高層建筑結構設計精選(九篇)

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第1篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：高層建筑；結構；設計

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：16723198（2014）03018901

信息越來越發(fā)達、人們生活節(jié)奏也越來越快，而變化的不僅僅是人們的生活方式，社會所有領域都發(fā)生著深刻的變化。我國正在進行城鎮(zhèn)化進程，漫步于城市之中，你往往會看到好多工地，而且這些現(xiàn)象在一線城市和正在興起的城市更為明顯。有一個現(xiàn)象或許我們已經感覺到了，就是我們在一線城市核心區(qū)買新建住宅的時候，往往很難找到幾層樓高的房產了。究其原因，或許是和現(xiàn)在土地寸土寸金、開發(fā)商拿地成本很高有關。高層建筑大量的出現(xiàn)在建設規(guī)劃中，稍微有點專業(yè)知識的人都清楚，高層建筑考慮的問題很多，其中結構設計應該成為需要首要考慮的問題之一，因為高層建筑的高度在顯現(xiàn)了其較普通建筑更為強大的使用功能外，也對其結構提出了更高的要求。下面，結合筆者工作實際，談談從高層建筑的結構特性的角度應該考慮的一些東西。

1 高層建筑結構設計的特點

1.1 設計富有技術性和專業(yè)性

我們都知道：高層建筑和多層建筑來說，在功能上和設計上會有很大的不同，這是因為對于高層建筑而言，它們的結構設計關系到它的各種使用功能的實現(xiàn)情況，還關系著高層建筑作為一項土建工程所產生的造價和工期問題。

1.2 水平荷載成為決定因素

水平力在所有建筑結構選擇和設計中都是最重要的因素，對于高層建筑來說更是如此，因為普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力對于建筑的結構影響較小，但是隨著建筑高度的增加，水平力在建筑結構中起到的作用也隨之增大。從專業(yè)角度講，一方面，建筑的自重和露面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，它與建筑高度的一次方成正比；從另一個角度來看，而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，樓房的高度從豎向荷載來說一般情況是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.3 承載力設計需要基礎

在高層建筑結構選擇和設計上，必須要保證它的承載力基礎，特別是要注重剛度的加強，以抵抗側向力。結構側移是高層建筑結構設計的關鍵因素，這是余較低樓房不同的地方。建筑物層數的增加，使得每多一層其側向力都會發(fā)生很大的變化，所以建筑物特別是高層建筑物需要控制水平荷載因素。

1.4 其他關鍵因素更需關注

第一是高層建筑的抗風因素，需要要認真的計算出風荷載作用下的位移值，以有針對性的采用調整結構和裝飾構件來實現(xiàn)高層建筑的抗風。第二是高層建筑的抗震要求，應該在建筑前認真的選擇地基位置，并詳細的勘測該區(qū)域的地質情況。第三個是高層建筑的地基情況，要保證其承載力和剛度滿足建筑上部結構的要求。

2 高層建筑結構設計需要關注的問題

2.1 選擇合理的結構設計方案

合理的結構設計方案是高層建筑結構設計中需要首要考慮的問題，特別是幾個關鍵因素，比如：結構類型、荷載分布情況、施工條件、地基潛力、相鄰建筑物影響等，都需要在設計上分別有針對性的加以考慮。同時，還應考慮到相同的結構單元當中，應該選擇相同結構體系。在首要考慮問題的基礎上，還需要考慮地理條件、工程設計需求、施工條件、材料等因素綜合分析基礎上，加之包括水、暖、電等各個專業(yè)的相協(xié)調的情況下，選擇合理的結構，從而確定結構的方案。

2.2 充分考慮設計施工經濟性

安全、適用、經濟是結構設計的三要素。三個要素之間既有層次關系又相互平衡和制約。在滿足前兩個要素的前提下，就要考慮如何實現(xiàn)結構造價的經濟性問題。直接經濟指標一般采用結構造價百分比、單位面積結構綜合造價或者單位面積材料用量（如鋼材、鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回收慢、豎向構件面積大等特點，這些都需要用到間接指標，比如：豎向構件占樓層面積比、施工可建性、社會效應、樓層凈高等。具體地講：首先，在超高層建筑中，風荷載是主要水平控制荷載，因此，減小風荷載是最有效的措施之一。其次，提高抗側力結構的效率是節(jié)約材料用量的有效途徑；不同材料的有機組合也可發(fā)揮材料各自的優(yōu)點，降低結構綜合造價。最后，確定合理的設計性能指標，既確保結構安全，又能滿足經濟要求。

高層建筑結構計算需要精細化，如果出現(xiàn)誤差那將會引起建筑物因結構問題而發(fā)生的事故。所以，首先需要選擇合理的計算簡圖，特別是針對結構節(jié)點的復雜性，確保其計算誤差控制在規(guī)定的范圍內。另外，需要充分運用各種計算機軟件，充分利用軟件進行校對并進行合理判斷，從而得出準確結構。

參考文獻

[1]徐培福.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]俊旭.高層建筑結構設計及結構選型探討[J].價值工程，2010，（2）.

[3]田龍.淺談高層建筑的結構設計[J].價值工程，2011，（1）.

[4]鐘國華.高層建筑結構設計及某工程結構選型探討[D].重慶大學，2006.

[5]陶忠，張耀春，韓林海，等.關于高層建筑結構選型設計的初步探討[J].哈爾濱建筑大學學報，2000，（33）.

第2篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞:高層建筑；結構設計；受力與變形；結構經濟性； P-Δ效應

1高層建筑結構分析

高層建筑結構是由豎向抗側力構件(框架、 剪力墻、 筒體等)通過水平樓板連接構成的大型空間結構體系。要完全精確地按照三維空間結構進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定。

小變形假定:小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性(P－Δ效應)進行了一些研究。一般認為,當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時,P－Δ效應的影響就不能忽視。

彈性假定:目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下,結構通常處于彈性工作階段,這一假定基本符合結構的實際工作狀況。 但當收到遭受地震或強臺風作用時,高層建筑結構往往會產生較大的位移,出現(xiàn)裂縫。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態(tài)的,應按彈塑性動力分析方法進行設計。

剛性樓板假定:許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大,而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度,簡化了計算方法。 并為采用空間薄壁桿件計算筒體結構提供了條件。高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形有三種:一維協(xié)同分析。 按一維協(xié)同分析時,只考慮各抗側力構件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調。 在水平力作用下,將結構體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側力構件組成的平面結構。 根據剛性樓板假定,同一樓面標高處各榀抗側力構件的側移相等,由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。 在扭矩作用下,則根據同層樓板上各抗側力構件轉角相等的條件建立基本方程。二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側力構件視為平面結構,但考慮了同層樓板上各榀抗側力構件在樓面內的變形協(xié)調。 縱橫兩方向的抗側力構件共同工作,同時計算;扭矩與水平力同時計算。 在引入剛性樓板假定后,每層樓板有三個自由度u,v,θ(當考慮樓板翹曲是有四個自由度),樓面內各抗側力構件的位移均由這三個自由度確定。三維空間分析, 三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度, 按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應考慮截面翹曲,有7個自由度。

2高層建筑結構的受力與變形

2.1在高層建筑中,首先,在豎向荷載作用下,各樓層豎向荷載所產生的框架柱軸力為:邊柱N=wlH/2h,中柱N=wlH/h,即框架柱的軸力和建筑結構的層數成正比;邊柱軸力比中柱小,基本上與其受荷面積成正比。 就是說,由各樓層豎向荷載所產生的累積效應很大,建筑物層數越多,底層柱軸力越大;頂、底層柱軸力差異越大;中柱、邊柱軸力差異也越大。

其次,在水平荷載作用下,作為整體受力分析,如果將高層建筑結構簡化為一根豎向懸臂梁,那么由其底部產生的傾復彎矩為:水平均布荷載Mmax=qH2/2,倒三角形水平荷載Mmax=Qh3/3,即結構底部產生的傾復彎矩與樓層總高度的平方成正比。 就是說,建筑結構的高度越大,由水平作用對結構產生的彎矩就越大,較豎向荷載對結構所產生的累積效應增加越快,其產生的結構內力占總結構內力的比重越大,從而成為高層結構強度設計的主要控制因素。

2.2在豎向荷載作用下,高層建筑結構的變形主要是豎向構件的壓縮變形。由于各豎向構件的應力大小不同,因而其壓縮變形大小也不同。 在鋼筋混凝土結構中,由于在施工過程中的找平,同時由于各豎向構件的基底軸力大小不同,若不對基底應力進行調整,也可能導致基礎產生不均勻沉降。在水平荷載作用下,高層建筑結構最大的頂點位移為:水平均布荷載max=qH4/8EI,倒三角形水平荷載max=11qH4/120EI,式中EI為結構,從以上可看出,結構頂點位移與其總高度的四次方成正比。水平荷載作用下所引起的結構內力及側移是高層建筑結構設計的主要控制因素。

3 高層建筑結構的設計要點

（一）軸向形變不容忽視

通常在低層建筑結構分析中，只考慮彎矩項，因為軸力項影響很小，而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結構，情況就不同了由于層數多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結構的內力數值與分布產生顯著的改變軸向變形的影響在高層建筑結構分析中應當考慮，但是，結構所受的豎向荷載并不是在結構完成之后一次施加的 特別是，占豎向荷載絕大部分的結構自重是在施工過程中逐層施加的，軸向壓縮變形已在施工過程中分階段完成，并在各樓層標高處找平，實際上并不完全類似于以上分析的情況所以，在考慮軸向變形時，要考慮施工過程中分層施加豎向荷載這一因素，不能簡單的按一次加載考慮，否則會出現(xiàn)一些不合理的計算結果，如鄰近剪力墻和筒體的上層框架柱，在豎向荷載作用下出現(xiàn)拉力; 上層框架梁出現(xiàn)過大彎矩和剪力等 另外，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結構的側向變形迅速增大

（二）側移成為控制指稱

與低層建筑不同，結構側移己成為高層建筑結構設計中的關鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結構的側向變形迅速增大，結構頂點側移與建筑高度H的四次方成正比。設計高層結構時，不僅要求結構具有足夠的強度，能夠可靠地承受風荷載作用產生的內力; 還要求具有足夠的抗側剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，保證良好的居住和工作條件，這是因為高樓的使用功能和安全，與結構側移的大小密切相關：

1 使用人員的正常工作與生活 當高樓在陣風作用下發(fā)生振動的頻率f為一定值時，結構振動加速度a與結構側移幅值 A成正比： a=A（2π f ） 因而控制側移幅值的大小成為保證高樓良好的居住和工作條件的關鍵因素

2 過大的側向變形會使隔墻 圍護墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，此外，也會使電梯因軌道變形而不能正常運行

3 高樓的重心位置較高，過大的側向變形將使結構因P-Δ效應而產生較大的附加應力，甚至因側移與應力的惡性循環(huán)導致建筑物倒塌

（三）結構延性是高層建筑設計重要性質

延性是指構件和結構屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來表示 對于受彎構件來說，隨著荷載增加，首先受拉區(qū)混

凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形 然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構件最終破壞 從受拉鋼筋屈服到壓區(qū)混凝土壓碎，是構件的破壞過程 在這過程中，構件的承載能力沒有多大變化，但其變形的大小卻決定了破壞的性質是鋼筋砼受彎構件的M －Δ（Φ ）曲線，Δy是屈服變形，Δu是極限變形 提高延性可以增加結構抗震潛力，增強結構抗倒塌能力 高層建筑相對低層結構而言，結構設計更柔一些，如果遇到地震，震動作用下的建筑結構變形更大一些 為了做好防震設計，避免倒塌，建筑在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，特別需要在構造上采以適當的設計，確保建筑設計具有很好的延性

4結語

我國的高層建筑在十余年里可謂突飛猛進，其建設速度和建造數量在世界建筑史上都是少有的。而目前的工程設計領域中，設計人員忙于應付大量的具體工作，往往不夠重視結構經濟性問題，造成不必要的浪費。高層建筑結構設計中應根據實際情況做好結構分析,多做方案比較，從當今經濟現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，建立一個宏觀的合理的結構設計理念。

參考文獻：

[1]鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程（JGJ3-91）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991

第3篇：高層建筑結構設計范文

【關鍵詞】高層建筑結構；結構體系；剪力墻

on the high-rise building structure design

he feng

（jincheng institute of architectural design jincheng shanxi 048000）

【abstract】this paper focuses on building structure， summarizes the characteristics of high-rise building structural design and structural analysis of proposed high-rise buildings and a variety of systems corresponding methods. provide a reference for the analysis and design of tall buildings.

【key words】tall building structures；structural system；shear

1. 高層建筑結構設計特點

1.1 水平荷載成為決定因素。

一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.2 軸向變形不容忽視。

高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整。

1.3 側移成為控制指標。

與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

1.4 結構延性是重要設計指標。

相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

2. 高層建筑的結構體系

2.1 框架-剪力墻體系。

當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結構體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力?？蚣?剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

2.2 剪力墻體系。

當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。

2.3 筒體體系。

凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

3. 高層建筑結構分析

3.1 高層建筑結構分析的基本假定。

高層建筑結構是由豎向抗側力構件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構成的大型空間結構體系。要完全精確地按照三維空間結構進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：

（1） 彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作

下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態(tài)的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

（2） 小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（p-δ效應）進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移δ與建筑物高度h的比值 δ/h > 1/500時， p-δ效應的影響就不能忽視了。

（3） 剛性樓板假定。許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結構提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或是層數較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。 （4） 計算圖形的假定。高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形主要是三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側力構件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調（豎向位移和轉角的協(xié)調），而且，忽略抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結構也是不妥當的。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應考慮截面翹曲，有7個自由度。

3.2 高層建筑結構靜力分析方法。

3.2.1 框架-剪力墻結構。

框架-剪力墻結構內力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協(xié)調條件，可以建立位移與外荷載之間關系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。

框架-剪力墻的機算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。

3.2.2 剪力墻結構。

剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。

剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。

3.2.3 筒體結構。

（1）筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析，這里主要討論三維空間分析。

（2）等效連續(xù)化方法是將結構中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數描述其內力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。

（3）等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結構法等。

（4）比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系，其中應用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結構體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結構?？臻g梁柱每端節(jié)點有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論分析，每端節(jié)點有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應的內力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但它的未知量較多，計算量較大，在不引入其它假定時，每一樓層的總自由度數為6nc+7nw（nc、nw為柱及墻肢數目）。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣每一樓層總自由度數降為3（nc+nw）+4，這是目前工程上采用最多的計算模型。

4. 結論

隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式，材料，力學分析模型都將日趨復雜多元，為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結構形式和更加合理的

第4篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：高層建筑 建筑設計 設計優(yōu)化

中圖分類號：S757.4+2文獻標識碼：A

隨著我國城市化進程的逐步加快，人們越來越側重于高層建筑，建筑類型和居室功能也越來越多，建筑結構設計也出現(xiàn)了多種樣式。但是，建筑結構設計的多樣化不只是關系到建筑物的審美功能，而且也要突出表現(xiàn)建筑物的安全性能等，在這個意義上我們可以說，科學合理的建筑結構設計，可以促進高層建筑綜合性能的發(fā)展。

一、高層建筑結構設計特點及難點

高層建筑結構設計有下面這些特點：（1）要計算高層建筑遇到較大風力影響、地震影響時所產生的水平側向力的大小。（2）將高層建筑體的高度和寬度比例控制在合理范圍內，才能保證其更加穩(wěn)定。（3）保證高層建筑的平面、體型、立面質量、剛度要對稱和勻稱，保持建筑整體的穩(wěn)固性。（4）將由于風力影響、地震影響、溫度影響、基礎沉降等原因引起的變形節(jié)點構造降到最小。（5）在遇有重量大、基礎深等問題時，如何做好高層建筑的設計和施工問題。[1]在上面論述的眾多高層建筑結構設計因素中，具有代表性的問題有扭轉問題、抗風問題、抗震問題、消防設計等，下面分別進行研究。

1、扭轉問題

在高層建筑中，建筑的三心指的是幾何形心、剛度中心、結構重心，在設計高層建筑時要保證三心集中于一點，也就是做到三心合一，假如設計當中沒有達到這一要求，那么高層建筑就可能出現(xiàn)扭轉現(xiàn)象，受到水平力的影響，建筑物會受到損壞。

2、抗風問題

高層建筑具有很高的高度，容易受到風力的影響，在遇到較強風力時，會對高層建筑的柔軟部分產生靜力形式、動力形式的震動，特別是動力震動會影響高層建筑的墻體和支撐結構，容易造成極大的破壞作用，因此在進行高層建筑的設計時，一定要進行抗風設計，防止建筑物損壞。

3、抗震問題

高層建筑的抗震設計長期以來是設計中的一大難點，因為設計人員不能根據實際情況改變設計策略，在進行結構設計時，沒有認識到抗震設計的重要性。再因為高層建筑結構復雜，設計人員在計算建筑的抗震效果時，不能做到準確無誤，導致設計包含一定的缺點，在遇有地震情況發(fā)生時，常會造成建筑物的極大損壞。

4、消防問題

我國關于高層建筑的具體要求中，規(guī)定了一定要進行科學合理的消防設計，但在高層建筑消防設計中，存在著很多難以解決的問題，如高層建筑運用的材料容易燃燒、高層建筑的火勢不易及時得到控制、高層建筑中的人群不能及時得到疏散、高層建筑中的排煙系統(tǒng)難以設計、一般情況下高層中的人員較多等。[2]

二、高層建筑結構設計優(yōu)化對策

1、優(yōu)化平面布局設計

在設計高層建筑時，常常會因為沒有做到三心合一而出現(xiàn)扭轉情況，使建筑物出現(xiàn)質量分布不均勻現(xiàn)象。因此在實際設計過程中，設計人員最好采用較為規(guī)則的圖形設計，如正方形、矩形、圓形、正多邊形等，這些圖形建筑質量容易分配均勻，最好不運用L形設計、T形設計、十字形設計，在遇有特殊地質情況和結構要求時，要依據嚴格的規(guī)定進行設計，杜絕建筑物出現(xiàn)較大的突出部分，以保證建筑物的對稱性為最終設計目的。

2、優(yōu)化抗風結構設計

解決高層建筑由于風力影響而出現(xiàn)的受損情況，主要做到下面幾點：一打好基礎，要使高層建筑具有良好的抗風性能，首先要打好高層建筑的基礎。在設計基礎時可以應用級配較高的砂石，在受力層增加抗拔錨桿。二做好高層建筑的耗能結構設計。在設計高層建筑時，設計相應非承重構件時可以應用耗能構件，如樓板、剪力墻等，可以減少風力對建筑的作用。三在設計中注意減少水平荷載和風力疊加造成的破壞作用。高層建筑由于高度關系，在遇有強風時常會產生結構內力，如果水平方面產生結構內力，再加上風力的影響，則會產生更大的破壞力。[3]因此，在設計過程中要注意水平力的影響，在具體施工中應用高性能混凝土，防止出現(xiàn)結構內力。四增大結構的承載力和抗風力。依據高層建筑的各項數據，進行建筑的承載力計算和抗風力計算，以此為前提制訂放大系數，才能保證高層建筑具有較高的抗風作用。

3、優(yōu)化抗震結構設計

在高層建筑設計中，抗震設計長期以來存在很多難點，筆者依據實際工作經驗，總結了做好抗震工作的幾點要求：一是確定抗側力構件的位置，在設計高層建筑時，如果能夠較好的保證水平方向的對稱性，則可以有效降低地震對高層建筑的影響，在設計時利用改變抗側力構件的位置，可以在建設中形成應力分布系統(tǒng)，與豎直方面的側力構件結合在一起，形成更為完整的應力分布系統(tǒng)，可以保證建筑具有更好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，有效應對地震。二是做好地基的抗震效果。在產生地震時，高層建筑的地基容易受到損壞，為了保證地基的安全性，可以增加樁基埋深，使樁基與上部結構緊密聯(lián)系在一起，可以增加基礎的抗震能力。三設計高質量的剪力墻。具有較高性能的剪力墻，在發(fā)生地震現(xiàn)象時，可以吸引建筑產生的內力，使墻體和樓板的剛度增加，防止建筑物產生位移，具有較好的防震效果。四盡量簡化、一體化高層結構構件，利用簡單化設置扶壁、筒口、筒腳等，使建筑物保持對稱。還有，可以一體化設計柱子、樓板等，可以增加整體結構的連續(xù)性和剛度，提高建筑物的抗震水平。

4、優(yōu)化消防結構設計

現(xiàn)階段，高層建筑火災情況不容忽視，因此必須做好高層建筑的消防結構設計工作，此項工作具體包括兩方面內容，一是消防結構設計，二是使用期間的消防規(guī)范。本文主要論述消防結構方面的策略，在設計高層建筑的消防結構時，首先應該保證防火結構具有一定的距離，依據當地的地形條件，如果條件允許的情況下，防火結構間的距離可以適當加大。在應用建筑材料時，最好不應用易燃材料，通過使用耐火材料來達到防火的目的。還有，高層建筑當中應該具有優(yōu)良的疏散系統(tǒng)，可以有效減少火災人員傷亡數量，一般情況下，高層建筑的疏散系統(tǒng)是垂直的，人員一時難以分散。[4]在設計消防結構時，可以設計為雙通道疏散，增加防煙區(qū)、耐火區(qū)、避難層等設備。還有，高層建筑當中，可以利用設置隔離結構的方法，控制火勢的進一步蔓延，提高建筑物的消防能力。

總之，高層建筑結構設計是一個長期復雜的過程，不管哪一方面出現(xiàn)失誤，也會影響高層建筑的設計效果，阻礙高層建筑的施工與設計，為了保證高層建筑結構設計的安全性，則一定要聯(lián)系高層建筑結構的實際情況，做到科學設計、積極防范，提高高層建筑設計質量，進一步保障人民的生命財產安全。

參考文獻：

[1]王璐穎.高層建筑結構設計與表現(xiàn)[J].科技致富向導.2010(29)

[2]錢立彬,李勇.高層建筑結構設計的影響因素[J].黑龍江科技信息. 2010(10)

第5篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：高層建筑 結構設計 分析

一、高層及超高層結構體系

對于高層及超高層建筑的劃分，相關規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。

對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架―剪力墻結構體系、框―筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。

二、高層建筑結構設計的過程的具體內容

（一）、初步設計階段

初步設計階段的主要任務是：綜合考慮建筑功能、技術條件和建筑形象等因素，提出設計方案，并進行方案的比較和優(yōu)化，確定較為理想的方案。初步設計階段需要完成以下幾方面的內容。

1、設計說明書

包括建筑設計總說明和各專業(yè)設計說明書兩部分。建筑設計總說明包括工程設計的主要依據、規(guī)模、設計范圍和總指標等；各專業(yè)說明書要求闡述本專業(yè)的相關問題，如管道、電氣和結構等。

2、設計圖紙、

包括建筑總平面圖和各層平面圖以及主要剖面、立面圖。其中建筑總平面圖用來表示用地范圍，標出建筑物的位置、大小、層數和標高等，用1：500―1：1000的比例繪制。各層平面圖以及主要剖面、立面圖用來表示清楚建筑物各主要控制尺寸、房間名稱和面積、門窗洞口位置、室內固定設備的布置，以及建筑空間處理所采用的建筑材料等，用1：100―1：200的比例繪制。

3、工程預算書

按照國家有關規(guī)定估算工程投資、主要材料用量和單位消耗量。

（二）、施工圖設計階段

施工圖設計是建筑設計的最后階段，施工圖設計階段的任務是：編制滿足施工要求的全套圖紙。此階段的原則是：滿足施工需要，解決施工中的技術措施、用料和具體做法，要求各專業(yè)的圖紙全面具體、準確無誤。

施工圖設計的主要內容包括確定全部工程尺寸和用料，繪制建筑結構及各專業(yè)全部的施工圖紙，編制工程說明書、結構計算書和工程預算書。它的主要文件和圖紙有以下幾種：

1、建筑總平面圖

應詳細表明基地上建筑物、道路等所在位置及其尺寸、標高，并附上相關的說明。

2、各層建筑平面圖、各方向的立面圖及必要的剖面圖。

3、建筑結構節(jié)點詳圖

主要包括墻身、樓梯、門窗及各構件的連接節(jié)點和各部分的裝飾詳圖等。

(4)各專業(yè)的配套圖紙

如基礎平面圖、結構施工圖，以及給排水、電氣、通風等設備施工圖；

(5)設計說明書

(6)結構及設備計算書

(7)工程預算書

三、高層建筑結構分析與設計方法

高層建筑結構是由豎向抗側力構件(框架、剪力墻、筒體等)通過水平樓板連接構成的大型空間結構體系。要完全精確地按照三維空間結構進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：彈性假定；小變形假定．剛性樓板假定；計算圖形的假定。

對于框架一剪力墻體系來說，框架一剪力墻結構內力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協(xié)調條件，可以建立位移與外荷載之間關系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架一剪力墻的計算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的計算方法是平面有限單元法。筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結構中的離散桿件作等效連續(xù)化處理；等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結構的方法來分析；比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系，其中應用最廣的是空間桿一薄壁桿系矩陣位移法。

四、設計難點分析

對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系。高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構（代號RC）外，還采用型鋼混凝土結構（代號SRC），鋼管混凝土結構（代號CFS）和全鋼結構（代號S或SS）。

高層建筑結構設計越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點，主要體現(xiàn)在一下幾個方面：

剪力墻布置方面。

高層建筑應有較好的空間工作性能，剪力墻結構應雙向布置，形成空間結構。在抗震結構中，應避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側剛度接近，即兩個方向的自振周期宜相近。

剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使結構具有適宜的側向剛度。

剪力墻和加強部位主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）抗震結構中出現(xiàn)塑性鉸的部位應作為加強部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強部位，這樣可以對塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強措施區(qū)別；（2）剪力墻塑性鉸出現(xiàn)后，剪力墻應具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)都有一定范圍，該范圍內應當加強構造措施，提高其抗剪切破壞的能力；（3）為安全起見，設計剪力墻時將加強部位范圍適當擴大，抗震設計時，一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，當剪力墻高度超過150m時，為避免加強區(qū)太高，其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/10。

2、短肢剪力墻的設置方面。

在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。因此，短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結構，有利于住宅建筑布置，又可進一步減輕結構自重，應用逐漸廣泛。但是由于短肢剪力墻抗震性能較差，地震區(qū)應用經驗不多，考慮高層住宅建筑的安全，其剪力墻不宜過少、墻肢不宜過短，可以對短肢剪力墻的應用范圍應在設計中加以限制，并采取一些加強措施。

筆者以為，對于短肢剪力墻設計中應著重以下加強措施：（1）為限制過多的剪力墻的數量，在抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩50%；（2）抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比規(guī)范中規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用；目的是從構造上改善短肢剪力墻的延性；（3）出于改善延性的考慮，抗震設計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7（對一般剪力墻，三級抗震等級時軸壓比未限制）；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應降低0.1；（4） 對于短肢剪力墻的剪力設計值，不僅底部加強部位應調整，其他各層也要調整，一、二、級抗震等級應分別乘以增大系數1.4和1.2，目的是避免短肢剪力墻過早剪壞；（5）短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；（6）對于短肢剪力墻截面最小厚度，無論抗震還是非抗震設計，其厚度都不應小于200；對于非抗震設計，除要求建筑最大適用高度適當降低外，對墻肢厚度限制的目的是使墻肢不致過小。

3、嵌固端的設置方面。

嵌固端的設計方面，其有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置。在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。 4、結構的規(guī)則性方面。

新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。因此，結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

結論：

隨著城市化發(fā)展，在建筑面積與建設場地面積相同比值的情況下，建造高層建筑比多層建筑能夠提供更多的空閑地面，將這些空閑地面用作綠化和休息場地，有利于美化環(huán)境，并帶來更充足的日照、采光和通風效果。例如在新加坡的新建居住區(qū)中，由于建造了高層建筑群，留下了更多地面空間，可以更好地建設城市綠化和人們休閑活動空間 。高層建筑的結構設計不僅應保證高層建筑具有足夠的安全性，還應保證結構的經濟性、合理性。

參考文獻

[1]趙西安．現(xiàn)代高層建筑結構設計[M]．北京：科學出版社，2004. [2]于險峰．高層建筑結構設計特點及其體系[J]．建筑技術，2009（24）

第6篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：高層建筑;結構；設計;選型

Abstract: With the rapid development of China's national economy, city high-rise building construction is developing rapidly, but the quality of design, and is not very ideal. In the tall building structural design, structural engineers not only pay attention to the accuracy of structural calculation and ignore the actual situation of the construction scheme, and should be based on the actual make rational structure scheme selection.

Key words: high-rise building; structure design; selection;

中圖分類號：F407.9 文獻標識碼A 文章編號

高層建筑目前在我們的城市建設當中所占的比例越來越大，而建筑結構設計方面的變化也越來越多，很多新興的結構設計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設中。面對如此形勢，應該把高層建筑的結構設計放在首位加以研究。對于高層建筑的結構設計, 首先擺在結構工程師面前的是結構選型的問題。高層建筑結構的選型通常要遵循一定的原則, 它不僅考慮到建筑物的適用性、經濟性、抗震性能,而且要考慮施工安裝的影響。

1高層建筑結構設計的特點

1.1 水平力是設計主要因素

設計在多層建筑結構設計中，主要考慮結構豎向荷載。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為結構自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑結構高度的兩次方成正比。另一方面，對于一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力特性的不同而有較大的變化。

1.2 側移成為控制指標

與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比(= qH4/8EI)。另外，高層建筑隨著高度的增加、新的建筑形式和結構體系的出現(xiàn)、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度。

1.3 抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。

1.4減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，作用于結構上的地震剪力大，地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

1.5軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

2高層建筑結構選型與建筑設計

2.1在結構的功能要求被確定以后，即可根據功能要求進行結構的選型。例如對于高層建筑，在選型上可以考慮框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、框筒結構以及筒中筒結構等，在用材上可考慮鋼結構、鋼筋混凝土結構、組合結構等。對于大多數建筑物，工程造價中約有50%～70%用于結構工程，而且結構工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的50%～70%。因此搞好結構工程對于建筑工程建設的質量控制、投資控制和進度控制有十分重要的作用。

2.2搞好結構工程的關鍵在于結構選型，如果選型不當，即使結構計算很精確，也有可能給結構的安全使用及耐久性帶來無法彌補的缺陷，所以結構選型對于結構的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。在非地震區(qū)的高層建筑，水平荷載以風荷載為主。所以非地震區(qū)高層建筑選型宜選用有利于抗風作用的建筑體型，也就是宜選用風壓體型系數較小的建筑體型，比如圓形、橢圓形等。流線型的建筑體型以及由下往上逐漸變小的截錐形體型的體型系數相對較小，有利于抗風。在進行結構平面布置時，宜使用結構平面形狀和剛度分布盡量均勻對稱，以減輕風荷載作用下扭轉效應對結構內力和變形的影響，并應限制結構高寬比，防止傾覆和失穩(wěn)。地震區(qū)高層建筑的體系選型，實際上屬于抗震概念設計范疇，它是在總結震害規(guī)律及工程經驗的基礎上，以宏觀概念為指導，正確地解決高層建筑的總體方案，選擇合理的結構體系，以達到合理抗震。通常應選擇對抗震有利的地段，選用整體性較好的基礎，立體結構應具有合理的地震作用傳遞途徑，擁有多道抗震防線，具有必要的剛度和強度，具有合理的剛度和強度分布，避免豎面?zhèn)纫苿偠鹊耐蛔?。另外亦宜選擇風壓體型系數較小的形狀并限制高寬比。

2.3對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結構體系設計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，由于以下兩個原因，豎向結構體系成為設計的控制因素：較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；更重要的是，側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，必須精心設計。高層建筑的豎向結構體系從上到下一層層地傳遞累積的重力荷載，因此要求較大的柱或墻截面來承受這些荷載。同時，這些豎向結構體系還必須把風荷載或地震作用等側向荷載傳給基礎?？墒?，與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性的，而是隨建筑物的增高而迅速增大。例如，在其它條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底上的傾覆力矩近似地與建筑物高度的平方成正比，而建筑物頂部的側向位移與其高度的4次方成正比。地震的效應甚至更加顯著。當低層或多層建筑的結構按恒載及活荷載設計時，柱、墻、樓梯或電梯井就自然能承受大部分水平力，問題主要是抗剪。在“矮”房子的框架中，可以填充一些墻板，甚至全部填滿墻板的辦法很容易獲得適當的附加支撐效果，而不必另外再加大原來豎向荷載所需要的柱和梁的尺寸。高層建筑并非如此。這是因為在高層建筑中，主要問題是抗彎和抵抗變形，而不僅僅是抗剪。為了使高層建筑足以抵抗相當大的側向荷載和側移，常常不得不進行專門的結構布置，柱、梁、墻和板的截面總是要大一些。

3高層建筑結構分析與設計要點分析

3.1水平荷載成結構設計決定性因素

任何一座高層建筑結構都需要同時承受豎向自重荷載（其他豎向荷載）和側向風壓產生的橫向水平荷載作用，另外還必須具備抵御設計烈度要求的地震作用的能力。在高層（尤其是超高層）建筑結構中，盡管結構自重等豎向荷載對結構受力具有重要的影響作用，但橫向水平荷載（通常情況下主要包過風荷載和地震作用）是結構分析計算時的決定性因素。隨著高層建筑結構的建筑高度不斷增加，其橫向水平荷載作用在結構設計中的重要性將快速上升。一方面，因為結構自重和樓面使用荷載在結構豎向構件中將引起一定的作用，而橫向水平荷載對高層結構整體產生的傾覆作用將使得高層建筑結構在結構豎向構件中產生較大的拉力或者壓力作用；另一方面，對高層建筑結構來說，結構自身自重的豎向荷載作用和地震作用，也會隨結構自身的動力特性而引起大幅增大。

3.2結構側移成為控制性因素

與低層結構不同，高層建筑結構的橫向側移已成為結構設計過程中的控制線技術參數，并且隨著結構高度的增加，橫向風壓或地震作用下水平荷載引起的高層結構側向位移變化會快速增加。因此，在高層建筑結構設計過程中，不僅要確保結構各構件具有足夠的強度以提抗可能承受的風荷載作用或地震作用引起的結構內力，還要求結構整體具有足夠大的抗側移剛度，確保結構在橫向力作用下引起的側向位移值可控制在規(guī)范要求的限度范圍內。由此可見，高層建筑的結構安全和使用功能的充分發(fā)揮，與結構體系的抗側移性能密切相關。

3.3結構延性成為重要考慮因素

與低層或大跨建筑相比，高層建筑結構的柔性則相對明顯，在相同地震作用下的結構變形要嚴重的多。為避免結構整體倒塌等嚴重后果，結構設計時應確保高層結構在進入塑性變形受力階段后仍具有相對較強的變形耗能能力。因此，結構設計人員通常要在結構的相應部位采取恰當的加強措施，來保證結構整體具有足夠的延性和耗能能力。

4結語

現(xiàn)代高層建筑結構設計是一項集數學分析、結構設計以及計算機優(yōu)化設計于一體的綜合性技術工作，同時也是一項創(chuàng)新性很強的實踐活動。為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結構形式和更加合理的力學模型將是土木工程師們的目標和方向。

參考文獻

[1]徐建.建筑結構設計常見及疑難問題解析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

第7篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：梁式轉換層，高層建筑，結構設計

Abstract: the conversion layers should be paid attention to when the design concept design and theoretical analysis, the column of conversion, transfer beam shear wall, ground floor and convert such key components should take the necessary measures. This paper introduces the conversion of the types and characteristics of type, the concrete beam type conversion layers of the high-rise building structure design.

Keywords: beam type conversion layers, high-rise buildings, the structure design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A文章編號：

因建筑物功能的需要，上部需要小開間的軸線布置，需要較多的墻體；下部則希望有盡可能大的空間，柱網要大，墻體要盡量少。因而，上部部分豎向桿件不能直接連續(xù)貫通落地。而通過水平轉換結構與下部豎向桿件連接，這樣構成的高層建筑稱為帶轉換層的高層建筑結構。轉換層因受力復雜，抗震能力弱，一直未被廣泛應用。但隨著高層建筑的不斷增多和計算機硬件及軟件的迅速發(fā)展，轉換層結構的計算理論及方法也日趨完善，轉換層的應用也越來越多。轉換層設計時應重視概念設計和理論分析，對轉換柱、轉換梁、落地剪力墻和轉換層樓板等關鍵構件應采取必要的加強措施。

一、轉換層型式的類型及特點

轉換層根據建筑功能的需要, 可作為正常使用的樓層,但此時應有較大的層高作保證; 在層高受限制或設備專業(yè)需要時, 也可專門作為設備層。在結構型式上, 轉換層可分為以下幾種類型:

1、梁式轉換層

一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系。它是將上部剪力墻落在框支梁上, 再由框支柱支撐框支梁的結構體系。當需要縱橫向同時轉換時, 則采用雙向梁布置。梁式轉換層的設計和施工均較為簡單, 傳力較為明確, 是目前應用最為廣泛的轉換型式[。它的缺點在于, 當上下軸線錯位布置時, 需增設較多的轉換次梁, 空間受力較為復雜, 此時應對框支主梁進行應力分析。

2、箱式轉換層

當轉換梁截面過大時, 設一層樓板已不能滿足平面內樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實際相符, 可在轉換梁梁頂與梁底同時設一層樓板, 形成一個箱形梁。箱形梁轉換結構, 一般宜遍布全層設置, 且宜沿建筑周邊環(huán)通構成“箱子”, 即箱式轉換層。箱式轉換層的優(yōu)點在于, 轉換梁的約束強, 剛度大, 整體工作效果好, 上下部傳力較為均勻, 并且建筑功能上還可將其作為“設備層”;缺點是轉換梁梁中開設備洞較多, 施工復雜, 且造價較高。

3、厚板式轉換層

當上下柱網錯位較多, 難以用梁直接承托時, 則需做成厚板, 即板式轉換層。厚板的厚度可根據柱網尺寸、上部結構荷載綜合而定。板式轉換層的優(yōu)勢在于, 下部柱網受上部結構布局影響較小, 可靈活布置。厚板剛度很大,形成一個承臺, 整體性較好, 而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大, 地震作用也大, 容易產生震害。并且材料耗用多, 經濟性也較差。

4、桁架式轉換層

當高層建筑下部為大空間商場, 上部為小空間客房或寫字樓, 且需設置管道設備層時, 也可采用桁架式轉換層。上部柱墻可通過桁架傳至下部柱墻, 而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用桁架轉換結構時, 一般宜跨滿層布置,且上弦節(jié)點與上部密柱或墻肢形心宜對中。桁架式轉換層的框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉換型式相對較小。但此法施工復雜程度較高, 且對于軸線錯位布置時難度較大。

在眾多的轉換類型中，梁式轉換層為結構設計時應用得最為廣泛的一種結構形式。比較于其它轉換而言，梁式轉換層受力明確，傳力簡潔，計算模型簡單且施工操作簡單。為此，本文主要分析梁式轉換層的高層建筑結構設計。

二、梁式轉換層的高層建筑結構設計

1、轉換層主要構件設計要點

在構件設計中，應把設計重點放在加強結構的豎向整體性上，許多工程經常由于轉換層上下結構質量重心偏差較大，使得整個結構的扭轉效應加大，因此應適當增大角柱與邊緣的剪力墻，以增強結構的扭轉剛度。

（1）轉換柱設計要點

轉換柱是帶轉換層結構重要構件，受力性能與普通框架大致相同，但受力大，破壞后果嚴重。計算分析和試驗研究表明，隨著地震作用的增大，落地剪力墻逐漸開裂、剛度降低，轉換柱承受的地震作用逐漸增大。因此，《高規(guī)》除在對轉換柱內力進行調整外，還對其構造配筋提出了比普通框架柱更高的要求，增大轉換柱的安全性，推遲轉換柱的屈服，以免影響整個結構的變形能力?！陡咭?guī)》為了讓轉換柱承受較小剪力，規(guī)定了框支柱與相鄰落地剪力墻的距離，1~2層框支層時不宜大于12m，3層及3層以上框支層時不宜大于10m。以滿足底部大空間層樓板的剛度要求，使轉換層上部的剪力能有效地傳遞給落地剪力墻。

轉換柱最薄弱是在與轉換梁相交的位置，此處轉換梁的線剛度遠大于轉換柱，對其有很強的約束性。在水平力作用下，柱端產生很大彎矩。為保證結構有足夠的延性，《高規(guī)》對轉換柱的軸壓比也進行了嚴格控制，一級抗震時軸壓比控制在0.6以內，二級抗震時控制在0.7以內?？蛑е谏喜繅w范圍內的縱向鋼筋應伸入上部墻體內不少于一層，已保證上下層的可靠連接。

（2）轉換梁設計要點

轉換梁是帶轉換層結構中應用最為廣泛的轉換結構構件。結構分析和試驗研究表明，轉換梁受力復雜，而且十分重要。它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的重要構件。因此《高規(guī)》規(guī)定了比一般框架梁更高的要求。主要規(guī)定如下：

第一、轉換梁與轉換柱截面中線宜重合。

第二、轉換梁截面高度不宜小于計算跨度的1/8?？蛑Я航孛鎸挾炔灰舜笥诳蛑е鄳较虻慕孛鎸挾龋也灰诵∮谄渖蠅w截面厚度的2倍和400mm的較大值。

第三、托柱轉換梁應沿腹板高度配置腰筋，其直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。

第四、轉換梁縱向鋼筋接頭宜采用機械連接，同一連接區(qū)段內接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，接頭位置應避開上部墻體開洞部位、梁上托柱部位及受力較大部位。

第五、轉換梁不宜開洞。若必須開洞時，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面應進行承載力計算，因開洞形成的上、下弦桿應加強縱向鋼筋和抗剪箍筋的配置。

第六、托柱轉換梁在轉換層宜在托柱位置設置正交方向的框架梁或樓面梁。

（3）轉換梁的計算要求

第一、轉換梁的承載力一般是由斜截面受剪承載力控制。斜截面受剪承載力主要由混凝土和箍筋承擔，梁水平腰筋也能承擔一部分剪力，但一般不參與計算，而是作為安全儲備使用。因此適當提高轉換梁的水平腰筋不僅能減少裂縫的產生，還能加大其受剪承載力。

第二、轉換梁的正截面受彎承載力計算與普通梁相同。

第三、由于上部荷載作用點或荷載作用線經常與梁截面中心線不重合，使得轉換梁產生扭矩，而梁的抗扭承載力較低，因此設計時不僅要通過計算來確定抗扭承載力是或能滿足，還應在開始設計時就盡量使兩者重合，有條件的情況下可設置雙向轉換梁來平衡扭矩。

（4）落地剪力墻設計要點

第一、落地剪力墻承擔的地震傾覆力矩應大于結構總地震傾覆力矩的50%；

第二、落地剪力墻洞口宜布置在墻體的中部；

第三、落地剪力墻的間距：非抗震時不宜大于3B和36m；抗震設計時，當底部框支層為1~2層時，不宜大于2B和24m；當底部框支層為3層及3層以上時，不宜小于1.5B和20m；B為落地墻之間樓蓋的平均寬度。

（5）轉換層及其相鄰樓層樓板的設計要點

第一、轉換層樓板厚度不宜小于180mm，應雙層雙向布置，且每層每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墻樓板不宜開洞。

第二、與轉換層相鄰樓層的樓板也應適當加強。

2、轉換層計算要求

轉換層只是高層建筑中的一部分，分析計算時，應先進行結構整體計算分析，即將轉換層放入整個結構體系中按空間協(xié)同工作分析方法、三維空間分析方法或其他有效方法進行整體內力與位移計算。這樣能較好的反映結構體系中各桿件對轉換層的整體影響，使轉換柱的位移和內力更接近實際情況。但由于整體分析時結構桿件較多，不能對轉換層進行細化計算，因此難以保證接觸面上的變形能完全協(xié)調，構件的計算有可能存在誤差。由于上述原因，在完成整體計算分析后，還應對轉換層進行局部分析，利用平面有限元分析法對轉換構件進行詳細的應力分析，確保結構體系的整體安全。

參考文獻：

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第8篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞：結構設計；概念設計；高層建筑；結構選型

Abstract: The conceptual design is a building designer by combining design experience, design theory and the characteristics of the project, and effectively the structure to achieve the optimal structure layout of building structure design, so as to achieve the best economic benefit. Based on the author's practical experience, starting from the concept of design ideas to improve the seismic performance of building structures are discussed, for reference.

Keywords: structural design; conceptual design; high-rise building; structure selection

中圖分類號：TB482.2

0.引言

隨著建筑建設的快速發(fā)展，建筑結構向著更高更復雜的方向發(fā)展，這要求結構設計者不能單純地盲目去進行結構設計，僅僅套規(guī)范進行結構設計其設計效果并不是最佳的。 通過對建筑結構首先進行概念設計，其成為當前結構設計的重要思想。 從設計實踐效果表明，通過在建筑結構設計中利用概念設計可以設計出更為合理的建筑結構體系，并達到節(jié)省原料的目的。 隨著概念設計的應用推廣，越來越多結構設計人員更向往于這一設計理念，并逐漸成為結構設計的主導思想。

1.概念設計理念的可行性

歸根結底，對建筑結構采取概念設計是建筑設計師結合設計實踐經驗、設計理論以及所要設計項目的工程特點，對建筑結構的抗震結構以及總體布局進行規(guī)劃，實現(xiàn)結構設計的多樣化要求的手段。 其宗旨是在特定環(huán)境條件下， 通過采取整體概念出發(fā)來考慮結構總體方

案， 從而對于該結構來說可充分利用總體系與分體系之間的力學關系。 通過基于概念設計進行高層結構設計，其可行性重要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）設計的創(chuàng)新性。 結構設計人員對于建筑結構設計常采用的設計方法是通過查找手冊、以及結合計算機程序等方式進行，這一切都是缺少創(chuàng)新性。而概念設計則是要求結構設計師應充分結合設計實踐經驗以及理論知識，采取一系列的合理想象及創(chuàng)新進行規(guī)劃，得出具有合理性以及一定創(chuàng)新性的結構設計。

（2）優(yōu)化設計結果。 基于概念設計的結構設計其包含分析、綜合以及評估三步。 分析階段主要是對問題進行全方位的了解，因為存在分析數據不完整與不準確的特點，此階段具有一定的模糊性質，綜合階段則是要求工程師將理論知識和實際情況，通過結合設計師的想象力以及創(chuàng)新意識從而實現(xiàn)工程設計規(guī)劃。最后評估階段是最優(yōu)方案的選擇過程。這種優(yōu)選方案不僅可以有效地防止了結構后期出現(xiàn)的繁瑣計算，更重要的是體現(xiàn)了方案的可靠性與經濟性。

（3）提升工程師設計能力 。 概念設計其是在正確理念和原則的指引下，允許工程師在設計中進行一定程度的發(fā)揮，因此避免了結構設計人員一味采用傳統(tǒng)方法設計，這方便于結構師從根源查找問題，從而使計算結果更為準確。 因此，概念設計無論在理論知識、方

式還是思想以及手段等方面都為建筑結構提供了科學有效的技術平臺。

2.概念設計在結構設計中的體現(xiàn)

從眾多工程實踐表明，通過采取概念設計理念來進行高層結構設計，可以有效地使結構在荷載作用下，結構破壞減小到最小。如何通過采取概念設計來抵抗結構可能受到的各種不確定情況，將是概念設計的最終目的。 而對于高層建筑結構來說，其不確定因素相對多層結構來說，其復雜性更強，因此對于高層結構來說，采取概念設計是更有必要，對于高層建筑結構來說，結構的抗風及其抗震的概念設計將是概念設計的重要體現(xiàn)。通過概念設計進行采取結構計算及其構造可有效地提高結構的抗震性能。

結合工程實踐經驗，基于概念設計理念，筆者總結出相關的結構設計措施：

（1）對于高層結構 ，抗側力構件主要承受水平地震作用以及風荷載，結構設計人員應根據結構布置的概念設計來探討所設計的高層建筑的平立面布置是否合理。結構布置應盡量規(guī)則、對稱；通過應用概念設計進行結構設計時，首先應當滿足結構抗側力構件布置的合理與規(guī)則性， 豎向抗側力構件則應從下往上減小截面尺寸以及材料強度，同時還應當保證豎向構件的均勻變化，同時豎向結構布置應盡量上下貫通，避免結構中出現(xiàn)上部結構有墻柱而下部沒有情況。 對于平面復雜結構，要求平面以及立面尺寸不應出現(xiàn)較大的凹進，結構平面凹進的一側尺寸應小于該方向總長度的 30%；同時要求樓板的平面剛度以及尺寸也不應出現(xiàn)較大突變。

（2）合理地布置受力構件。 從概念設計理念出發(fā)，布置結構的主要受力構件時應當布置于主要承受荷載作用的位置，以充分地發(fā)揮構件的作用；使得結構中各個受力構件的布置考慮其可能受到的各種荷載作用。 同時布置受力構件應當兼顧構件傳力特點出發(fā)，盡可能地避免構件傳力的復雜性，力求使構件傳力簡單。對于豎向受力構件布置，其不但要考慮承受豎向荷載作用，同時還需考慮其會承受地震等水平作用，甚至還承受溫度應力影響。 水平受力構件則力求使其傳力路徑簡單，以最快捷的傳力路線傳遞給主梁，在傳給柱、剪力墻上。 同時應避免構件受力復雜。

對于高層結構需要布置剪力墻時，則應當把剪力墻均勻地布置于結構周邊，從而充分地發(fā)揮剪力墻構件的受扭能力。除此之外，剪力墻布置時還要兼顧到剪力墻間距，這需要充分結合樓板剛度要求。

（3）由于結構通常是假定樓板剛度為無限大 ，因此對于框架剪力墻結構來說，剪力墻以及框架在相同樓層的水平位移將是相同的。 為此，從概念設計出發(fā)，對于框架剪力墻結構來說，需要增加了樓板厚度，從而有效地提高樓板水平剛度。

（4）對于高層建筑來說，其主要承受較大的水平荷載作用，因此控制水平位移是高層結構概念設計的重要設計要點。 基于概念設計出發(fā)，對于框架剪力墻結構來說，可通過增加合理的剪力墻數目以及增大框架柱截面來提高高層結構的抗側剛度。

（5）對地基以及基礎采取概念設計。 從概念設計出發(fā)進行基礎設計，首先應提高基礎整體性?；诟拍钤O計進行高層結構基礎設計，地基基礎要求采用整體性好的方案，使基礎和結構能整體傳力，保證高層建筑的抗震性能。 抗震規(guī)范中規(guī)定進行地基基礎設計時，同一結構單元的基礎不宜設計在性質完全不同的地基土上；同一結構單元宜采用相同的基礎形式；當地基土為軟弱土、液化土時，應初步估計地震時地基土的不均勻沉降或液化影響。

（6）對結構采取構造措施是概念設計重要內容 。 從眾多高層結構破壞結果表明，僅僅從結構計算結果來進行結構設計，這難以防止高層結構在荷載作用下的破壞，因此采取必要構造措施對概念設計來說顯得尤為重要。 就高層結構的地震破壞來說，提高結構的整體性以及延性措施尤為有效。如在延性設計中應盡量做到“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節(jié)點、強錨固”的設計要求；同時也可以通過提高結構中的各個構件延性來有效地提高整體結構的延性。 另外，其他一些工程質量問題也可以通過構造措施來給予減輕破壞，如溫度應力引起的混凝土開裂，則可通過配置適量鋼筋來減輕。

3.結語

綜上所述，隨著建筑結構設計的復雜化，通過采取概念設計理念進行結構設計成為當前結構設計的重要思想。概念設計是結構設計的核心和靈魂，其宗旨是要求建筑師和結構工程師明白在目前科技發(fā)展和設計計算的水平上，如果結構設計得嚴重不規(guī)則、整體性差，只憑結構力學分析來進行計算，是難以保證結構的抗風、抗震功能的。運用結構概念設計從整體上把握結構的各項性能，這樣才能對計算分析結果進行科學的判斷、合理的采用，保證工程項目的經濟性與安全性。因此，概念設計是做好建筑設計工作最重要的一環(huán)。

參考文獻：

［1］?；劬?，馬小龍．淺議建筑結構設計中的概念設計[J]．江蘇建材 ，2013，（02）：95-182.

［2］高海虎．結構設計過程中概念設計的應用[J]．山西建筑，2012，（01）：30-31.

第9篇：高層建筑結構設計范文

關鍵詞:轉換層;結構設計

Abstract: in recent years, with the economic and social development, high building more and more. This paper mainly introduces the structure of the high-rise building with conversion layers of type classification and apply their own features, and conversion layers in the design of main design and some scheme selection, structure arrangement and the seismic grade determination, the structure of the transfer member requirements are discussed in this paper, and focuses on the beam type conversion layers structure design of the characteristics and some problems that should be paid attention to.

Keywords: conversion layers; Structure design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

目前,隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化發(fā)展。較為常見的形式是,上部為小開間的民用住宅,下部為大開間的商場或公共娛樂場所。從建筑功能上看,高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要;而下部則希望有盡可能大的自由靈活空間,大柱網、少墻體,以滿足公共使用要求。然而,按照這樣的建筑形式進行結構布置時,上部墻體多而密,下部柱網少而稀,即剛度上大下小。這與常規(guī)的結構豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結構體系轉換的樓層設置轉換層。于是,帶轉換層的建筑結構孕育而生,并在近年來得到較為廣泛的應用。這里以一棟帶轉換層的高層建筑的結構設計為例。該工程為地下1層,地上18層。其中1層~3層為商場, 4層~18層為住宅。轉換層設在第4層樓面。建筑物總高61.2 m。

1轉換層型式的類型及特點

轉換層根據建筑功能的需要,可作為正常使用的樓層,但此時應有較大的層高作保證;在層高受限制或設備專業(yè)需要時,也可專門作為設備層。在結構型式上, 高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式,即:桁架（包括空腹桁架）、箱型結構、梁式（包括托梁和雙向梁格）、厚梁厚板(見圖1)。

1.1梁式轉換層

一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系。它是將上部剪力墻落在轉換梁上,再由轉換柱支撐轉換梁的結構體系。當需要縱橫向同時轉換時,則采用雙向梁布置。梁式轉換層的設計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應用最為廣泛的轉換型式[2]。它的缺點在于,當上下軸線錯位布置時,需增設較多的轉換次梁,空間受力較為復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。

1.2箱式轉換層

當轉換梁截面過大時,設一層樓板已不能滿足平面內樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實際相符,可在轉換梁梁頂與梁底同時設一層樓板,形成一個箱形梁。箱形梁轉換結構,一般宜遍布全層設置,且宜沿建筑周邊環(huán)通構成“箱子”,即箱式轉換層。箱式轉換層的優(yōu)點在于,轉換梁的約束強,剛度大,整體工作效果好,上下部傳力較為均勻,并且建筑功能上還可將其作為“設備層”;缺點是轉換梁梁中開設備洞較多,施工復雜,且造價較高。

1.3厚板式轉換層

當上下柱網錯位較多,難以用梁直接承托時,則需做成厚板,即板式轉換層。厚板的厚度可根據柱網尺寸、上部結構荷載綜合而定。板式轉換層的優(yōu)勢在于,下部柱網受上部結構布局影響較小,可靈活布置。厚板剛度很大,形成一個承臺,整體性較好,而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大,地震作用也大,容易產生震害。并且材料耗用多,經濟性也較差。

1.4桁架式轉換層

當高層建筑下部為大空間商場,上部為小空間客房或寫字樓,且需設置管道設備層時,也可采用桁架式轉換層。上部柱墻可通過桁架傳至下部柱墻,而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用桁架轉換結構時,一般宜跨滿層布置,且上弦節(jié)點與上部密柱或墻肢形心宜對中[3]。桁架式轉換層的框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉換型式相對較小。但此法施工復雜程度較高,且對于軸線錯位布置時難度較大。結合工程實際建筑布局情況,并考慮經濟指標及施工難易程度,經過技術經濟比較后,決定采用梁式轉換層結構型式,也可稱為框支剪力墻結構。

桁架轉換層箱型結構轉換層 空腹桁架轉換層

托梁轉換層雙向梁格轉換層 厚梁厚板轉換層

圖1帶轉換層高層建筑結構體系

2梁式轉換層的結構設計要點

2.1結構抗震等級的確定

工程轉換層以下為框架-剪力墻結構,轉換層以上為純剪力墻結構,是多種結構形式共存的復雜高層建筑,因而不能象單純的框架結構或剪力墻結構那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應該嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級。工程屬“部分框支剪力墻”,高度61.2m, 7度抗震設防,框支框架抗震等級為二級,剪力墻底部加強部位為二級[1]。轉換層及其以下各層的一般框架梁和框架柱及轉換梁的抗震等級為二級。由于工程轉換層設在建筑4層樓面即結構3層,已屬于“高位轉換”,框支柱及剪力墻底部加強部位的抗震等級應提高一級。因此, 框支柱應定為一級抗震,轉換層以下落地剪力墻定為一級抗震[2]。轉換層以上部分,框支層以上兩層仍屬剪力墻底部加強區(qū),因此,該兩層抗震等級定二級,其中落地的那部分剪力墻由于是“高位轉換”,還要提高一級,故其抗震等級應定為一級;而加強層以上的純剪力墻結構,抗震等級可定為三級[1]。值得一提的是,在設計過程中發(fā)現(xiàn)了SATWE的一個隱含功能,即在第一項“參數輸入”中,若將“轉換層所在層號”定義為≥3層(不含地下室),則計算結果中,所有框支柱的抗震等級會自動提高一級,在WPJX.OUT文件中可查閱。這從另一角度亦可反映“高位轉換”中,加強框支柱的必要性。

2.2結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小,且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此,因此文獻[1]對轉換層結構的側向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言,屬于“高位轉換”。轉換層下部結構域上部結構的等效側向剛度比γe2宜接近于1,不應小于0.8；且按照文獻[1]3.5.2條急公式3.5.2-1計算的轉換層與其相鄰上層的側向剛度比不應小于0.6。這就要求在設計過程中,應把握的原則歸納起來,就是要強化下部,弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N:

(1)與建筑專業(yè)協(xié)商,使盡可能多的剪力墻落地,必要時甚至可在底部增設部分剪力墻(不伸上去)。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外,還與建筑專業(yè)協(xié)商后,讓兩側各有一片剪力墻落地,并且南部還有一大片W形剪力墻也落至基礎。這些無疑都大大增強了底部剛度。

(2)加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為400 mm,其余部分的厚度取為350mm。

(3)底部剪力墻盡量不開洞或開小洞,以免剛度削弱太大。

(4)提高底部柱、墻混凝土強度等級,采用C40混凝土。

(5)適當減少轉換層上部剪力墻數目,控制剪力墻厚度,并可在某些較長剪力墻中部開結構洞(結構施工完畢后再用填充墻填實),以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利,還可減輕建筑物重量,減小框支梁承受的荷載;增大結構自振周期,減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后,轉換層上下剛度比在X方向為0.809,在Y方向為0.997,滿足規(guī)范要求,效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求,但畢竟工程結構豎向抗側力構件不上下連續(xù)貫通，屬于豎向不規(guī)則結構,轉換層及其下一層無法滿足要求[1],形成了結構薄弱層。因而應將該兩層的地震剪力乘以1.25的增大系數[1]3.5.8條。

2.3結構平面布局

工程底部為框架-剪力墻結構,體型簡單、規(guī)則;上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上,東西向完全對稱,南北向質量中心與剛度中心偏差不超過2 m,結構偏心率較小。除核心筒外,其余剪力墻布置分散、均勻;且盡量沿周邊布置,以增強抗扭效果。查閱計算結果,扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.83,各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.4,均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規(guī)則合理,抗扭效果良好。

3轉換層結構構件設計

3.1轉換柱（框支柱）

轉換柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性,對其軸壓比應嚴格控制。工程轉換柱抗震等級為一級,軸壓比不得大于0.6[1],對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”,不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關系,因而轉換柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于Φ10@ 100,全長加密,且配箍率不得小于1.5%。在工程中,個別轉換柱還兼做剪力墻端柱,所以還應滿足約束邊緣構件配箍特征值不小于0.2（軸壓比大于0.3）的要求,折算成配箍率(C40混凝土)即為1.82%。轉換柱為非常重要的構件,為增大安全性,對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數,每層框支柱承受剪力之和應至少取基底剪力的30%。因為程序計算時,一般假定樓板剛度無限大,水平剪力按豎向構件的剛度分配。底部剪力墻剛度遠大于轉換柱,使得轉換柱剪力非常小。然而考慮到實際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降, 轉換柱剪力會增加。因而對轉換柱的剪力增大作了單獨規(guī)定。另外,為了加強轉換層上下連接,轉換柱上部墻體范圍內的縱筋應伸入上部墻體內一層;其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉換層梁板內,滿足錨固要求LaE。

3.2轉換梁（框支梁）

轉換梁截面尺寸一般由剪壓比控制,寬度不小于其上墻厚的2倍,且不小于400 mm;高度不宜小于計算跨度的1/8。工程轉換梁梁寬統(tǒng)一定為800 mm。轉換梁受力巨大且受力情況復雜,它不但是上下層荷載的傳輸樞紐,也是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位,是一個復雜而重要的受力構件,因而在設計時應留有較多的安全儲備,二級抗震等級的轉換梁縱筋配筋率不得小于0.4%。轉換梁在滿足計算要求下,配筋率不小于0.8%。轉換梁一般為偏心受拉構件,梁中有軸力存在,因而應配置足夠數量的腰筋。腰筋采用Φ18,沿梁高間距不大于200 mm,并且應可靠錨入支座內。轉換梁受剪很大,而且對于這樣的抗震重要部位,更應強調“強剪弱彎”原則,在縱筋已有一定富余的情況下,箍筋更應加強。箍筋統(tǒng)一采用Φ14@ 100六肢箍全長加密,配箍率達到1.15%,遠大于文獻[1]對二級抗震條件下轉換梁的配箍率要求。

3.3轉換層樓板

框支剪力墻結構以轉換層為分界,上下兩部分的內力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層,外荷載產生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配;而在下部樓層,由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異,水平剪力主要集中在落地剪力墻上,即在轉換層處荷載分配產生突變。轉換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務;并且由于轉換層樓板自身平面內受力很大,而變形也很大,所以轉換層樓板必須有足夠的剛度作保證。轉換層樓板采用C35混凝土,厚度200 mm。Φ14@ 100鋼筋雙層雙向整板拉通,配筋率達到0.28%。另外,為了協(xié)助轉換層樓板完成剪力重分配,將該層以上兩層及以下各層樓板也適當加強,均取厚度150 mm。

4結語

綜上所述,通過帶轉換層高層建筑結構設計的工程實踐,體會到此類建筑結構布置復雜,在平面布置上應盡可能規(guī)則、簡單、對稱,在立面、平面上應盡量保證上下剛度接近;還要注意框支柱、框支梁構件設計的特殊性。另外,由于轉換層結構的復雜性以及工程量的巨大,設計人員首先應該注重概念設計,這樣可以少走彎路;其次還要在設計過程中通過查閱數據,反復比較調整,以得到最為合理的設計。

參考文獻:

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