高层建筑结构抗震设计论文范文

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关键词：高层建筑；抗震；结构设计；理论

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A

1 我国的高层建筑发展历程

上世纪80年代，我国高层建筑在设计计算机施工技术等领域快速发展，100m左右及以上的将建筑快速发展，多以钢筋为主要材料，在层数与高度增加的同时，功能与类型也日益增多。各大城市几乎都建立了具有各自特色的建筑，以上海锦江饭店为代表：高度达到153.52m，全部采用的钢结构体系；而深圳的发展中心大厦有43层，高度达到165.3m，算上天线高度达到185.3m，是我国第一幢大型的高层钢结构建筑。到了90年代，我国的高层建筑结构从设计到施工进入到一个新的阶段，除了体系与材料的多样化，高度上也有了质的飞跃。在1995年完工的深圳地王大厦，共有81层，高度达到385.95m，居世界第四高。

2 建筑抗震的理论

2.1 建筑结构的抗震规范

一般的抗震规范都是各国结合具体的情况进行的经验总结，是指导抗震设计的法定文件，及反应国家经济与建设的发展水平，也反映了各个国家的抗震经验。尽管抗震理论不断完善，技术水平也在不断地提高，但是必须要有实践的指导，要将建筑工程的安全性放在首要位置，容不得任何的大意与疏忽。基于这一认识，现代建筑部分条文被列为强制条文，使用了“严禁、不得”等绝对性的字眼，同时也有不同条文有较大的自由空间。

2.2 建筑抗震设计的理论

当前建筑抗震设计的理论主要分为拟静力理论、反应谱理论及动力理论。拟静力理论起源于20世纪10～40年代出现的理论，在估测地震对结构的影响时，假设结构为刚性，地震水平作用在结构或构件的质量中心，地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

反应谱理论是在上世纪40-60年展起来的，以强地震动加速度观测记录的增多与对地震地面运动特性的进一步了解，及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的学者对地震加速度记录的特性进行分析后获得的成果。

动力理论是上世纪70-80年代的应用较为广泛的地震动力理论，是在60年代以来电子计算机技术与试验技术的发展为基础，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性的反应过程也有了较多的了解，随着强震观测台的增加，各种受损结构的地震反应记录也在不断地增加。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它将地震作为一个时间过程，选择具有代表性的地震加速度时过程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，完成设计工作。

3 高层建筑的抗震结构设计

3.1 必要的抗震对策

在高层建筑结构的抗震设计中国，出了要考虑到概念的设计，还要进行验算，结合地震的情况，要在高度允许的范围内建造，增加结构的延性。在当前的抗震设计中，抗震验算及构造与措施等角度入手进行分析，提高结构的抗震性与消震性能。建立地震力与结构延性互相影响的双重设计指标，直到达到预期的抗震效果。当前强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

3.2 高层建筑的抗震设计思想

在《建筑抗震规范》中有明文规定，建筑的抗震设防要符合“三水准、两阶段”的要求。所谓的“三水准”就是指“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遇到第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物可以正常使用。一般情况下，建筑物不会被损害，也不需要修理即可使用。所以，高层建筑结构的抗震设计要满足地震频发下的承载力极限，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遇到第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物结构会发生损害，但是不经修理或者简单修理就可以继续使用。所以，建筑结构必须要有足够的延性能力，不会出现脆性破坏。当发生第三设防烈度地震的情况下，就是遇到本地区地震极限外的情况，结构会受到非常严重的损害，但是结构的非弹性变形距离倒塌仍有一段距离，不致产生危及生命的损害，保障了居住人员的安全。所以在进行高层建筑结构设计的过程中，要保证建筑的足够变形能力，其弹塑变形要在规范的数值之内，保证结构良好的抗震性能。三个水准烈度的地震作用水平是根据不同超越概率进行区分的，一般情况下是：

多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率2%-3%，重现期1641-2475年，平均约为2000年。

从高层建筑的抗震水准来看，设防的要求是通过“两个阶段”设计来实现的，具体方法如下：第一环节，第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，提前计算出高层建筑结构在弹性状态下的地震作用效应，与风力、重力荷载进行高效组合。同时引入承载力抗震调整系数，进行构件截面的准确射击，进而达到第一水准的强度要求；然后是运用同一地震参数计算出结构的层间位移角，使其可以在抗震规范设定的限值之内；同时采用相应的抗震构造对策，确保结构可以有足够的延性、变形能力与塑形耗能，进而达到第二水准的变形目的。而第二阶段则是运用与第三水准对应的地震动参数，算出结构的弹塑性层间位移角，使其在抗震规范的限值之内，然后进行必要的抗震构造对策，进而实现第三水准的防倒塌目的。

3.3 现代高层建筑结构的抗震设计方法

在《建筑抗震设计规范》中对各类的建筑结构的抗震计算应该采用的方法都有明确的规定：高度要在40m之内，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法；特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

结语

地震是威胁较大的天灾之一，必须要加强防御，从上文的分析中我们可以看到，高层建筑的抗震结构设计必须要在要求的限值之内，保证结构的良好性能，提高建筑的使用性能。

参考文献

[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社，2002.

[2]李彬.对于高层建筑结构的抗震设计探讨[J].中国新技术新产品.2012（02）.

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【关键词】高层建筑；结构工程；抗震设计

一、结构抗震设计的重要性

地震是一种随机振动，有难于把握的复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，同时也存在着不准确性。因此，工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决，而必须立足于“概念设计”。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发，用结构系统的观点，着眼于结构整体反应，正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题，力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果仅集中在少数薄弱部位，必会导致结构过早破坏，目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震作用进行结构计算、构件截面设计并辅以相应的构造措施，必要时采用弹性时程分析法进行补充计算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。

二、高层混凝土建筑结构抗震设计策略

1、从建筑的全局出发

高层混凝土建筑结构设计要从建筑的全局出发，全面考虑各种建筑部位的功能，在此基础上，科学设计每个部分的构件，保证每个部件之间的契合，促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求，满足一定的现实需求，同时，通过抗震设计，使得每个构件都可以具有相应的承载力，当地震来袭，每个构件都可以有着一定的次序先后破会，整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性，从而延缓地震破坏的速度，消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。

2、地基选址

地基选址是进行建筑结构设计的基础，因此，在房间结构抗震设计中，要科学避开山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本着坚硬，牢固，平坦，开阔的选址原则。亲身实地，利用先进技术设备，进行地质勘探，山石水土监测，并取样论证，科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠，地质稳定无渗漏，无坍塌，无暗河，无熔岩，无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。

3、高度的确定

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度：一要有专家论证，二要有模型振动台试验。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

4、材料的选用和结构体系

在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框—筒、筒中筒和框架—支撑体系），都是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外，特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。在高层建筑中采用框架———核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内简往往要承受80%以上的震层剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值；此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。

在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大，建筑钢材的类型及品种也在逐步增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振而需要采用混凝土材料，钢骨（钢管）混凝土，通常作为首选。

另外，许多高层建筑底部几层柱虽然长细比小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。

总之，钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一，钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重，其抗震设计中应该钢筋混凝土高层建筑结构抗震关键设计，另外，必须满足“强柱弱梁”“、强剪弱弯”“、强节点”“、强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。

5、运用延性设计

结构良好的延性有助于减小地震作用，吸收与耗散地震能量，避免结构倒塌。因此，结构设计应力求避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。始终遵循“强柱弱梁，强煎弱弯、强节点、弱锚固”原则。构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系，致使结构的周期发生变化，以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。

三、结语

总之，高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。

参考文献：

[1]计静.套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能与设计方法研究.哈尔滨工业大学博士学位论文，2008.

[2]蒋新梅.高层建筑结构的抗震设计[J].广东科技.2009（08）

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关键词：高层结构抗震，抗震规范，高层抗震注意问题，纤维增强混凝土

1引言

地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害，它对人类社会的危害首先是引起建筑物的破坏或倒塌，导致严重的人身伤亡和财产损失；其次是引起火灾、水灾等次生灾害，破坏人类社会赖以生存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。近十年来，地壳运动进入活跃期，世界各地都爆发了不同程度的地震，而我国更是世界上大陆地震最多的国家之一，20世纪以来，全球发生7级以上地震1200余次，其中十分之一在我国。例如，1976年7月28日的唐山7.8级地震，2008年5月12日的汶川8.0级地震，2010年4月14日的玉树地震，都给人们的生命财产安全带来巨大的损失。同时，由于地震破坏的后果严重，我国抗震规范在2008年与2010年都进行了不同程度的修正，目的是加强建筑结构的安全性。因此，为保障地震作用下人们的生命财产损失降至最低，有必要对建筑物的抗震设计进行研究，本文就高层结构的一些常用抗震设计方法进行了讨论。

2结构抗震设计方法的发展

结构抗震设计方法的发展历史是人们对地震作用和结构抗震设计能力认识不断深化的过程，对结构抗震设计方法发展历史进行回顾，有助于对结构抗震设计原理的认识，

结构抗震设计方法经历了静力法、反应谱法、延性设计法、能力设计法、给予能量平衡的极限设计方法、基于损伤设计方法和近年来正在发疹的基于性能/位移设计法几个阶段[1]。这些抗震设计方法在发展阶段相互交错与渗透，对齐进行系统化整理，结构抗震设计方法可以分为以下几类[2]：

基于承载力设计方法

基于承载力和构造保证延性设计方法

基于损伤和能量设计方法

能力设计法

基于性能/位移设计方法

根据清华大学叶列平教授的研究，第（5）种方法在结构抗震设计中较前几种方法优点更为突出，并且在各国规范中应用最广泛。

3高层抗震设计的设防目标

长期的地震观测表明，在同一地区不同强度地震的重现期是不同的。强度小的地震重现期，一般10~50年左右发生一次，即所谓频遇地震或“小震”；强度较大的地震，重现期较长，一般100~500年发生一次，即所谓偶遇地震或“中震”；而强度特别大的强烈地震，重现期一般为数千年，即所谓罕遇地震或“大震”。

高层建筑的使用寿命一般为50~100年，高层住宅的寿命更短，因此要求结构在“大震”作用下不破坏显然四不合适和不经济的。这就提出了对于不同强度地震的重现期，结构应具有不同的抗震性能，即所谓抗震设防目标。目前国际上公认的较为合理的抗震设防目标是：

（1）在频遇地震作用下，结构地震反应应处于弹性阶段，结构无损坏或轻微破坏，且结构变形很小，不会导致非结构构件的破坏，震后可无条件继续使用；

（2）在偶遇地震作用下，结构和非结构构件损伤在一定限度内，震后经修复可继续使用；

（3）在罕遇地震作用下，结构不产生倒塌，非结构构件无脱落或落下，保证人身安全，

上述抗震设防目标与我国抗震设计规范中的“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”是一个含义。现在的问题是这种单一的抗震设防目标已不能适应现代工程结构对抗震性能的需求。许多重要建筑对大震作用下的性能要求也不再是不倒塌，而是应满足一定性能指标要求，以保证其仍具有一定的建筑功能和使用功能，这即是基于性能抗震设计方法研究的目的。

高层抗震设计方法的几点讨论

4.1遵循建筑抗震设计规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件。它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然收抗震有关科学理论的引导，向技术经验合理性的方向发展，但它更是具有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位。正是基于这种认识，现代规范的条文有的被列为强制性条文，有的条文中应用了“严禁、不得、不许、不宜”等体现不同程度限制性和“必须、应该、宜于、可以”等体现不同程度灵活性的用词。任何结构的抗震设计都必须以抗震规范为基础，按其规定条文执行。

4.2高层建筑抗震设计应注意的问题

高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类型、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系，高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制，在设计过程中应注意以下几点：

应当注意抗震缝的设计，必须留有足够的防震缝宽度；

平面形状和刚度不对称，会是建筑物产生显著的扭转、震害严重，设计中应避免这种情况，不能避免时应对抗震薄弱处进行加强；

凸出屋面的塔楼受高振型的影响，产生显著的鞭梢效应，破坏严重，设计中加以注意；

高层部分和底层部分之间的连接构造是否合理；

框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不够等容易导致剪切破坏或柱头压碎；

沿竖向楼层质量与刚度变化太大容易导致楼层变形过分集中而产生破坏；

地基的稳定性尤为重要；

伸缩缝和沉降缝宽度过小（W昂王与防震缝一切三缝合一）使得碰撞破坏很多；

不应在建筑物端部设置楼梯间，楼板有大洞口会因刚度不均匀而产生扭转；

中间部分楼层柱子截面和材料改变或取消部分剪力墙，都会产生刚度或承载力的突变，形成结构薄弱层。

4.3采用纤维增强混凝土

对于高层建筑，混凝土材料由于其自身缺陷，地震作用下易于发生脆性破坏，引起结构损伤，因此从建筑材料角度分析，可以在某些关键部位采用韧性材料代替混凝土提高整体结构的吸收能量能力与抗震能力。抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧性特征，例如，木材、轻钢、型钢、钢筋混凝土、复合材料等都可以从某些方面达到抗震目的。而在我国，森林覆盖面积少，人居木材占有量少，而钢材成本较高，这些材料的使用都有相当的局限性。而在钢筋混凝土结构的关键部位采用一些韧性较高、延性较好、抗性强度高的纤维增强混凝土对提高结构的抗震性能具有非常明显的作用[3]。目前，我国的纤维增强混凝土种类繁多，例如，钢纤维混凝土、聚丙烯增强混凝土、聚合物增强砂浆、超高韧性水泥基复合材料等，这些材料的研究与发展对高层结构的抗震也起着重要作用。

结束语

本文在回顾结构抗震设计方法发展历史的基础上，探究了高层结构的抗震设防标准，并讨论文高层抗震设计中应该注意的问题。高层抗震是个很复杂的课题，涉及的考虑因素众多，由于笔者参加工作时间较短，相关工程经验较少，本文仅提供一般性的参考，如有不到之处，敬请指正。

参考文献

白绍良. 对新西兰、欧共体、美国、日本和中国规范钢筋混凝土结构抗震条文的初步对比分析. 重庆大学, 2000.

小古俊介, 叶列平. 日本基于性能结构抗震设计方法的发展. 建筑结构, 2000年第6期.

Parra-Montesinos G.. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites: an Alternative for Seismic Design of Structures. ACI Structural Journal, 2005, 102(5):668-675.

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关键词：高层建筑；梁式转换层；施工

随着我国经济的持续快速发展，高层建筑一般上部需要较多的墙体来分隔空间以满足住宅户型的需要；而下部则希望有较大的自由灵活空间，大柱网、少墙体，以满足公共使用要求。这样的建筑上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，为了满足建筑要求就必须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层，在结构转换层布置转换结构构件。

1 梁式转换层结构形式

高层建筑结构下部受力比上部大，按常理来说，在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构；采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网，而上部逐渐减少墙柱的密度。显然，这在高层建筑设计中是不现实的，因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小，因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的 2 倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时，转换梁高不小于其跨度的1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。从该设计规程中可知，采取这些限制主要是保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性。

2 梁式转换层的结构设计

2.1 结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于 1，不应大于 1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种：

1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。

2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为 400mm。

3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50 混凝土。

2.2 结构平面布局

工程底部为框架―剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

3 梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙协同工作的受力体系。

3.1 转换梁的设计与构造要求

转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数 1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。

3.2 框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整――框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于 10 根时，当框支层为 1～2 层时，每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的 2%；当框支层。为 3 层及 3 层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3%；框支柱的数目多于 10 根时，当框支层为 1～2 层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的 20%；当框支层为 3 层及 3 层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

3.3 转换梁的截面设计方法

目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有：应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。

3.4 转换梁截面设计方法的选择

托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。

4 结语

通过高层建筑转换层结构设计的工程实践，体会如下：根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点。

参考文献

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【关键词】部分框支剪力墙；结构设计；抗震策略

Abstract： paper first part of the frame supported shear wall structure made ​​a brief overview, and then analyzes some of the shear wall structure supported frame design points. In the right part of the frame supported shear wall design, it should reduce the conversion, make overall planning. Meanwhile, in the design of the time to pay attention to maintaining the stability of the overall structure of a large space, as far as possible in the design calculations to be accurate and comprehensive section. Finally, the paper recommends seismic design of high-rise buildings should be performance-based seismic design, and gives the right part of the frame supported shear wall structure seismic design requirements and strategies.

Key words： section frame supported shear wall; structural design; seismic Policy

中图分类号：TU398+.2 文章标识码：A

0 引言

随着我国经济及社会的快速发展，我国城市化率越来越高，城市有限的空间及土地资源已经很难满足人们的需求，因此为了争取更大的建筑空间，高层建筑越来越多。同时，为了更为有效地利用地面的空间，部分框支剪力墙结构设计越来越多地应用在现代建筑的结构设计中。基于此论文对部分框支剪力墙结构设计与抗震策略进行了较为系统的研究。

1、部分框支剪力墙结构概述

部分框支剪力墙结构是现代高层建筑中常用的一种结构，具有底部大的特点，因此也被称为底部大空间剪力墙结构。从这个界定可以看出部分框支剪力墙结构通常在高层或多层剪力墙结构的底部，这种结构的设计一般是根据实际需要，为增加底部空间的使用功能而设置的[1]。所以上层建筑的部分剪力墙不能沿用到底层，不然的话会影响底层空间的使用效率，甚至有些底层的建筑空间在设计之处就已经规划好用途。所以在建筑的设计过程中就要设计一个结构转换层，通过结构转换层来减少建筑底层的压力[2]。而转换层下面的一层，即建筑的底层则称为框支层，框支层中的贯穿上下层的墙则是剪力墙。同时，界定建筑的部分框支剪力墙结构的时候，不仅要看其抗侧刚度，还要整个结构的特点，看是不是形成了薄弱层，抗侧刚度是不是发生了突变等情况。不能仅仅依据建筑的竖向构件有没有贯通落地。

2、部分框支剪力墙结构的设计要点分析

通过上面的分析可以看出，部分框支剪力墙结构的界定是有一定的规范的，并不是所有的贯穿转换层与底层的墙面都属于部分框支剪力墙结构，还要观察整个建筑本身的特点。所以在进行部分框支剪力墙结构的设计的时候要注意以下几个要点。

（1）在对部分框支剪力墙进行设计的时候，应该减少转换，尽可能采用上下主体竖向布置的方式，以保证主体间的连续贯通。特别是在设计框架—核心筒结构时，要尽量保证核心筒可以上下贯通，这样可以保证设计的安全性及可靠性。

（2）在设计时要注重统筹规划，不要将各部分独立开来，各构件间的关系及布置要主次分明，传力直接，这样便于施工，同时减少识图错误的概率。而在转换层上下主体的竖向结构设计时，要尽量减小水平方向传力的影响，避免多级复杂的转换，这样可以有效地保证水平转换结构的传力比较直接。

（3）在设计的时候要加强转换层下部主体结构的刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，这样就可以有效地保证下部的大空间整体结构的稳定性，转换层上下主体结构之间的刚度及变形度也会比较接近。

（4）在部分框支剪力墙结构设计的计算阶段，最为重要的一点就是要全面而且要确保准确，如果计算及计算结果出了问题，将会严重影响整栋建筑的质量。而且要特别注意将转换结构作为整体结构的一个重要的组成，并采用正确的计算模型进行计算。

3、部分框支剪力墙结构的抗震设计

我国地域广阔，横跨环太平洋地震带与欧亚地震带，所以地震活动比较频繁，而且强度比较大，同时地震常发地区分布广，可以说我国是一个震灾严重的国家[3],所以建筑防震性能的设计非常重要。

3.1 部分框支剪力墙结构抗震设计概述

部分框支剪力墙结构的抗震设计主要是为应对地震发生而进行的一种设计，这种设计是在地震发生的假设前提下进行的。我国高层建筑的城市几乎都在抗震设防范围之内，因此部分框支剪力墙结构的抗震设计是部分框支剪力墙结构设计的一项极为重要的内容。一般来说地面运动主要有三种运用描述方式，即强度、频谱和持时。而地震的强度是由振幅来表示，振幅对建筑的破环程度跟很多因素有关，比如说时间、速度、加速度，还有建筑本身的特性。所以在进行抗震设计的时候要综合考虑多方面的因素。

3.2 部分框支剪力墙结构的抗震设计要求分析

我国为了更好地预防地震灾害，对建筑的抗震设计做了一系列的规定。上世纪80年代的抗震设防目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒” [4]，但随着我国经济及技术的发展，我国在2010年对建筑的抗震设防目标进行了修改，并给定了具体的抗震设计方法，表3-1是常规的设计方法与抗震设计方法的对比表（表3-1）。通过两种抗震设计的防震目标、实施方法及实践运用方面的对比可以发现，我国明显加大了地震灾害的预防力度。基于性能的抗震设计虽然运用还不够广泛，但是对新技术、新材料的适应性比较好，而且也满足社会发展的趋势，未来的运用潜力比较大。同时，基于性能的抗震设计可以增加结构概念设计的内容，比如刚度尽量对称，框支转换梁上墙体尽量居中布置，从初设阶段将一些对结构不利的东西规避掉。综上所述，对于现代高层建筑的抗震设计应采用基于性能的抗震设计方案。

表 3-1 常规设计方法与性能设计方法的对比分析表

3.2 部分框支剪力墙结构的抗震设计策略分析

通过上面的分析，论文对部分框支剪力墙结构的抗震设计应该采用基于性能的抗震设计方案。因为部分框支剪力墙结构基本上都是高层建筑，采用的基本上都是框架—剪力墙结构，这种结构本身就具有良好的抗震性。导致抗震灾害形成的原因大都是由于建筑物的造型与建筑的抗震性能不协调导致的。所以在设计的过程中要特别关注这两部分的设计。

（1）建筑体型的抗震设计策略分析

对于建筑体型的设计主要关系到的是建筑的布局及体量等方面的设计，这也是建筑设计的一个重要的部分。很多设计师在设计的时候由于太过于关注建筑的造型及建筑本身的使用价值，很容易忽视建筑体型与建筑抗震性能之间的关系。所以在设计的过程中，设计者应该科学地设计建筑的空间体量，包括建筑的高度、比例，建筑的对称性，还要关注建筑的转角的设计，同时建筑周边的抗力，建筑整体的均衡性等方面都要进行综合的考虑。

（2）建筑立面的抗震设计策略分析

建筑立面通常来说都是由大量的建筑部件组成的，所以建筑立面的设计要关注的主要是立面材料的选择，部件之间的比例的设计，还有其尺寸大小的控制等方面。而从抗震的角度来说，建筑的设计则要关注以下几个要点。首先，在设计的时候，不能孤立地进行孤立面的设计，而应该将正立面、侧立面及背立面各个立体面之间协调起来，是他们之间得到统一，从而形成一个完整的整体。同时，要注意立面的空间效果和立面各部件之间的均衡性和规则性。

4、结语

通过论文的分析可以看出，随着城市化进程的进一步推进，部分框支剪力墙结构越来越多地应用在现代建筑的结构设计中，建筑防震性能的设计十分重要。而且在设计的过程中要减少建筑部件间的转换，采用合理的布置方式，以保证建筑的安全性。同时，要注重设计的统筹规划，将建筑的各部件之间有机地联系起来，以实现建筑的整体性和统一性。在分框支剪力墙结构的抗震设计要采用抗震设计方法，并对建筑物的造型及立面的进行抗震设计。最后，希望论文的研究为相关工作者及研究人员提供一定的借鉴与参考价值。

【参考文献】

[1] 京浩.建筑抗震鉴定与加固[M].中国水利水电出版社,2010.

[2] 敬书,潘宝玉.现行抗震加固方法及发展趋势[J].工程抗震与加固改造,2011.

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【关键词】建筑物；抗震概念；抗震设计；建筑结构设计；应用

地震严重威胁了人们的生命和财产安全，由于地震具有不可预知性，我们只能够在增强自身危机意识基础之上，增强我们所使用建筑物的抗震能力。抗震概念设计是建筑提升其抗震能力的基础，因此，将抗震概念设计融入到建筑结构设计之中去是当前的一大趋势。

1.建筑结构抗震的重要性

建筑的基本功能是供人们居住，随后才是审美价值的体现。就建筑的基本功能来说，其能够供人居住的首要前提是安全，包括使用安全以及建筑物自身的安全。也就是说，建筑物只有在保证了自身安全的前提之下，才能够供人们使用。因此，在建筑物的设计和建设过程中，往往需要对影响建筑安全性的因素作全方位考虑。

地震作为一种不可预知的自然灾害，其对建筑物安全性能的影响极大。而建筑物的安全一旦遭受威胁，必然会出现倒塌事件，从而砸伤和掩埋生命，给人们带来物质和精神上的双重损失。因此，建筑物在建设初期就必须做好抗震的准备工作，从根本上确保人们的生命和财产安全。

2.建筑物抗震概念设计

建筑工程在施工前期需要对建筑物结构进行设计，建筑结构设计一般分为两种：一种计算设计，一种概念设计。其中，计算设计是指根据相关的计算理论和计算规范对建筑结构模型，以及结构的受力状态进行设计。这种设计的基础是建立在客观存在，并有迹可循的建筑材料或外压力量之上的，也就是说，计算设计时，建筑物结构以及受力状态都是可以做出相关假设，并进行计算，得出一定结果的。但，这种设计方法显然不适用于建筑物的抗震设计。因为，地震本身具有着不可预知性，地震的发生是随机的，地震发生时建筑物结构的变化情况，包括建筑结构质量、钢筋混凝土内部模量和阻力的变化都是无法做出假设的，更无法对其进行计算。因此，单纯的依靠假设和计算是无法设计出具有较高稳定性的抗震结构的。只有将建筑物概念设计考虑进抗震设计中，综合计算设计，使两者协同发展，这才有可能设计出良好的建筑物抗震结构，提高建筑结构的抗震能力，减少地震中人员的伤亡率。

3.抗震概念设计的原则

3.1合理的地基基础设计

地基是建筑物的基础结构，对建筑物稳定性起着一定的保障作用。建筑物地基基础的设计应该结合施工场地的实际情况来考虑，施工现场的地质条件、水文环境，再加上建筑工程的结构类型、地基的实际荷载力等，对这些因素进行综合分析，以期最大限度的发挥建筑结构的抗震作用。

3.2优化建筑的平立面结构

建筑抗震概念设计会涉及到建筑物各个部分的结构设计，其中，建筑平面结构和立面结构的设计是较为重要的。在优化建筑的平面结构和立面结构时，务必要遵循以下原则：（1）结构简单，当地震发生，波及建筑物时，建筑物内部的结构体系受力明确；（2）建筑结构设计保证规则、对称，保证刚度变化的均匀，避免设计中出现楼层错层现象。在实际设计中，有时候可能会因为地理环境的影响，而导致建筑的结构必须要设计得不规则，这种情况就需要设计者在设计中对地震作用仔细的进行分析和计算，估算建筑物局部部位的应力和扭转反应，并根据计算结果，做好必要的防震工作。

3.3保证构件之间连接的可靠性

建筑结构抗震性能的提高需要确保建筑各个结构构件之间连接的牢固和稳定性，是决定建筑结构拥有良好抗震性能的关键。通常情况下，建筑结构构件在安装和连接时需要做到以下几点：（1）保证结构构件自身的承载力等于和它进行连接的构件的承载力；（2）预埋件的锚固承载力等于与它相互连接的构件的承载力；（3）各个构件之间的连接要牢固且可靠，并具有一定的刚度和变形能力。

4.抗震概念设计在建筑结构设计中的应用研究

4.1建筑设计应重视建筑结构的规则性

建筑结构的设计应该重视其规则性，综合现代建筑在地震中的若干表现来看，建筑结构规则性一直都对抗震能力产生着极其重要的影响。某一年，某一地方发生了地震，地震发生时，某地有两幢间隔并不远的高层建筑，一幢高层建筑是马那瓜的中央银行大厦，另外一幢高层建筑为十八层高的美洲银行大厦。当时的马那瓜地震强度被估计为八度，两幢高层建筑中，一幢在地震过程中遭到了严重的破坏，在地震后被拆除，而另一幢只有轻微的损坏，在地震以后稍微修理便可以继续使用。这两幢高层建筑在地震中的表现引起了人们的关注，经过研究发现，在地震中破坏较轻的建筑立、平、剖均比较对称和规则，其结构侧向刚度以及材料强度和质量分布都是连续、均匀的，而另一幢高层建筑则相反。所以，可以认为，建筑设计应该重视建筑结构的规则性。

4.2合理选择建筑的结构体系

抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。

（1）合理选择建筑的结构体系要求所选择的建筑结构体系不仅要有合理的地震作用传递途径以及明确的计算简图，还要求建筑结构体系的传力路线、传力合理以及受力明确，这些都应该与不间断的抗震分析相符合。

（2）合理选择建筑结构体系还应该对由于部分构件或者部分结构的破坏而导致的整个建筑结构体系丧失对重力荷载或者对抗震能力的承载能力。其中，有内力重分配功能以及赘余度功能是抗震概念设计的一个重要原则。坚持这一重要原则的重要性在很多建筑物地震后的实际情况中都得到了很好的印证。

4.3提高结构构件的延性

结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。对各种建筑结构采取的抗震措施进行规范，从根本上对各类建筑结构的构件延性水平进行提高是抗震概念设计在建筑结构设计中应用的重要问题。这里所指的抗震措施主要有：采用水平向和竖向混凝土构件，加强对砌体结构的约束，从而使配筋砌体在地震中建筑物产生裂缝以后不会散落和倒塌，从根本上使建筑物在地震时不致丧失对重力荷载的承载能力。

5.结束语

综上所述，一幢建筑，其抗震性能如何主要依赖于抗震概念设计对结构整体的宏观把握，只要对结构进行合理的概念设计，使建筑结构符合一定的要求和原则，便能够达到抗震的目的。 [科]

【参考文献】

[1]曹会兰，李山有，张雷，李伟.ARX结构模态参数识别方法对比（Ⅰ）——基于理论地震反应时程的对比[J].地震工程与工程振动，2009，（01）.

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关键词：高位转换高层建筑 结构抗震 性能分析

前言

随着我国经济的发展和科学技术的不断进步，在城市建筑中高层建筑的数量正在逐渐增加。由于城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促使了高层建筑向着多功能发展。单一结构型式已不能满足多功能综合用房的设计需要。

为了解决上述问题，促使结构设计更加合理可行，采用“结构转换层”的优化设计方法。即在上下两种完全不同的结构型式中，设置刚度较大的结构层，将上层剪力墙的剪力传递到下层剪力墙上去。中间设置结构转换层完成上下层剪力的重新分配，使结构设计方案趋于合理，使用方便、灵活。

1 高层建筑结构转换层的概念

因建筑功能需要，上部小空间，下部大空间，上部部分竖向构件不能直连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部竖向构件连接，这样构成的高层建筑结构称为带转换层高层建筑结构。所谓高位转换结构建筑通常是指转换层位置设置抗震设防烈度为8度时超过3层、7度时超过5层的建筑[1]。

2 高层建筑转换层上下结构的转换类型[2]

转换层属于水平结构，通过转换层，可以改变上下层柱网的排列；或者过渡上下层混凝土剪力墙的不同布置，以获得特别的楼层空间，以满足建筑功能对空间的要求。通过转换层，可以将不连续的竖向构件上的荷载传递到转换层结构以下相对较少的竖向承重构件上去。

按照转换层所实现的建筑空间的转换，可以分为[3]：(1)上层和下层结构类型的转换，如上部是剪力墙结构、下部是框架一剪力墙结构；(2)上、下层柱网的改变，转换层上下结构形式不发生改变，通过转换层使得下层柱距扩大，常用于外框筒的底部楼层形成较大的出入口；(3)同时转换结构形式和结构轴线。

3 高层建筑结构转换层的结构形式

针对不同的结构类型需采用不同的转换层结构形式，目前，实际工程中应用较多的转换层结构形式主要有四种基本结构形式[4]：(a)梁式；(b)珩架式和空腹珩架式(c)箱形；(d)厚板式。另外还存在一些其他形式的转换层结构形式。如IBM大厦采用了拱式转换层，沈阳华利广场采用了斜柱式转换层，深圳福建兴业银行大厦采用了新颖的搭接柱转换结构。

(a)梁式转换

梁式结构的转换层一般在转换层的楼面设置纵横交错的钢筋混凝土承重大梁，为适应上部荷载的需要，梁的截面尺寸较大。

梁式转换还更多地适用于框支剪力墙结构，这种高层建筑中最常见的结构是把大部分的剪力墙在一定层次上用框架抬起来，一部分剪力墙落地，在底下几层形成大空间的商场，上部住宅则为大开间的剪力墙结构，在框架和剪力墙地交界处用一较大截面的托梁来过渡，及结构的转换层就做在框支梁这一层。目前，国内外多、高层建筑结构转换层中采用梁式转换层的方案最多，例如北京南洋饭店、上海天鹅宾馆、深圳航空大厦、四川成都岷山饭店。

(b) 珩架式转换(含桁架、空腹珩架式)

珩架式结构的转换层是由梁式结构转换层变化而来的，整个转换层由多枰钢筋混凝土珩架组成承重结构，珩架的上下铉杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。己建工程有北京香格里拉饭店、上海龙门宾馆、南京新世纪广场等。

(c)箱形转换

箱形转换是通过一整层来达到具有较大刚度和承载力的一种转换结构。实际上也是由梁式结构转换层变化而来的。

由于箱形转换层结构完整并具有较大的刚度，上层的剪力墙结构遇箱形转换层相当于一个结构中的两个构件，彼此之间受力关系清楚。从某种程度上来看，上部的剪力墙结构的受力状况与落座在箱形基础上的纯剪力墙结构相似。因此，过渡层上的剪力墙不像框支剪力墙那样应力复杂，这就在一定程度上解决了框支剪力墙结构中剪力墙开洞要求与洞口限制之间的矛盾。目前箱形转换层用于房屋结构还不多，但在铁路工程中较常见。

(d)厚板转换

厚板结构的转换层通常适用于上下层既有结构类型的转变，又有柱网，轴线变化的情况。对于体型复杂的商住楼，特别是多塔楼体系，上部住宅单元剪力墙布置很不规则，而下部商场要求规则大柱网，难以布置转换梁和珩架，采用厚板转换层成为一种较好的选择。

厚板在解决建筑与结构的功能方面有一定的优势，它特别适用于体型复杂、功能繁多的结构，能够更为灵活的实现建筑物的功能，真正体现高层建筑的优势，这是其他形式的转换层结构所不能比拟的。因此，国内外不乏应用厚板转换层的工程实例，如捷克的Kyjev Hotel、香港的绿杨新村住宅楼、深圳蛇口工业区的华彩花园等。

4 转换层力学特性及其影响因素分析

近年来，由于建筑功能多样化的要求，不仅在底层和少数层布置大空间，还要求设计多层大空间(大于3层)，也就是所谓的“高位转换”，在底部多层大空间结构中要求全部落地剪力墙在转换层以下都不屈服是不经济的，也是不恰当的。因此，对于底部大空间结构的“底位”和“高位”转换，就应当采取不同的设计措施。

4.1 转换层设置高度的影响[2]

1) 当转换层位置由三层逐渐提高时，结构的自振周期、振型和地震位移只略有一些量的改变，而没有质的变化。在转换层附近也没有非常显著的突变。

2) 由于转换层的质量远大于其它楼层，所以不同振型作用下层地震作用在转换层处有明显的增大的突变，尤其转换层位置在振型曲线振幅最大处或附近时更为显著。所以我们在计算分析带高位转换层的高层建筑结构的时候，由于高振型的影响可能明显增大，所以要采用较多振型。

3) 地震作用下，随着转换层位置的不断提高，转换层下部楼层的层总地震剪力和总弯矩值会有所增大，这是转换层位置较高带来的很不利影响。但最大层地震剪力和弯矩因转换层位置的提高而引起的最大增值一般仍发生在首层。因为对层数较多的高层建筑(一股为30层左右的建筑)，转换层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) 对于设置转换层的建筑结构，在转换层处层间位移没有存在突变，但是结构楼层的层间位移角在转换层附近出现其值大小的突变，但其数值较转换层位置较低时的相应楼层的层间位移要小许多。转换层在下部高度位置改变时对层间位移的最大值的影响，比转换层在五层以上改变高度的影响更为显著。

5) 转换层位置较高对抗震不利，应根据规范要求对转换层上部一至两层范围内的竖向构件及水平连梁等的截面、配筋在设计时予以适当加强。转换层上部的竖向抗侧力构件(墙、柱)宜直接落在转换层的主结构上。

4.2 转换层减震措施

在实际工程中，高位转换短肢剪力墙结构抗震设计除遵循一般原则外，还应重视概念设计和构造措施，必要时可考虑采用安装消能减震(阻尼器)装置，当转换层下一层为架空时更有利于采用。转换结构宜采用梁式，以直接承托上部短肢剪力墙结构为佳，避免或慎用二级转换；上部短肢剪力墙尽可能布置于转换梁支座处，不使转换梁跨中承受大的集中荷载；转换层的刚度通常很大，自重亦大，地震反应大，除强度设计外，应重视其延性设计；试验研究表明，受转换层影响，转换层以上1~2 层较转换层以下的各层的震害严重，是抗震设计的重点部位，这些部位的主要抗侧力构件宜适当增大截面尺寸和提高配筋指标[5]。

5 结论

目前高位转换虽然已经部分被证实是可行的，但是文献资料的研究都是针对一些具体结构进行的，每个结构都具有一定的代表性，由于结构布置不同，有些结果还是有差别，特别是由于刚度，质量沿高度分布不均匀的程度，构件加强措施是否得当，均会引起变形，内力分配以及弹塑性地震反应的变化。因此带高位转换层高层建筑的抗震性能还有待进一步研究。

参考文献

[1] JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]，中国建筑工业出版社：2002

[2] 郑昊，带高位转换层高层建筑结构抗震性能分析[D]，广东：工业大学硕士学位论文，2010

[3] 李颖，高层建筑中的结构转换层，中州建筑，1998(2)

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关键词：双塔大底盘结构 设计

中图分类号：S611文献标识码： A

现代高层建筑是社会高度发展的象征，随着城市化进程的逐渐发展，高层建筑越来越多，结构形式也更加复杂，这是商业化、工业化和城市化发展的必然结果【1】。轻质高强的材料和更加先进的结构形式被逐渐应用到高层建筑结构中，高层建筑结构的功能和外形更加复杂多变，其中双塔大底盘结构体系作为一种新颖的结构形式，有着很高的研究价值。

一、双塔大底盘结构

双塔大底盘建筑结构主要有大底盘和双塔两个组成部分。

1.大底盘。外观上来看，大底盘是双塔的支撑；在结构上，大底盘和塔楼之间的连接形式是多种多样的。底盘和塔楼之间在竖向分布上并不连续，大底盘和上部塔楼之间连接层的连接位置需要设置转换层，这种结构形式在住宅塔楼中比较常见，为了使大底盘有较大的内部空间和大面积，能够用作商场等其他商业场所空间，大底盘通常设计成少量剪力墙的框架结构，只在电梯和楼梯间布置较少的剪力墙，这种结构形式使得的大底盘的刚度并不比上层结构大，甚至可能柔性比上层结构更大【2】。而大底盘和塔楼之间的竖向载荷分布比较均匀，上部塔楼结构通过竖向构件穿过了大底盘延伸至基础，保证了塔楼结构的连贯性。除了塔楼穿过地盘的结构之外，大底盘其他部分大都为空间架构，这种情况下地盘架构往往比塔楼大，从而导致了这种形式不利于进行大底盘空间的建筑布置。

2.塔楼。按照建筑材料能够分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢与混凝土组合结构等形式，基本结构有框架结构、剪力墙结构和框筒结构、筒体结构等。对于双塔，如果两个塔楼刚度、质量分布等完全一致，则认为两个塔楼对称，否则视为不对称。在静力角度研究时，两个塔楼的结构刚度是主要判断依据；而从动力角度分析，结构的对称与否取决于结构的频率和阻尼【3】。

二、大底盘双塔结构布置

1.双塔大底盘结构特点。在双塔结构底部有连接成为整体的大裙房，形成大底盘。双塔大底盘结构在大底盘某层突然收紧，截面变化比较突然，如果结构形式设计不当有可能造成严重的建筑工程质量问题。

2.大底盘双塔结构布置和构造加强措施：

（一）塔楼地盘尽量选择对称布置，要求塔楼结构质心和底盘结构质心之间的距离不能大于底盘边长的20%。中国建筑科学研究院建筑结构研究所的相关研究表明楼塔在底盘上部的收紧造成了结构形式的突变【4】，导致了比较严重的应力集中，而结构布置又产生了塔楼与底盘的偏心，会进一步加剧了结构的扭转振动反应。所以在进行结构设计时，要尽量缩小塔楼和底盘的偏心。

（二）进行抗震设计时，一般不能在底盘层面上层塔楼内设置转换层，如果上层塔楼中有转换层则需要采取相应的抗震措施。

（三）如果各个塔楼质量和刚度之间差别较大，结构上分布不均，需在大底盘设防震缝将两塔楼分隔。

三、双塔大底盘结构的水平楼盖设计

水平楼盖受到建筑跨度和层高的限制，设计时要求水平楼板的高度能够尽量降低，这就需要对水平楼板的结构进行合理的设计，优化设计方案，使楼板能够尽量降低高度但是又能够保证各项尺寸要求。

（一）板结构楼盖。在双塔之间设置框架梁和普通楼板水平结构体系，承受竖向载荷，并且用以传递水平地震作用，在满足结构变形和受力情况下框架梁梁高设置为跨度的1/8到1/12，如果梁高度过大很可能会影响建筑物竖向管线的布置。

（二）梁控制技术。应用SATWE程序进行预应力梁恒载和活载作用内力标准值的计算，梁裂缝和挠度的控制通过配置预应力筋完成，预制梁止截面裂缝控制等级为二级，选择强度为C40的混凝土和HRB4OO钢筋，选择钢绞线作为预应力筋。

四、工程实例

某工程地下两层，地上有两个高层，为双塔大底盘结构。双塔结构在大底盘上1层平面布置发生了变化，在塔楼和大底盘的连接处存在较大几何突变，形成了较大的应力集中，是双塔结构中比较脆弱的环节。在对大多震害进行研究后发现通常情况下破坏程度最严重的通常都是塔楼和大底盘之间的连接位置和上下一层结构，所以进行抗震设计时，对塔楼和大底盘的衔接处的抗震设计是关键环节。多塔结构进行参数设置需要设定为复杂高层结构，选择25个振型。

1.重要参数的控制。本高层建筑对称，选择A座作为典型进行计算。

（一）位移比。位移比主要控制结构平面的不规则度。相关规范对位移比有着明确的规定，要求楼层竖向构件最小水平位移和层间位移不能超过楼层平均值的1.5倍。

（二）刚度比。抗震设计高层建筑结构楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，该数值必须满足要求，避免因为数值不合理造成的结构失稳。

塔大底盘结构如下图：

图1双塔结构简图

本结构采用钢框架偏心支撑体系，用偏心支撑体系做抗侧力体系，设计剪切型耗能梁段，保证更加优良的耗能梁段耗散地震能量特性。本结构采用双轴对称双塔结构，保证整体结构受力对称，设计底部大开间底盘4层，层高3.3m，上部开间塔楼为18层，层高3米，结构总高度68.5m，左右两个塔间距29.6米。

之后计算文中耗能梁段，长度为1m，抗震性能优秀，箱型截面尺寸为边长x边长x壁厚。下表简单介绍了结构构件尺寸。

表1结构构件尺寸

楼层 梁截面尺寸 角柱截面尺寸 边柱截面尺寸 中柱截面尺寸 支撑界面尺寸

1-4 H型截面

650x240x10x10 箱型截面

420x420x18 箱型截面

430x430x40 箱型截面

420x420x50 H型截面

240x160x10x14

5-22 H型截面

580x240x12x10 箱型截面

450x450x18 箱型截面

420x420x28 箱型截面

420x420x50 H型截面

250x200x10x15

五、双塔大底盘结构抗震设计

采用双塔大底盘带偏心耗能支撑结构，获得更好的抗震性能。

1.建立结构基本动力方程矩阵，求得动力反应，对矩阵进行求解。建立结构模型，抗震计算采用平扭耦联计算结构扭转效应，多塔楼结构振型数不能小于塔楼数9倍数，本文选用18的振型数。房屋整体建模和分塔计算地震力和楼层剪力差异不大。

2.结构缝。高层和商业裙房之间地上部位需要设置抗震缝兼伸缩缝，缝宽不小于130mm，实际取150mm，地下不需设置抗震缝和伸缩缝，但是要设置沉降后浇带减少施工期间沉降。

3.后浇带。施工后浇带有沉降后浇带和收缩后浇带，用于控制高层和低层裙房间差异沉降，同时还能够减少钢筋混凝土收缩变形。施工后浇带可以理解为是整个建筑物和基础施工中预留的缝，具有多种变形缝的功能，需要着重考虑一种功能，以及其他附带功能。

施工后浇带需要选择设置在结构受力较小的位置，在梁板变形缝反弯板之间比较合理。后浇带的配筋要能够承担浇筑混凝土后差异沉降产生的内力，宽度通常都在800-1000mm之间，通常都按照结构构造要求制定。

结束语：

近些年来多塔大底盘结构在各地房地产建设中的应用都比较广泛，因为这种结构形式能够提供更大的底层公共空间和商业空间，还能有拥有面积更大的车库。本文重点研究了双塔大底盘结构的工程设计，结合工程实例，对该结构的主要设计内容和相关技术原则进行了讨论，通过研究，简化了双塔大底盘结构的结构设计，提高了设计的合理性、经济性和安全性。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司、中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施[J].北京：中国计划出版社，2011.

[2]高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 SATWE（墙元模型）[J]中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部，2010.11

篇9

关键词：建筑、抗震设计、原则、方法、比较分析

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

我国建筑进行抗震设计的重要意义

地震是一种突发性的自然灾害，对人民的生命安全以及财产安全都具有非常大的破坏性，由于地震过程中建筑物发生剧烈的震动，就会造成生命以及财产的重大损失，高层的建筑一般在遇到地震的情况下造成的损失都比较严重，因为现在的预测工作还无法做到百分之百的精确，因此，对建筑结构进行抗震的设防才能对降低地震的灾害，这是一项非常重要的途径。我国城市化在快速发展，无论是人口还是财富都高度集中于城市，基础的设施非常的发达，建筑层的高度也快速增涨，类型与功能变得更加的复杂，结构体系不断变得多样化。我们国家所处的位置是在世界两大地震构造系的交汇处，这个区域是发生地震最多的，因此，抗震也成为我们国家一项重要的社会事业，它与经济的发展以及社会的稳定有着直接的关系。最近几年以来，很多国家的抗震设计规范都有一项基本的准则，就是小震的时候震不坏，中震以后可以修，大震以后能够不倒，尽最大能力来减少地震对建筑物的破坏。

二、目前我们国家关于建筑抗震设计原则的具体分析

首先，我们国家在建筑抗震设计的相关规范中指出了抗震设防的要求，一是当发生的地震不高于本地区的设防烈度时，建筑物通常不会受到损坏，或者通过相关的修理还是可以继续使用。二是如果发生的地震与本地区设防烈度相当时，建筑物损坏的可能性比较大，经过修理后能够恢复正常使用。三是如果发生的地震高于本地区设防时，建筑物不会倒塌或不会发生危及生命的严重破坏。其次，针对用途不一样的建筑物在进行抗震设防时，运用不一样的标准，根据破坏的程度进行分类，大致可能分为以下四类：一类是特殊设防类，二类是重点的设防类，三类是标准设防类，四类是适度的设防类。最后，抗震设计在整体方面的要求，一般的建筑进行抗震设计时有3个层次的要求与内容，也就是概念方面的设计、抗震的计算以及构造的措施等。

三、目前我们国家对于建筑一般抗震设计方法的具体分析

第一，对于建筑的场地及地基的选择，建筑物所在的地方就是场地，它的范围与厂区、自然村以及居民区相比都比较大，场地不同，在受到地震时所受害的程度也不一样，这与高层建筑的抗震能力有直接的关系，也是建筑在进行抗震设计中的重要基础。在选择建筑场地及地基时，一定要对当地的地震活动情况有个充分的了解，对其地质进行科学的勘察，收集有效的信息并进行分析，如果场地不利于抗震设计的话就要进行规避，采用相应的措施进行处理。对于高层的建筑地基进行选择的时候，最好选择密度较高的基土或者是岩石，这对于建筑地基的抗震能力的提高有很大的帮助。第二，选取建筑体形，在进行抗震设计的过程中，要把框架结构的重量特点考虑进去，设计比较合理的话，就能使建筑物的重量得到有效的减轻，使其延性增加，因此，在选择建筑物的体形时，会与抗震设计的效果有着直接的影响。第三，关于建筑结构的布置，对建筑进行分类时采用不规则的性能，结构在不规则的情况下，对空间的结构分析就要根据实际情况而定，尽量使之达到规则性的要求。对非承重结构的材料进行造型及布置的时候，要参照其烈度、建筑的体形以及体形自身的抗侧力等因素，最好选用轻质的材料。结构在进行水平设置的时候，就要使结构的平面质量中心靠近刚度的中心，进行竖向布置的时候，要尽量做到均匀，不宜发生太多的变化。第四，对结构设置多道防线（加固），为了有效的提高建筑结构的抗震能力，应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施，在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以下几个方面的因素：对于一些机构设计存在缺陷的情况，应该根据实际情况增加构件进行加固，或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法；很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准，可以有针对性的对结构进行相应的调整，这样可以分散地震力，减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件，在地震时有可能倒塌而造成危害，应该适当进行加固。

四、笔者多年工作研究经验下对建筑抗震设计方法比较分析

目前研究探讨的几种抗震设计新方法之中，基于性能的抗震设计最为引人瞩目。它作为一套更深更新的设计理念能够涵盖以力、位移、能量等物理量为结构反应参数的设计方法，被认为是未来抗震设计的主要发展方向。本章从基于性能结构抗震设计与现行规范设计方法的对比入手，对两者的设计思想、设防目标、抗震设计过程、抗震性能评估等方面来进行系统的比较分析，基于位移、能量、损伤等抗震设计方法与现行规范采用的方法在思路原理、控制指标、破坏准则和地震作用计算过程上的异同，放在抗震设计过程比较里进行讨论。 首先，结构抗震性能水平，结构抗震性能水准表示了结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。对于不同等级的抗震性能，都应该根据结构类型及结构体系、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修、修复使用等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。我国规范中的提法“不坏”、“可修”、“不倒”其实就是对结构在地震作用下的性能水平的描述，具体叙述为“小震”对应一般不受损坏或不需修理可继续使用；“中震”对应可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震”对应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这一提法已经包含了一定的性能设计思想，只是对性能水平的描述比较模糊，水平之间的界定不明确，在实际设计中很难实现对结构性能的有效控制。 其次，结构在抗震性能的目标，所谓结构的抗震性能的目标也就是说在对建筑物进行设计时对于地震水准下希望能够达到的水准集合，并根据建筑物的重要性对其进行分类，把社会因素、经济因素以及业主的意愿有效的结合起来进行确定。3级的性能目标根据重要性划分的类别进行对应，对每一级的地震作用水准下的最低的性能进行提取，把其作为此类结构中水准目标的组合。而设计师在进行设计时一定要结合实际的情况以及业主的相关要求，对于结构的设计要考虑到性能水平，无论是一个还是多个的设计作用水准中都要选择最高的性能目标，这对于建筑的造价有一定的提高作用，也能把以后可能产生的损失降到最低。此种性能目标的制定把性能抗震设计的灵活性以及自主性充分的体现出来。最后，关于两种方法的设计过程，建筑结构根据不同性能的要求对抗震设计做出以下步骤：确定性能目标，选择抗震措施并选择计算的分析方法，对目标进行评价等。在确定性能目标的过程中增加了业主的决策以及非结构构件的分级性能水准。在进行抗震设计方法选择时是建立在承载力的抗震设计过程中的，抗震性能的不同就会对应不同结构所反应出的参数，所以，选择抗震分析法是非常有效的一种方法。在完成设计以后，根据不同承载力结合结构对层间的位移进行相关的验算，使其尽量满足规定的限值，对于性能的设计就需要检验结构的地震反应性能的整体水平，并进行相应的评估。

五、结束语

通过以上的论述可以总结出，要想把结构抗震的设计工作做好，首先必须电吹风结构抗震设计的正确方法进行掌握，并且要按照国家在抗震设计方面的相关要求，在进行设计与布置时要考虑到合理性，准确把握结构抗震设计的重要原则，只有这样，才能保证结构抗震设计的质量。也才能够有效的限制建筑物的抗震性能，使其破坏降到最低，使人民的生命安全以及财产安全得到有效的保障。达到真正的工程设防的目标。

参考文献：

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篇10

【关键词】：高层建筑结构；隔震设计；阻尼比

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

一.引言

高层隔震建筑相对于多层隔震建筑具有以下主要疑难点：1.高层隔震具有隔震效果与否。我国规范所提出来的设计反应谱长而且周期段下降十分缓慢，对于长周期的高层建筑，隔震后尽管延长了周期，但是否仍然具备有效的减震效果仍然值得探讨。2.当结构阻尼比值高于5％时，我国规范中的地震影响系数曲线的阻尼调整系数值偏于保守，这就必然会导致高层隔震结构的地震响应不够准确。3.高层建筑结构的倾覆效应十分明显，隔震支座也可能会出现拉应力，往往所采用的叠层橡胶支座有着很低的抗拉能力，隔震支座受拉问题是阻碍隔震技术在高层建筑中应用推广的主要罂粟。4.高层建筑重力 负荷较大而且在遇到罕见地震作用时下竖向构件的轴力变化比较大，隔震支座的水平位移以及面压变化也很大，如何能够合理的控制隔震支座的面压及其稳定性同样是高层隔震设计的十分重要的内容。本文通过分析上述几个十分关键问题，指出了当前我国规范中隔震设计中相关规定存在的不完善地方，提出有关改进意见，为修订规范提供依据。

二.长周期高层隔震建筑的减震效果

高层建筑结构自身已经有着比较长的周期，高度达到100m的高层建筑基本周期通常在2.5s，采用隔震技术后通常可以将周期延长到3.5s。依据我国GB5001 1-2001《建筑抗震设计规范》文件的设计反应谱，它的长周期段下降比较缓慢。除此之外，当阻尼比值高于0.05的时候，地震影响系数曲线的阻尼调整系数也偏于保守。按照我国规范来计算，长周期的高层建筑在隔震前后的地震剪力变化不是很大，隔震效果并非十分明显，但实际上事实并非如此。现在我们选择某个高层建筑结构隔震来为案例，分别以动力时程分析法以及等效线性法来计算各自的隔震效果，进而探讨长周期高层建筑结构在进行隔震之后仍然具备良好的减震效果产生的原因。

某各高层建筑结构的主楼地上有23层，隔震层兼作为地下室。纵向长度达到50.6m，横向长度为26.2m，建筑结构主体高度大于为89.8m，短边方向的高宽比值是3.43，长边方向的高宽比值是1.78，最高处达到97.2m。它的隔震层的配置如图l所示，采取等效线性分析方法来进行计算得出该结构隔震前后的基底剪力，如表l所示：

．

由表1 可以看出，依据我国的规范反应谱，隔震前周期为2.35s的高层建筑，经过采取隔震技术后将周期延长至4.30s，基底剪力的隔震后与隔震前的比值是0.626，减震效果并不是很明显。表2给出了非隔震和隔震结构在计算时采取不同振型数量情况下X向的基底剪力。由表2能够看见，非隔震和隔震结构第1阶振型的基底剪力也并不是很大，这也就说明了为何从反应谱上来观察长周期结构的隔震效果并不明显。然而，隔震结构中的第1阶振型质量的参与系数高达84.5%，采取多阶振型的地震剪力组合之后，最后产生的基底剪力和采用第1阶振型的基底剪力所形成的相差值并不大。但非隔震结构的第1阶振型质量的参与系数仅仅为51.2%，经过多阶振型地震剪力组合，最后基底剪力则会远远高于第一阶振型的基底剪力。

表2 隔震与非隔震结构在不同振型数量下的地震剪力(X向)

图2给出了非隔震与隔震结构基底剪力随着振型阶数的增加而变化的状况。由图2能够看出，非隔震结构的地震剪力随着振型阶数的增加而相应的增加，从采取1阶振型时的12579kN增至到采用6阶振型时的31810kN，增加了153%。但是隔震结构的基底剪力随着振型阶数的增加变化却不大，从采用1阶振型时的7779kN 增至到采取6阶振型时的8958kN，仅仅增大了15%。对于长周期的高层建筑，在利用反应谱进行分析隔震效果时，一定要充分的考虑到高阶振型影响修正结果的问题，不然会明显的低估非隔震结构的地震响应，最终降低减震效果。往往通过合理设计的高层隔震结构，可以具有明显的减震效果。

图2 基底剪力与振型阶数的关系

三.隔震支座面压计算方法

隔震支座在使用正常的状态下会长期承受上部结构的重量。当发生强烈地震的时候，隔震支座会产生比较大的水平位移现象，这个时候就需要承受地震力以及上部结构重量的共同作用。对于水平滑移类的支座，水平位移对它的有效承压面积不会产生很大是影响。但对于叠层橡胶的支座，水平位移则会减少其有效承压的面积，导致承载能力的下降。在规范中的隔震支座面压验算方法应用于工程设计过程时，存在的主要问题有以下几点：

1采用设计值来计算隔震支座的平均压应力的时候，还应该考虑到地震的作用。这样的设计方法会致使隔震支座的直径偏差很大，除了加大对隔震层投入资金，此外还增加了隔震层的相应水平刚度，最终对隔震效果也产生不利影响。

2.未按照要求对隔震支座在遇到罕见地震作用下进行面压验算，只是对隔震支座的作了相应的水平变形限制，不能准确的把握隔震支座在遇到罕见地震作用下的稳定性与安全性。

叠层橡胶的支座在承受长期负荷作用时基本未发生大的水平变形，这个时候竖向轴压的承载能力就会很高，针对第一形状系数S1≥15以及第二形状系数S2≥3的条件下，通常能够达到90MPa以上。规范所规定的平均压应力限值范围是按照安全系数的方法进行折减，当采取15MPa来作设计限值的时候，它的安全系数能够达到6以上，因此对于长期负荷的作用，只需要验算结构自身的长期负荷带给隔震支座的面压，不需要重新使用设计值来进行验算面压，也不需要考虑地震作用带来的效应。对于短期的地震作用，叠层橡胶支座会产生水平变形，这个时候就会降低承载其能力。所以，一定要对叠层橡胶支座进行短期遇到罕见地震作用下的变形与面压验算，只有这样才可能准确的把握其在遇到罕见地震作用下的稳定性与安全性。

四.结束语

1.我国规范反应谱中的长越期段结构地震影响系数值过于偏大，当结构阻尼比值高于5％的时候，它的阻尼调整系数的值也会相应偏大，致使按照反应谱方法计算的隔震结构的地震响应也会显著偏大。本文对规范反应谱采取的形状参数以及阻尼调整系数都提出了相应的修改建议，在进行修改之后的地震影响系数曲线会对高阻尼以及长周期情况下的过渡更加合理。

2..规范中隔震支座的面压验算方法还存在着不完善的地方，本文建议采取变形关系曲线以及极限面压来作为隔震支座，能够准确的把握隔震支座在地震作用下的稳定性以及安全性。

【参考文献】：

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