高層建筑如何抗震范文

導語：如何才能寫好一篇高層建筑如何抗震，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：高層建筑；結構設計；短柱抗震性能；改善措施

Abstract: in designing high-rise, in order to meet the regulation of the requirements of the limit value of the axial compressive ratio, the section pillars is often, in the bottom structure usually form even super short column short column. This paper discusses the building of short column identification method, and improve the seismic behavior of short column several measures.

Keywords: high building; Structure design; Short columns, the seismic performance; Improvement measures

中圖分類號：S611文獻標識碼：A文章編號：

在高層建筑結構設計中，為滿足規程對軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結構底部常常形成短柱甚至超短柱。在層高一定的情況下，為提高延性而降低軸壓比，則會導致柱截面增大，且軸壓比越小，截面越大；而截面增大，導致剪跨比減小，又降低了構件的延性。另外，諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建筑的地下車庫等，由于使用荷載大，層高較低，在設計中也不可避免地會出現短柱。根據結構構件的試驗結果及以往的震害調查表明，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌，無法滿足 “中震可修，大震不倒”的設計準則。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發生，規范都有明確的措施。如何使用這些構造措施呢?首先，要正確判定是不是短柱；然后對短柱采取一些構造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。

l如何判定短柱

規程和規范都規定，柱凈高H與截面高度h之比H／h≤4為短柱，工程界許多工程技術人員一般都據此來判定短柱。這個判斷式只和柱的截面和層高有關系，而和柱的內力沒有聯系。實際上根據結構力學、材料力學的理論，確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比=M／vh≤2的柱才是短柱，而柱凈高與截面高度之比H／h≤4的柱其剪跨比不一定小于2，亦即不一定是短柱。設計人員按H／h≤4來判定的主要依據是：①=M／Vh≤2；②考慮到框架柱反彎點大都靠近柱中點，取M=0．5VH，則=M／Vh=0．5VH／Vh=0．5H／h≤2，由此即得H／h≤4。但是，對于高層建筑，梁、柱線剛度比較小，特別是底部幾層，由于受柱底嵌固的影響，且粱對柱的約束彎矩較小，反彎點的高度會比柱高的一半高得多，甚至不出現反彎點，此時不宜按H／h≤4來判定短柱，而應按短柱的力學定義―剪跨比=M／Vh≤2來判定才是正確的。

框架柱的反彎點不在柱中點時，柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣，即Mt≠Mb。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的，即t=Mt/Vh≠b=Mb／Vh。此時，應采用哪一個截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢?可以簡化為采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值，即取= max（t, b）。其理由如下：框架柱的受力情況有如一根受有定值軸壓力的連續梁，柱高Hn相當于連續梁的剪跨a，已有的試驗研究結果表明：對于剪跨a不變的連續梁，當截面上、下配置的縱筋相同時，剪切破壞總是發生在彎矩較大的區段；對于框架柱，臨界斜裂縫也總是發生在彎矩較大的區段。事實上，在柱高Hn或連續梁剪跨a的范圍內，最大剪跨比是出現在彎矩較大區段上的。鋼筋混凝土構件的抗剪承載力是隨剪跨比增大而降低的。所以，同樣條件下，彎矩較大區段的截面抗剪承載力，要比彎矩較小區段的小，在荷載作用下，如果發生剪切破壞，就只能是在彎矩較大區段上。因此，采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值來判斷框架柱是否屬于短柱的剪跨比，應是可行的。一般情況下，在高層建筑的底部幾層，框架柱的反彎點都偏上，即Mb>Mt。此時，可按式(1)或式(2)判定短柱：

=M/Vh≤2(1)

Hn／h≤2／y n(2)

式中：yn-n層柱的反彎點高度比，根據幾何關系，可得yn=1／(1+ψ)，其中，ψ=MtMb，0≤ψ≤1；Hn- n層柱的凈高。式(2)具有一般性。當反彎點在柱中點時，ψ=1，yn=0．5，式(2)即成為Hn／h≤4：當反彎點在柱上端截面時，ψ=0，yn=1，式(2)即成為Hn／h≤2；如果框架柱上不出現反彎點，就應采用最大彎矩作用截面的剪跨比=M／Vh≤2來判斷短柱。當需要初步判斷框架柱是否屬于短柱時，可先按D值法確定柱子的反彎點高度比yn，然后按式(2)判斷短柱。在施工圖設計階段，可根據電算結果作進一步判斷。

2改善措施

2．1使用復合螺旋箍筋

高層建筑框架柱的抗剪能力，是應該滿足剪壓比限值和“強剪弱彎”要求的，柱端的抗彎承載力也是應該滿足“強柱弱粱’，要求的。對于短柱，只要符合“強剪弱彎”和“強柱弱梁”的要求，是能夠做到使其不發生剪切型破壞的。因此，使用復合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力，改善對混凝土的約束作用，能夠達到改善短柱抗震性能的目的。

2．2采用分體柱

由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現出延性的破壞狀態。人為削弱抗彎強度的方法，可以在柱中沿豎向設縫，將短柱分為2或4個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱肢之間，可以設置一些連接鍵，以增強它的初期剛度和后期耗能能力。一般，連接鍵有通縫、預制分隔板、預應力摩擦阻尼器、素混凝土連接鍵等形式。對分體柱工作性態的理論分析和試驗研究表明：采用分體柱的方法，雖然使柱子的抗剪承載力基本不變，抗彎承載力稍有降低，但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高，其破壞形態由剪切型轉化為彎曲型，從而實現了短柱變長柱的設想，有效地改善了短柱尤其是剪跨比≤1．5的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實際工程中得到應用。

2．3采用鋼骨混凝土柱

鋼骨混凝土柱由鋼骨和外包混凝土組成。鋼骨通常采用由鋼板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。與鋼結構相比，鋼骨混凝土柱的外包混凝土，可以防止鋼構件的局部屈曲，提高柱的整體剛度，顯著改善鋼構件出乎面扭轉屈曲性能，使鋼材的強度得以充分發揮。采用鋼骨混凝土結構，一般可比鋼結構節約鋼材達50％以上。此外，外包混凝土增加了結構的耐久性和耐火性。與鋼筋混凝土結構相比，由于配置了鋼骨，使柱子的承載力大大提高，從而有效地減少了柱截面尺寸；鋼骨翼緣與箍筋對混凝土有很好的約束作用，混凝土的延性得到提高，加上鋼骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。由于鋼骨混凝土柱充分發揮了鋼與混凝土2種材料的特點，具有截面尺寸小、自重輕、延性好以及優越的技術經濟指標等特點，如果在高層或超高層鋼筋混凝土結構下部的若干層采用鋼骨混凝土柱，可以大大減小柱的截面尺寸，顯著改善結構的抗震性能。

2．4采用鋼管混凝土柱

鋼管混凝土是由混凝土填入薄壁圓形鋼管內而形成的組合結構材料，是套箍混凝土的一種特殊形式。由于鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，這相當于配筋率至少都在4．6％以上，這遠遠超過抗震規范鋼筋混凝土柱所要求的最小配筋率限值。由于鋼管混凝土的抗壓強度和變形能力特佳，即使在高軸壓比條件下，仍可形成在受壓區發展塑性變形的“壓鉸”，不存在受壓區先破壞的問題，也不存在像鋼柱那樣的受壓翼緣屈曲失穩的問題。

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1、目前我國高層建筑中存在的主要問題

改革開放以來我國經濟科學都有了很大的發展，與此同時建筑物的抗震性能結構設計也有了很大的進步，但是與國外的技術水平相比還是存在著很多不足，工作人員需要再接再厲不斷提高我國建筑物的抗震水平。國外的一些國家會根據不同地區地震強度的不同，采用不同的抗震性能指標以此來規范建筑物的施工標準。但是我國對于建筑物抗震施工標準卻籠統的規定為不壞、不倒、不塌，對于建筑物究竟如何建設才能夠做到不坍塌，卻并沒有明確的規定和數據。如果說是小型建筑做到不會坍塌，但是這一建筑標準用到高層建筑中就完全不一樣了，高層建筑不但施工難度好而且抗震性能特別差，在對高層建筑進行規劃設計時一定要有更高的抗震標準才行。

2、系統分析高層建筑物的抗震性能

2.1為高層建筑設計合理的鋼結構框架。最近幾年全球范圍內逐漸就行起一種新的建筑結構，鋼結構建筑。由于鋼材料不僅強度高而且韌性好，在強大的壓力面前可以通過變形來釋放能量，是很好的抗震建筑材料。同時鋼結構建筑結構靈活，形式多樣，施工步驟簡單，工期短，能夠在一些條件復雜的環境下進行建設是一種很不錯的新型建筑形式。唯一的缺點就是鋼結構建筑成本較普通的建筑方式要高出很多，在一些中小型的工程中使用并不常見。

2.2如何提高鋼結構框架的抗震性能。就目前的全球建筑市場情勢來看，鋼結構已經成為了一種使用越來越普遍的建筑結構形式。因為這種建筑方式不僅結構靈活空間利用率高，而且施工簡單質量輕抗震性能好，是不可多得的良好建筑形式。因為結構簡單所以大大增加了空間的利用率；因為各個框架之間可以隨組合變換所以結構靈活；因為是以結構框架的形式進行澆筑的所以技術簡單?？傊@建筑結構在極大的提高了空間利用率的同時，簡化了施工步驟提高了建筑的抗震性能。

2.3關于磚和混凝土結合的建筑物的抗震性能研究。我們平時所說的磚混結構就是磚和混凝土結合的建筑結構，這種結構形式是用混凝土將磚塊之間粘結起來，這是最普遍也是常見的一種建筑形式。目前我國大部分地區使用的還是這種建筑方式，但是很多大城市已經不再使用著這種建筑方式了，只是在一些不重要的環節配合著其他建筑形式使用。但是磚和混凝土結合的結構抗震性能非常差，在地突然發的時候最容易因為房屋倒塌而造成大量的人員傷亡。所以在施工建筑的過程中承重墻切不可使用使用磚和混凝土結合的形式，而要多采用鋼結構形式。

3、如何提高高層建筑的抗震性能

3.1首先選擇地基。房屋建設質量的好壞不僅與施工技術施工材料有關，還與施工場地有著密切的關聯，尤其是在地震的高發區一定要注意對于建筑場地選擇的合理性，不可以在靠近山坡或者是其它容易發生危險的地方來進行施工建設。在施工之前對于場地土質條件也要進行詳細的研究，對于土質太軟不適宜施工建設的場地一點要做好地基的填充壓實工作，以免在將來發生意外的時候房屋整體倒塌。

3.2選擇合適抗震施工技術。房屋抗震性能的好壞不僅與房屋的建設材料有關，還與整個建筑過程的施工技術建筑場地，房屋抗震體系統的設計等有著密切的關系。在施工建設的過程中一定要充分考慮到各方面的影響因素，首先在高層建筑的空間設計方面一定要有規律性，在考慮房屋抗震性能的基礎上對建筑空間進行設計。結構主體以提高抗震性能為主結構主體不宜太過復雜，還有盡量使用鋼材料來作為整體建筑的支護結構，這也樣可以大大降低地震過程中房屋倒塌的可能性。為了提高建筑物的抗震性能，在施工的過程中面對結構復雜空間結構設計，一定考慮結構的抗震結構的設計，如果設計的結構中有抗震性能比較薄弱的地方，就要及時采取相應的預防措施以免在發生地震時對居民的生命財產安全造成威脅。為了切實提高房屋的實際抗震效果，在進行建設之前一定要事先進行實驗，在確保設計方案合格后在進行施工建設。在施工之前還要對工程進行精確的方震分析，對建筑物能承受的地震級數進行預測。還要對施工防護的重點進行分析，施工過程中對這些結構主體進行重點維護，以保證主體的支撐效果。

3.3抗震結構體系的選擇分析研究。通常情況下，為提高高層建筑結構的抗震性能，減少在地震中的損害，一般都選擇不承擔重力載荷豎向支撐墻或者填充墻，或者是具有良好延性的抗震墻作為抗震防線的第一種構件。在框架―抗震墻結構體系中，如果抗震墻遭到破壞，在吸收一定的地震能量后，框架就隨即起就承擔起防震的作用。此類體系結構的設計思路，既保證了抗震性能，同時又具有良好的強度。如果抗震體系單純的具有良好的強度，但是延性較低，這樣的結構在遭遇地震時，很容易受到破壞，反之，如果抗震體系的延性較好，但是強度較低，在遭遇地震作用時，也容易發生損壞。因此，只有具備合理的剛度和強度分配，重點關注可能出現問題的薄弱部位，保證抗震性能，提高高層建筑結構的抗震能力。

4、抗震方法分析研究

在結構設計時，最為簡單的就是底部剪力法，根據地震反應譜理論，以工程結構底部的總地震剪力與等效單質點的水平地震作用相等，來確定結構總地震作用的方法。如果結構體系較為復雜，就要選用振型分解反應譜法，這種方法也稱規范法，它的核心依據就是振型疊加原理，采取一定的方式疊加起來，得到總的地震作用。如果結構空間特別不規則，則前述的兩種方法均不能起到作用，就要選擇彈性時程分析方法。

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關鍵字：高層建筑；結構設計；抗震設計

Abstract: with the development of social economy and the improvement of science and technology, high building more and more. In the city high-rise building where springing up today, how well the new high-rise building structure and material of seismic analysis and design also become the designer must pay much attention.

Key word: high building; Structure design; Seismic design

中圖分類號：TU97文獻標識碼：A 文章編號：

從上個世紀開始，各國的專家、學者對抗震設計進行了一系列研究。進入 90 年代，結構抗震分析和設計已提到各國建筑設計的歷史日程。特別是我國處于地震多發區（地震基本烈度 6 度及其以上的地震區面積約占全國面積的 60%），高層抗震設計設防更是工程設計面臨的迫切的任務。作為工程抗震設計的依據，高層建筑抗震分析更處于非常重要的地位。

1 材料的選用和結構體系問題在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。

我國高層建筑中常采用的結構體系有：框架、框架 - 剪力墻、剪力墻和筒體等幾種體系，這也是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外，特別地震區，是以鋼結構為主，而在我國鋼筋混凝土結構及混合結構卻占了90%. 如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構，國內外都還沒有經受較大的考驗。鋼結構同混凝土結構相比，具有優越的強度、韌性和延性，總體上看抗震性能好，抗震能力強。

震害調查表明，鋼結構較少出現倒塌破壞情況。在高層建筑中采用框架 - 核心筒體系，因其比鋼結構的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業主所看中?；旌辖Y構的鋼筋混凝土內往往要承受 80%以上的震層剪力，有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土結構的位移值為基準，但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增加了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值；此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。

唐山鋼鐵廠震害調查資料統計參數結構形式總建筑面積（萬）倒塌和嚴重破壞比例（%）中等破壞比例（%）鋼結構 3.6709.3 鋼筋混 凝 土 結 構4.0623.247.9 砌 體 結 構3.0941.220.9 在高層建筑中，應注意結構體系及材料的優選?，F在我國鋼材產量已居世界前列，建筑鋼材的類型及品種也在逐漸增多，鋼結構的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用型鋼混凝土結構（SRC）、鋼管混凝土結構（CFS）或鋼結構（S 或），以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。

在超過一定高度后，由于鋼結構質量較輕而且較柔，為減小風振而需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。工程經驗表明：利用鋼管混凝土承重柱自重可減輕 65%左右，由于柱截面減小而相應增加使用面積，鋼材消耗指標與鋼筋混凝土結構相近，而工程造價和鋼筋混凝土結構相比可降低 15%左右，工程施工工期縮短 1/2.此外鋼管混凝土結構顯示出良好的延性和韌性。

2 關于新型結構與材料的探討和應用

2.1 脊骨結構（inestructure）特別適用于具有高大門廳、空曠地下車庫，頂部階梯式的高層建筑。脊骨結構根據建筑布置條件可由支撐、外伸框架或單跨空腹梁構成，可采用全鋼或鋼筋混凝土組合體系。由于抗側力構件沿高度連續，避免了薄弱樓層，有利于結構抗震，保證剛度和穩定的抗側力構件是高層建筑的脊骨，包括豎向構件抵抗由傾覆力矩引起的軸力及由對角支撐或剛性連接的構件或抗側力的墻組成剪離膜（Shearmembrane），一個脊骨結構包括位于建筑外端少數鋼、混凝土或組合巨型柱，這些柱不應影響各樓層的使用。巨型柱由支撐、空腹桁架或剛性連接的外伸框架梁連接成為一個脊骨結構，以下是脊骨結構組成的幾個要點。

（1）為了有效的抗傾覆力矩及剪力，脊骨結構應當是上下貫通的。

（2）為了有效的抗傾覆力矩，巨型柱相距越遠越好。

（3）脊骨結構主軸應與結構主軸相重合。

（4）樓板結構應能直接將樓層荷載傳到巨型柱以提高抗傾覆能力。

2.2剪力膜的三種型式：

帶支撐框架（Bracedframe），巨型柱由跨過多層的對角支撐連在一起。帶外伸框架的支撐筒體（BracedcorewithoutriggerFrame）。

單跨空腹梁（FreeaingVierendeels）。不論是風力控制或地震力控制的高層建筑，脊骨結構體系都是非常有效的。可用于 20 層至100 層的高層建筑。在國外，脊骨結構已在高層建筑中得到應用。如：美國費城 53 層的拜耳大西洋塔樓（BellAtlanticTower）采用全鋼脊骨結構和56 層的米尼亞波里斯（Mieapolis）的西北中心（NorthwestCenter）大樓具有多層次階梯形屋頂是采用組合巨型柱脊骨結構。

鋼纖維混凝土是一種性能良好的新型復合材料，由于鋼纖維阻滯帶基體混凝土裂縫的開展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強度等較普通混凝土顯著提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也有較大改善。鋼纖維對基體混凝土的增強作用隨著纖維的體積含量、長徑比的增大而增大，但在工程實際中，纖維含量有一定限值，超過這一限值，用一般方法攪拌、成型就有困難。對于一般常用的鋼纖維混凝土，其體積含量建議取1.0%- 2.0%，長徑比建議取值。應用于一些結構部位（如柱梁節點、柱子、扁梁柱節點、樁基承臺、屋面板、轉換梁、筏形基礎等）。采用鋼纖維混凝土梁柱節點的框架與普通鋼筋混凝土框架相比，結構的延性提高 57%，耗能能力提高 130%，荷載循環次數提高了 15%，在框架梁柱節點采用鋼纖維混凝土可代替部分箍筋，既改善了節點區的抗震性能，又解決了鋼筋過密，施工困難等問題。鋼釬維幾何參數參考范圍表 3鋼纖維混凝土工程類別長度（mm）等效直徑長徑比一般澆注鋼纖維混凝土 20～600.3～0.930～80 鋼纖維混凝土抗震框架節點 35～600.3～0.950～80

結語：經濟和安全的關系，是結構抗震設計的重要技術政策。從長遠觀點看，如何從我國高層建筑抗震設計現狀及國際高層抗震設計發展的趨勢出發，探求一種新型的結構與材料的應用，應該成為地震區高層建筑發展的新方向。

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關鍵詞： 高層建筑； 轉換層；結構設計

中圖分類號：TU97文獻標識碼： A

前言

目前，城市建筑類型大部分為高層建筑設計，高層建筑使用功能逐漸走向綜合化、多樣化、全面化等方向發展；如：小開間的民用式建筑、下部為大開間的公共場所以及商場。從高層建筑功能來看，上部需要很多的墻體以分隔空間，進而不斷滿足住戶需求；下部則需要寬廣的使用空間，少墻體、大柱網，從而更好的滿足建筑物使用要求。根據這種建筑形式， 在建筑布置中，就會出現和常規豎向布置相反的“下小上大”的現象，即：下部柱網稀少， 上部墻體稠密的現象。針對這種情況，為了保障建筑要求，必須在上下結構體系，進行轉換層設置，轉換層作為當代高層建筑結構設計的重要方式，轉換層設計是整個工程設計的難點。著高層建筑平面逐漸多樣化，在設計中，必須結合實際情況，選擇合適的方法進行設計，進而達到經濟、安全的綜合成果。

1、 轉換層結構布置以及設計要求

1.1 轉換層結構布置。

在轉換層結構布置中，由于底部轉換層結構、上部豎向構件不能直接連通落地，從而就需要可靠安全的轉換層構件。根據目前的究結果以及工程經驗，在高層建筑轉換層設計中， 可以使用的轉換構件有：析架、斜撐、空腹性析架、轉換式大梁、厚板以及箱形結構等形式。由于地震區轉換厚板使用檢驗不足，經常被6度以及非地震區使用；對于空間較大的范圍或者地下室，受約束作用影響，地面上部的框支結構大于地震反應，所以7度或者8度的地震設計時也可以采用厚板進行轉換層設計。

由于框支柱和落地式剪力墻對防止轉換層下部結構在地震中倒塌具有重要作用， 故在筒體結構設計中，筒體上下必須根據剛度要求適當增加墻厚。同時，框支剪力墻必須擁有足夠的剪力墻，進行上下貫通，在長矩形框支剪力墻非結構中，落地剪力墻必須根據施工要求， 按照原有規程進行設計，或者采用落地柱周邊不能有錯層的規定。這不僅是對轉換層下部結構的保障，也是對抗震結構的嚴格要求，在盡量減小內力突變的同時，控制好剛度突變，縮短轉換層架構傳遞。

1.2 高層建筑轉換層構件設計要求

（1）框支柱。為了保障高層建筑轉換層框支柱擁有良好的延性，必須對軸壓進行嚴格的控制。當框支柱抗震級別為特一級時，軸壓比必須小于 0.6；對于截面尺寸較大形成的短柱， 必須低于 0.55。由于配箍率和截面尺寸具有緊密的聯系，從而導致框支柱配箍率比普通框架柱大很多。在工程建設中，由于個別框支柱必須作為剪力墻進行使用，所以約束性邊緣構件特征值必須在0.2 以上，也就是 2.64%的配箍率。在整個工程建設中，框支柱作為重要的構件，為了保障安全系數，柱端彎矩和剪力必須乘以對應的增大系數，讓每層框支柱剪力之和始終為基底的30%。在程序計算中，由于樓板假定剛度較大，所以水平剪力一般根據構件剛度進行分配。

（2）框支梁。在高層建筑轉換層結構設計中， 框支梁尺寸只受剪壓比控制， 寬度通常在 400 毫米之上，高度大于跨度計算的 1/6。由于框支梁受力情況復雜，不僅是保障抗震系數的關鍵因素， 同時也是上下層荷載重要的傳輸通道，它是整個高層建筑工程復雜重要的受力結構；所以在設計中必須預留充足的安全儲備，對于抗震等級為特一級的框支梁，配筋率必須在 0.6 以上。在滿足計算要求的前提下，一般用偏心受拉的方式，配置足夠的腰筋，并且配筋率始終在 0.8%以上。

2、 高層建筑轉換層結構抗震設計以及上下剛度比

2.1 高層建筑轉換層結構抗震設計

在高層建筑抗震設計中，由于高位轉換具體情況，從而對整個結構受力極為不利。根據相關計算結果表明：在水平性地震作用中，由于傾覆性力矩以轉折形式在轉換層呈現，下部以剪力墻結構呈現，落地剪力墻在傾覆力矩下遞較快的同時，讓傾覆力矩以轉折的形式呈現。當整個高層建筑位置較高時，傳力途徑和剪力分配就會產生極大的變化，由于落地式剪力墻極容易出現裂縫，在上部墻體內力較大的過程中，下部支撐極容易屈服，進而出現薄弱層。為了保障整個工程設計的合理性、安全性，框支轉換層設置必須在 3 層之上，剪力墻、框支柱抗震等級必須增強一級，除了特一級、密柱框架、核心筒結構不需提高。

目前，我國底部轉換層在高層建筑轉換層結構設計中已經廣泛應用，但是仍然沒有大地震考驗；由于轉換層上部結構不能貫通下部樓層，所以轉換層通常為薄弱樓層，當框架剪力乘以 1.15 時，就可以增大系數。但是在這過程中，需要注意的是：樓層設計剛度滿足設計要求時，該樓層仍然是薄弱層。對于轉換層構件設計中，必須調整水平地震內力；對于8度的抗震設計，必須考慮地震作用影響，使用“動力時程”或者“反應譜”方法對其進行計算，或者將轉換構件在重力荷載的標準下，讓內力和增大系數的 1.1 相乘。另外，由于內力增大系數較高，對于處在第三層或者三層以上的轉換層極為不利，同時內力幅度增大。針對這類特殊現象，高層建筑轉換層作為受力極為復雜的，但是對抗震不利的結構，當防烈抗震度達到 0.4g 時，必須停止使用。在實際抗震設計中，根據高層建筑結構類型、防烈度、 房屋高度以及構件類型，使用對應的抗震等級對其進行精細的計算，或者采用構造措施進行設計、處理。

2.2 高層建筑轉換層結構上下層剛度比

高層建筑結構轉換層剛度比設計作為整個建筑結構設計的重要內容，為了避免安全隱患， 必須認真對待。在轉換層上下結構等效側向剛度比計算中，必須綜合各個構件彎曲、 剪切以及軸向變形對整個結構側移的影響。當高層建筑轉換層設置在三層或者三層以上時， 側向剛度不能低于樓層側向剛度的60%。為了避免轉換層下部剛度過大、側向剛度過小造成的不良影響，對于三層或者三層以上的轉換層，必須將 60%規定為工程下限值。在柱距框筒結構以及內部框架結構中，必須保持上下剪切剛度始終不變。對于普通情況，由于下部截面較小，下層比上層高，所以很難滿足施工要求。針對這種情況，必須使用鋼管混凝土柱或者鋼骨混凝土柱，有效調整延性、剛度以及截面面積，進而達到建筑工程要求。在這過程中，需要特別注意的是：轉換層上下結構連接，當上部為混凝土時，必須鋼骨混凝土柱及時錨入下部轉換層。

3、 結束語

著現代高層建筑綜合化、多功能化發展，在同一豎直直線上，不同的樓層開始有不同的用途。高層建筑轉換層結構設計作為當代建筑設計的重要內容，必須根據高層建筑轉換層結構布置、要求，再結合抗震設計以及配合比原則，從根本上保障轉換層結構設計的合理性、 科學性。

參考文獻：

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[4] 曾凡柏. 探討高層建筑轉換層結構設計中存在的問題 [J]. 中華民居，2011， （11 ） ： 554-555.

篇5

【關鍵詞】彈塑性設計；高層建筑；分析應用

中圖分類號： TU208 文獻標識碼： A

我國的城市規模正在逐漸擴大，為了提高土地的利用率，興建高層建筑是一個必然的趨勢。然而高層建筑的高度越來越高，結構和體型也越來越復雜，如何保障高層建筑的安全性、抗震性是高層建筑設計中一個刻不容緩的問題。本人結合多年實際工作經驗，對彈塑性設計在高層建筑方面的應用展開了探討，旨在通過彈塑性設計提高高層建筑的抗震性和安全性。

1.高層建筑彈塑性設計的概念

高層建筑中的彈塑性設計包括靜力彈塑性分析法和動力彈塑性分析法兩種。在具體應用中兩種方法進行結合使用。

1.1靜力彈塑性分析理論

靜力彈塑性分析也稱為靜力推覆分析，主要是以實際的結構情況為依據，將通過模擬地震而得到的水平慣性力作用添加到建筑結構中，使建筑結構承受一種側向力，并不斷加強這種側向力的強度[1]。建筑結構在側向力的作用下彈性、裂開并且屈服，最后發生結構控制位移。促使建筑結構實現預期目標的位移或者成為機構，以掌握建筑結構在地震影響下的情況。對建筑結構的薄弱部位、內力特性、變形情況、塑性鉸的發生次序和部位、破壞機制等情況進行了解，從而判斷建筑結構對地震作用的承受能力[2]。

1.2動力彈塑性分析理論

上世紀六七十年代，與靜力彈塑性分析理論相對的另一種高層建筑彈塑性分析理論興起了，也就是彈塑性動力時程分析理論。該理論同樣是對高層建筑的抗震性進行分析，在上世紀八十年代之后彈塑性動力時程分析理論已經被大部分國家所采用，用來對高層建筑的抗震設計進行分析。

彈塑性動力時程分析主要是通過運動微分方程，對高層結構物進行積分求解，以時程分析的方法來來高層建筑結構在時間變化中的質點位移、加速度動力和移動速度進行掌握，計算高層結構的時程變化狀況與結構變形情況[3]。彈塑性動力時程分析法涉及到的數據量很大，計算程序也較為復雜，開展的難度比較大。然而信息技術的發展為彈塑性動力時程分析法提供了便利，彈塑性動力時程分析也在逐漸被認可和推廣。

2.高層建筑彈塑性分析的方法和步驟

本文以某高層建筑為例，對高層建筑彈塑性分析的方法步驟進行分析和闡述。該高層建筑樓層為裙樓設計。主體結構中，地上為14層，地下三層。樓層的高度為標準高度，避難層與地下室底部的高度為五米。此高層建筑物采取鋼筋混凝土筒中筒結構為抗側力體系。

該高層建筑物彈塑性設計方法和步驟如下：

2.1根據假設條件計算彈塑性模型

在該高層建筑設計中，對抗震的設防烈度為七度，對基本地震加速度進行設計，并將其作為二級場地。該高層建筑使用的是鋼筋混凝土筒中筒結構，以提高其技術的可操作性和工程建設的效率。該鋼筋混凝土筒中筒結構中，內筒為鋼筋混凝土剪力墻核心筒結構，外筒為框筒結構。高層建筑的基礎受力構件在一般情況下為樓板、梁柱、支撐剪力墻等。其中梁柱能夠模擬空間桿單元的受力情況，因此作為一維構件。梁柱根據受力情況的不同有三種情況：一端鉸接一端固定、兩端固定和兩端鉸接[4]。當梁柱的截面過大時，還要考慮梁柱的剪切變形作用。

高層建筑結構的剪力墻是其最重要的抗側力構件。因此，依據有限元理論，必須模擬剪力墻的受力情況，一般以殼元作為最合適的模擬對象。殼元和平面板元相結合，則可以模擬樓板的受力情況。

總之，高層建筑彈塑性分析的第一步就是要對假設情況進行梳理，并進行計算模型的設置。

2.2對高層建筑進行靜力彈塑性分析

在該步驟中，主要使用的計算機軟件是非線性有限元計算分析軟件。非線性有限元計算分析軟件可以構建高層建筑的有限元模型，以此作為分析對象，來分析高層建筑的彈塑性。高層建筑的靜力彈塑性分析主要是對高層建筑的設防烈度、場地類別、地震分組、地震影響系數最大值、特征周期、彈性阻尼比、能力和需求曲線交點坐標以及層間位移角等情況進行分析和檢測。

經過分析，以烈度為7度的罕遇地震來影響高層建筑的結構，相關規范中對高層建筑結構彈塑性的層間位移角的最大值是1/120，而該高層建筑結構彈塑性的層間位移角明顯小于1/120，因此可以得出該高層建筑在遭遇烈度為7度的罕遇地震時不會發生倒塌現象。

接著對該高層建筑結構進行靜力彈塑性推覆分析，繪制出塑性鉸的分布示意圖，并對塑性鉸分布示意圖進行分析。通過分析可以得出，在該高層建筑結構中，部分柱子的頂部和腳部都出現了塑性鉸的情況。對該情況出現的原因進行分析，可能是由于該高層建筑的角柱是異形柱，因此塑性鉸較高。在計算模型時沒有加入型鋼，也沒有調節混凝土柱的配筋，尤其是混凝土柱配筋上部的塑性鉸位置。

2.3對高層建筑進行彈塑性動力時程分析

在靜力彈塑性分析完畢后，要對該高層建筑進行彈塑性動力時程分析，選擇一組人工波和兩組實際的強震記錄來進行彈塑性動力時程分析，所謂的人工波也就是以人工來對加速度時程進行模擬的曲線。一組人工波與兩組實際強震記錄的原始最大加速度與相關的規范的最大加速度相對比，以其最大的層間位移角與相關規定中的最大層間位移角相對比。對比之后可以發現最大層間位移角沒有超過相關規定中的角限值。因此通過彈塑性動力時程分析，可以得出該高層建筑的工程結構的安全系數較高。

2.4將靜力彈塑性分析的結果與彈塑性動力時程分析的結果進行對比

在對該高層建筑進行靜力彈塑性分析和彈塑性動力時程分析之后，還要將兩種分析的結果進行比較，分析其相同點與不同點，才能對該高層建筑的彈塑性進行最終的評定。

通過對比發現，該高層建筑結構的塑性鉸區域的分布總體來說是一致的，通過動力時程分析可以得出塑性鉸的分布區域。然而彈塑性動力時程分析出的塑性鉸分布區域卻比靜力彈塑性分析得出的分布區域更加廣泛。要對這二者分析的塑性鉸分布區域進行分析，發現高振型的作用在靜力塑性鉸分析中沒有進行考慮，因此經濟塑性鉸分析中的加載模式與實際地震影響之間還存在一定差距。

通過對高層建筑采取靜力彈塑性分析和彈塑性動力時程分析，并將二者的結果進行仔細的對比，可以對對該高層建筑的彈塑性進行一個比較全面的分析。

3.結語

高層建筑的抗震性一直受到全社會廣泛的關注，也關系著高層建筑的安全性與可靠性。高層建筑要依靠其結構的性能設計來提高其抗震性。因此要對高層建筑的工程抗震設計進行研究。彈塑性設計在高層建筑中的應用的方法主要是靜力彈塑性分析和彈塑性動力時程分析，對高層建筑在地震作用下的狀態進行分析。通過彈塑性設計可以對高層建筑結構體系中的薄弱體系，以及高層建筑結構在地震作用下的破壞程度和破壞次序進行推斷，以加強高層建筑結構的安全性和抗震性。

【參考文獻】

[1] 任旭,石玉.結合工程實際對高層建筑結構設計的論述[J]. 建材與裝飾(下旬刊). 2012(05)

[2] 劉貴榮,陸雪梅.淺析建筑結構設計中的幾個問題[J]. 中小企業管理與科技(下旬刊). 2012(05)

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一、高層建筑設計注意的問題

1、應當注意防震縫的設計，必須留有足夠的寬度。

2、平面形狀或剛度不對稱，會使建筑物產生顯著的扭轉，震害嚴重。

3、凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產生顯著的鞭梢效應，破壞嚴重。

4、高層部分和低層部分之間的連接構造不合理。

5、框架柱截面太少，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不夠而發生剪切破壞或柱頭壓碎。

6、由于沿豎向樓層質量與剛度變化太大，是樓層變形過分集中而產生破壞。

7、地基的穩定性問題要特別注意。

8、伸縮縫和沉降縫寬度過小，碰撞破壞很多。

9、不應在建筑物端部設置樓梯間，樓板有大洞口，因剛度不均勻而產生扭轉。

10、外縱墻門窗洞口過大，連梁尺寸太小，容易產生破壞。

11、中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消了部分剪力墻，產生剛度或承載力突變，形成結構薄弱層。

二、抗震設計

1、高層抗震設計的基本原則：小震不壞，中震可修，大震不倒。

2、抗震設計的高層建筑在下列情況下宜設防震縫：

（1）平面長度和外伸長度尺寸超出了規程限值而又沒有采取加強措施時；

（2）各部分結構剛度相差太遠，采取不同材料和不同結構體系時；

（3）各部分質量相差很大時；

（4）各部分又較大錯層時。。

三、高層建筑沉降縫、伸縮縫 、抗震縫的處理

1、沉降縫、伸縮縫和抗震縫要注意的問題：高層建筑應當調整平面尺寸和結構不止，采取構造措施和施工措施，能不設縫就不設縫，能少設縫就少設縫，如果沒有采取措施或必須設縫時，則必須保證必要的縫寬以防止震害。

2、鋼筋混凝土高層建筑結構的溫度-收縮問題，一般由構造措施來解決。

3、后澆帶可選擇在對結構受力影響較小的部位曲折通過，不要在一個平面內，以免全部鋼筋都在同一平面內搭接。一般可設置在梁和樓板的1/3處。

4、目前許多工程是采用調整個部分沉降差，在施工過程中留后澆段作為臨時沉降縫，等到沉降基本穩定后再連為整體，不設永久性的沉降縫。

5、沉降縫：高層建筑的主樓和裙房的層數相差很遠，在下列條件時可不留永久沉降縫

（1）采用端承樁，樁支承在基巖上。

（2）.地基條件好，沉降差小。

（3）有較多的沉降觀測資料，沉降計算比較可靠。

后兩種情況下，可調壓力差，主樓和裙房部分才用不同的基礎，使其沉降接近。

調時間差，先施工主樓，待主樓基本建成，沉降基本穩定，再建裙房。

此外，各結構單元之間設了伸縮縫和沉降縫時，其縫寬應滿足防震縫寬度的要求。

6、防震縫應在地面以上全高設置，當不作為沉降縫時，基礎可以不設防震縫，但要加強構造和連接。

7、高層建筑各部分之間凡是設縫的，就要分得徹底；凡是不設縫的，就要連接牢固。

8、高層建筑結構應根據房屋高度和高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素考慮其適宜的結構體系。

9、高層建筑的高寬比是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制

四、框架結構設計的一般要求

1.框架結構房屋，高度不超過15m的部分，可取70；超過15m的部分，6、7、8、9度相應每增加高度5、4、3、2m，宜加寬20 。

2.框架-剪力墻結構房屋可按第一項數值的70%采用，剪力墻結構房屋可按第一項規定數值的50%采用，但二者均不宜小于70.結構豎向布置沿豎向剛度突變還由于下述兩個原因產生：

( 1 ) 抗側力結構（框架、剪力墻、筒體等）的突然改變布置。

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【關鍵詞】高層建筑帶高位轉換層抗震性能

中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：

在現代高層建筑發展中，為了滿足建筑功能和建筑藝術的要求，復雜體型的建筑結構形式經常被結構工程師采納，帶高位轉換層結構就屬于其中的一種形式。這種結構形式平、立面布置不規則，結構的抗震受力機理復雜，本文探討了帶高位轉換層建筑結構抗震性能。

一、高層建筑結構轉換層的概念與結構形式

1、概念：因建筑功能需要，上部小空間，下部大空間，上部部分豎向構件不能連續貫通落地，而通過水平轉換結構與下部豎向構件連接，這樣構成的高層建筑結構稱為帶轉換層高層建筑結構。

2、結構形式：針對不同的結構類型需采用不同的轉換層結構形式，目前，實際工程中應用較多的轉換層結構形式主要有五種基本結構形式：梁式；桁架式；空腹桁架式；箱形；厚板式。另外還存在一些其他形式的轉換層結構形式。

二、轉換層位于不同高度對結構整體受力的影響

隨著高層建筑的迅速發展和框支剪力墻結構體系的廣泛應用，為滿足復雜建筑的需要，轉換層位置的高度越來越高，按照《高規》的概念，當轉換層的位置大于等于三層的時候，這就是我們所說的高位轉換結構。在進行高位轉換層設計時應該注意以下幾個方面：

1、當轉換層位置由二層逐漸提高時，結構的自振周期、振型和地震位移只略有一些量的改變，而沒有質的變化。在轉換層附近也沒有非常顯著的突變。

2、由于轉換層的質量遠大于其它樓層，所以不同振型作用下地震作用在轉換層處有明顯增大的突變，尤其轉換層位置在振型曲線振幅最大處或附近時更為顯著。所以我們在計算分析帶高位轉換層的高層建筑結構的時候，由于高振型的影響可能明顯增大，所以要采用較多振型。

3、地震作用下，隨著轉換層位置的不斷增高，轉換層下部樓層的總地震剪力和總彎矩值會有所增大，這是轉換層位置較高帶來的很不利影響。但最大層地震剪力和彎矩由轉換層位置的提高而引起的最大增值一般仍發生在首層。因為對層數較多的高層建筑(一股為30層左右的建筑)，轉換層本身的地震作用，在全部地震作用中所占的比例仍不算很大。

4、對于設置轉換層的建筑結構，在轉換層處層間位移沒有突變，但是結構樓層的層間位移角在轉換層附近出現其值大小的突變，但其數值較轉換層位置較低時的相應樓層的層間位移要小許多。轉換層在下部高度位置改變時對層間位移的最大值的影響，比轉換層在五層以上改變高度的影響更為顯著。

三、底盤結構規則性對結構抗震性能及扭轉的影響

近年來，隨著經濟的高速發展，多、高層建筑發展迅速，建筑平面布置變得越來越復雜，比如，L形、V形、Y形、H形等的復雜平面屢見不鮮；在豎向，結構的側移剛度因為采用了轉換層而發生剛度突變，同時，轉換層上部住宅平面布置也設計得靈活多樣化。

1、應當在不附加偏心距的狀態下進行計算并檢查結構位移比，檢查剛心與質心是否相距過大。根據偏心情況調整剪力墻的布置，盡量做到結構平面剛度分布均勻，同時在此狀態下檢查周期比是否符合要求。如果周期比不滿足要求，首先宜盡可能增大抗扭剛度，如果側向平移剛度確實較大，可適當減小抗側剛度。

2、提高抗扭剛度是概念設計中改進結構抗震性能的重要而且根本的措施之一，即使周期比滿足要求，再采取增加抗扭剛度的措施，調整剛心位置或其他有效方法改進，還能夠在一定程度上對減小位移比有利。此外，還應當注意，要在符合概念設計的要求下增大抗扭剛度。如果轉換層上部結構的剪力墻較多，那么其抗扭剛度自然很大，所以其周期比就明顯滿足要求。

3、建議將位移比與最大層間位移角進行綜合考慮，在扭轉周期符合要求的前提下，對于剛度較大、位移較小的結構(層數不多、高度不大或剪力墻較多的住宅結構)，或偏置裙房而裙房高度不大的結構可適當放寬位移比限制值。

4、用具有附加偏心距的地震作用計算的內力參加內力組合，是提高結構抗扭承載力的重要措施。當位移比超過限值，調整確實有困難時，可適當加大附加偏心距數值，再計算地震作用的內力。

5、轉換層位置設置在三層或三層以上時，對于平面布置不規則的建筑結構，其地震剪力影響比較大，且底部不規則平面的建筑結構，當轉換層位置在同一層時其地震總剪力比底部平面布置相對較規則的值要大很多。

6、底部不規則平面的建筑結構總彎矩值也和地震總剪力的變化一樣。而且，其隨著轉換層位置提高而增加的速度遠遠比底部布置規則的建筑結構要快很多。所以，對于底部不規則布置的帶轉換層的高層建筑結構，尤其是對于高位轉換的建筑結構，要對其底層的剪力和彎矩進行嚴格的控制。

四、側向剛度比對結構抗震性能的影響

因建筑功能需要，帶轉換層的建筑結構通常都是因為上部小空間，下部大空間，上部部分豎向構件不能直接連續貫通落地，而通過水平轉換結構與下部豎向構件連接。因此，設有轉換層的高層建筑往往對于轉換層上部與下部結構的剛度相差較大。這樣在水平荷載作用下，當轉換層上、下部樓層結構因側向剛度相差較大，會導致轉換層上、下部結構構件內力突變，促使部分構件提前破壞，當轉換層位置相對較高時，這種內力突變會進一步加劇。因此如何有效的控制轉換層上、下部分結構的剛度，防止其因剛度突變，對結構抗震帶來的影響顯得較為突出。筆者認為，滿足側向剛度比的要求有以下可行的措施：

1、在保證上部住宅剪力墻強度及層間位移滿足規范的前提要求下，盡量減少上部剪力墻數量，減薄厚度，轉換層以下厚度加大，以減小結構上部剛度，增大下部剛度。

2、核心筒剪力墻厚度，轉換層以下為350mm和300nm，轉換層以上墻厚由300mm過渡到200mm厚，逐漸減薄，避免剛度突變。

3、混凝土標號，轉換層以下采用C40混凝土，轉換層以上采用C40混凝土過渡到C30的混凝土。

4、調整轉換層上部剪力墻，盡量采用短肢剪力墻，且剪力墻的分布盡量靠近中部質心位置。轉換層上部的剪力墻墻厚也由250mm過渡到200mm的厚度以減小剛度。轉換層下層的框支柱較大，且靠近結構，以增大轉換層下部結構的剛度。

結語

隨著高層建筑的不斷發展，高層建筑結構形式日益豐富，帶高位轉換層建筑結構就是為了滿足建筑藝術和建筑功能的需求應運而生的一種新型建筑結構形式。本文筆者對帶高位轉換層建筑結構抗震性能進行了探討，取得了一些有實用價值的成果，但尚有一些問題有待進一步深入探討。

【參考文獻】

[1]龔思禮.建筑抗震設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2003

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關鍵詞：高層綜合樓；基礎設計；結構選型；抗震設計；連接體結構

引言

近年來，隨著我國城市經濟的迅速發展，高層建筑建設數量不斷增多，人們對高層建筑結構設計的質量提出了更高的要求。在現代高層建筑的結構設計中，經常會碰到一些結構比較復雜的空間，給設計人員帶來了一些難度，需要對結構設計的各個節點進行優化與改善，從而設計出最合理的建筑結構，以滿足使用者的不同需求，以及實現建筑企業良好的經濟效益和社會效益。本文主要從實踐的角度出發，探討了某高層綜合樓結構設計難點，并提出了有效的優化措施。

1 工程概況

某高層綜合樓，地下兩層為停車庫及設備房，局部為人防地下室，地上建筑由 A、B、C三棟高層塔樓及一棟兩層的商業裙樓組成，一、二層為商業用房，三層至頂層為辦公用房。其中C塔樓為19 層，總高度58.6m，與兩層裙樓通過伸縮縫相連；A、B塔樓為 18 層，兩棟塔樓頂部兩層相連，總高度64.4m，本工程 A、B 塔樓采用框架-剪力墻連體結構，底部局部大空間轉換剪力墻結構，轉換層在第3層頂面。

圖1 A、B棟一層商場平面（單位：mm）

2 結構設計難點及優化措施

2.1 基礎及地下室設計問題及優化

本工程采用樁基礎，樁型采用抗拔性能較好的鉆孔灌注樁，樁徑根據上部荷載情況選用￠700和￠800兩種，主樓部分采用￠800的樁，其它部分為￠700的。樁基持力層為 8～2層圓礫層，樁進入持力層2.5～6.4m，有效樁長為48.1～56m，單樁豎向承載力特征值結合設計試樁結果和地質報告情況分別確定為3500KN和4100kN。

兩層地下室平面呈“廠”字形，局部為兩層人防地下室，人防等級為6級。地下室東西向最長150m，南北向最長120m，中間不設伸縮縫，超過規范建議的結構伸縮縫最大間距，設計采用縱橫向設置多道后澆帶等措施減小溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。

2.2 結構選型及結構布置問題及優化

由于建筑平面較狹長復雜，因此連體結構兩邊的塔樓采用基本一致的體形、平面和剛度，可以一定程度上減小復雜的耦聯振動。最初的建筑方案在兩塔樓間的平面呈喇叭形，柱距北面小為16.8m，南面大為29.4m。連接體結構擬采用最下一層的鋼骨混凝土梁作為轉換結構來支承整個連接體，這樣試算下來鋼骨混凝土梁的最大斷面達到900×3000，給施工帶來很大的難度經過安全性、經濟性和可行性的綜合分析比較，最后決定在某兩軸之間各增加兩個柱子，使連接體的柱距相同，均為16.8m。連接體結構與主體結構采用剛性連接，連體部分連接主梁為每層設500×1800混凝土梁，保證連接部分的剛度，將主體結構連接為整體協調受力、變形、由于主梁較高，連接體每層層高為主塔樓兩層的高度，以滿足建筑空間的需要。

連體結構因振型豐富，且平動與扭轉振型多耦合在一起，因此采用平扭耦聯方法計算結構的扭轉效應，且考慮雙向地震的影響；連體部位復雜，對連體部分采用彈性樓蓋進行計算考慮到連體結構的兩塔樓體型相似且間距較近，因此風荷載取值時考慮建筑物相互間的影響，將體形系數乘以相互干擾增大系數，并對連接體最下一層的樓板考慮了向下的風吸力影響振型分解反應譜法計算結果見表1，計算結果表明自振周期在合理范圍內，結構扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比為0.85，基本滿足規范要求 地震力作用下的樓層最大層間位移1/1791（Y+5%偶然偏心） 和頂點位移1/2048均小于1/800，亦滿足規范要求。

2.3 抗震設計問題及優化

（1）加強轉換結構的抗震措施。考慮到該工程為復雜高層建筑結構，轉換層為薄弱層，故在抗震構造方面有針對性地采取了如下措施：1）框支柱、框支梁、剪力墻底部加強部位的抗震等級提高一級采用；2）薄弱層（第三結構層）的地震剪力乘1.15 的增大系數；并適當對框支柱的剪力進行調整；3）框支柱、框支梁的設計滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）修訂版中關于框支柱、框支粱在抗震設計時的相關規定；4）框支梁所在層的樓板厚度加大為180，雙層雙向加強配筋構造。

（2）加強連接體結構的抗震措施。該工程屬于Ⅰ類扭轉不規則（Y+5%偶然偏心地震力作用下連體部分的樓層最大位移1.45），且震害表明地震中連接體本身破壞嚴重，踏落較多，同時使主體結構中與連接體相連的部分結構嚴重破壞，因此在抗震構造方面有針對性地采取了如下措施：1）連接體及連接體相鄰的結構構件的抗震等級提高一級；2）樓板厚度增大到 150mm，加強連接部分的周邊板配筋，雙層雙向貫通布置，并加強邊梁的配筋及構造；3）加強連接體最底層構件的配筋；4）加強連接體下面兩層的設計，指定其為薄弱層，放大地震力。

2.4 連接體結構設計的優化

由于兩塔樓在52m高空相連，如何保證施工的安全成為一個難點。為此施工時需要在48m高處搭建一個鋼結構的臨時施工平臺。由于連接體的梁板自重較大，為了降低鋼平臺的造價及保證施工的安全簡便，施工單位提出了混凝土分階段澆搗的施工方案，即先澆梁，待其混凝土強度達到100%后再澆板，這樣鋼平臺只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁來承擔。

為配合上述施工方案，我們對連接體的設計進行了調整，分別按施工順序計算了混凝土澆搗的兩個階段的內力以及下層連接體梁板作為上一層連接體的施工平臺所承受的施工荷載，并按最不利的工況進行配筋設計。計算結果顯示，部分梁的配筋恰恰是由施工階段控制的。

3 結束語

綜上所述，本文通過結合工程實例對高層綜合樓結構設計方案進行了研究，從中可以得知，對于高層建筑的結構體系，結構的合理布置更重要。對于連體結構，盡量使連體結構各獨立部分的體型、平面和剛度相近，能有效避免連體結構復雜的耦聯振動，同時對此類結構的轉換層及連體部位要采取相應的抗震措施。

參考文獻

[1]《建筑抗震設計規范》 GB50011-2010.

[2]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）修訂版.

篇9

關鍵詞:高層建筑;抗震;結構設計;探討

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A文章編號：

1 高層建筑發展概況與存在問題

80年代,是我國高層建筑在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋為主的建筑,建筑層數和高度不斷增加,功能和類型越來越復雜,結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建筑有上海錦江飯店,它是一座現代化的高級賓館,總高153.52m,全部采用框架一芯墻全鋼結構體系,深圳發展中心大廈43層高165.3m,加上天線的高度共185.3m,這是我國第一幢大型高層鋼結構建筑。進入90年代我國高層建筑結構的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建筑材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有一個飛躍。深圳于1995年6月封頂的地王大廈,81層高,385.95m為鋼結構,它居目前世界建筑的第四位。

我國高層建筑的結構材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設計思想的不斷更新,結構體系日趨多樣化,建筑平面布置與豎向體型也越來越復雜,出現了許多超高超限鋼筋混凝土建筑,這就給高層建筑的結構分析與設計提出了更高的要求。尤其是在抗震設防地區,如何準確地對這些復雜結構體系進行抗震分析以及抗震設計,已成為高層建筑研究領域的主要課題之一。

2 建筑抗震的理論分析

2.1 建筑結構抗震規范

建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結,是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算,結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導,向技術經濟合理性的方向發展,但它更要有堅定的工程實踐基礎,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識,現代規范中的條文有的被列為強制性條文,有的條文中用了“嚴禁,不得,不許,不宜”等體現不同程度限制性和“必須,應該,宜于,可以”等體現不同程度靈活性的用詞。

2.2高層建筑結構抗震結構設計分析

設計階段的結構動力特性分析。高層建筑進入初步設計階段后,首先按方案階段確定的結構布置進行計算分析。計算模型取自±0. 000至塔頂,假定樓板為平面內剛度無限大,其地震反應分析基本參數列于,以及可以看出,隨著樓層高度的增加,結構X方向(縱向)自振周期及地震力基本正常,而結構Y方向(橫向)自振周期偏長、結構剛度偏低,對應于水平地震作用的剪力較小,結構的抗震能力偏弱,結構偏于不安全。為增加Y方向(橫向)的抗側移剛度,提高其抗震能力,在現代高層建筑的設計中,可以在建筑核心筒的兩側增設四道剪力墻。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001),抗震設計時,框架-剪力墻結構中剪力墻的數量必須滿足一定要求,在地震作用時剪力墻作為第一道抗震防線必須承擔大部分的水平力。但這并不意味著框架部分可以設計得很弱,而是框架部分作為第二道防線必須具備一定的抗側力能力,在大震作用下第一道抗震防線剪力墻遭受破壞時,整個結構仍具備一定的抵抗能力,不至于立即破壞倒塌,這就需要在結構計算時,對框架部分所承擔的剪力進行適當調整。

3結構抗震設計方法探討。

3.1結構抗震設計的基本步驟。

對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段設計:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合,并引入承載力抗震調整系數,進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規范所規定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段設計:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規范的限值,并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。

3.2結構抗震設計方法

3.2.1基礎的抗震設計

基礎是實現高層建筑安全性的重要條件。我國高層建筑通常采用鋼筋混凝土連續地基梁形式,在基礎梁的設計中,為充分發揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復合效應,把設計重點放在梁的高度和鋼筋的用量上,在鋼筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基礎筋、基礎輔筋5種鋼筋的結合。為防止基礎鋼筋的生銹,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加鋼筋表面的保護層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎處理的另一個特色是鋼制基礎結合墊塊的應用,它是高層建筑上部結構柱與基礎相連的重要結構部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎和鋼制結構柱及上部建筑相分離,有效防止結構體的銹蝕,確保部件的耐久性。

3.2.2鋼結構骨架的抗震設計

采用鋼框架結合點柱壁局部加厚技術來提高結構抗震性能。一般鋼框架結構,梁和柱結合點通常是柱上加焊鋼制隅撐與梁端用螺栓緊固連接。在這種方式下,鋼柱必須在結合部被切斷,加焊隅撐后再結合,這樣做技術上的不穩定性和材料品質不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結合部折斷的危險性很大。鑒于此,可以首先該結構的梁柱采用高密度鋼材,以發揮其高強抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨立住宅而言,結構柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結合部柱壁達到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導增厚技術。在制造過程中品質易下降的鋼管經過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強度得以恢復。對于地震時易產生的應力集中,柱的增厚部位能發揮很大的阻抗能力,從而提高和強化了結構的抗震性。

3.2.3墻體的抗震設計

“三合一”外墻結構體系,首先是由日本專家設計應用的,采用外墻結構柱與兩側外墻板鋼框架組合形成的“三合一”整體承重的結構體系。該體系不僅僅用柱和梁來支撐高層建筑,而是利用墻體鋼框架與結構柱結合,有效地承受來自垂直方向與水平方向的荷載。由于外墻板鋼框架的補強作用,該做法可以較好地發揮結構柱設計值以外的補強承載力。加強了對豎向地震力及雪荷載的抵抗能力,最大限度地發揮其抗震優勢;另一方面,由于外墻板鋼框架與內部斜拉桿所構成“面”承載與結構柱的結合并用,也提高了整體抗側推力和抗變形能力。它的抗水平風載和地震力的能力比單純墻體承重體系提高30%左右。

4增大結構抗震能力的加固與改造技術

建國幾十年來，我國的抗震加固與改造技術得到了飛速發展。1976年唐山地震后，砌體結構抗震加固的問題日益突出，砌體結構抗震性能不好：砌體墻體抗震能力、變形性能的不足、房屋整體性不好。因此，增大墻體抗震性能的外包鋼筋混凝土面層、鋼筋網水泥砂漿面層加固技術及增大結構整體性的壓力灌漿加固技術、增設圈梁(構造柱)加固技術、拉結鋼筋加固技術；通過增設抗震墻來降低抗震能力薄弱構件所承受地震作用的增設墻體技術等應運而生。目前該技術廣泛用于砌筑墻體的加固。

常見的混凝土柱加固技術有加大截面加固技術、外包鋼加固技術、預應力加固技術、改變傳力途徑加固技術、加強整體剛度加固技術、粘鋼加固技術以及碳纖維加固技術等。這些絕大部分都是經過長期實踐檢驗可靠性比較高的技術，已收入國家標準《混凝土結構加固技術》(cecs25—90)。此類技術不僅有比較充分的理論依據，規范還提供了詳細的計算公式。如混凝土柱的外包鋼法加固技術，開始階段的計算方法是分別計算混凝土柱和外包鋼，外包鋼按鋼結構計算：當外包裝的綴板加密并出現濕式的施工方法時，其計算按整體構件考慮；當綴板施加。

5結語

高層建筑已經逐漸成為當前時代建筑發展的主流建筑形態之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內外建筑抗震設計分析的研究熱點,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設計階段進行結構抗震設計,只有從高層建筑物內部實施結構抗震,才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。本論文從高層建筑結構設計的角度進行了抗震分析,對于具體的高層建筑抗震設計具有一定指導和借鑒意義。

參考文獻:

[1]李忠獻.高層建筑結構及其設計理論[M].北京:科學出版社,2006.

篇10

關鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土；結構設計；問題；措施

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

在高層建筑中采用鋼筋混凝土結構可以有效的提高建筑結構的安全性與穩定性，為了更好發揮出高層建筑的功能，實現高層建筑的穩定，必須加強鋼筋混凝土結構的設計和施工。設計是形成高層建筑質量，在初始時期控制鋼筋混凝土結構的基礎，要站在為社會和行業發展負責的高度看待和重視高層建筑設計中鋼筋混凝土結構的相關工作，形成對設計重點和細節的把握，提高高層建筑設計環節中鋼筋混凝土結構的工作水平。在具體的高層建筑鋼筋混凝土結構設計中，應該突出設計的內涵，體現高層建筑鋼筋混凝土結構的靈魂，對高層建筑設計中鋼筋混凝土結構方面的關鍵問題進行全面思考，從短支剪力墻、結構體系、高度控制等關鍵環節展開對高層建筑鋼筋混凝土結構的設計控制和管理，進而為高層建筑鋼筋混凝土結構設計目標的達成起到重點方面和體系方面的支撐作用。

1高層建筑鋼筋混凝土結構設計的內涵

高質量進行高層建筑鋼筋混凝土結構的設計工作必須要體現設計的靈魂，我們可以將高層建筑鋼筋混凝土結構的靈魂總結為如下幾點：

1.1高層建筑鋼筋混凝土結構的安全性

高層建筑設計鋼筋混凝土結構的強度和功能時要以突出安全性為第一要務，要確保在設計年限內高層建筑鋼筋混凝土結構在各種負荷和影響下的穩定性和安全性，同時要確保突發事件和偶然事件中高層建筑鋼筋混凝土必須的穩定性和結構延性。

1.2高層建筑鋼筋混凝土結構的耐久性

高層建筑鋼筋混凝土結構設計過程中要有年限上的考慮，要在規定的年限上實現高層建筑的穩定以及鋼筋混凝土結構的功能連續，形成有益于實現設計目標的耐久性基礎。

1.3高層建筑鋼筋混凝土結構的適用性

通過高層建筑設計工作的突出，要實現鋼筋混凝土結構具有在一定時間內功能的實現，這樣就可以保證高層建筑整體的使用要求，也可以保障鋼筋混凝土結構對于裂縫、撞擊、地震、形變等各種影響因素的抵御能力。

2高層建筑鋼筋混凝土結構設計中關鍵問題

2.1短肢剪力墻的設計

高層建筑設計短肢剪力墻具有強烈的功能性，但是，短肢剪力墻的設置需要遵照一定的規范，切不可在設計中頻繁采用，也不能布設過多，應該在確保高層建筑抗震目標達到的范圍內，盡量降低短肢剪力墻的設計數量，這樣的設計可以降低后續高層建筑鋼筋混凝土結構施工和處理過程中的難度。

2.2結構體系的選擇

高層建筑鋼筋混凝土的結構體系是整個設計工作的選擇重點，通常的設計方式是：要在盡量減少高層建筑鋼筋混凝土結構剛度的前提下，優化高層建筑的外觀和內部結構，保障結構對形變和強度的范圍上的滿足。

2.3結構高度的控制

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計中常會出現超高的問題，這不利于高層建筑物抗震性能的實現，由于不同高度會出現不同級別的設計規范形式，因此，當結構高度出現變化時，特別是出現超高問題時，要重新進行高層建筑鋼筋混凝土結構的設計工作。

3高層建筑鋼筋混凝土結構設計的要點

3.1加強抗震功能

高層建筑抗震功能主要由鋼筋混凝土結構來實現，因此，需要重視抗震這一環節，要在設計工作中將抗震設計作為高層建筑鋼筋混凝土結構設計的重要因素和關鍵影響。高層房屋結構的層數多或者房屋結構的剛度突變系數較大的話，其振型數則應該多取，例如房屋結構中含有多塔結構、頂部有小塔樓、轉換層等，其振型數應盡量取≥12的數，但是它的大小依然不可以大于房屋總共層數的3倍，除了含有彈性的樓板，而且在進行總剛性的分析時，它的振型數才可以取得更大些。在對建筑物的框架柱進行設計的過程中，要對其面積進行全面的控制，保證其在一定的范圍之內，這樣才能夠有效的提高建筑的質量。在對配筋進行設計的過程中，不但要對建筑的配筋進行不斷的加強，而對于支座的部分要按照相應的規定進行相應的調整，這樣才能夠有效的增強建筑結構的承載能力。

3.2高強混凝土合理運用

在高層建筑混凝土結構設計中關鍵的步驟之一是合理地使用高強混凝土，為了有效地降低建筑的用鋼量，可以在建筑設計的時候使用高強混凝土，這樣可以大幅度地節約建筑的成本。這樣的做法可以明顯地降低基本設施的實施難度和工程的造價，用來取得較好的經濟效果。

3.3增強地基承載能力

對于建筑結構的設計而言，地基的設計是整個設計的重要部分，建筑地基的設計好壞能夠直接影響到整個建筑結構的質量和使用性能。因此，對于建筑地基的設計就顯得的至關重要。在對建筑地基進行設計的過程中，進行宏觀的把握，要嚴格的把握地基的承載能力，并且還要對建筑地基的變形和沉降等問題進行充分的考慮。對于層數較高的建筑物而言，其進行地基的設計時通常都會將其設置在地下室，這樣就能夠有效的對地基的沉降程度降到最小，從而有效的保證了上層結構的牢固性，提高了整個高層建筑的承載能力。除此之外，在進行建筑地基設計的過程中，還要按照相關的規定對其進行相應的規范。對于層數較多的建筑而言，通常都會對地基進行相應的處理來對高層建筑的沉降進行有效的控制。

3.4提高耐久性

必須加強高層建筑鋼筋混凝土結構的耐久性設計，在原來的混凝土結構設計方案中，沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環境、條件的影響，從而導致建筑的可靠指數明顯降低。因此在對一般的高層建筑混凝土進行設計時，主要都集中在造價、材料上，所以只有造價小、材料少的結構設計才是滿意的設計。如今人們的生活水平不斷地提高，對工程的質量要求也相應地得到提高，所以當建筑物的特殊使用要求或者技術要求與經濟成為主要矛盾時，就要果斷地放棄經濟這個指標。

3.5扭轉問題分析和幾何中心的確定

為了避免由于水平荷載和扭轉作用的建筑物破壞，結構和布局應在結構設計合理的前提下，盡可能使建筑達到三心合一的目的。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉功能取決于質量分布。為了減少結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用正方形、矩形、圓形、多邊形等簡單形式。在某些情況下，街道景觀的要求和限制，城市規劃的高層建筑，不使用簡單的平面結構，不規則的平面形成L形、T形、十字形等復雜形狀，在突出部分的寬度和厚度比的控制范圍規范允許的布局結構。同時，我們應盡可能使結構在一個對稱的狀態。建筑結構振動周期包括兩個方面：結構的固有周期的合理控制和振動控制周期可以使周期誤差的開放性降低。

3.6加強概念設計

高層建筑鋼筋混凝土結構設計中應該多選擇一些新穎的建筑樣式，同時又要注意其抗震設計、抗風設計等基礎要素。新時期應該加強概念設計，在高層建筑鋼筋混凝土結構的彈性設計上，盡量要滿足延展性的需求，這是高層建筑鋼筋混凝土結構設計發展的趨勢。

4、結束語

簡而言之，鋼筋混凝土結構是高層建筑出現的基礎，如何科學地進行高層建筑鋼筋混凝土結構的設計已經成為行業的重點，應該突出鋼筋混凝土結構的特性，結合高層建筑的特點，把握高層建筑鋼筋混凝土結構設計的關鍵環節和難點，充分發揮鋼筋混凝土結構在整體性和機械性能上的優勢，設計出高層建筑鋼筋混凝土結構的精品，在實現高層建筑穩定和安全的同時，實現高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻

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