也是極具革命性的。它不但適應(yīng)了其它專業(yè)的需求，而且還有利于避難疏散，創(chuàng)造更大的使用空間和使高層建筑的底部獲得解放。核與主要使用空間分散和分離還可以使樓梯間、衛(wèi)生間等直接對(duì)外自然采光通風(fēng)，既節(jié)約能源，又省去消防所需的加壓送風(fēng)設(shè)備，更符合低能耗，可循環(huán)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)原則。因此，近幾年強(qiáng)調(diào)生態(tài)、節(jié)能的高層建筑多采用這種布局方式。
3難點(diǎn)3——電梯
在超高層建筑中，快速、高效、平穩(wěn)的垂直服務(wù)是難點(diǎn)之一。現(xiàn)代超高層建筑大都超過(guò)60層，建筑內(nèi)人口流動(dòng)大，縱向交通主要依賴電梯，有效設(shè)計(jì)超高層建筑的電梯的關(guān)鍵是運(yùn)用各種局部電梯進(jìn)行服務(wù)，并把局部區(qū)域電梯系統(tǒng)組織起來(lái)。通往這些局部區(qū)域，通過(guò)由地面始發(fā)站至局部區(qū)域的空中候梯廳之間的快速穿梭電梯進(jìn)行服務(wù)，乘客到達(dá)空中候梯廳后再換乘區(qū)間電梯。為了能夠?qū)⒊丝鸵宰羁斓乃俣冗\(yùn)送到達(dá)目的地，一般以建筑每30～35層為一局部區(qū)域。
4難點(diǎn)4——供電安全性和穩(wěn)定性
作為超高層建筑，安全性必然是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要格外注意的地方，其次是供電可靠性。配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，需考慮多回路供電及備用發(fā)電機(jī)組的配置。因超高建筑的高度，變配電房可以考慮設(shè)置在塔樓中部的樓層，以減少低壓配電的損耗。備用柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置于地庫(kù)層，供電電壓采用10千伏輸出，再經(jīng)變壓器降壓至低壓配電，保證配電至塔樓的高層。在超高層建筑的配電系統(tǒng)上，供電距離、電纜的長(zhǎng)度、電纜大小的適當(dāng)調(diào)整以及安裝時(shí)的施工工藝也是難題之一。由于超高層面積大、樓層多，自然會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電的問(wèn)題，因此后備電源可考慮采用高壓發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電，從而解決了這個(gè)難題。另外還需要特別注意的是，超高層建筑遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)左右晃動(dòng)。由于超高層建筑物會(huì)有一定的搖擺度，在上升主干線的設(shè)計(jì)上可以考慮將電纜連接銅母線槽配電，以減低超高層建筑物在搖擺時(shí)對(duì)銅母線槽接駁組件位置的拉扯壓力，減少發(fā)生故障及維修的機(jī)會(huì)，也相對(duì)地增加了主干系統(tǒng)的壽命。
5難點(diǎn)5——消防
消防難點(diǎn)：超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造和功能要求，致使其內(nèi)部火災(zāi)荷載大，火勢(shì)蔓延迅速，人員疏散困難，救援難度大，形成重大火災(zāi)的隱患大。消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)：防火-控火-耐火防火，建筑工程中使用防火材料、防火構(gòu)件、防火配件，裝修工程中采用不燃、難燃性建筑材料，易燃易爆場(chǎng)所強(qiáng)化通風(fēng)，設(shè)置防爆電氣，使用不發(fā)火地面等。
控火，一是把火災(zāi)控制在初始階段，包括安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火系統(tǒng)，進(jìn)行早期探測(cè)和初期撲救;二是把火災(zāi)控制在較小范圍，在建筑物平面和豎向劃分防火分區(qū)和防煙分區(qū)，在建筑物之間留有適當(dāng)防火安全距離，切斷火災(zāi)蔓延途徑，減小成災(zāi)面積，便于實(shí)施救援。
耐火，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火穩(wěn)定性，使其在火災(zāi)中不致失效。
6難點(diǎn)6——測(cè)量
超高層建筑，一般由超高層塔樓和多層地下室組成，工程測(cè)量難度大，施工測(cè)量如果失誤，造成的損失會(huì)非常嚴(yán)重，并且難以彌補(bǔ)和修復(fù)，因此工程測(cè)量是超高層建筑的重點(diǎn)、難點(diǎn)。
7難點(diǎn)7——側(cè)向風(fēng)影響
高層、超高層建筑要承受側(cè)向的風(fēng)力，一般說(shuō)，在正常的風(fēng)壓狀態(tài)下，距地面高度為10m處，如風(fēng)速為5m/s，那么在90m的高空，風(fēng)速可達(dá)到15m/s。若高達(dá)300～400m，風(fēng)力將更加強(qiáng)大，即風(fēng)速達(dá)到30m/s以上時(shí)，摩天大樓產(chǎn)生的晃動(dòng)將十分劇烈。對(duì)大樓的這種晃動(dòng)，首先要考慮它對(duì)電梯的影響，電梯被視為超高層建筑的“生命線”。當(dāng)電梯高速運(yùn)行的同時(shí)，如果大樓的晃動(dòng)超過(guò)一定尺寸，電梯的鋼纜就會(huì)因時(shí)緊時(shí)松，受力不均受到傷害，并造成危險(xiǎn)。
8難點(diǎn)8——煙囪效應(yīng)
冬天，在氣溫較低的情況下，會(huì)由于低層(特別是一層大堂)和地下室的冷空氣竄入電梯井，經(jīng)煙囪效應(yīng)形成強(qiáng)大氣流，造成電梯關(guān)不上門(mén)。而且會(huì)將低層的一些氣味帶到高層，如廚房的氣味、油煙味等，此時(shí)如在低層或地下室有電焊操作或燃?xì)庑孤┚涂赡軐⒒鹪措S氣流帶到高層，極端危險(xiǎn)。同時(shí)，由于電梯轎廂與井壁間的縫隙很小，在電梯移動(dòng)時(shí)，氣流的摩擦?xí)a(chǎn)生嘯叫。目前，這是個(gè)國(guó)際性難題，目前尚未找到很好的解決辦法。
9難點(diǎn)9——管理維護(hù)問(wèn)題
一些超高層大樓都曾出現(xiàn)過(guò)斷電、跑水等事故。從管理上看除了做好預(yù)案，防止事故發(fā)生和做好備用系統(tǒng)以外，一旦事故出現(xiàn)，如何搶救，是否有一位掌握全局、了解本系統(tǒng)一切細(xì)枝末節(jié)的人十分重要。擦玻璃也成了管理這些龐然大物的一個(gè)麻煩。
10難點(diǎn)10——施工難點(diǎn)
1.超高層基礎(chǔ)采用深基礎(chǔ)。由于建筑高，體量大，支撐高層的地基必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度，所以多采用深基礎(chǔ)，持力層嵌入微風(fēng)化巖層。
2.超高層地下室深度大、層數(shù)多、面積大。一是要滿足建筑功能方面的要求，比如人防面積、停車(chē)位數(shù)量等;二是要解決在施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題。
3.超高層結(jié)構(gòu)形式多為混合型。如型鋼混凝土、鋼管混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)。它們的共同特點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)便、工期短、結(jié)構(gòu)性能好且大大節(jié)約建筑材料，目前已成為超高層建筑群最為實(shí)用和主要的結(jié)構(gòu)形式。
4.超高層裝飾工程裝飾富于變化，工程量大，技術(shù)含量高、要求高。超高層建筑的裝飾工程的安全性功能尤其重要，抗風(fēng)壓，風(fēng)、水、氣的密閉性要求高。
5.建筑功能復(fù)雜，子系統(tǒng)多，安裝工程工程量大，要求精度高。
6.新技術(shù)、新材料、新工藝大量采用。
施工中應(yīng)當(dāng)采取如下對(duì)策1施工技術(shù)必須有新突破超高層建筑絕不簡(jiǎn)單是建筑樓層數(shù)量上的疊加、施工的延長(zhǎng)，而在施工技術(shù)方面必須注入新的元素，必須有新突破。
(1)深基礎(chǔ)施工技術(shù)。根據(jù)地質(zhì)條件，深基礎(chǔ)一般采用大直徑人工挖孔樁，沖(鉆)孔灌注樁，預(yù)制混凝土管樁或預(yù)制鋼管樁，為一種或兩種同時(shí)采用。對(duì)于施工總承包來(lái)說(shuō)，按照設(shè)計(jì)的樁類(lèi)型進(jìn)行施工，主要考慮的是技術(shù)能力、設(shè)備能力、安全和質(zhì)量控制能力。工程總承包項(xiàng)目就需要考慮成本因素以及獲得這些能力的難易程度。
(2)大基坑土方開(kāi)挖和支護(hù)技術(shù)。按照我國(guó)現(xiàn)行的政策和建筑本身的需要，超高層建筑必然有一個(gè)超大、超深的地下室結(jié)構(gòu)部分，這部分工程施工的最大難點(diǎn)在于土方開(kāi)挖和基坑支護(hù)。超高層建筑一般在城市的主要路段，場(chǎng)地狹窄，周?chē)h(huán)境復(fù)雜而且重要。土方開(kāi)挖的方案至少應(yīng)該解決以下幾個(gè)問(wèn)題：a.進(jìn)出土路線的選擇;b.挖運(yùn)土方設(shè)備數(shù)量和性能的選擇以及進(jìn)退場(chǎng)安排;c.最后土方的挖、運(yùn)的具體措施;d.基坑支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化和周?chē)h(huán)境建(構(gòu))筑物以及基坑邊坡的變形監(jiān)測(cè);e.土方開(kāi)挖和基坑支護(hù)，乃至樁基礎(chǔ)施工的配合。
2施工組織要有新思維
超高層建筑的豎向跨度非常大，在施工組織中首要解決垂直運(yùn)輸效率的問(wèn)題。利用有限的機(jī)械設(shè)備解決龐大的人員、材料的上下，做到有序并且有效。
(1)合理配置大型機(jī)械設(shè)備。要核算現(xiàn)場(chǎng)人員流量，在施工高峰期有多少人需要乘電梯到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，全部輸送完需要多少時(shí)間。結(jié)合工期計(jì)劃，核算和分析需要使用人貨電梯運(yùn)輸?shù)脑牧�、周轉(zhuǎn)材料、成品、半成品的總用量以及周轉(zhuǎn)率要求，核算工作時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，合理確定塔吊，人、貨電梯的規(guī)格型號(hào)和數(shù)量;選擇混凝土輸送泵的性能和數(shù)量。在實(shí)際中，超過(guò)150m的建筑應(yīng)考慮布置一臺(tái)高速施工電梯和一臺(tái)普通施工電梯，分別服務(wù)不同的施工區(qū)域。應(yīng)選用一次泵送到位的混凝土輸送泵，油泵和電泵均要配備。塔吊的性能和布置不僅要滿足鋼筋、模板、鋼管等材料運(yùn)輸，而且必須考慮鋼結(jié)構(gòu)件的吊裝和安裝需要。慎密規(guī)劃，緊貼實(shí)際，科學(xué)統(tǒng)籌大型機(jī)械平面布置。分析現(xiàn)場(chǎng)條件和地理位置情況，按照最短運(yùn)輸路徑和最大運(yùn)輸能力的原則，進(jìn)行大型機(jī)械平面布置。快速提升架和施工電梯首要考慮樓層內(nèi)的運(yùn)輸路線;塔吊要考慮安裝和拆除的便利、覆蓋面積和附墻的可行性。
(2)既要合理而不富余的配置機(jī)械，就必然存在機(jī)械使用的沖突問(wèn)題，機(jī)械的使用計(jì)劃就顯得十分必要。對(duì)各工種、工序現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的先后順序要預(yù)先安排并強(qiáng)制執(zhí)行。體現(xiàn)在垂直運(yùn)輸設(shè)備的使用安排計(jì)劃上，每個(gè)人、每一件物都要清楚自己的運(yùn)輸時(shí)間、順序。有計(jì)劃有組織地調(diào)節(jié)設(shè)備的使用頻率，提高使用效率。
(3)采取技術(shù)措施，減少對(duì)垂直運(yùn)輸?shù)囊蕾�。鋼筋網(wǎng)片的使用，機(jī)械接頭的使用，大模板的使用，可以有效地提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少對(duì)作業(yè)人員和操作設(shè)備的需求，從而減少垂直運(yùn)輸?shù)膲毫Α?br />
3施工質(zhì)量要求高
以建筑總高度允許偏差值來(lái)說(shuō)，超高層建筑的質(zhì)量要求已經(jīng)與普通建筑有了差別，特別體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的安全性能和建筑功能要求上。超高層建筑承受的風(fēng)壓非常大，對(duì)氣密性、水密性有很高要求，玻璃或幕墻的三性檢驗(yàn)報(bào)告不可缺少。裝飾工程中，外墻粘貼磚的施工質(zhì)量關(guān)系到建筑的使用安全，必須引起足夠重視，應(yīng)從技術(shù)、工藝上予以解決。外墻的防水工程應(yīng)從材料的選用、工藝試驗(yàn)、過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督等方面嚴(yán)格把關(guān)。
4文明安全施工管理
超高層文明安全施工管理與普通建筑施工有許多的不同。裝飾工程、安裝工程的立體交叉施工。必須設(shè)立安全分隔區(qū)和防火分隔區(qū)。腳手架的搭設(shè)、拆除方案必須經(jīng)過(guò)審批、落實(shí)和檢查。另外，大型設(shè)備要有安全保護(hù)措施等等�？傊拿靼踩┕�(yīng)該做到橫向到邊，縱向到底，措施到位，責(zé)任到人。樓層內(nèi)設(shè)置簡(jiǎn)易廁所。由于超高層建筑施工人員集中，生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)布置井然并保持日常檢查做到有效控制。
