高層建筑的結構設計
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高層建筑的結構設計范文第1篇
中圖分類號：TU3 文獻標識碼： A
一． 前言
現代城市城市建設中，高層建筑已經逐步向造型新穎、構造復雜、功能多樣的方向發展，建筑功能也沿著房屋的高度方向發生了變化，很多商住兩用建筑，在布局上設置為旅館、住宅兩用功能，樓層中間還可以做為辦公用房，下部布置成商店、餐館或文化娛樂設施，這樣不同用途的樓層就需要采取不同形式的結構，從建筑功能上來看，上部結構就需要小開間的軸線布置，用較多的墻體來滿足旅館與住宅的功能要求，中部室內空間卻需要中等大小，這樣為了滿足功能需求，在柱網中布置一定數量的墻體，下部的室內空間大而靈活，柱網要求大，墻體少，滿足公用設施類的特殊功能要求，這些要求跟結構的合理布置正好相反。這種豎向構件的不連續性與轉換層結構體系的轉變，容易使轉換層附近的剛度與內力發生突變，本文對此種復雜高層的抗震設計的相關問題進行簡單闡述：
二． 轉換層的定義和功能
由于在高層建筑結構中，樓層受力下大上小，應該采取與此相適應的剛度要求，而逐漸減少上部墻體等的布置，輔以擴大柱網，這樣一來，建筑功能空間要求跟結構布置就正好相反，因此，為了適應建筑功能的變化，我們通常在設計中，在結構轉換的樓層設置一種水平轉換構件，即轉換層結構。高層商住樓中常用的一種結構體系是帶轉換層結構的多塔樓高層建筑，通過水平轉換結構跟下部豎向桿件相連接，這樣的高層建筑結構構成就稱為帶轉換層的高層建筑結構，它主要實現以下功能：
1這種設計可以獲得較大的內部自由空間，上下層結構類型轉換層將上部的剪力墻轉換為下部的框架，一般用于剪力墻和框架-剪力墻結構中。
2通過將建筑物的轉換層改變成為框支剪力墻結構的同時，在下部的柱網與上部的剪力墻軸線錯開，形成了一種在建筑物結構中上下柱網不對齊的布置。
3）通過建筑物的上下層結構柱網和軸線改變類達到轉換層上下的結構形式，這樣的轉換層可以使下部的結構柱距擴大，進而形成大的柱網。這種形式常用于一般外框筒的下層形成較大的出入口。
三. 結構轉換層類型分類
在高層建筑中的轉換層設計分為以下幾種類型：
（1）梁式轉換層，即建筑物的上部剪力墻設計在框支梁上，再由結構的框支柱支撐框支梁的受力體系，在需要縱橫向同時轉換的設計施工時，常常采用雙向梁布置，它的優點是傳力直接、明確，結構中傳力的途徑清楚，受力性能好，而且整體的構造簡單，施工方便，在設計時計算比較容易，是目前施工中應用實施最廣泛的轉換層結構形式。
（2）箱式轉換層，當建筑物的轉換梁截面過大時，一般情況設置一層樓板并不能夠滿足構造中平面內樓板的剛度要求無限大的假定條件。因此為了使理論假定和實際相符，設計中可以在建筑物中轉換梁梁頂跟梁底同時設置一層樓板，以此形成一個箱形梁，即稱為箱式轉換層。其優點在于，轉換梁的約束性比較強，剛度較大，整體構造的受力效果比較好，受外力時上下部傳力比較均勻，還可以將其利用作為設備層實用，其缺點是施工過程復雜、造價比較高。
此外，建筑物轉換層的形式還有厚板式轉換層構造和桁架式轉換層構造等，但大部分因為此構造方式受力復雜而且施工難度較大、并且經濟效益不高所以實際應用相對少。
四．新型轉換層結構特點
1 搭接柱式轉換結構
搭接柱式轉換結構是最近出現的一種新型的轉換結構體系。這種轉換結構在重力載荷作用下建筑物的安全度與可靠度，主要是取決于跟搭接塊相連的樓蓋梁板承載外力能力與軸向剛度的有效控制，如果樓蓋梁板的承載能力與軸向剛度能得到控制和滿足，重力載荷作用下的次內力與搭接柱變形就能夠受到控制，建筑物整個搭接柱式轉換結構就能夠正常工作，與之相連樓蓋梁板承載外力能力和軸向剛度的控制，通常是在結構重力載荷作用下能夠正常工作的一項關鍵技術。
2 貫通落地筒體-框架結構工作特性
搭接柱轉換構造基本能夠保證對框架柱直接落地的整體結構的振動特性和在地震作用下的工作狀態與貫通落地筒體-框架結構無異。建筑物的框架搭接柱轉換本質上是弱化了結構框架的抗側作用，進一步的強化了建筑物核心筒體的抗側作用，所以核心筒體結構是整體結構最主要的抗側力構件，能夠很好地保證整體機構抗震承載能力不致突變。
3. 其他新型轉換結構
（1）寬扁梁轉換結構的優越性
寬扁梁轉換層結構有利于降低建筑物轉換層高度并方便建筑設備的使用，跟建筑功能的結合比較普通；轉換梁結構相比有著非常好的優勢，它還有利于減緩建筑施工中高位轉換的剛度突變帶來的建筑物轉換層框支剪力、框支柱頂彎矩的突變增大及結構軸力突變而增大引起的應力集中，改善建筑物結構的抗震性能。
（2）斜撐轉換結構的優越性
這種結構重力載荷下的傳力路徑明確，它以構件受壓受拉的方式代替構件受剪承受重力載荷，使建筑物受力方式非常合理，斜撐轉換結構的建筑物轉換層與上下層的剛度比的變化幅度也相對很小，因此在水平地震力作用下，它能夠很好的避免結構層間剪力與構造構件內力發生突變，有利于整體結構抗震。
五．帶轉換層的高層建筑結構設計原則
高層建筑中轉換層的設計必須注意建筑物豎向剛度的突變，避免在地震作用時在結構轉換層上下形成薄弱環節，降低建筑物結構抗震性能，因此在轉換層結構設計中要遵循以下原則：
1 剛度比的設計，為了保證建筑物結構的豎向剛度不至于太大，有利結構的整體受力，防止設計時的結構沿豎向剛度的變化過于懸殊而形成受力薄弱層，結構的上下剛度比要≤2，盡量的接近1。
2. 減少需要轉換的豎向構件，提高抗震性能。
3. 轉換層結構豎向位置宜低不宜高，避免在轉換層附近的剛度、內力與傳力途徑等發生突變時形成受力薄弱層，對抗震非常不利。
4. 設計中要合理分配轉換層及其下部的構件中的內力，結構內梁高度一般情況應不小于梁的跨度的1/6,以保證轉換層的剛度，滿足轉換梁和剪力墻柱在受外力時的受力性能要求。
5. 控制建筑物框支剪力墻和落地剪力墻兩者的比例，在設計剪力墻需考慮抗震時，結構內橫向的落地剪力墻的數目與橫向墻的總數之比不能少于50%，在非抗震設計時不能少于30%。
6. 強化建筑物下部轉換層的結構剛度，并弱化構造轉換層主體上部的結構剛度，保證建筑物下部空間的整體結構能夠有足夠的剛度、延性、強度與足夠的抗震能力，使剛度的均勻分布，保證構造的剛度中心和質量中心盡可能的重合，避免由于設計不合理兩者偏心導致建筑物整體扭轉。
7. 帶轉換層結構的設計計算要求全面、準確，采用有限元方法對結構構造進行局部的補充計算。
結論
帶轉換層結構的高層建筑受力非常復雜，隨著結構的復雜化，在設計中應充分考慮傳力體系的變化，按照規范要求，結合現場實際條件進行全面分析和優化設計，把建筑物的諸多因素考慮進去，在嚴格控制建筑物樓層等效剛度比以及樓層側向剛度比的前提下，設計合理有效的結構構造措施，是有效解決復雜平面及建筑物體型轉換的一種行之有效的方法。
參考文獻：
[1]JGJ3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S]
高層建筑的結構設計范文第2篇
關鍵詞：高層建筑；結構設計；結構體系。
一、高層建筑結構設計特點
1、水平荷載度是結構設計的關鍵因素
高層建筑的樓面使用荷載以及自身的重量在豎向的構件中引起的彎矩和軸力的數值，是與高層建筑物本身的高度成正比的。但是高層建筑物的水平荷載對高層建筑的結構所產生的傾覆力矩，和由于此在豎向的構建中所引起的軸力，和高層建筑物的高度二次方是成正比的關系。另外，對于一定高度的建筑物來說，豎向的荷載基本是一個固定的數值，但是其水平荷載的地震和風荷載的作用，數值卻是隨著結構動力特性的不同而會產生一定幅度的變化。
2、軸向的變形情況不能忽略
在高層建筑的過程中，豎向荷載的數值通常都是很大的，并且能夠在柱中引起較大程度的軸向變形，從而就會影響連續梁彎矩，就會產生連續梁中間支座位置的負彎矩值減小的后果，同時又會使得端支座的負彎矩值和跨中正彎矩值增加，同時還會對預制構建的下料長度產生一定的影響，折舊要求要根據軸向的變形計算值，對應該下料的長度做出相應的調整。另外，還會影響構建的側移和剪力，而與構件的豎向變形相比較考慮，就會得出較為不安全的結果。
3、結構側移成為關鍵因素
與多層建筑相比，高層建筑的結構側移已經成為了主要的控制指標，是結構設計中的關鍵性的因素。隨著樓房層數、高度的逐漸增加，水平的荷載結構的側移變形就會得到迅速的增大，因此，在水平荷載的作用下，結構側移應該被控制在一定的限度范圍之內。
4、結構延性是高層建筑的重要設計指標
與較低樓房的建筑相比，高層建筑的結構設計則更柔一些，如果在地震中，其變形需要更大一些。因此為了能夠使結構在進入塑性變形階段后還能夠保持具有強勁的變形能力，避免高層檢出出現倒塌的情況，就需要在構造上采取特別的且適當的措施，以保證高層建筑的結構能夠具有足夠的延性。
二、高層建筑結構體系
高層建筑結構從出現發展到現在，隨著不同結構形式的出現，建筑形式相繼呈現出不同的表現狀態。從結構的角度來看待高層建筑的話，桿狀是高層建筑結構形式的基本特點，相比起豎向荷載，水平荷載成為了高層建筑結構的控制因素，高層建筑結構的底部在水平荷載的壓力下，其彎矩和剪力都表現為最大，這就要求高層建筑結構要有很強的抗側移和抗傾覆能力，設計的基本概念也就因此而成為對建筑形體、剛度、延性還有結構體系的合理正確的要求。高層建筑選擇結構體系的決定因素通常是建筑物自身的高度和空間，不同的結構體系因為剛度、強度、結構樣式都不盡相同，在進行設計時所適合的高度和空間也會不同。
高層建筑結構的基本構件包括板、梁、柱、框架、衍架、網架、拱、殼體、墻，還有索，板的高度大于厚度，承受的是垂直于板面的荷載，梁是截面小于跨度的結構構件，柱是線性構件，框架既能承受豎向荷載，同時也能承受水平荷載，衍架是具有三角形區格的平面或者是空間的承重結構構件，網架是通過節點按照一定的網格形式連接多根桿件而形成的空間結構，拱式平面結構構件，殼體是曲面形的構件，墻是豎向構件，承受的是平行于墻面方向的荷載，索是以柔性受拉鋼索形成的構件。
高層建筑結構體系有鋼結構、鋼筋混凝土結構和一種混合結構，鋼結構包括框架結構體系，也就是鋼性連接的柱梁體系，但是這種結構體系的有效性只限于中層建筑結構，框架剪力衍架結構體系，既有框架，又有剪力衍架的一種結構體系，框筒和成束筒，框筒是一種筒體結構，在很大程度上增加了建筑物的抗顛覆能力，成束筒是將單獨的筒體捆綁在一起，這種結構體系不僅減小了筒體的剪力滯后效應，還大大加強了結構的側向荷載能力，對角支撐筒體就是在外框筒結構上增加交叉斜支撐形成的結構體系，這種結構體系有效性很強，可以增加窗洞面積，由三位空間衍架組成的結構體系叫空間衍架結構體系，內部對角支撐衍架實際上也是一種空間衍架結構。
鋼筋混凝土結構包括框架結構體系、剪力墻結構體系、框架―剪力墻結構體系、框筒、筒中筒、成束筒結構體系、內填支撐筒、巨型柱―核心墻這幾種結構體系，而混合結構，也稱組合結構，是鋼材和鋼筋混凝土組合而形成的混合結構體系，到現在為止，已經有三種結構體系得到了很好的發展，第一種是在一個鋼結構高層建筑中涉及核心筒，第二種是將型和混凝土的組合構件運用到外筒體的密柱深梁中，第三種是混合豎向體系，就是建筑物的上部采用鋼結構，中下部采用鋼筋混凝土結構。
三、高層建筑結構設計中應注意的問題
1、要倡導節約
我國當前還屬于是一個發展中的國家，而倡導節約也一直是建筑設計中不變的基本理念。而目前我國規范中對于高層建筑的構造要求也與國外相差無幾，而我國的很多高層建筑的結構設計雖然已經符合了國際市場的標準，但是也并不是代表我國的高層建筑結構的安全度就值得信賴了，同時還應該對其進行規范。但是在高層建筑結構設計達標的基礎上，還要做到節約，盡可能的降低消耗，降低建筑成本。根據客觀形勢的變化要求，我國可以將高層建筑的結構設計的可靠度的水平適當的進行提高，這樣在原有的基礎上，并不會造成較大的或者是更多的投入，但是卻適宜我國長遠和總體性的發展。
2、注重建筑物的受力性能
對于一個高層建筑的最初的設計方案而言，建筑師更多的則是考慮建筑的空間組成的特點，并不是能夠具體或是詳細的明確建筑的結構。而高層建筑的地面對其空間形式的水平方向穩定和豎向穩定都是十分重要的。而由于建筑物主要是由一些重且大的構件所組成的，因此建筑物的結構就必須要能夠將其自身的重量傳達至地面，建筑結構的荷載則總是向下作用于地面，然而建筑物的設計的一個最為基本的要求就是要搞清楚，建筑物所選擇的體系中向下的作用力和地基面的承載力之間的相互關系，因此在建筑的設計方案進行的階段，就一定要對主要的承重墻和承重柱的分布和數量進行總體的設想和設計。
3、提倡使用概念的設計
所謂的概念設計則主要是指不經過數值的計算，尤其是在一些很難做出精確性的分析，或者是在規范的過程中很難規定的問題，就要依據建筑物整體的結構體系和分體系之間的工程經驗、試驗現象、震害、結構破壞機理和力學關系所獲得的基本的設計思想和設計原則。從整體的角度對建筑結構的抗震細部措施和總體布置進行空管的控制。而對于概念性近似估算方法的引用，可以在簡述方案的設計過程中進行迅速且有效的對結構的體系進行比較、構思，并做出最終的選擇，相比較于手算而言則更加容易。所得到方案也往往是定性正確且概念清晰的，這也能夠避免在建筑結構的設計階段的后期出新一些不必要的繁瑣、復雜的運算，往往具有較好的、叫可靠的經濟性。同時，概念的設計也是對計算機內力分析所輸出數據的可靠性進行判斷的主要依據。經過近十幾年來我國高層建筑建設的迅速發展，高層建筑的建造數量和建造速度在世界的建筑史上都是很少有的。但是從我國高層建筑的設計質量方面來看，卻并不容樂觀，大多數的結構設計主要是為了追趕時尚、追趕潮流，因此在高層建筑的實際設計中，還應該要做出更為長遠的規劃。
四、小結
經過近幾年的發展，我國的高層建筑業得到了快速的發展，但是在發展的過程中，我們還是應該遵循高層建筑的設計原則和設計理念，選擇最有效的高層建筑結構體系，建設好我國的高層建筑，令其更加符合甚至是超越國際市場上的標準，為我國的高層建筑業謀得更長遠的發展。
參考文獻：
[1] 任旭，《高層建筑連體結構設計探討》，《工業建筑》，2006（36）
[2] 趙華，《高層建筑結構選型的復雜性研究》，《山西建筑》，2008（34）
高層建筑的結構設計范文第3篇
關鍵詞：高層建筑結構設計要點分析
Abstract: With the progress and development of science and technology, high-rise building has become the symbol of urban development. To ensure the security of the people’s lives and property, higher requirements are requested to engineers. This paper analyzes the characteristics of high-rise building, and then expounds the measures of structure design and details design based on the characteristics of structure design of high-rise building.
Key words: high-rise building; structure design; analysis on key points
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
前言
隨著社會經濟的發展，高層建筑已經逐漸進入到了人民的生活當中，并在全國各地大量興建了許多的高層建筑特別是高層的商住樓的數量，從其建筑結構上看大多采用鋼筋混凝土的框架剪力墻結構，現在提倡的是“節約型”社會，建筑節能已成為全社會的共識，因此。在設計上優化建筑結構，降低建筑的成本受到業界的關注和重視。但如何實現優化高層建筑的結構設計．成為廣大設計師不斷研究探討的課題。
1.高層建筑的受力性能分析
針對一個建筑物的最初的方案設計，建筑師要考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。
一般而言，低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加，豎向結構體系成為設計的控制因素，其原因有兩個：①較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；②側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。高層建筑結構的受力特點與簡單的豎向懸臂構件的受力特點是相似的。在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。
2. 高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑三心分別為建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單規則平面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單規則平面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。因為非對稱的幾何平面建筑，往往會引起質量中心和剛度中心的偏心，導致扭轉振動及各部分聯接處應力集中，平面長度過長的建筑可能出現兩端振動不一致使建筑物破壞。
3. 關于高層建筑結構設計中的側移和振動周期
一般建筑結構的振動周期問題包含兩方面：
(1)合理控制結構的自振周期；
(2)控制結構的自振周期使其盡可能與場地的特征周期錯開。
3.1 高層建筑結構的自振周期
對于比較正常的工程設計，其不考慮折減的計算自振周期()大概在下列范圍內：
框架結構：=(O.08～0.15)N
框架一剪力墻結構和框架一筒體結構：=(0.08～0.12)N
剪力墻結構和筒中結構：=(O.04～0.05)N
N為結構層數。
結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：第二周期：=(1/5～1/3)；第三周期：=(1/7～l/5)。而對于比較均勻的結構，振型曲線應是比較連續光滑的曲線，不應有大進大出，大的凹凸曲折。在計算時如果計算結果偏離上述數值太遠，應考慮工程剛度是否太大或者太小，必要時調整結構截面尺寸，檢查剪力墻數量是否合理，應適當做出相應的調整。
3.2 高層建筑的共振問題
遇到建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。
3.3 水平位移特征
一般情況下，當水平位移滿足《高層規程》的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力也小，所以結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理，因為結構周期長、地震力太小，并不安全；其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外，不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型；框架結構的位移曲線應為剪切型；框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。同時我們將個層位移連成側移曲線，具備以下特征：
(1)剪力墻結構的位移曲線具有懸臂彎曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外彎形曲線。
(2)框架結構具有剪切梁的特點，越向上增長越慢，成內收形曲線。框架一剪力墻結構和框架一簡體結構處于兩者之間，為反S形曲線，接近于一直線。
(3)在剛度較均勻情況下，位移曲線應連續光滑，無突然凹凸變化和折點。
4. 高層建筑的結構的優化設計
高層建筑的結構設計中的形狀優化比尺寸優化更有意義。在高層建筑的一個獨立結構單元內．宜使結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力分布均勻，平面長度不宜過長，突出部分長度也應不宜過大。
高層建筑的堅向體型宜規則、均勻，避免有過大的外挑和內收，結構的側向剛度宜下大
上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規則的結構。相信大部分的結構工程師都曾
遇過類似情況．當一幢高層建筑的結構平面布置和豎向布置簡單、規則、均勻，那么其各項
指標的校核驗算會很容易滿足規范的要求，反之，則需花一番苦功才能令各項指標勉強滿足
規范要求。結果可能是墻柱截面尺寸大得驚人，單位面積重量嚴重超標，不僅造價上去了，而且還影響部分建筑功能的使用。
合理使用高強砼和高強鋼筋建筑的總造價包括上部結構的材料、基礎及施工等費用，構件的截面尺寸和用鋼量對造價的影響很大，設計中合理使用高強鋼筋(如梁、板筋采用三級鋼)可有效降低用鋼量，節約成本。如果高層建筑位于深厚軟弱地基上，由于作用于地基上的荷載很大，合理使用高強砼和高強鋼筋優化構件截面尺寸，減輕結構自重，將會降低基礎施工的難度和造價，取得顯著的經濟效果。同時，對于地震區的高樓，地震作用的大小幾乎與建筑自重成正比，減輕自重能夠減小結構的地震荷載，有利于提高結構的安全度。
5.結束語
總之，高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，任何在設計這過程中出現的遺漏或錯誤都有可能對設計的結果產生重大的事故。所以我們在設計的過程中要時刻把握設計的過程。在結構設計時實現安全、科學合理、經濟的設計目標。
參考文獻
[1]張宇鑫，劉海成，張星源。PKPM結構設計及應用。上海，同濟大學出版社。2006
高層建筑的結構設計范文第4篇
關鍵詞:混凝土；高層建筑；結構設計
1.提高結構重要部位的延性,防止截面鋼筋超配
1).要使高層建筑在遭遇強烈地震時具有很強的抗倒塌能力,最理想的辦法是使結構中所有的構件都具有很高的延性。然而在實際工程中很難完全做到這一點,比較經濟的辦法是有選擇有重點的提高結構中重要構件或某些構件中關鍵部位的延性。在結構平面位置上,應該著重提高房屋周邊轉角處、平面突變處以及復雜平面各翼相接處構件的延性;對偏心結構,應加大房屋周邊特別是剛度較弱一側構件的延性;對具有多道抗震防線抗側力構件,應著重提高第一道抗震防線構件的延性。
2).使結構能進入彈塑性狀態,并能通過結構的塑性變形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震,從而達到“中震可修、大震不倒”的設防目標,就必須做到“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱桿件”,才能使結構在進入彈塑性狀態后形成合理的延性較大的屈服機制。因此在設計工作中,必須注意構件截面縱向鋼筋的超配現象,同時也要注意材料的超強問題。
2注意高大建筑的整體穩定性
對高層建筑來說,在抗震設計中,房屋的高寬比是一個需慎重考慮的問題。近年來出現了許多板式高層住宅,其立面高度很大而房屋進深尺寸有限,即高寬比超過了規范限值，也就是說建筑愈瘦高,在地震作用下的側移就愈大,地震引起的傾覆作用就愈嚴重,巨大的傾覆力矩在柱中和基礎中引起的拉力和壓力比較難處理。結合幾年來的工程實踐,有以下幾點體會:
1).對整個建筑進行抗傾覆穩定性驗算,使地震作用下的傾覆力矩與相應的重力荷載在基礎與地基交界面上的合力作用點,不應超出力矩作用方向抗傾覆構件基礎邊長的1/4。
2).加大建筑物下部幾層的寬度,使其滿足規范高寬比的限值,但盡可能避免形成大底盤建筑。必要時通過設置類似扶壁的鋼筋混凝土構件,來增加基礎底板的懸挑寬度,達到擴大基礎底面積的效果,從而保證上部結構的穩定。
3).使基礎有足夠的埋置深度。在部分設計圖紙上,發現裙樓和高層主樓從地上到地下用變形縫徹底分開,導致主樓基礎埋深不夠或者根本沒有埋深,地震時會使建筑物發生滑移、整體傾斜甚至傾覆，這個問題必須引起注意。
4).對于高寬比很大的高層建筑,建議盡可能采用深基礎,即采用配有鋼筋的樁基礎,樁基礎鋼筋在承臺內的錨固長度要足夠大。因為樁是埋在土中的細長構件,由于樁土摩擦力的存在,樁的抗拔性能較好,從而能很好地抵抗上部結構的傾覆。
3.剪力墻設計中需要注意的幾個問題
3.1鋼筋混凝土抗震墻的延性和破壞形態與墻體的高寬比和超靜定次數密切相關。
1)為了提高抗震墻的變形能力,避免發生剪切破壞,對于一道截面較長的抗震墻,應該利用洞口設置弱連梁,使墻體分為小開口墻、多肢墻或單肢墻,并使每個墻段的高寬比不小于2。所謂弱連梁,是指在地震作用下各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的20%;連梁不能太強,以免水平地震作用下某個墻肢出現全截面受拉,這是比較危險的。
2)在實際設計中,對連梁的剛度都要進行折減,這是因為剪力墻的剛度一般都很大,在水平力作用下,剪力墻中的連梁會因為很大的內力而超過截面允許值,可靠的辦法是讓這些連梁先屈服,要使連梁能形成塑性鉸而不發生脆性破壞,連梁首先就必須滿足強剪弱彎的要求,對連梁的剛度進行折減實際上就是降低其抗彎能力。
3.2規范規定,剪力墻在端部應設置暗柱、端柱等邊緣構件。
這些邊緣構件的作用相當于磚混結構的約束柱,當結構的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點位移較大時,邊緣構件所起的作用也就越大,此時暗柱的截面和配筋就應加大。如果剪力墻的總截面面積與樓層面積之比值較大時,且房屋高度較小、樓座面積較大時,墻端部的暗柱面積和配筋量就不需按規范要求設置那么多。1985年智利大地震時,有300多棟鋼筋混凝土剪力墻結構的破壞較輕,但它們的墻端并無較好的約束，這就是最好的證明。
3.3在鋼筋混凝土全墻結構中,采用大開間剪力墻結構好,還是采用小開間剪力墻結構好,這一直是一個爭論的焦點問題。大開間剪力墻結構的優點較多:
1)墻體數量少,相應的混凝土用量少,墻體的約束構件少,結構自重輕;
2)相對小開間剪力墻結構,其抗推剛度小,自振周期長,水平地震作用小;
3)墻體的配筋率適當,結構的延性增加,地震時能充分發揮墻體約束構件的作用;
4)使用空間大,建筑布置靈活。缺點是:1)樓板跨度大,鋼筋用量大;2)要求設置高效輕質的隔墻,造價高。
4.屋面高大女兒墻的設計方法
對于高層建筑,為了照顧立面效果,屋頂女兒墻往往做的很高,其荷載效應對主體結構的影響越來越明顯,這一點常常被設計者所忽略。在設計上,女兒墻無法直接參與主體結構的分析,所以在計算時往往僅考慮女兒墻的自重,當女兒墻較低時,這種方法是符合精度要求的,不會影響結構的安全;但是,隨著女兒墻高度的增加,其地震荷載和風荷載效應也在增加,對主體結構的影響越來越大。因此,當女兒墻較高時,要仔細計算女兒墻所受水平荷載的情況。
5.地下室外墻的設計方法
在一般情況下,地下室外墻所承受的主要荷載為結構自重、地面活載、側向土壓力等。在我國已建成的高層建筑中,地下室外墻的墻厚和配筋相差很大,墻厚在200mm～700mm之間,配筋在565mm2～4909mm2之間,可見在結構可靠與經濟之間選擇一個合理的平衡,始終是一個值得探討的課題。地下室外墻的受力狀況與上部結構類型及平面布置有很大關系。在實際情況中,考慮到邊界條件不十分明確,為安全起見,可對同一邊界采用兩種不同的假設,如按端部固定計算墻端彎矩,按端部鉸接計算墻跨中彎矩。
6.超長結構的溫度變形和混凝土干縮變形
鋼筋混凝土結構規范規定,在室內條件下現澆框架結構伸縮縫的最大間距為55m,現澆剪力墻結構伸縮縫的最大間距為45m;在露天條件下,結構伸縮縫的間距還要小,這樣規定的目的就是解決兩個方面的問題:
1)現澆混凝土在凝固硬化時會產生收縮應力,以致在結構中形成干縮裂縫,結構越長,干縮的影響越大。
2)結構在使用期間必然要經過春夏秋冬季節的變化,大氣溫度的變化會使結構產生熱脹冷縮,從而在結構中造成溫度裂縫,同樣,結構越長,溫度的影響越大。但是,在實際工程中超長建筑物常常出現。如果按規定去設伸縮縫,就會出現雙墻、雙柱、雙梁,給建筑物的立面處理、防水構造帶來很大的困難。
高層建筑的結構設計范文第5篇
關鍵詞：梁式轉換層；結構布置；設計要點
中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：
引言
現代建筑趨于高層化和體型復雜化發展，在結構設計中多功能和多造型的要求越來越多，為了滿足發展的需要和建筑功能的變化多樣，轉換層結構在高層建筑中的應用越來越多。相較于其他類型的轉換層，梁式轉換層具有設計施工簡單、經濟合理和轉換構件明確的優點。本文就其設計中應注意的設計要求進行了概括，分析了轉換層構建中樓板及框支梁等的設計特點，對整體的結構布置進行了探討總結。
2.高層建筑梁式轉換層設計原則與計算要求
2.1梁式轉換層設計原則
轉換層是地震發生時高層建筑中的薄弱環節，轉換層的存在使建筑物豎向的整體剛度突變，不利于結構抗震，在建造中要遵循一定的設計原則：
1)在設計中盡量降低需結構轉換的豎向構件的使用率，盡可能應用直接落地的豎向構件，當整體建筑中轉換構件越少時，形成的剛度突變就越小。轉換層相對較少的結構是對抗震有利的結構。[1]轉換層本身也應具有足夠的剛度設計，一般情況下梁高不小于跨度的1/6的設計是保證轉換層以及其下部連接構件內力合理分配的基礎，剪力墻柱、轉換梁等構件的受力性能良好才能更穩定的完成結構轉換。
2)設計中盡量對稱布置轉換層以上的柱子和剪力墻，在轉換梁發生變形時，梁上立柱的柱腳會有較大的轉角，極易引起柱的彎曲和剪切，并且使立柱產生極大的內力發生超筋，故梁上立柱應盡可能設在轉換梁跨中。[2]考慮到抗震性能，對剪力墻的比例也必須進行一定的控制，一般橫向落地剪力墻的數目占比橫向墻總數宜大于1/2。
3）考慮建筑整體剛度，轉換層在高層建筑的豎向位置盡可能設計在較低的范圍，較高位置的轉換層易使框支剪力墻結構在轉換層附近的內力、剛度及傳力途徑發生突變，形成薄弱環節。當設計中必須出現高位轉換時應綜合考慮轉換層下部框支結構的剛度，控制彎曲、軸向變形及剪切的綜合效應，盡量降低內力突變的情況。總之要盡量強化轉換層下部空間的強度和剛度，一般通過加大豎向構件主題結構的橫截面積、增設剪力墻以及提高混凝土強度的方法來實現，在設計調整構件剛度時同時也要注意均衡協調分布整體剛度。[3]
4）帶轉換層結構設計的計算要求準確全面，其作為整體結構中的重要部分應采用符合實際受力變形狀態的計算模型進行立體的結構分析計算，并附加多模型程序進行抗震計算及高位轉換等相關計算。[4]
2.2梁式轉換層受力機理與設計計算
梁式轉換層只是高層建筑結構中的一個組成部分，在進行其內力分析之前要對整體的結構進行計算分析，再根據轉換層豎向剛度不均及結構變化明顯等特點利用三維分析及平面有限元等結構軟件進行計算。在計算時應注意轉換結構是否進入局部計算模型，計算模型要符合實際情況，以梁柱為空間分析基本單元，剪力墻要作為柱單元來進行分析。轉換層樓板本身承受著極大的平面內剪力，要將上層構件的水平剪力傳遞到下層抗剪力結構上，是承托豎向荷載的重要構件，在整個設計計算中至關重要。[5]梁式轉換層結構以梁柱和剪力墻作為傳力途徑直接進行傳力的特點對分析計算有極大的優勢。
3.梁式轉換層的結構布置要點
3.1結構豎向布置
高層建筑對于其結構布置要求側向剛度下部大于上部，避免剛度突變，而轉換層結構的出現使整體結構有悖于其要求的結構布置，建筑工程中存在高位轉換的問題。因此在設有梁式轉換層的高層建筑設計中，結構中盡量應用剪力墻落地，強化下部的結構剛度，或直接在底部增設剪力墻結構，可有效提高底部剛度。[6]除增加剪力墻數量外還可調整增加其厚度，使轉換層下部剪力墻厚度大于上部厚度。結構中，底部的剪力墻不宜設有洞口，以免削弱剛度。再適當在轉換層上部一些較長的剪力墻中部設置結構洞，這不僅調整了整體結構剛度，還可減輕建筑物負重及梁柱負載承受的力，利于抗震設計的要求。[7]
3.2構造布置與措施
應協調轉換層上下部分結構布置，使轉換結構的數量盡量減縮且處于建筑中的較低位置，轉換構架盡量靠近支座便于內力的豎向傳遞。設計要保證框支層上剪力墻洞口上部的連梁形成強剪弱彎，梁內配置交叉斜筋且配筋充分，對于有二次轉換梁的轉換層，轉換主梁在剪跨比較小的區段易出現剪切破壞，荷載經多次傳遞二次轉換梁引起應力相對復雜，次梁正交部位截面應變分布復雜，主梁容易在水平作用力下大角度扭動，梁端形成裂縫，故結構設計布置中應盡量避免二次轉換。薄弱部位樓板的平面內變形對結構受力的影響要考慮到結構整體分析中，為使剛心與結構質心盡量重合，要通過調整剪彩力墻的布置方式來避免扭轉情況的發生。
4.梁式轉換層結構的構件設計
4.1轉換層樓板的設計
轉換層因為要將處于其結構上部的水平剪力傳遞到其下部結構，在轉換平面內受力較大，樓板易出現變形等情況。在設計中要盡量加厚樓板的厚度，建議采用現澆板且厚度在1.8m以上，這樣能加強轉換大梁的抗扭能力和側向的剛度，也利于轉換層在其平面內對剪力進行重新分配。混凝土的強度要使用C30以上強度等級的，可采用雙向鋼筋固定，每排鋼筋的配筋率盡量在0.25%以上，另外在混凝土中加適量的鋼纖維則可極大程度的提高混凝土的抗剪性能，防止混凝土斷裂。轉換層的樓板若非必要不宜開設結構洞，若開設洞口則要在其周圍以暗梁或次梁加固，且洞口位置應遠離轉換層外緣以盡量保持其剛度。[8]
4.2轉換層框支柱與框支梁設計
框支柱的軸壓比設計關系到結構能否具有足夠的延伸性，這關系到結構的抗倒塌能力。在抗震設計中，框支柱軸壓比在一級抗震時的應控制在0.7以下，二級抗震應控制在0.75以下而三級抗震時控制在0.8以下。若框支柱的軸壓比僅控制在0.85以下則建筑結構不具有抗震性能。另外框支柱可設計部分縱筋伸入框支梁以上的墻體，可加強上下結構的連接可靠性。[9]框支梁不僅是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵結構，還是轉換層上下結構負載的傳力樞紐，受力情況較為復雜，且受力較大，設計時盡量設置較多的冗余儲備，否則在豎向剪力的作用中梁柱會遭到破壞。要加強框支梁構造，鋼筋伸入支座后應設牢固的錨固，對于開設結構洞的部位要加強配筋。
5.總結
在高層建筑的整體設計中，帶有梁式轉換層的是整體結構設計中的難點和重點。轉換層由于受力復雜，在設計中要較為嚴格的控制剛度等因素，以便在震害中保持抗震性能。梁式轉換層也可根據轉換形式分為多種情況，如是否加腋或不同混凝土類型的轉換層。實際的工程應用和建設中要不斷的對方案進行研究比較，采用有限元分析程序對各方案結構形式轉換梁進行受力等分析和科學的計算，盡可能在經濟適用的情況下完成安全可靠的工程。
參考文獻：
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[3]羅立波.高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層施工技術的研究[M].建筑科學，2004.
[4]雷靜.帶主次梁轉換層框支剪力墻結構計算分析[M].中國建筑研究，2006：7-12
[5]李永貴.高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層施工技術研究[J].建筑研究科技，2006
[6]黃瑛.帶轉換層高層結構綜合樓設計[J].鐵道標準設計,2005：67-70.
[7]孔杰華.多道抗震防線在建筑抗震設計中的研究[J].鐵道標準設計,2005(8).
