超高层结构设计范文

导语：如何才能写好一篇超高层结构设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]：超高层住宅；剪力墙；基于性能的抗震分析

中图分类号：TU241文献标识码： A

1 工程概况

某超高层住宅项目处于大连市东港区，场地北侧为大连万达公馆，南侧与维湾广场隔长江路相望，东临辽宁省检验检疫局。本工程总建筑面积22.96万m2，地上建筑面积18.14万m2，地下建筑面积4.82万m2。共两层地下室，其中地下二层为车库及设备用房，地下一、二层局部为核6、常6级甲类防空地下室，地上建筑包括两栋独栋商业及三栋超高层住宅。超高层住宅首层局部挑空为大堂部分， 2～50层为住宅部分，标准层层高3.3米，建筑总高度为167.10m；塔楼分别在15、27、39层设3个避难层。

2 结构体系

2.1上部结构

本工程地上部分主体结构为50层，室外地面至主屋面高度为167.95m。

主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构。剪力墙墙厚根据计算确定，一般墙肢厚度详见表1。标准层平面结构布置图见图1。

主要墙体厚度 表1

图1标准层平面结构布置图

2.2地基基础设计

根据场地地质勘察报告分析，本工程采用桩筏基础，桩端持力层座落于中风化板岩层，桩型采用机械成孔桩，饱和单轴抗压强度标准值，桩径1.4m，单桩承载力特征值为14000kN，筏板厚度2.4米，基础埋深12.3m。单独地下室部分及独栋商业部分基础坐落于强风化板岩层上，地基承载力特征值fak=400 kPa。裙楼地下室部分采用独立柱基础防水底板，防水板厚0.5m。在塔楼与地下室之间设置施工后浇带以减小二者之间的差异沉降。由于抗浮水位较高，经复核，单独地下室部分结构自重无法满足整体抗浮要求，故在上述区域采用抗浮锚杆以抵抗较大的水浮力。

3上部结构超限情况及性能目标

3.1超限情况

1．高度超限

高度超限，主体高度167.95m，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定的B级钢筋混凝土剪力墙结构适用的最大高度150米的要求，属于超B级高度超限高层。

2．平面不规则

建筑二层楼面局部开大洞，楼板不连续，导致该层平面不规则。

3．扭转不规则

塔楼在地震作用下和风荷载作用下，最大弹性层间位移角与平均层间位移角的比值存在大于1.2但小于1.5的情况，为扭转不规则。

3.2性能目标

参照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）有关结构抗震性能设计的参考方法，本工程具体性能目标设定见表2。

抗震性能设计目标 表2

4 结构设计与计算

4.1 设计参数

本工程结构安全等级为二级；基础设计等级为甲级；抗震设防类别为丙类；抗震设防烈度为7度[1]；设计基本地震加速度值为0.1g；设计地震分组为第二组；水平地震影响系数最大值为0.105（多遇地震作用下）（安评报告提供）；Ⅱ 类场地（场地特征周期为0.35 s）；结构阻尼比： 0.05。剪力墙抗震等级为一级。基本风压为0.65kN/m2（50年重现期），地面粗糙度类别为A类。

4.2 多遇地震下振型分解反应谱法计算分析

本工程采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的SATWE（2011年1月版）和韩国MIDAS IT Inc.公司编制的MIDAS Building（2011版）两种不同的空间有限元分析与设计软件进行了结构整体计算分析。分析按照二层地下室并附带相关联部分结构进行结构嵌固条件分析计算。验算通过后按无地下室模型进行结构整体计算分析。多遇地震作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑5%偶然偏心地震作用下的扭转影响及双向地震作用之最不利作用。

工程计算的整体建筑空间模型见图2，剖面示意见图3。

图2整体空间模型图3剖面图

从整体计算结果（表3）可以看出，各软件计算的结构总质量、剪重比比较接近，满足现行规范的要求。结果说明各程序在计算结构动力特性方面较为精准，程序之间具有可比性。计算主要结果见表4、5。

整体结构总质量、基底剪力比较表 表3

顶点最大位移与层间位移角表5

4.3弹性动力时程分析

弹性动力时程分析采用SATWE进行计算，选用的地震波为场地地震安全性评价报告提供的50年超越概率为63%的一条人工波α63-2和分析软件内存的两条适合本工程场地土的两条地震波XH-1和XH-2，单个波的总地震剪力不小于振型分解反应谱方法计算结果的65%，三条波计算所得的结构基底剪力平均值平均值不小于振型分解反应谱方法计算结果80%，满足规范要求。对于顶部楼层的剪力大于反应谱计算的部分，结构设计时将取用三条时程波的包络值，在反应谱基础上将内力放大调整，进行构件补充计算。

4.4中震弹性和中震不屈服分析

在进行多遇地震弹性计算的基础上，本工程进行了中震弹性验算，计算目标是底部加强区剪力墙受剪保持弹性状态，部分连梁可以进入塑性阶段，并通过调整梁刚度折减，适当增加剪力墙安全度。此外进行了中震不屈服结构验算，计算目标是剪力墙偏拉偏压保持不屈服状态，验算墙肢是否出现全截面受拉，部分连梁可以进入塑性阶段。上述计算均采用特征周期0.35，水平地震影响系数0.23。

4.5 静力弹塑性分析

本工程采用PUSH&EPDA对主体结构进行了X向和Y向推覆计算,荷载加载形式为CQC。其性能点的基底剪力、顶点位移为、阻尼比、最大层间位移角见表6。罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算满足规范1/120要求。X、Y向推覆能力谱与需求谱曲线见图4-5。

结构性能点相关参数 表6

图4X向推覆能力谱与需求谱曲线 图5Y向推覆能力谱与需求谱曲线

4.6结构舒适度验算

按照10年重现期的风荷载计算结构顶点横风向及顺风向的结构顶点加速度，本工程的计算结果为：顺风向0.060 m/s2，横风向0.147 m/s2，满足规范0.15m/s2的限值。

4.7超限加强措施

控制墙肢轴压比不大于0.50，南北窗间墙处按分离框架柱进行补充计算分析，并按两模型包络值进行配筋设计。剪力墙底部加强区取为一层～六层，过渡层取为七层～八层，采用一级抗震等级；对大堂处局部穿层肢墙采取特一级抗震构造措施，并在一、二层增设钢骨加强。在底部中震受拉（拉应力标准值大于ftk）处墙肢增设型钢，以型钢抵抗全部拉力，且型钢配置高于受拉区域二层，并采取特一级抗震构造措施。需构造加强的节点（转角墙、横墙、南北窗间墙，内墙支撑多梁的端节点）的约束边缘构件上延至轴压比0.30处（25层）。在楼板局部不连续处加大两侧板厚，并配置上、下双向通长钢筋，同时周边剪力墙设暗梁，以增大水平刚度。罕遇地震作用时，底部加强区内的部分墙肢进入塑性状态，施工图设计时增加设置型钢或加大配筋等加强措施，以提高墙肢延性及抗倒塌能力。

5结论

通过两个不同软件对整体结构的计算分析，互为验证后，结构的刚度与变形特性满足规范规定的限制要求，按设定的性能目标及相应措施，通过对超高层复杂结构进行弹性、弹塑性分析，实现预期的性能目标，采用比规范要求更高的抗震措施对重要的构件做适当的加强。

参 考 文 献

[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范 [S] 北京：中国建筑工业出版社, 2010。

[2] 孙建超，徐培福，肖从真，等。钢板-混凝土组合剪力墙受检试验研究[J]. 建筑结构，2008，38(6):1-6.

[3] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京：中国建筑工业出版社, 2010

[4] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2005。

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【关键词】扭转不规则；结构分析；弹性时程分析

1 前言

本工程地下室及裙房采用框架结构,柱网尺寸8•1×8•1~8•7m,楼盖采用井字梁体系,一般柱截面为600×600 mm,框架柱混凝土强度等级为C50~C40,框架梁截面350×600及500×850 mm。

地下一层板为计算嵌固端,板厚取180 mm,地下一层顶板作为绿化与消防车道层,板厚取150 mm,其余板120mm。塔楼采用剪力墙结构,根据剪力墙重力荷载代表值的分布情况,以一级剪力墙轴压比限值0•5为依据,剪力墙厚从500~200 mm,混凝土强度等级从C60~C30。基础形式为筏基,主楼范围筏基厚度为2•2 m,裙楼筏板厚度为1m,并设置抗浮锚杆以解决抗浮问题。该工程的抗震设防类别为丙类,剪力墙、连梁、框架柱、框架梁抗震等级均为一级,地基基础设计等级为甲级。

2 结构布置

由于房屋高度属B级,且等效高宽比接近9•0,长宽比接近3•0结构在地震作用下的扭转不易控制,结构布置时在房屋周边护墙位置尽量布置剪力墙体并利用卫生间的窗台设置高连梁,在房屋中部减少剪力墙的布置量(如楼电梯间附近),以提高主体结构的抗扭刚度,控制结构的周期比与位移比,结构平面布置见图2。为了不影响建筑房间内部使用功能及美观效果,部分连接房屋下部较厚剪力墙之间梁的宽度未做成与剪力墙同宽,高连梁楼板以上为200mm,下部同剪力墙宽。

主体结构弧形阳台采用悬挑梁方式,边梁统一取500 mm高,个别悬挑跨度较大的梁采用变截面方式,悬挑梁宽度大于内部墙厚时梁宽不延伸至墙内,多余的悬挑梁上部钢筋采取构造措施在板内或墙内锚固。剪力墙底部加强区高度取到七层楼板顶面。楼板采用现浇钢筋混凝土板,悬挑阳台板100 mm,厨房、卫生间板100 mm,大屋面板120 mm,其余板根据跨度及受力大小取100~160 mm。

3 结构分析

3.1 结构的弹性整体计算分析

本工程采用中国建筑科学研究院编制的SATWE程序进行弹性整体计算,并采用PMSAP程序进行校核。结构计算考虑偶然偏心和施工模拟,考虑了双向地震作用。计算时于地下一层楼面加侧限并向下计算至地下三层。

场地特征周期取Tg=0•40 s,多遇地震影响系数最大值取αmax=0•083,其它地震参数均按规范取值。基本风压取成都地区100年重现期的风压值0•35 kN/m2,地面粗糙度按B类考虑。SATWE和PMSAP整体计算主要结果见表1•通过对这两种不同力学模型计算程序的计算结果分析对比,其主要计算指标接近,无明显差异。

3.1.1 主楼的第一扭转周期与第一平动周期之比均小于0•85,满足《高规》4•3•5的要求。各栋楼的有效质量参与系数均大于90%,表明所取的振型数足够。

3.1.2 风荷载作用下层间位移角均

3.1.3 在考虑偶然偏心的地震荷载作用下,最大扭转位移比分别为1•29,属于扭转不规则平面,但均小于1•4,满足“高规”4•3•5条“B级高度建筑不应该大于该楼层平均值的1•4倍”的要求。

3.1.4 薄弱层的说明:经计算,第1~2层由于住宅大堂的原因,楼板有削弱,局部有连层剪力墙,因此这一层的层刚度比较小,因此在施工图设计中指定第1~2层为薄弱层进行分析设计。

3.1.5 剪力墙的最大轴压比均小于0•5,满足《高规》轴压比限值。

3.2 多遇地震下弹性时程分析

本工程采用中国建筑科学研究院编制的弹性动力时程分析程序进行多遇地震下弹性时程分析,选用了《场地地震安评报告》提供的拟建场地二组场地人工地震波和一组Ⅱ类场地上的地震波加速度时程曲线,计算结果表明:每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法的80%,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)[1]第3•3•5条的要求。施工图可采用两者较大层剪力进行构件截面设计。

4 超限情况

该工程已通过超限高层抗震设防专项审查,并按审查意见进行了相关施工图设计。主要超限项目如下:

4.1 B级高度的超高层建筑：

4.2 扭转位移比大于1.2且小于1.4;

4.3 楼板不连续:仅在1~2层大厅处去掉了部楼板,不满足楼板连续的要求。

5 加强措施

加强底部加强区特别是地面以上1~2层的结构设计,底部加强区墙体最小配筋率提高到0.3%,地上1~2层的约束边缘构件配筋率由规范限值的1.2%提高到1.3%,严格控制加强区剪力墙的轴压比不超过0.5。

6 结语

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关键词:建筑结构 ；超高层 ；结构设计 ；抗震

中图分类号：TU3文献标识码： A

传统的建筑防震技术主要是以加强建筑物的刚性和韧性之间的配合度来实现的,而近年来,我国开始引进国外的先进技术,采用了隔震的防震新技术,并结合我国的实际建筑施工水平进行了改良。目前以我国的建筑隔震结构设计技术水平来讲,主要的隔震技术方式是基础隔震,除此之外,还有中间隔震和悬挂隔震等技术方式。在实际的超高层建筑工程结构设计中,对于隔震的技术方式选用还需要结合具体建筑工程的要求来确定。

1. 隔震技术的应用

自我国引进隔震建筑物结构设计技术以来, 就在高层建筑工程中得到了广泛应用,并且随着技术人员的不断改进与创新,目前隔震技术除了能够在建筑工程建造设计中发挥重大作用,还能够对已经建设完工的高层建筑进行隔震结构改造,以提高现有高层建筑的抗震性能。一般来讲,隔震结构层可以设计在高层建筑的不同位置, 如防火层或设备层的结构部位,或者基础层和中间层也可以,甚至在高层建筑的顶层也能起到良好的抗震加固效果。

2. 隔震建筑物

隔震建筑物是指在建筑物结构中的某个层面采用了隔震层的加固技术, 这种隔震层装置是各种侧向劲度较小的隔震组件相互作用而形成的。其目的是为了加长整个隔震建筑物的周期,以消减外力作用在建筑物上的影响。其作用原理是因为在加长了建筑物的周期以后,会增大建筑物的位移,再加上各种消能组件的作用,就可以大幅度增高结构的阻尼比,而实现减少建筑位移量的目的。

3. 基础隔震技术

基础隔震技术是目前我国高层建筑抗震技术中应用最广泛, 也是效果最好的抗震加固技术,并且基础隔震的技术成本较低,但在隔震功能上却发挥巨大的效应,因地震而引起的地面运动频率对于基础隔震效果的影响非常小,共振现象的发生频率非常小,可以忽略不计。

3.1 基础隔震的概念

通常所指的基础隔震是指在建筑物的结构设计中, 为建筑基础与上部结构之间加设一层高度不大但有足够可靠的隔震设置,用以吸收由地面运动所带来的作用力,从而减少建筑上部结构中受到的地震影响,保证建筑物的稳定和安全,保护建筑物内部的人群和设备不受伤害,也有效制止了因整体结构破坏而引起的次生灾害。

3.2 基础隔震设计中需要注意的问题

由于基础隔震层要充分吸收建筑周边的所有地面运动作用力, 因此,在设计中,最好要将隔震层的面积范围稍大于建筑基础的范围,因此,在建筑施工中,要保证施工场地足够宽绰。在设置隔震层周边的挡土墙时,由于在其上部会产生墙外狭道等现象,因此在设计中要充分考虑到这一部分结构在地震作用中是否会发生位移而引起其他不良问题的出现。

3.3 基础隔震结构体系动力分析

在高烈度区地震波影响下, 高层隔震结构体系的上部结构弯曲变形已开始占了较大部分,在高烈度地区应用橡胶隔震结构,结构中的隔震支座可能会出现一定的拉应力或者非线性变形,但是结构整体是安全的。对于高层隔震结构体系,上部结构的倾覆弯矩较大,水平地震作用会引起隔震层的转动,结构的垂直荷载也较大,隔震层可能产生明显的竖向变形。对于这种情况, 隔震结构的地震反应不仅要按多质点平动体系进行分析,并且要考虑结构的摆动。因此应采用多质点平动加摆动计算模型,如图1 所示。

图1 基础隔震体系多质点平动加摆动动力分析模型

4. 中间层隔震技术

在实际的建筑工程中, 尤其是在城市中心的地区进行高层或超高层建筑施工时,往往会受到地面施工空间的限制,这时候也可以采用中间层隔震技术。这种隔震建筑物的结构可以分为三部分,即隔震层以下的建筑结构包括建筑基础、隔震层、隔震层以上的建筑结构。

5. 悬挂隔震技术

悬挂隔震技术是利用一定的装置将建筑物整体结构或大部分结构悬挂起来,以达到在地震时,地面运动作用不到建筑主体结构上的目的,从而实现有效抗震。但这种隔震技术结构中,悬杆所要承受的荷载较大,必须用高强钢来实现,但高强钢的柔性较差,容易在较大的垂直作用力下断裂。

6. 超高层建筑结构的隔震设计

针对超高层建筑结构的隔震设计,需要严格按照有关高层建筑规范条例的相关内容,结合建筑物所在环境的实际情况,遵循隔震设计的一般要求,采取合理的设计步骤,确保超高层隔震建筑物的结构设计达到最优化的效果。

6.1 隔震设计要求

(1)设计方案:建筑结构的隔震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与建筑抗震的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后,确定其设计方案。(2)设防目标:采用隔震设计的房屋建筑,其抗震设防目标应高于抗震建筑。在水平地震方面,隔震结构具有比抗震结构至少高0.5 个设防烈度的抗震安全储备。竖向抗震措施不应降低。(3)隔震部件:设计文件上应注明对隔震部件的性能要求;隔震部件的设计参数和耐久性应由试验确定;并在安装前对工程中所有各种类型和规格的部件原型进行抽样检测,每种类型和每一规格的数量不应少于3 个,抽样检测的合格率应为100%;设置隔震部件的部位,除按计算确定外,应采取便于检查和替换的措施。

6.2 隔震设计步骤

(1)结构隔震控制目标的确定。依据设防烈度或地震危险性场地条件以及工程的重要性,确定设防标准。(2)结构设计。确定上部结构方案与结构布置,初步确定上部结构构件尺寸及材料强度等级。由于设置了隔震层,上部结构所受地震作用降低很多。因此,对柱子轴压比的限制可适当降低,柱子的截面也可适当减少。这部分设计内容与非隔震建筑相同。(3)隔震装置的选用。根据隔震装置的承载力、刚度、变形等性能要求和规定,确定隔震支座的类型、个数和隔震支座的尺寸、布置并进行隔震支座设计。(4)结构隔震体系动力参数的确定。选择隔震结构动力计算分析模型,确定结构的刚度、自振周期、阻尼比等动力参数。(5)结构隔震控制验算。计算结构地震作用和结构的加速度、速度、位移、隔震的水平位移、支座轴力等地震反应,确认是否满足设防标准。

7.超高层隔震建筑物设计技术

超高层隔震建筑物设计技术主要有下列关键因素：

7.1长周期建筑物之隔震效果

隔震建筑物之最优越抗震效果即在延长建筑物基本振动周期，但高层建筑物基本振动周期往往超过3秒，隔震后即使将建筑物基本振动周期拉长至5秒以上，由反应谱显示，两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应，则有其贡献。

7.2 倾覆作用造成隔震组件受拉力

隔震组件设计时必须考虑拉力作用，因此拉力试验成为规范修订之首要任务。

7.3风力作用

隔震层设计时必须考虑地震力作用，但是小地震或风力作用，隔震组件是否发挥功能？仍有待深入探讨。

8. 结束语

隔震建筑结构设计是目前抗震效果较为理想的技术方法,但其设计技术仍有很大的发展空间,还需要技术人员不断提高技术水平,完善技术方法，使我国的高层建筑抗震性能得到更进一步的加强。

参考文献：

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关键词：复杂高层；超高建筑结构；设计要点

结构设计并不是一项简单的设计工作，其能效发挥与不确定因素的控制效果是相互关联的，尤其是复杂高层的层高特点，会直接造成设计难度的进一步增加，因此这就需要从建筑需求入手，开展有针对性的设计工作，并将相应影响因素纳入重点考量范畴中，一旦结构设计环节缺少对结构布置的合理性规划，不仅后续建筑施工流程难以正常推进，建筑质量更会受到直接影响，而建筑结构缺少稳定性，也会导致其使用寿命不断缩短，因此，这就需要不断强化对复杂高层及超高层建筑结构设计的研究，充分掌握其设计要点。

一、复杂高层及超高层建筑结构设计要点

1.强化对概念设计的重视

在当今社会，设计可以说是建筑施工的灵魂，尤其是复杂高层及超高层建筑，结构设计的优化性也就显得至关重要。目前，我国的设计师也将工作重心放在了高层结构设计上，在实际设计环节根据对设计项目的研究及总结，也逐渐形成了一定的规范化标准，其中最为主要的就是强化概念设计。首先，复杂高层及超高层由于层高较高，这就对结构的稳定性提出了更要的要求，在实际设计环节应当以此为关键点，在结构设计中不断加强对结构受力的均匀性设计，使其更加符合应用的规范化标准。

其次，设计内容中应该涵盖着对应力高效传递的优化研究项目，使其能够在应用过程中实现力的快速分解及传递；第三，在结构设计环节，应当确保其标准内容能够直接体现在结构整体上，实现对结构的完善性规划整理；第四，当今社会的各个领域中都倡导应用绿色能源，减少浪费及污染问题，而这一理念也应当在结构设计中得以灌输，只有这样才能有效提升复杂高层及超高层建筑的环保性能；第五，在推进设计工作时应当在结合工程实际情况的基础上，将建筑材料与结构进行有机结合，使二者能够更加具有协调性，从而从根本上提高材料利用率，使其能够在后续应用中承受高强度的结构荷载力。总体来说，为了将以上几点落实到设计主w中，需要建筑以及结构工程师的密切配合，在互相交流经验及工程项目研讨过程中，不断对设计图纸进行优化调整，使其更加具有参考价值。

2. 科学选择结构抗侧力体系

为了在复杂高层与超高层建筑结构设计中，能够充分体现出安全性问题，我国相关设计师总结出，提高结构抗侧力体系的科学性是基础。选择该体系的过程中，应当注重以下几点：结构体系的合理选择应当根据具体的建筑高度来确定，我国相关工作人员在近年来的工作中总结出了不同结构抗侧力体系与不同高度建筑之间的关系。

例如，在建筑高度小于等于100m 的时候，该体系最佳组合为框架、框架剪力墙及剪力墙；当建筑物的高度在100～200m之间的时候，最佳体系为剪力墙和框架核心筒；当建筑物高度在200～300m之间时，该体系最佳组成为框架核心筒、框架核心筒伸臂；如果该建筑高度小于600m时，该结构抗侧力体系的最佳构成应该为筒中筒伸臂、巨型框架、桁架、斜撑及组合体；在进行设计的过程中，应注重以上提及的相关结构抗侧力构件能够保持高度的连接，最好能够形成一个统一的整体。

3. 高度重视建筑抗震设计

复杂高层与超高层建筑当中，其抗震设计应当在建筑功能充分发挥的基础上进行确立，同时该环节也是确保建筑拥有较高安全性的重要部分。抗震方案在高层建筑当中，最重要的一点就是科学选择建筑材料；实现有效减少地震过程中的能量增加。在这项工作当中，验收承载力是使用建筑构件最主要的方式，并且应当有效控制地震情况下建筑结构的层间位移限值；在实际高层建筑的过程中，结构抗震手段的应用应当在位移的基础上建立，并定量分析相关设计方案，促使地震发生时结构的变形弹性能够对建筑产生一定程度的保护作用；精确分析地震发生时建筑构件会产生的变形及位移在建筑结构中的体现具有重要意义，这样一来，能够对构建变形值进行有效的确立；针对性设计应当体现在建筑构件的生产要求及建筑界面的应变分别当中，同时应当注重场地的坚固性，这也是有效降低地震发生时能量输入的重要方式。

4. 坚持高程建筑结构设计经济理念

复杂高程和超高层建筑是一项较大的项目，在结构设计和施工过程中，会面临很多成本输出问题。因此，在建筑结构设计过程中，应该坚持经济型设计理念。对于结果设计方案，应该坚持优化处理，避免在建设过程中由于结构冗长而造成成本浪费的问题。

二、复杂高层与超高层建筑结构设计中确保计算和设计的准确性

1. 合理选择分析软件、合理计算结果

现阶段，复杂高程与超高层建筑结构计算软件的种类很多，侧重点也有所不同，在结构设计过程中，设计人员首先应该明确不同的软件的作用，然后根据实际需要合理选择合适的计算软件。与此同时，还应该对具体的设计计算结果进行科学分析，从力学理念和工程设计经验方面进行合理判断，确保计算结果的合理性和准确性。

2. 重视荷载与作用方面的考虑

对于复杂高层与超高层建筑的结构设计，由于高层建筑很容易受到风载荷的影响，因此在高层建筑，尤其是超高层建筑结构设计中，应该重点考虑风载荷的影响。例如，在某大楼设计过程中，不仅需要考虑相关设计规范，而且还进行了相关风洞试验，从而提高建筑物的抗风载能力。在具体的试验过程中，设计了一个以 1：500 为比例的模型在半径为 600m 的风场环境中进行试验，验证建筑在不同风况下的受力情况。

现阶段，对于地震灾害的预测，在技术方面还有一定的限制，很难准确预定地震灾害。有些发达国家对于地震的研究十分深入，但是依然无法准确预估地震发生的时间和地点。因此，在高层建筑设计过程中，应该加强抗地震力的设计。与此同时，还应该重点考虑建筑主楼、裙楼在地震力作用下的不同反应。

综上所述，随着科学技术水平的不断提高，人们生活质量不断上升，我国城市建设过程中复杂高层与超高层建筑增加，在对这类建筑进行设计的过程中，应当充分考虑到抗震设防烈度、结构方案及类型等因素。经过我国建筑行业近年来积累的经验，总结出复杂高层与超高层建筑结构设计要点包括概念设计、结构抗侧力体系及抗震设计等内容。新时期，我国建筑行业相关工作人员只有在实践中不断加强对这些方面的重视，才能够促进我国建筑业不断进步。

参考文献：

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关键词：高层建筑；隔震技术；耐震建筑物

中图分类号：　TU208.3 文献标识码：A

1　地震这一自然灾害的破坏性极强，而我国的地理位置又处于环太平洋地震带附近，所以国内的建筑物必定要具有很强的防震性。以往我国建筑商主要在建筑物的强度和韧性方面下功夫来增强建筑物的耐震性。在吸取世界其他常受地震灾害的国家的震后教训后，我国也吸收了世界建筑业的新型耐震技术——隔震技术和消能技术。这两种技术现在在建筑防震领域发挥了很大的作用。尤其是我国在2008年的四川汶川大地震后，这两种防震技术更是被广泛的运用。

1.1　耐震建筑物

通常我们在设计建筑物之前要充分考虑建筑物的耐震性能。要保证建筑物的主体可以承受中小程度的地震强度，允许建筑物在承受地震时发生塑性变形，而韧性需求不得超过容许韧性容量，并且充分假设最大地震强度时建筑物的最大韧性以将地震的破坏能力降到最低。

1.1.1　中小度地震：这里提到的中小度地震是指地震的重现期为30年，并且在50年之内的地震强度不可能大于此地震强度的可能性仅在百分之二十左右的地震。由于此类地震的发生频率较高，所以要求房屋在筑造的过程中必须有相应的防震措施，以保证房屋在地震时其韧性可以达到地震摇晃所带来的力量。一旦房屋在地震中受到破坏，想要对之进行震后修复就比较困难，这不仅会带来很大的经济损失还会对人民的安全生活带来极大的威胁，就高韧性容量的建筑物而言其耐震设计会受其影响。

1.1.2　设计地震：是指地震的重现期为475年，而在五十年内地震强度超过它的可能性仅为百分之十左右。建筑物在受到此类地震强度的影响下只允许产生轻微破坏以保证不会带来人民的生命和财产威胁。而那些建筑意义非同一般的建筑物，回归期更长。若要保持房屋在此类地震强度影响下能够保持房屋构造的基本结构不受影响，可以采取一些措施以增加房屋的韧性，如在筑造房屋时，在某些指定位置加入塑铰，这是一个既经济又实用的方法，加入的塑铰可以再地震过程中大大缓解地震时带来的破坏力量。只有将房屋的韧性严格控制在房屋允许的韧性范围内才能保证房屋在遭遇地震时不会受到极其严重的破坏。

1.2　隔震建筑物

在基面增加了隔震层的建筑物成为隔震建筑物。它的工作特征是利用很多隔震零件加长建筑物的周期来减小发生地震时的破坏力度。伴随着周期的加长，房屋的位移数也会增长，因此再配合消能组件，提高系统的阻尼比，进而降低位移量。施工中最为流行的隔震组件是lrb，这个组件中添加了铅心，其作用是消能，依靠靠橡胶层受水平剪力作用时具有低劲度来拉长周期。Lrb的使用期限很长，而且性能持久，它的工作能力强，尤其是在消能方面可以进行多次工作。

隔震层的上层结构硬于隔震层是各镇建筑物的另一个特征。所以，由于软硬程度的区别，当建筑物遭遇地震的破坏时，上层建筑会因其质地硬而变位量小于质地软的隔震层。故我们有时把上部结构视为刚体。

1.3　消能建筑物

所谓效能建筑物就是利用对建筑物添加阻尼器来进行消能的建筑物。消能组件概分为位移型、速度型与其它型式。位移型消能组件显现刚塑性、双线性或三线性迟滞行为，且其反应需与速度及激振频率无关。速度型消能组件因不同的阻尼比、劲度及材料可分为：包含固态与液态之黏弹性组件及液态黏滞性组件。第三类则含括所有不属于位移型与速度型的消能组件。

2　世界各国隔震建筑物发展现况

目前，随着人们对地震的了解愈加深刻，各国人民普遍认识到隔震技术是一种有效的防震减灾的技术。各式各样的隔震建筑物被建造，而且隔震建筑物的结构格式日趋多样化，这些带有新技术的隔震建筑物在历经多级大地震后凸显了它们的隔震减灾性能，得到了人们的认定。

3　耐震建筑与隔震建筑造价比较

日本实验者做了大量的数据采集工作，结果表明：在高度为25米以下的建筑物造价比较中，隔震建筑物约为耐震建筑物的105%-109%；在高度为25米至31米的建筑物造价比较中，隔震建筑物约为耐震建筑物的102%-104%；但是，在高度为31米以上的建筑物时，隔震建筑物的造价就相对而言比较低了，是耐震建筑物的99%-103%左右。此外，我们还对结构造价进行比较，数据显示，在所有的防震建筑物中，由于办公室约为总建筑费用的百分之十八；旅馆约占总建筑费用的百分之十三；医院则仅占总费用的百分之八。总结而言，建筑意义愈大愈应使用隔震建筑技术。

4　隔震建筑新趋势

高层与超高层隔震建筑物，目前日本最高隔震建筑物为位于大阪城之西梅田超高层计划，地下1层，地上50层，屋突2层，基础隔震，楼高177.4m，高宽比5.8：1，隔震型式有滑动支承，积层橡胶垫，及u型钢板消能器+fluid　damper。

5　超高层隔震建筑物设计技术

超高层隔震建筑物设计技术主要需要考虑以下因素：

5.1　长周期建筑物之隔震效果

隔震技术最明显的技术优势是可以延长建筑物基本振动周期。但一般情况下的振动周期大于三秒，　即使延长至五秒甚至超过五秒，两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应，则有其贡献。

5.2　倾覆作用造成隔震组件受拉力

隔震组件必须具有很强的耐拉性。

5.3　风力作用

在地震级别小或者风的作用下，建筑物的隔震组件能否继续保持其原有性能还需要日后继续研究。

结语

我国也是世界上多地震的国家之一，百分之七十八的国土面积都需要进行抗震设防，而隔震技术则是一种经济有效的防震减灾技术。虽然，它的体制还西药进一步健全，但由其原理名了、结构简单、造价低等技术优势，必然会在日后得到长足的发展，但就现有技术水平还未能达到可以安全面对最大等级的地震水平，所以，就目前情况而言，我们更要对人们的生命财产负责，采取更为保守的作为。

参考文献

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关键词：超高层建筑；结构设计；关键性问题

前 言

目前，随着我国社会和科学技术的不断发展，超高层建筑越来越受到人们的关注，并且超高层建筑在我国城市建设中的地位也不断备受重视。由于超高层建筑是一个复杂和系统化的过工程，超高层建筑的结构设计不仅要具有一定的安全性，还应该保证超高层设计的结构设计的科学性和合理性。因此，建筑施工单位应该注重超高层建筑结构设计中的一些关键性问题，从而提高超高层建筑施工的质量。

1 高层建筑结构的特点

超高层建筑结构的设计不仅要保证超高层建筑能够承受水平方向的荷载，还应该保证超高层建筑能够承受垂直方向的荷载。在实际进行超高层建筑结构设计时，外界因素产生的水平方向的荷载是超高层建筑结构设计应该主要考虑的因素。随着我国城市超高层建筑的不断增加，因此，超高层建筑的结构会直接影响超高层建筑的舒适性。但是，超高层建筑的结构不仅能够影响住房的舒适性，还能影响超高层建筑的质量。因此，在进行超高层建筑的结构设计时，首先首先应该将超高层建筑的承载控制在一定的范围内，所以，超高层建筑结构设计的核心就是对其抗压力的设计。

2 超高层建筑结构体系的选择

2.1 超高层结构体系分类

由于超高层建筑结构体系的不同，可以将超高层建筑结构的设计主要包括混凝土的设计、钢结构与钢组合结构的设计和钢筋混凝土结构的设计等。目前，我国的超高层建筑大多都是采用的是钢筋混凝土结构，钢筋混凝土的结构主要包括框架结构、剪力墙结构和伸臂结构及悬挂结构等。

2.2 超高层建筑体系选用原则

在进行超高层建筑体系的选用时，应该按照合理、经济和安全等原则选择最为合适的超高层建筑体系。当然，超高层建筑体系的选择还需要以建筑物的要求、建筑物的高度和建筑施工的环境等为依据。同时，超高层建筑的结构还应该具有较好的承受压力的能力。

2.3 超高层的结构材料分析

目前，钢筋混凝土料是超高层建筑建设过程中使用最广的材料，当然，钢筋混凝土材料的选用应该以超高层建筑结构的设计要求为依据，从而较好地发挥钢筋混凝土材料的性能。由于钢筋混凝土材料具有耐久性和结构刚度大、耐火性较好、维护费用低等优点，因而钢筋混凝土材料被广泛使用于建筑领域。但是，应该注意钢筋混凝土的结构厚度问题，从而更加合理地选择钢筋混凝土的材质。

2.4 超高层结构体系选择

超高层建筑物结构体系的选择一般包括以下几个方面：①框架结构体系。框架结构是指横向和纵向的利用梁、柱等组成的结构，并且能承受水平和垂直方向荷载的建筑结构体系。由于单一的框架结构平面布置比较灵活，使得框架结构体系具有空间大的优点，因而被广泛使用于超高层建筑中。②剪力墙结构体系。剪力墙结构是指利用高层建筑物的横向和纵向墙壁承载水平和垂直方向荷载的结构。由于建筑物的剪力墙大多都是以钢筋混凝土的材质，因而剪力墙结构对于提高超高层建筑的抗震性能十分有利。③框架-剪力墙结构。框架-剪力墙是指选取了框架结构和剪力墙两者的优点，使得超高层建筑的结构不仅能够满足建筑结构布局灵活的优点，还能使超高层建筑结构具有较好的抗测力能力。当然，由于剪力墙太少，就会增大建筑物侧墙的压力而使得其出现变形等问题；而剪力墙增多，就会影响高层建筑的经济性，还会影响超高层建筑的使用性能。

3 高层建筑结构设计的问题分析及对策

3.1 扭转问题

超高层建筑结构设计的核心是刚度的中心、几何形心和结构重心，然而，超高层建筑物结构的扭转问题主要就是在进行结构设计时，没有将超高层建筑物刚度的中心、几何形心和结构重心进行重合，使得超高层建筑在水平压力下出现扭转的现象。为了更好地解决超高层建筑物结构设计中出现的扭转问题，结构设计人员在进行超高层建筑物的结构设计时，应该选用合理的平面布局图，从而保证超高层建筑物的三个核心能够重合。

3.2 受力性能的问题

对于超高层建筑物的结构设计方案，建筑师在最初进行结构设计时，一般很少考虑超高层建筑的具体结构特征，而过多考虑的是超高层建筑物的空间结构，从而使得超高层建筑物结构设计的受力性能存在一定的问题。因此，在进行超高层建筑物的结构设计时，应该明确所选择结构体系中向下作用力和地基承载力之间的关系。同时，在进行超高层建筑物结构设计方案选择阶段时，还需要对超高层建筑的主要承重部位的布局和数量进行总体设计。

3.3 超高的问题

明确，超高层建筑都存在超高承重的问题，由于我国对超高层建筑的抗震能力具有相关的要求，使得我国超高层建筑物的结构高度也具有严格的规定。因此，在进行超高层建筑物的结构设计的过程中，建筑设计人员会由于结构类型的更换而忽略超高层建筑物存在的超过问题，从而导致结构施工图不能通过审核。因此，需要对超高层建筑物的结构设计方案重新进行设计和审核，以解决超高层建筑物结构设计中的超高问题。

3.4 嵌固端的设置问题

现在，我国很多超高层建筑物结构设计都会配置两层以上地下室，使得超高层建筑物的嵌固端一般都设置在地下室顶板的位置。对于嵌固端的设置问题，高层建筑物结构设计师一般会忽略这类问题带来的后期影响。从而使得在进行超高层建筑物的施工过程中，会由于嵌固端的设置问题而经常进行设计方案的修改，进而给超高层建筑物埋下了安全隐患。

4 基础设计

基础设计是超高层建筑物结构设计的一个最为重要的设计，同时基础设计对超高层建筑物结构整体设计具有非常重大的影响。因此，超高层建筑结构基础设计时，应该保证超高层建筑的埋置深度必须满足基地变形和稳定的相关要求，从而减少超高层建筑物出现倾斜等问题。对于桩基的采用，其埋置的深度也应该按照相关的设计要求进行，使得超高层建筑一般都适合设置地下室结构。由于人工挖孔桩具有承载能力大和施工工艺简单等优点，目前在贵州市的超高层建筑施工中被广泛采用。在基础设计前，应该提前在超高泥岩承载力不高层建筑物的附近设置地下连续墙作为挡土支护，同时，针对超高层建筑施工场地的问题，基础设计时超高层建筑的楼层中心范围应该采用深埋的方法，使得超高层建筑物的中筒和相邻的墙体直伸到基础内，至于一些外墙等结构应该采用人工挖孔桩。超高层建筑物的基础平面图如图1所示。

5 总 结

总而言之，超高层建筑的结构设计是一个全面和系统化的工作，它对超高层建筑物的建设具有非常重大的意义。随着我国超高层建筑的不断发展，超高层建筑结构设计的要求也越来越高，因而需要高层建筑结构设计师不断提高自己的专业水平，总结实际设计的经验，以解决超高层建筑物结构设计中的关键性问题，从而促进我国超高层建筑行业的良好发展。

参考文献

[1]肖自强，张建明.论超高层建筑结构设计[J].建筑与结构设计，2013（24）：25～32.

[2]卓瑜，林新阳.浅谈超高层建筑结构设计的若干问题[J].广东土木与建筑，2012（3）：31～32.

[3]王民伟，刘士充.浅谈超高层建筑结构体系[J].百科论坛，2012（13）：385.

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【关键词】超高层；建筑；混凝土

1 工程概况

某广场地处繁华地带，是集商业、办公、酒店式公寓等多项功能的建筑复合体，地下5层、地上42层（以及出屋面水箱间、构架等），主楼地上1层至6层为商业、餐饮；7层至14层、16层至23层用于办公；15层、25层为避难层；24层为空中会所；26层至42层为项级酒店式公寓，房屋高度160m。地下5层主要用于机械式停车及设备机房，高度20.2m。屋面上有钢构架围护造型。裙房地上6层（局部7层），裙房屋顶标高为40.700m。本工程采用框架-核心筒结构，在地面以上主楼、裙房之间设置缝宽200mm 的抗震缝。

2 地基与基础设计

拟建的工程场地地形平坦，为人工开挖的基坑。场区地貌形态类型单一，岩石种类单一，岩脉发育，岩体强度较高；场区赋存地下水，主要为基岩裂隙水，根据水质分析结果判定，在强透水层和干湿交替的条件下，按最不利因素考虑，拟建场区地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

3 结构设计

3.1 设计的基本参数

结构分析基本参数为基本风压：0.7 kn/m （主楼，100年一遇考虑）、0.6kn/m （裙房，50年一遇考虑），地面粗糙度：b类，特征周期：0.4s，地震荷载：6度（0.05） ；场地类别：ii类；地震分组：二组；抗震等级：框架2级（裙房及主楼地下2层～ 地下5层为3级），简体2级（主楼地下2层～地下5层为3级），主楼加强层及上下各1层框架、核心筒取1级；结构阻尼比：取0.04。

3.2 计算分析及特点

本工程主要采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-satwe”进行结构整体分析。计算表明为风荷载起控制作用，结构位移控制指标按222m取用即为1/584。本工程主楼标准层建筑宽27.5m、内筒宽9.5m、长31.5m，外柱至内筒最远距离12.8m、最近8.8m。采用型钢混凝土框架，钢筋混凝土简体结构，即：主塔采用混凝土简体（考虑构造及延性在角部等内置h型钢骨，不参与计算），十字形钢管混凝土芯柱，型钢混凝土梁（办公部分次梁采用混凝土梁）。工程高宽比h=6.6

3.3 设计中应注意的事项

1）由于下部以商业、办公为主，上部以公寓为主，综合考虑周期折减系数取0.8，以±0.00m作为嵌固端（经楼层剪切刚度比较现有建筑条件可以满足此结论）。

2）核心筒（26层以下）短向两端（⑩轴、⑩ 轴）壁厚800、其余壁厚500mm（除部分小隔墙200mm厚），长向（④轴、⑥轴）壁厚800mm，柱采用钢管混凝土芯柱1500mm， 内置十字形型钢（两方向高均700mm，壁厚30mm），混凝土均为c60；核心筒（26层及以上）短向两端壁厚600mm、其余壁厚400mm（除部分小隔墙200mm厚外），长向壁厚800mm，柱采用钢管混凝土芯柱фl300mm，内置型钢（两方向高均为600mm，壁厚25mm），混凝土均为c50；钢骨梁采用450mm×750mm 及400mm×750mm， 内置型钢h450×250× 16×25及h450×200× 16×20，钢构采用q345b；外框架钢骨梁与钢管混凝土芯柱刚接，连接外框柱与核心筒墙肢的钢骨梁两端刚接（为此对墙内未设有钢柱处采用内置槽钢与型钢梁内钢梁连接，并考虑塑性铰外移），次梁均为铰接；伸臂桁架竖杆及斜腹杆采用钢骨混凝土截面，内置600×400×35的钢骨（计算时便于计算按纯钢构，混凝土起耐久作用）。

3）核心筒外楼面采用钢筋混凝土楼板，协调钢框架与核心筒在水平荷载作用下的变形。

4）主楼地下室长约114m、宽约73.6m，±0.00楼层考虑单向梁（间隔3m）方案、b2-b4考虑了无梁楼盖方案，b5则考虑人防荷载。

5）由于风荷载起控制作用，连梁刚度折减系数取0.8。

主要计算结果如下： t1=5.5s、t2=4.7s、t3=3.5s；风荷载作用下的楼层层间位移角接近限值，同时考虑到抗震规范指出的多遇地震标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移计算时，对弯曲变形为主的高层建筑可以扣除结构整体弯曲变形，故计算结有一定的刚度余量保证。伸臂桁架斜腹杆的强屈比自下而上约为：0.7、0.5、0.4，竖杆的强屈比白下而上约为：0.39、0.36、0.2。

3.4 型钢混凝土框架的应用

本工程主要节点设计需考虑型钢梁和混凝土墙内置钢骨连接时钢筋的布置， 为此与钢构加工单位沟通，采用十字柱和钢骨梁节点，加快施工进度。此外， 由于采用型钢混凝土框架而非钢框架，施工时不能使得混凝土简体施工和框架施工进度差别较大。

由于采用的混凝土等级较高，设计提出建议采用含碱量

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【关键字】：超限高层建筑；结构分析；计算；设计

引言

由于社会发展的需要，当前建筑结构的体型日趋复杂化和多样化。人们在注重建筑的实用功能的同时也越来越注重其美观和精神功能。因此，超高层建筑结构超限的项目越来越多，其设计的难度也越来越大。超高层建筑结构超限是指超出了国家现行规范及规程所规定的适用高度和适用结构类型以及体型特别不规则的建筑工程，从而根据有关规范规程应进行抗震专项审查的高层建筑。综合而言，分析研究这类建筑的结构设计具有很实际的意义。

工程概况

整个建筑由一栋36层高的超高层办公大楼(主楼)和十三层办公楼(附楼)组成，设四层地下室，主楼和附楼的地下室部分连成一个整体，形成大底盘地下室。总建筑面积约10万m2。工程主体建筑主要屋面标高160m，女儿墙顶标高177m。平面为正方形，边长43.9m。地下4层，地上(建筑)36层，地下一层层高5.6m，地下二～四层层高5.0m，首层层高4.7m，1A～4层层高4.5m，其他层层高4.2m，第13、30层为避难层,层高5.5 m。1～5层为大堂空间，中庭局部高有26.9m、13.5m、9.2m，6～36层为办公，地上建筑面积约6万m2，地下建筑面积约2万m2，主要用于停车，部分为设备用房。主附楼在地面以上通过抗震缝分开，形成独立结构单元，其中主楼属超限高层建筑，需进行超限抗震设防审查。

设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，结构重要性系数取γ0=1.0。抗震设防类别为乙类，烈度为七度，设计地震分组为第一组，基本加速度值为0.10g。项目基础设计等级为甲级。计算风荷载50年重现期的基本风压为ω0=0.75 KN/m2(位移控制基本风压 )，100年重现期的基本风压ω0=0.90 KN/m2(承载力计算基本风压)，风荷载体型系数取1.4。

超限类型及抗震性能目标

3.1超限类型

(1) 主楼从室外地面到主要屋面高度160m，核心筒高度177m，结构计算高度177m，属于B级高度钢筋混凝土高层高度范围(高度超限)。

(2) 由于建筑功能要求，主楼南侧六根框架柱跨越五个层高，其余框架柱跨越三个层高，分别达到26.9m和13.5m其间无梁板联系。二~五层楼板开洞面积＞30%，属于平面不规则。

(3) X向扭转位移比大于1.2,小于1.4，属于扭转不规则。

3.2抗震性能目标

本工程高度超限高层建筑，采用基于性能的抗震设计方法，设定本结构体系各部分的抗震性能目标，详见表1：

计算结果与分析

4.1 结构整体分析与计算结果

根据《建筑抗震设防分类标准》及《高层建筑混凝土结构技术规程》，主楼拟采用型钢混凝土组合柱框架---混凝土核心筒结构体系，结构计算高度177m(从室外地面算起)，结构平面尺寸43.9m×43.9m，结构为地上39层、地下4层，第13、30层为避难层，其他均为办公用途。从地面算起，建筑物的高宽比为160/43.9=3.65＜6；核心筒平面尺寸是21.3m×20.4m,则核心筒的高宽比为160/20.4=7.84＜12。主楼楼面有较大开洞，尤其主楼二~六层（中庭处）洞口贯通和筒外无楼板，属于平面不规则中的楼板局部不连续，且二层层高较高，产生刚度突变，属于竖向不规则中的侧向刚度不规则。

根据建筑功能要求，考虑建造成本因素，本工程采用现浇钢筋混凝土梁板结构体系，钢筋混凝土核心筒为主要抗侧力结构体系，外框柱为型钢混凝土柱，核心筒角部剪力墙中加型钢。由于建筑物的高宽比和核心筒的高宽比都远小于规范限值。因此,本工程不设置加强层。

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，对于体型不规则、结构设计复杂的高层建筑，在进行整体计算分析时应至少采用两个不同力学模型的结构分析软件。因此，设计采用SATWE和ETABS软件对现阶段的建筑结构进行计算、分析和对比：

(1)第一种是国内应用比较广泛的《高层建筑结构空间有限元分析与结构设计》SATWE（2008版），该程序采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等构件，用在壳单元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，对于楼板，采用楼板平面内无限刚度来计算结构的侧向刚度，采用弹性楼板来计算结构的极限承载力。

(2)第二种是国际上应用较为广泛的《集成化建筑结构分析于设计软件系统》ETABS（V9），该程程序提供了丰富的有限元结构分析的单元库供结构工程师选用三维框架单元、三维壳单元、弹簧单元、连接单元等，可以方便地对结构进行静力分析、动力分析、线性和非线性分析。

结构整体计算结果详见表2：

对比计算结果表明：（1）Etabs计算结果与Satwe计算结果基本吻合，说明结构体系、结构布置和构件尺寸基本合理；（2）安评地震作用比规范地震作用产生的基底剪力大，设计时按安评地震作用考虑；（3）地震作用下，剪重比不满足规范要求，需要按规范值调整。

4.2 周期与振型

4.2.1周期

表3为采用刚性楼板假定计算得到的结构前6个周期。对比结果表明，两者基本一致，误差在5%以内，满足工程精度要求。

振型号

4.2.2振型

从主要振型图中可以看出，由于平面均匀对称，结构高宽比比较大的特点，使得低阶振型以平动为主，第3振型以扭转为主。第3振型见图1，图2：

图1SATWE第3振型图 图2ETABS第3振型图

4.3其他计算结果分析

(1) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移的比值，不宜大于1.2，不应大于1.4。本工程SATWE和ETABS的计算结果表明，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移的比值均小于1.4。

(2) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%和其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，经验算，本工程该项指标符合规范要求。

(3) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002B），级高度高层建筑楼层抗侧力结构的受剪承载力不应小于上一层受剪承载力的的75%，本工程各层的受剪承载力均大于其上一层的75%，满足规范要求。

(4) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），本工程最大楼层位移与层高的比值的限值为1/650，本工程计算结果满足规范要求。

(5) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），特一级抗震等级剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值下墙肢轴压比不宜超过0.5。经验算，本工程剪力墙满足此要求。

5. 小结

依据相关规范、规程的要求进行了两个不同力学模型的程序计算的对比，其中周期、振型、位移、剪重比、受剪承载力、剪力墙等主要参数均满足相关规范要求。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)第一版.中国建筑工业出版社.2002年.

[2] 广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)补充规定第一版．中国建筑工业出版社.2005年.

[3] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(建质[2003]46号).中华人民共和国建设部.2003年.

[4] 复杂高层建筑结构设计第一版.中国建筑工业出版社.2005年.

[5] 陈建斌,罗志远等.某超限高层建筑结构整体设计分析[J].建筑结构.2005,3.

[6] 李国胜.简明高层钢筋混凝土结构设计手册(第三版).中国建筑工业出版社.2011,09.

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（1.淄博市建筑设计研究院山东淄博255037；2.上海砼森建筑规划设计有限公司山东分公司山东淄博255000）

【摘要】淄博高新区医药产业创新园为B级高度的超高层建筑，立面存在两次竖向收进。针对结构特点，对其进行了针对性加强措施，并采取方式对结构抗震性能进行多方位的计算分析。实现了建筑造型与结构布置的和谐统一。

关键词 超高层；竖向偏心收进；加强措施；弹塑性结构分析

1. 概述

（1）淄博高新区医药产业创新园A座综合楼筹建于2014年，位于淄博高新区世纪路与鲁泰大道交叉口东北角。本案总建筑面积66981.48平方米。地下两层，地上35层，结构总高度142.1m，属于B级高度高层建筑，采用框架-核心筒结构。

（2）本工程在68.1m及107.1m以上两段内筒偏置，如图1所示。

（3）第一次收进位于16层顶，收进尺寸占相应楼层水平尺寸的24.2%，第二次收进位于30层顶，占相应楼层水平尺寸的31.9%。17层处收进后B1/B=75.8%>75%。30层处收进后B2/B1=68%<75%， 30层处收进属于竖向突变。

2. 结构设计分析

2.1结构概念设计。

（1）本工程底部1~16层南侧带一跨附属框架。17~30层平面布置合理，刚心与质心基本重合。30层顶位置存在收进，收进尺寸占相应楼层水平尺寸的31.9%。属于高层规范3.5.5条及10.6.5条规定的竖向不规则结构，根据规范要求，此收进处上下两层框架柱抗震等级提高至特一级，收进部位以下两层周边框架柱箍筋全高加密。

（2）为减小由此产生的结构偏心，在1~16层南端轴线处，布置少量X向剪力墙。经计算，增设X向剪力墙后，结构刚心与质心最大偏心率不超过10%。30~35层，对结构北侧剪力墙进行了削弱，墙体厚度减薄并减小其长度。

（3）两处收进位置，根据高层规范3.5.5条及10.6.5条要求，上下两层框架柱抗震等级提高一级，收进部位以下两层周边框架柱箍筋全高加密。

各层平面布置详见图2。

2.2结构计算分析。

2.2.1本工程使用中国建筑科学研究院PK.PMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE(2010版)》以及MIDAS BUILDING 2010进行多遇地震作用下以及风荷载作用下的结构分析；采用SATWE2010进行多遇地震作用下的结构的弹性时程分析。各计算参数的计算结果均符合规范要求，且比较接近。

（1）楼层层间位移角如图3所示：

（2）由图3可见，各楼层层间位移基本均匀，无明显突变，满足规范限值要求。

2.2.2静力弹塑性分析（push-over）。

（1）为与“中震可修”，“大震不倒”的抗震设防目标相对应，本工程采用push-over对建筑结构进行了第二阶段抗震设计，即设防烈度地震与罕遇地震作用下的结构弹塑性变形验算（见图4）。

（2）由图4可见，在大震作用下，各楼层层间位移基本均匀，无明显突变，且满足规范要求。

3. 结语

本工程为B级高度的超高层建筑，立面存在两次竖向收进。针对此特点，设计人员采用合理结构布置以减小结构偏心；并采用多遇地震下结构反应谱分析、静力弹塑性分析等方式，对结构进行地震作用下受力计算分析。对于结构关键部位，严格按照规范进行加强，取得了良好的效果，确保结构经济、安全。

参考文献

［1］李国胜 《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例》 中国建筑工业出版社.

［2］徐建 《建筑结构设计常见及疑难问题解析》 中国建筑工业出版社.

［3］《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010) 中国建筑工业出版社.

［4］《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中国建筑工业出版社.

［5］《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010) 中国建筑工业出版社.

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关键词：超限高层；抗震性能目标；弹性时程分析

Abstract： The design features of a super tall building， from the structure， seismic transfinite judge， seismic performance objectives， the elastic analysis， limit measures are discussed. The key points of the design of high-rise residence are introduced. Through comparing the calculation results， prove that the structure design is safe and feasible， which to offer a reference for similar engineering.

Keywords： Ultra high-rise structure，Seismic performance objectives， Elastic time history analysis

1 工程概况

本住宅项目位于郑州市西太康路南侧、铭功路东侧。地面以上54层，高度为162米；地面以下设有三层地下室，作为停车、设备机房和人防车库用途。平面长X宽（m） 为71.6X21.6，高宽比为7.5，长宽比3.3。2 结构布置

2.1结构体系

本住宅结构高度及高宽比均较大，故选取钢筋混凝土剪力墙结构作为其结构体系。结构布置时，充分利用墙肢翼墙的翼缘效应，通过加大翼墙厚度提供较大的抗侧刚度；由于建筑功能限制，建筑平面X方形可布置建筑剪力墙的数量较Y方向少，设计上通过增加X方向边框框架柱及加宽框架梁，加强X向结构刚度以满足要求。标准层结构布置如图2所示。

2.2楼盖体系

全部采用现浇钢筋混凝土楼板，其中核心筒范围内板厚为150mm，核心筒范围外板厚按实际跨度选取，一般房间板厚100～120mm，屋面层板厚不少于150mm。部分楼盖联系薄弱部位，楼板进行局部加厚，并双层双向配筋予以加强。

3结构超限类型和程度

根据《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》和《超限高层建筑工程抗震设防审查细则》有关规定，结构超限情况为：a）高度超B级高度；b）平面凹凸不规则；c）首层架空层核心筒有夹层。应进行超限高层建筑抗震设防专项审查。

4结构抗震性能目标

针对本工程的超限项目，对结构进行了抗震性能设计。

根据上述计算结果，结合规范要求及结构抗震概念设计理论，可以看出结构扭转周期比、层间位移角、扭转位移比、侧向刚度、受剪承载力等均满足规范要求，说明构件截面取值合理，结构体系选择恰当。且SATWE与Midasbuilding的计算结果相近，这说明计算结果合理、有效，计算模型符合结构的实际工作状况。

5.2弹性时程分析

根据《抗规》第5.1.2条表5.1.2-1规定，对结构进行了多遇地震下的弹性时程分析。时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%的条件，所选地震波满足规范要求；在结构部分楼层规范反应谱计算得出的楼层剪力和楼层弯矩小于弹性时程分析的结果。在结构设计时，应对结构地震力适当放大。

6设防烈度地震和罕遇地震下的抗震性能验算

采用SATWE软件进行结构的中震不屈服和中震弹性验算。计算表明，在设防烈度地震作用下剪力墙配筋有所增大，当剪力墙底部加强区纵向分布筋配筋率提高到2.0%，底部加强区剪力墙配筋基本为构造配筋，可以满足抗弯不屈服要求；其余剪力墙和框架柱均可满足抗剪弹性、抗弯不屈服要求；连梁、框架梁可以满足抗剪不屈服要求。结构满足在设防烈度地震作用下的抗震性能水准3的要求。

采用SATWE软件进行结构的大震抗剪不屈服验算。由于SATWE采用的是等效弹性的方法进行大震不屈服验算，该方法计算的剪力墙底部内力过大。对底部加强区抗弯不屈服验算改用ABAQUS软件通过弹塑性时程计算加以深入分析。计算结果表明，结构满足在罕遇地震作用下的抗震性能水准3的要求。

7针对超限采取的主要措施

结构高度超出B级高层建筑适用高度，并存在平面凹凸不规则、局部夹层等不规则类型，针对上述超限情况及设计中的关键技术问题，在设计中采取了如下主要措施：

（1）剪力墙是主要抗侧力构件，须采取措施提高核心筒墙体的延性。具体措施有：（a）增加首层高度较大的剪力墙厚度到600mm，加强其平面外稳定性；（b）底部加强区剪力墙抗震等级提高到特一级；（c）底部加强区剪力墙按大震抗剪不屈服、抗弯不屈服的性能目标进行设计；（d）提高底部加强区墙身水平及竖向分布筋最小配筋率；（e）提高底部加强区剪力墙约束边缘构件竖筋最小配筋率及墙身配箍特征值；并在其端部暗柱内设型钢。

（2）针对平面应力集中位置，对楼板进行加强，板厚不小于150mm，双层双向通长配筋率不小于0.5%。

（3）针对首层架空层夹层，适当提高楼板对竖向构件的约束，板厚不小于150mm，并双层双向配筋率通长配筋率不小于0.5%。

通过以上加强措施，经过计算复核，本工程结构抗震性能目标达到C级要求。

8结论

综上所述，在设计中采用概念设计方法，首先对整体结构体系及布置进行仔细考虑并优化，使之具有良好的结构性能。抗震设计中采用性能化设计方法，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还补充了主要构件在中震、大震下作用下的性能要求，再采取多种计算程序进行了弹性、弹塑性的计算。计算结果表明，多项指标均表现良好，基本满足规范要求。同时又通过概念设计及各阶段的计算程序分析结果，对关键和重要构件作了适当加强。

本工程除能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，结构抗震性能目标达到C级水平，因此结构可行并且是安全的。

参考文献