高层建筑如何抗震范文

导语：如何才能写好一篇高层建筑如何抗震，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：高层建筑；结构设计；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

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

在高层建筑结构设计中，为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。在层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比，则会导致柱截面增大，且轴压比越小，截面越大；而截面增大，导致剪跨比减小，又降低了构件的延性。另外，诸如图书馆的书库、层高较低的储藏室、高层建筑的地下车库等，由于使用荷载大，层高较低，在设计中也不可避免地会出现短柱。根据结构构件的试验结果及以往的震害调查表明，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足 “中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生，规范都有明确的措施。如何使用这些构造措施呢?首先，要正确判定是不是短柱；然后对短柱采取一些构造措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。

l如何判定短柱

规程和规范都规定，柱净高H与截面高度h之比H／h≤4为短柱，工程界许多工程技术人员一般都据此来判定短柱。这个判断式只和柱的截面和层高有关系，而和柱的内力没有联系。实际上根据结构力学、材料力学的理论，确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比=M／vh≤2的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比H／h≤4的柱其剪跨比不一定小于2，亦即不一定是短柱。设计人员按H／h≤4来判定的主要依据是：①=M／Vh≤2；②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取M=0．5VH，则=M／Vh=0．5VH／Vh=0．5H／h≤2，由此即得H／h≤4。但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响，且粱对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按H／h≤4来判定短柱，而应按短柱的力学定义―剪跨比=M／Vh≤2来判定才是正确的。

框架柱的反弯点不在柱中点时，柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样，即Mt≠Mb。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的，即t=Mt/Vh≠b=Mb／Vh。此时，应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢?可以简化为采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值，即取= max（t, b）。其理由如下：框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁，柱高Hn相当于连续梁的剪跨a，已有的试验研究结果表明：对于剪跨a不变的连续梁，当截面上、下配置的纵筋相同时，剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段；对于框架柱，临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段。事实上，在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内，最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋混凝土构件的抗剪承载力是随剪跨比增大而降低的。所以，同样条件下，弯矩较大区段的截面抗剪承载力，要比弯矩较小区段的小，在荷载作用下，如果发生剪切破坏，就只能是在弯矩较大区段上。因此，采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比，应是可行的。一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏上，即Mb>Mt。此时，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层柱的反弯点高度比，根据几何关系，可得yn=1／(1+ψ)，其中，ψ=MtMb，0≤ψ≤1；Hn- n层柱的净高。式(2)具有一般性。当反弯点在柱中点时，ψ=1，yn=0．5，式(2)即成为Hn／h≤4：当反弯点在柱上端截面时，ψ=0，yn=1，式(2)即成为Hn／h≤2；如果框架柱上不出现反弯点，就应采用最大弯矩作用截面的剪跨比=M／Vh≤2来判断短柱。当需要初步判断框架柱是否属于短柱时，可先按D值法确定柱子的反弯点高度比yn，然后按式(2)判断短柱。在施工图设计阶段，可根据电算结果作进一步判断。

2改善措施

2．1使用复合螺旋箍筋

高层建筑框架柱的抗剪能力，是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱粱’，要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对混凝土的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。

2．2采用分体柱

由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝，将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间，可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素混凝土连接键等形式。对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明：采用分体柱的方法，虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变长柱的设想，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。分体柱方法已在实际工程中得到应用。

2．3采用钢骨混凝土柱

钢骨混凝土柱由钢骨和外包混凝土组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。与钢结构相比，钢骨混凝土柱的外包混凝土，可以防止钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度，显著改善钢构件出乎面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨混凝土结构，一般可比钢结构节约钢材达50％以上。此外，外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使柱子的承载力大大提高，从而有效地减少了柱截面尺寸；钢骨翼缘与箍筋对混凝土有很好的约束作用，混凝土的延性得到提高，加上钢骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。由于钢骨混凝土柱充分发挥了钢与混凝土2种材料的特点，具有截面尺寸小、自重轻、延性好以及优越的技术经济指标等特点，如果在高层或超高层钢筋混凝土结构下部的若干层采用钢骨混凝土柱，可以大大减小柱的截面尺寸，显著改善结构的抗震性能。

2．4采用钢管混凝土柱

钢管混凝土是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍混凝土的一种特殊形式。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4．6％以上，这远远超过抗震规范钢筋混凝土柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管混凝土的抗压强度和变形能力特佳，即使在高轴压比条件下，仍可形成在受压区发展塑性变形的“压铰”，不存在受压区先破坏的问题，也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。

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1、目前我国高层建筑中存在的主要问题

改革开放以来我国经济科学都有了很大的发展，与此同时建筑物的抗震性能结构设计也有了很大的进步，但是与国外的技术水平相比还是存在着很多不足，工作人员需要再接再厉不断提高我国建筑物的抗震水平。国外的一些国家会根据不同地区地震强度的不同，采用不同的抗震性能指标以此来规范建筑物的施工标准。但是我国对于建筑物抗震施工标准却笼统的规定为不坏、不倒、不塌，对于建筑物究竟如何建设才能够做到不坍塌，却并没有明确的规定和数据。如果说是小型建筑做到不会坍塌，但是这一建筑标准用到高层建筑中就完全不一样了，高层建筑不但施工难度好而且抗震性能特别差，在对高层建筑进行规划设计时一定要有更高的抗震标准才行。

2、系统分析高层建筑物的抗震性能

2.1为高层建筑设计合理的钢结构框架。最近几年全球范围内逐渐就行起一种新的建筑结构，钢结构建筑。由于钢材料不仅强度高而且韧性好，在强大的压力面前可以通过变形来释放能量，是很好的抗震建筑材料。同时钢结构建筑结构灵活，形式多样，施工步骤简单，工期短，能够在一些条件复杂的环境下进行建设是一种很不错的新型建筑形式。唯一的缺点就是钢结构建筑成本较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见。

2.2如何提高钢结构框架的抗震性能。就目前的全球建筑市场情势来看，钢结构已经成为了一种使用越来越普遍的建筑结构形式。因为这种建筑方式不仅结构灵活空间利用率高，而且施工简单质量轻抗震性能好，是不可多得的良好建筑形式。因为结构简单所以大大增加了空间的利用率；因为各个框架之间可以随组合变换所以结构灵活；因为是以结构框架的形式进行浇筑的所以技术简单。总之这建筑结构在极大的提高了空间利用率的同时，简化了施工步骤提高了建筑的抗震性能。

2.3关于砖和混凝土结合的建筑物的抗震性能研究。我们平时所说的砖混结构就是砖和混凝土结合的建筑结构，这种结构形式是用混凝土将砖块之间粘结起来，这是最普遍也是常见的一种建筑形式。目前我国大部分地区使用的还是这种建筑方式，但是很多大城市已经不再使用着这种建筑方式了，只是在一些不重要的环节配合着其他建筑形式使用。但是砖和混凝土结合的结构抗震性能非常差，在地突然发的时候最容易因为房屋倒塌而造成大量的人员伤亡。所以在施工建筑的过程中承重墙切不可使用使用砖和混凝土结合的形式，而要多采用钢结构形式。

3、如何提高高层建筑的抗震性能

3.1首先选择地基。房屋建设质量的好坏不仅与施工技术施工材料有关，还与施工场地有着密切的关联，尤其是在地震的高发区一定要注意对于建筑场地选择的合理性，不可以在靠近山坡或者是其它容易发生危险的地方来进行施工建设。在施工之前对于场地土质条件也要进行详细的研究，对于土质太软不适宜施工建设的场地一点要做好地基的填充压实工作，以免在将来发生意外的时候房屋整体倒塌。

3.2选择合适抗震施工技术。房屋抗震性能的好坏不仅与房屋的建设材料有关，还与整个建筑过程的施工技术建筑场地，房屋抗震体系统的设计等有着密切的关系。在施工建设的过程中一定要充分考虑到各方面的影响因素，首先在高层建筑的空间设计方面一定要有规律性，在考虑房屋抗震性能的基础上对建筑空间进行设计。结构主体以提高抗震性能为主结构主体不宜太过复杂，还有尽量使用钢材料来作为整体建筑的支护结构，这也样可以大大降低地震过程中房屋倒塌的可能性。为了提高建筑物的抗震性能，在施工的过程中面对结构复杂空间结构设计，一定考虑结构的抗震结构的设计，如果设计的结构中有抗震性能比较薄弱的地方，就要及时采取相应的预防措施以免在发生地震时对居民的生命财产安全造成威胁。为了切实提高房屋的实际抗震效果，在进行建设之前一定要事先进行实验，在确保设计方案合格后在进行施工建设。在施工之前还要对工程进行精确的方震分析，对建筑物能承受的地震级数进行预测。还要对施工防护的重点进行分析，施工过程中对这些结构主体进行重点维护，以保证主体的支撑效果。

3.3抗震结构体系的选择分析研究。通常情况下，为提高高层建筑结构的抗震性能，减少在地震中的损害，一般都选择不承担重力载荷竖向支撑墙或者填充墙，或者是具有良好延性的抗震墙作为抗震防线的第一种构件。在框架―抗震墙结构体系中，如果抗震墙遭到破坏，在吸收一定的地震能量后，框架就随即起就承担起防震的作用。此类体系结构的设计思路，既保证了抗震性能，同时又具有良好的强度。如果抗震体系单纯的具有良好的强度，但是延性较低，这样的结构在遭遇地震时，很容易受到破坏，反之，如果抗震体系的延性较好，但是强度较低，在遭遇地震作用时，也容易发生损坏。因此，只有具备合理的刚度和强度分配，重点关注可能出现问题的薄弱部位，保证抗震性能，提高高层建筑结构的抗震能力。

4、抗震方法分析研究

在结构设计时，最为简单的就是底部剪力法，根据地震反应谱理论，以工程结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来确定结构总地震作用的方法。如果结构体系较为复杂，就要选用振型分解反应谱法，这种方法也称规范法，它的核心依据就是振型叠加原理，采取一定的方式叠加起来，得到总的地震作用。如果结构空间特别不规则，则前述的两种方法均不能起到作用，就要选择弹性时程分析方法。

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关键字：高层建筑；结构设计；抗震设计

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

中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：

从上个世纪开始，各国的专家、学者对抗震设计进行了一系列研究。进入 90 年代，结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的历史日程。特别是我国处于地震多发区（地震基本烈度 6 度及其以上的地震区面积约占全国面积的 60%），高层抗震设计设防更是工程设计面临的迫切的任务。作为工程抗震设计的依据，高层建筑抗震分析更处于非常重要的地位。

1 材料的选用和结构体系问题在地震多发区，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。

我国高层建筑中常采用的结构体系有：框架、框架 - 剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构却占了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的考验。钢结构同混凝土结构相比，具有优越的强度、韧性和延性，总体上看抗震性能好，抗震能力强。

震害调查表明，钢结构较少出现倒塌破坏情况。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结构的位移值为基准，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，不仅增加了钢结构的负担，而且效果不大，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。

唐山钢铁厂震害调查资料统计参数结构形式总建筑面积（万）倒塌和严重破坏比例（%）中等破坏比例（%）钢结构 3.6709.3 钢筋混 凝 土 结 构4.0623.247.9 砌 体 结 构3.0941.220.9 在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材产量已居世界前列，建筑钢材的类型及品种也在逐渐增多，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，建议尽可能采用型钢混凝土结构（SRC）、钢管混凝土结构（CFS）或钢结构（S 或），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，由于钢结构质量较轻而且较柔，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。工程经验表明：利用钢管混凝土承重柱自重可减轻 65%左右，由于柱截面减小而相应增加使用面积，钢材消耗指标与钢筋混凝土结构相近，而工程造价和钢筋混凝土结构相比可降低 15%左右，工程施工工期缩短 1/2.此外钢管混凝土结构显示出良好的延性和韧性。

2 关于新型结构与材料的探讨和应用

2.1 脊骨结构（inestructure）特别适用于具有高大门厅、空旷地下车库，顶部阶梯式的高层建筑。脊骨结构根据建筑布置条件可由支撑、外伸框架或单跨空腹梁构成，可采用全钢或钢筋混凝土组合体系。由于抗侧力构件沿高度连续，避免了薄弱楼层，有利于结构抗震，保证刚度和稳定的抗侧力构件是高层建筑的脊骨，包括竖向构件抵抗由倾覆力矩引起的轴力及由对角支撑或刚性连接的构件或抗侧力的墙组成剪离膜（Shearmembrane），一个脊骨结构包括位于建筑外端少数钢、混凝土或组合巨型柱，这些柱不应影响各楼层的使用。巨型柱由支撑、空腹桁架或刚性连接的外伸框架梁连接成为一个脊骨结构，以下是脊骨结构组成的几个要点。

（1）为了有效的抗倾覆力矩及剪力，脊骨结构应当是上下贯通的。

（2）为了有效的抗倾覆力矩，巨型柱相距越远越好。

（3）脊骨结构主轴应与结构主轴相重合。

（4）楼板结构应能直接将楼层荷载传到巨型柱以提高抗倾覆能力。

2.2剪力膜的三种型式：

带支撑框架（Bracedframe），巨型柱由跨过多层的对角支撑连在一起。带外伸框架的支撑筒体（BracedcorewithoutriggerFrame）。

单跨空腹梁（FreeaingVierendeels）。不论是风力控制或地震力控制的高层建筑，脊骨结构体系都是非常有效的。可用于 20 层至100 层的高层建筑。在国外，脊骨结构已在高层建筑中得到应用。如：美国费城 53 层的拜耳大西洋塔楼（BellAtlanticTower）采用全钢脊骨结构和56 层的米尼亚波里斯（Mieapolis）的西北中心（NorthwestCenter）大楼具有多层次阶梯形屋顶是采用组合巨型柱脊骨结构。

钢纤维混凝土是一种性能良好的新型复合材料，由于钢纤维阻滞带基体混凝土裂缝的开展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大改善。钢纤维对基体混凝土的增强作用随着纤维的体积含量、长径比的增大而增大，但在工程实际中，纤维含量有一定限值，超过这一限值，用一般方法搅拌、成型就有困难。对于一般常用的钢纤维混凝土，其体积含量建议取1.0%- 2.0%，长径比建议取值。应用于一些结构部位（如柱梁节点、柱子、扁梁柱节点、桩基承台、屋面板、转换梁、筏形基础等）。采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比，结构的延性提高 57%，耗能能力提高 130%，荷载循环次数提高了 15%，在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可代替部分箍筋，既改善了节点区的抗震性能，又解决了钢筋过密，施工困难等问题。钢钎维几何参数参考范围表 3钢纤维混凝土工程类别长度（mm）等效直径长径比一般浇注钢纤维混凝土 20～600.3～0.930～80 钢纤维混凝土抗震框架节点 35～600.3～0.950～80

结语：经济和安全的关系，是结构抗震设计的重要技术政策。从长远观点看，如何从我国高层建筑抗震设计现状及国际高层抗震设计发展的趋势出发，探求一种新型的结构与材料的应用，应该成为地震区高层建筑发展的新方向。

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关键词： 高层建筑； 转换层；结构设计

中图分类号：TU97文献标识码： A

前言

目前，城市建筑类型大部分为高层建筑设计，高层建筑使用功能逐渐走向综合化、多样化、全面化等方向发展；如：小开间的民用式建筑、下部为大开间的公共场所以及商场。从高层建筑功能来看，上部需要很多的墙体以分隔空间，进而不断满足住户需求；下部则需要宽广的使用空间，少墙体、大柱网，从而更好的满足建筑物使用要求。根据这种建筑形式， 在建筑布置中，就会出现和常规竖向布置相反的“下小上大”的现象，即：下部柱网稀少， 上部墙体稠密的现象。针对这种情况，为了保障建筑要求，必须在上下结构体系，进行转换层设置，转换层作为当代高层建筑结构设计的重要方式，转换层设计是整个工程设计的难点。着高层建筑平面逐渐多样化，在设计中，必须结合实际情况，选择合适的方法进行设计，进而达到经济、安全的综合成果。

1、 转换层结构布置以及设计要求

1.1 转换层结构布置。

在转换层结构布置中，由于底部转换层结构、上部竖向构件不能直接连通落地，从而就需要可靠安全的转换层构件。根据目前的究结果以及工程经验，在高层建筑转换层设计中， 可以使用的转换构件有：析架、斜撑、空腹性析架、转换式大梁、厚板以及箱形结构等形式。由于地震区转换厚板使用检验不足，经常被6度以及非地震区使用；对于空间较大的范围或者地下室，受约束作用影响，地面上部的框支结构大于地震反应，所以7度或者8度的地震设计时也可以采用厚板进行转换层设计。

由于框支柱和落地式剪力墙对防止转换层下部结构在地震中倒塌具有重要作用， 故在筒体结构设计中，筒体上下必须根据刚度要求适当增加墙厚。同时，框支剪力墙必须拥有足够的剪力墙，进行上下贯通，在长矩形框支剪力墙非结构中，落地剪力墙必须根据施工要求， 按照原有规程进行设计，或者采用落地柱周边不能有错层的规定。这不仅是对转换层下部结构的保障，也是对抗震结构的严格要求，在尽量减小内力突变的同时，控制好刚度突变，缩短转换层架构传递。

1.2 高层建筑转换层构件设计要求

（1）框支柱。为了保障高层建筑转换层框支柱拥有良好的延性，必须对轴压进行严格的控制。当框支柱抗震级别为特一级时，轴压比必须小于 0.6；对于截面尺寸较大形成的短柱， 必须低于 0.55。由于配箍率和截面尺寸具有紧密的联系，从而导致框支柱配箍率比普通框架柱大很多。在工程建设中，由于个别框支柱必须作为剪力墙进行使用，所以约束性边缘构件特征值必须在0.2 以上，也就是 2.64%的配箍率。在整个工程建设中，框支柱作为重要的构件，为了保障安全系数，柱端弯矩和剪力必须乘以对应的增大系数，让每层框支柱剪力之和始终为基底的30%。在程序计算中，由于楼板假定刚度较大，所以水平剪力一般根据构件刚度进行分配。

（2）框支梁。在高层建筑转换层结构设计中， 框支梁尺寸只受剪压比控制， 宽度通常在 400 毫米之上，高度大于跨度计算的 1/6。由于框支梁受力情况复杂，不仅是保障抗震系数的关键因素， 同时也是上下层荷载重要的传输通道，它是整个高层建筑工程复杂重要的受力结构；所以在设计中必须预留充足的安全储备，对于抗震等级为特一级的框支梁，配筋率必须在 0.6 以上。在满足计算要求的前提下，一般用偏心受拉的方式，配置足够的腰筋，并且配筋率始终在 0.8%以上。

2、 高层建筑转换层结构抗震设计以及上下刚度比

2.1 高层建筑转换层结构抗震设计

在高层建筑抗震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服，进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层设置必须在 3 层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级，除了特一级、密柱框架、核心筒结构不需提高。

目前，我国底部转换层在高层建筑转换层结构设计中已经广泛应用，但是仍然没有大地震考验；由于转换层上部结构不能贯通下部楼层，所以转换层通常为薄弱楼层，当框架剪力乘以 1.15 时，就可以增大系数。但是在这过程中，需要注意的是：楼层设计刚度满足设计要求时，该楼层仍然是薄弱层。对于转换层构件设计中，必须调整水平地震内力；对于8度的抗震设计，必须考虑地震作用影响，使用“动力时程”或者“反应谱”方法对其进行计算，或者将转换构件在重力荷载的标准下，让内力和增大系数的 1.1 相乘。另外，由于内力增大系数较高，对于处在第三层或者三层以上的转换层极为不利，同时内力幅度增大。针对这类特殊现象，高层建筑转换层作为受力极为复杂的，但是对抗震不利的结构，当防烈抗震度达到 0.4g 时，必须停止使用。在实际抗震设计中，根据高层建筑结构类型、防烈度、 房屋高度以及构件类型，使用对应的抗震等级对其进行精细的计算，或者采用构造措施进行设计、处理。

2.2 高层建筑转换层结构上下层刚度比

高层建筑结构转换层刚度比设计作为整个建筑结构设计的重要内容，为了避免安全隐患， 必须认真对待。在转换层上下结构等效侧向刚度比计算中，必须综合各个构件弯曲、 剪切以及轴向变形对整个结构侧移的影响。当高层建筑转换层设置在三层或者三层以上时， 侧向刚度不能低于楼层侧向刚度的60%。为了避免转换层下部刚度过大、侧向刚度过小造成的不良影响，对于三层或者三层以上的转换层，必须将 60%规定为工程下限值。在柱距框筒结构以及内部框架结构中，必须保持上下剪切刚度始终不变。对于普通情况，由于下部截面较小，下层比上层高，所以很难满足施工要求。针对这种情况，必须使用钢管混凝土柱或者钢骨混凝土柱，有效调整延性、刚度以及截面面积，进而达到建筑工程要求。在这过程中，需要特别注意的是：转换层上下结构连接，当上部为混凝土时，必须钢骨混凝土柱及时锚入下部转换层。

3、 结束语

着现代高层建筑综合化、多功能化发展，在同一竖直直线上，不同的楼层开始有不同的用途。高层建筑转换层结构设计作为当代建筑设计的重要内容，必须根据高层建筑转换层结构布置、要求，再结合抗震设计以及配合比原则，从根本上保障转换层结构设计的合理性、 科学性。

参考文献：

[1]施晓.高层建筑转换层结构设计[J].铁道标准设计， 2008， （4 ） ： 108-110.

[2]白东明.浅析高层建筑转换层结构设计[J].城市建设理论究 （电子版） ，2012， （24 ） .

[3]王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J]. 黑龙江科技信息，2011， （23 ） ： 246-246.

[4] 曾凡柏. 探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题 [J]. 中华民居，2011， （11 ） ： 554-555.

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【关键词】弹塑性设计；高层建筑；分析应用

中图分类号： TU208 文献标识码： A

我国的城市规模正在逐渐扩大，为了提高土地的利用率，兴建高层建筑是一个必然的趋势。然而高层建筑的高度越来越高，结构和体型也越来越复杂，如何保障高层建筑的安全性、抗震性是高层建筑设计中一个刻不容缓的问题。本人结合多年实际工作经验，对弹塑性设计在高层建筑方面的应用展开了探讨，旨在通过弹塑性设计提高高层建筑的抗震性和安全性。

1.高层建筑弹塑性设计的概念

高层建筑中的弹塑性设计包括静力弹塑性分析法和动力弹塑性分析法两种。在具体应用中两种方法进行结合使用。

1.1静力弹塑性分析理论

静力弹塑性分析也称为静力推覆分析，主要是以实际的结构情况为依据，将通过模拟地震而得到的水平惯性力作用添加到建筑结构中，使建筑结构承受一种侧向力，并不断加强这种侧向力的强度[1]。建筑结构在侧向力的作用下弹性、裂开并且屈服，最后发生结构控制位移。促使建筑结构实现预期目标的位移或者成为机构，以掌握建筑结构在地震影响下的情况。对建筑结构的薄弱部位、内力特性、变形情况、塑性铰的发生次序和部位、破坏机制等情况进行了解，从而判断建筑结构对地震作用的承受能力[2]。

1.2动力弹塑性分析理论

上世纪六七十年代，与静力弹塑性分析理论相对的另一种高层建筑弹塑性分析理论兴起了，也就是弹塑性动力时程分析理论。该理论同样是对高层建筑的抗震性进行分析，在上世纪八十年代之后弹塑性动力时程分析理论已经被大部分国家所采用，用来对高层建筑的抗震设计进行分析。

弹塑性动力时程分析主要是通过运动微分方程，对高层结构物进行积分求解，以时程分析的方法来来高层建筑结构在时间变化中的质点位移、加速度动力和移动速度进行掌握，计算高层结构的时程变化状况与结构变形情况[3]。弹塑性动力时程分析法涉及到的数据量很大，计算程序也较为复杂，开展的难度比较大。然而信息技术的发展为弹塑性动力时程分析法提供了便利，弹塑性动力时程分析也在逐渐被认可和推广。

2.高层建筑弹塑性分析的方法和步骤

本文以某高层建筑为例，对高层建筑弹塑性分析的方法步骤进行分析和阐述。该高层建筑楼层为裙楼设计。主体结构中，地上为14层，地下三层。楼层的高度为标准高度，避难层与地下室底部的高度为五米。此高层建筑物采取钢筋混凝土筒中筒结构为抗侧力体系。

该高层建筑物弹塑性设计方法和步骤如下：

2.1根据假设条件计算弹塑性模型

在该高层建筑设计中，对抗震的设防烈度为七度，对基本地震加速度进行设计，并将其作为二级场地。该高层建筑使用的是钢筋混凝土筒中筒结构，以提高其技术的可操作性和工程建设的效率。该钢筋混凝土筒中筒结构中，内筒为钢筋混凝土剪力墙核心筒结构，外筒为框筒结构。高层建筑的基础受力构件在一般情况下为楼板、梁柱、支撑剪力墙等。其中梁柱能够模拟空间杆单元的受力情况，因此作为一维构件。梁柱根据受力情况的不同有三种情况：一端铰接一端固定、两端固定和两端铰接[4]。当梁柱的截面过大时，还要考虑梁柱的剪切变形作用。

高层建筑结构的剪力墙是其最重要的抗侧力构件。因此，依据有限元理论，必须模拟剪力墙的受力情况，一般以壳元作为最合适的模拟对象。壳元和平面板元相结合，则可以模拟楼板的受力情况。

总之，高层建筑弹塑性分析的第一步就是要对假设情况进行梳理，并进行计算模型的设置。

2.2对高层建筑进行静力弹塑性分析

在该步骤中，主要使用的计算机软件是非线性有限元计算分析软件。非线性有限元计算分析软件可以构建高层建筑的有限元模型，以此作为分析对象，来分析高层建筑的弹塑性。高层建筑的静力弹塑性分析主要是对高层建筑的设防烈度、场地类别、地震分组、地震影响系数最大值、特征周期、弹性阻尼比、能力和需求曲线交点坐标以及层间位移角等情况进行分析和检测。

经过分析，以烈度为7度的罕遇地震来影响高层建筑的结构，相关规范中对高层建筑结构弹塑性的层间位移角的最大值是1/120，而该高层建筑结构弹塑性的层间位移角明显小于1/120，因此可以得出该高层建筑在遭遇烈度为7度的罕遇地震时不会发生倒塌现象。

接着对该高层建筑结构进行静力弹塑性推覆分析，绘制出塑性铰的分布示意图，并对塑性铰分布示意图进行分析。通过分析可以得出，在该高层建筑结构中，部分柱子的顶部和脚部都出现了塑性铰的情况。对该情况出现的原因进行分析，可能是由于该高层建筑的角柱是异形柱，因此塑性铰较高。在计算模型时没有加入型钢，也没有调节混凝土柱的配筋，尤其是混凝土柱配筋上部的塑性铰位置。

2.3对高层建筑进行弹塑性动力时程分析

在静力弹塑性分析完毕后，要对该高层建筑进行弹塑性动力时程分析，选择一组人工波和两组实际的强震记录来进行弹塑性动力时程分析，所谓的人工波也就是以人工来对加速度时程进行模拟的曲线。一组人工波与两组实际强震记录的原始最大加速度与相关的规范的最大加速度相对比，以其最大的层间位移角与相关规定中的最大层间位移角相对比。对比之后可以发现最大层间位移角没有超过相关规定中的角限值。因此通过弹塑性动力时程分析，可以得出该高层建筑的工程结构的安全系数较高。

2.4将静力弹塑性分析的结果与弹塑性动力时程分析的结果进行对比

在对该高层建筑进行静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析之后，还要将两种分析的结果进行比较，分析其相同点与不同点，才能对该高层建筑的弹塑性进行最终的评定。

通过对比发现，该高层建筑结构的塑性铰区域的分布总体来说是一致的，通过动力时程分析可以得出塑性铰的分布区域。然而弹塑性动力时程分析出的塑性铰分布区域却比静力弹塑性分析得出的分布区域更加广泛。要对这二者分析的塑性铰分布区域进行分析，发现高振型的作用在静力塑性铰分析中没有进行考虑，因此经济塑性铰分析中的加载模式与实际地震影响之间还存在一定差距。

通过对高层建筑采取静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析，并将二者的结果进行仔细的对比，可以对对该高层建筑的弹塑性进行一个比较全面的分析。

3.结语

高层建筑的抗震性一直受到全社会广泛的关注，也关系着高层建筑的安全性与可靠性。高层建筑要依靠其结构的性能设计来提高其抗震性。因此要对高层建筑的工程抗震设计进行研究。弹塑性设计在高层建筑中的应用的方法主要是静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析，对高层建筑在地震作用下的状态进行分析。通过弹塑性设计可以对高层建筑结构体系中的薄弱体系，以及高层建筑结构在地震作用下的破坏程度和破坏次序进行推断，以加强高层建筑结构的安全性和抗震性。

【参考文献】

[1] 任旭,石玉.结合工程实际对高层建筑结构设计的论述[J]. 建材与装饰(下旬刊). 2012(05)

[2] 刘贵荣,陆雪梅.浅析建筑结构设计中的几个问题[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2012(05)

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一、高层建筑设计注意的问题

1、应当注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度。

2、平面形状或刚度不对称，会使建筑物产生显著的扭转，震害严重。

3、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。

4、高层部分和低层部分之间的连接构造不合理。

5、框架柱截面太少，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不够而发生剪切破坏或柱头压碎。

6、由于沿竖向楼层质量与刚度变化太大，是楼层变形过分集中而产生破坏。

7、地基的稳定性问题要特别注意。

8、伸缩缝和沉降缝宽度过小，碰撞破坏很多。

9、不应在建筑物端部设置楼梯间，楼板有大洞口，因刚度不均匀而产生扭转。

10、外纵墙门窗洞口过大，连梁尺寸太小，容易产生破坏。

11、中间部分楼层柱子截面和材料改变或取消了部分剪力墙，产生刚度或承载力突变，形成结构薄弱层。

二、抗震设计

1、高层抗震设计的基本原则：小震不坏，中震可修，大震不倒。

2、抗震设计的高层建筑在下列情况下宜设防震缝：

（1）平面长度和外伸长度尺寸超出了规程限值而又没有采取加强措施时；

（2）各部分结构刚度相差太远，采取不同材料和不同结构体系时；

（3）各部分质量相差很大时；

（4）各部分又较大错层时。。

三、高层建筑沉降缝、伸缩缝 、抗震缝的处理

1、沉降缝、伸缩缝和抗震缝要注意的问题：高层建筑应当调整平面尺寸和结构不止，采取构造措施和施工措施，能不设缝就不设缝，能少设缝就少设缝，如果没有采取措施或必须设缝时，则必须保证必要的缝宽以防止震害。

2、钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题，一般由构造措施来解决。

3、后浇带可选择在对结构受力影响较小的部位曲折通过，不要在一个平面内，以免全部钢筋都在同一平面内搭接。一般可设置在梁和楼板的1/3处。

4、目前许多工程是采用调整个部分沉降差，在施工过程中留后浇段作为临时沉降缝，等到沉降基本稳定后再连为整体，不设永久性的沉降缝。

5、沉降缝：高层建筑的主楼和裙房的层数相差很远，在下列条件时可不留永久沉降缝

（1）采用端承桩，桩支承在基岩上。

（2）.地基条件好，沉降差小。

（3）有较多的沉降观测资料，沉降计算比较可靠。

后两种情况下，可调压力差，主楼和裙房部分才用不同的基础，使其沉降接近。

调时间差，先施工主楼，待主楼基本建成，沉降基本稳定，再建裙房。

此外，各结构单元之间设了伸缩缝和沉降缝时，其缝宽应满足防震缝宽度的要求。

6、防震缝应在地面以上全高设置，当不作为沉降缝时，基础可以不设防震缝，但要加强构造和连接。

7、高层建筑各部分之间凡是设缝的，就要分得彻底；凡是不设缝的，就要连接牢固。

8、高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、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。

9、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

四、框架结构设计的一般要求

1.框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取70；超过15m的部分，6、7、8、9度相应每增加高度5、4、3、2m，宜加宽20 。

2.框架-剪力墙结构房屋可按第一项数值的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用，但二者均不宜小于70.结构竖向布置沿竖向刚度突变还由于下述两个原因产生：

( 1 ) 抗侧力结构（框架、剪力墙、筒体等）的突然改变布置。

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【关键词】高层建筑带高位转换层抗震性能

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

在现代高层建筑发展中，为了满足建筑功能和建筑艺术的要求，复杂体型的建筑结构形式经常被结构工程师采纳，带高位转换层结构就属于其中的一种形式。这种结构形式平、立面布置不规则，结构的抗震受力机理复杂，本文探讨了带高位转换层建筑结构抗震性能。

一、高层建筑结构转换层的概念与结构形式

1、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。

2、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五种基本结构形式：梁式；桁架式；空腹桁架式；箱形；厚板式。另外还存在一些其他形式的转换层结构形式。

二、转换层位于不同高度对结构整体受力的影响

随着高层建筑的迅速发展和框支剪力墙结构体系的广泛应用，为满足复杂建筑的需要，转换层位置的高度越来越高，按照《高规》的概念，当转换层的位置大于等于三层的时候，这就是我们所说的高位转换结构。在进行高位转换层设计时应该注意以下几个方面：

1、当转换层位置由二层逐渐提高时，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地震作用在转换层处有明显增大的突变，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增高，转换层下部楼层的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由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。

三、底盘结构规则性对结构抗震性能及扭转的影响

近年来，随着经济的高速发展，多、高层建筑发展迅速，建筑平面布置变得越来越复杂，比如，L形、V形、Y形、H形等的复杂平面屡见不鲜；在竖向，结构的侧移刚度因为采用了转换层而发生刚度突变，同时，转换层上部住宅平面布置也设计得灵活多样化。

1、应当在不附加偏心距的状态下进行计算并检查结构位移比，检查刚心与质心是否相距过大。根据偏心情况调整剪力墙的布置，尽量做到结构平面刚度分布均匀，同时在此状态下检查周期比是否符合要求。如果周期比不满足要求，首先宜尽可能增大抗扭刚度，如果侧向平移刚度确实较大，可适当减小抗侧刚度。

2、提高抗扭刚度是概念设计中改进结构抗震性能的重要而且根本的措施之一，即使周期比满足要求，再采取增加抗扭刚度的措施，调整刚心位置或其他有效方法改进，还能够在一定程度上对减小位移比有利。此外，还应当注意，要在符合概念设计的要求下增大抗扭刚度。如果转换层上部结构的剪力墙较多，那么其抗扭刚度自然很大，所以其周期比就明显满足要求。

3、建议将位移比与最大层间位移角进行综合考虑，在扭转周期符合要求的前提下，对于刚度较大、位移较小的结构(层数不多、高度不大或剪力墙较多的住宅结构)，或偏置裙房而裙房高度不大的结构可适当放宽位移比限制值。

4、用具有附加偏心距的地震作用计算的内力参加内力组合，是提高结构抗扭承载力的重要措施。当位移比超过限值，调整确实有困难时，可适当加大附加偏心距数值，再计算地震作用的内力。

5、转换层位置设置在三层或三层以上时，对于平面布置不规则的建筑结构，其地震剪力影响比较大，且底部不规则平面的建筑结构，当转换层位置在同一层时其地震总剪力比底部平面布置相对较规则的值要大很多。

6、底部不规则平面的建筑结构总弯矩值也和地震总剪力的变化一样。而且，其随着转换层位置提高而增加的速度远远比底部布置规则的建筑结构要快很多。所以，对于底部不规则布置的带转换层的高层建筑结构，尤其是对于高位转换的建筑结构，要对其底层的剪力和弯矩进行严格的控制。

四、侧向刚度比对结构抗震性能的影响

因建筑功能需要，带转换层的建筑结构通常都是因为上部小空间，下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部竖向构件连接。因此，设有转换层的高层建筑往往对于转换层上部与下部结构的刚度相差较大。这样在水平荷载作用下，当转换层上、下部楼层结构因侧向刚度相差较大，会导致转换层上、下部结构构件内力突变，促使部分构件提前破坏，当转换层位置相对较高时，这种内力突变会进一步加剧。因此如何有效的控制转换层上、下部分结构的刚度，防止其因刚度突变，对结构抗震带来的影响显得较为突出。笔者认为，满足侧向刚度比的要求有以下可行的措施：

1、在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要求下，尽量减少上部剪力墙数量，减薄厚度，转换层以下厚度加大，以减小结构上部刚度，增大下部刚度。

2、核心筒剪力墙厚度，转换层以下为350mm和300nm，转换层以上墙厚由300mm过渡到200mm厚，逐渐减薄，避免刚度突变。

3、混凝土标号，转换层以下采用C40混凝土，转换层以上采用C40混凝土过渡到C30的混凝土。

4、调整转换层上部剪力墙，尽量采用短肢剪力墙，且剪力墙的分布尽量靠近中部质心位置。转换层上部的剪力墙墙厚也由250mm过渡到200mm的厚度以减小刚度。转换层下层的框支柱较大，且靠近结构，以增大转换层下部结构的刚度。

结语

随着高层建筑的不断发展，高层建筑结构形式日益丰富，带高位转换层建筑结构就是为了满足建筑艺术和建筑功能的需求应运而生的一种新型建筑结构形式。本文笔者对带高位转换层建筑结构抗震性能进行了探讨，取得了一些有实用价值的成果，但尚有一些问题有待进一步深入探讨。

【参考文献】

[1]龚思礼.建筑抗震设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2003

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关键词：高层综合楼；基础设计；结构选型；抗震设计；连接体结构

引言

近年来，随着我国城市经济的迅速发展，高层建筑建设数量不断增多，人们对高层建筑结构设计的质量提出了更高的要求。在现代高层建筑的结构设计中，经常会碰到一些结构比较复杂的空间，给设计人员带来了一些难度，需要对结构设计的各个节点进行优化与改善，从而设计出最合理的建筑结构，以满足使用者的不同需求，以及实现建筑企业良好的经济效益和社会效益。本文主要从实践的角度出发，探讨了某高层综合楼结构设计难点，并提出了有效的优化措施。

1 工程概况

某高层综合楼，地下两层为停车库及设备房，局部为人防地下室，地上建筑由 A、B、C三栋高层塔楼及一栋两层的商业裙楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房。其中C塔楼为19 层，总高度58.6m，与两层裙楼通过伸缩缝相连；A、B塔楼为 18 层，两栋塔楼顶部两层相连，总高度64.4m，本工程 A、B 塔楼采用框架-剪力墙连体结构，底部局部大空间转换剪力墙结构，转换层在第3层顶面。

图1 A、B栋一层商场平面（单位：mm）

2 结构设计难点及优化措施

2.1 基础及地下室设计问题及优化

本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用￠700和￠800两种，主楼部分采用￠800的桩，其它部分为￠700的。桩基持力层为 8～2层圆砾层，桩进入持力层2.5～6.4m，有效桩长为48.1～56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。

两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为6级。地下室东西向最长150m，南北向最长120m，中间不设伸缩缝，超过规范建议的结构伸缩缝最大间距，设计采用纵横向设置多道后浇带等措施减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响。

2.2 结构选型及结构布置问题及优化

由于建筑平面较狭长复杂，因此连体结构两边的塔楼采用基本一致的体形、平面和刚度，可以一定程度上减小复杂的耦联振动。最初的建筑方案在两塔楼间的平面呈喇叭形，柱距北面小为16.8m，南面大为29.4m。连接体结构拟采用最下一层的钢骨混凝土梁作为转换结构来支承整个连接体，这样试算下来钢骨混凝土梁的最大断面达到900×3000，给施工带来很大的难度经过安全性、经济性和可行性的综合分析比较，最后决定在某两轴之间各增加两个柱子，使连接体的柱距相同，均为16.8m。连接体结构与主体结构采用刚性连接，连体部分连接主梁为每层设500×1800混凝土梁，保证连接部分的刚度，将主体结构连接为整体协调受力、变形、由于主梁较高，连接体每层层高为主塔楼两层的高度，以满足建筑空间的需要。

连体结构因振型丰富，且平动与扭转振型多耦合在一起，因此采用平扭耦联方法计算结构的扭转效应，且考虑双向地震的影响；连体部位复杂，对连体部分采用弹性楼盖进行计算考虑到连体结构的两塔楼体型相似且间距较近，因此风荷载取值时考虑建筑物相互间的影响，将体形系数乘以相互干扰增大系数，并对连接体最下一层的楼板考虑了向下的风吸力影响振型分解反应谱法计算结果见表1，计算结果表明自振周期在合理范围内，结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比为0.85，基本满足规范要求 地震力作用下的楼层最大层间位移1/1791（Y+5%偶然偏心） 和顶点位移1/2048均小于1/800，亦满足规范要求。

2.3 抗震设计问题及优化

（1）加强转换结构的抗震措施。考虑到该工程为复杂高层建筑结构，转换层为薄弱层，故在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施：1）框支柱、框支梁、剪力墙底部加强部位的抗震等级提高一级采用；2）薄弱层（第三结构层）的地震剪力乘1.15 的增大系数；并适当对框支柱的剪力进行调整；3）框支柱、框支梁的设计满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）修订版中关于框支柱、框支粱在抗震设计时的相关规定；4）框支梁所在层的楼板厚度加大为180，双层双向加强配筋构造。

（2）加强连接体结构的抗震措施。该工程属于Ⅰ类扭转不规则（Y+5%偶然偏心地震力作用下连体部分的楼层最大位移1.45），且震害表明地震中连接体本身破坏严重，踏落较多，同时使主体结构中与连接体相连的部分结构严重破坏，因此在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施：1）连接体及连接体相邻的结构构件的抗震等级提高一级；2）楼板厚度增大到 150mm，加强连接部分的周边板配筋，双层双向贯通布置，并加强边梁的配筋及构造；3）加强连接体最底层构件的配筋；4）加强连接体下面两层的设计，指定其为薄弱层，放大地震力。

2.4 连接体结构设计的优化

由于两塔楼在52m高空相连，如何保证施工的安全成为一个难点。为此施工时需要在48m高处搭建一个钢结构的临时施工平台。由于连接体的梁板自重较大，为了降低钢平台的造价及保证施工的安全简便，施工单位提出了混凝土分阶段浇捣的施工方案，即先浇梁，待其混凝土强度达到100%后再浇板，这样钢平台只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁来承担。

为配合上述施工方案，我们对连接体的设计进行了调整，分别按施工顺序计算了混凝土浇捣的两个阶段的内力以及下层连接体梁板作为上一层连接体的施工平台所承受的施工荷载，并按最不利的工况进行配筋设计。计算结果显示，部分梁的配筋恰恰是由施工阶段控制的。

3 结束语

综上所述，本文通过结合工程实例对高层综合楼结构设计方案进行了研究，从中可以得知，对于高层建筑的结构体系，结构的合理布置更重要。对于连体结构，尽量使连体结构各独立部分的体型、平面和刚度相近，能有效避免连体结构复杂的耦联振动，同时对此类结构的转换层及连体部位要采取相应的抗震措施。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）修订版.

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关键词:高层建筑;抗震;结构设计;探讨

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

1 高层建筑发展概况与存在问题

80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架一芯墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦,81层高,385.95m为钢结构,它居目前世界建筑的第四位。

我国高层建筑的结构材料一直以钢筋混凝土为主。随着设计思想的不断更新,结构体系日趋多样化,建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂,出现了许多超高超限钢筋混凝土建筑,这就给高层建筑的结构分析与设计提出了更高的要求。尤其是在抗震设防地区,如何准确地对这些复杂结构体系进行抗震分析以及抗震设计,已成为高层建筑研究领域的主要课题之一。

2 建筑抗震的理论分析

2.1 建筑结构抗震规范

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。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“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。

2.2高层建筑结构抗震结构设计分析

设计阶段的结构动力特性分析。高层建筑进入初步设计阶段后,首先按方案阶段确定的结构布置进行计算分析。计算模型取自±0. 000至塔顶,假定楼板为平面内刚度无限大,其地震反应分析基本参数列于,以及可以看出,随着楼层高度的增加,结构X方向(纵向)自振周期及地震力基本正常,而结构Y方向(横向)自振周期偏长、结构刚度偏低,对应于水平地震作用的剪力较小,结构的抗震能力偏弱,结构偏于不安全。为增加Y方向(横向)的抗侧移刚度,提高其抗震能力,在现代高层建筑的设计中,可以在建筑核心筒的两侧增设四道剪力墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),抗震设计时,框架-剪力墙结构中剪力墙的数量必须满足一定要求,在地震作用时剪力墙作为第一道抗震防线必须承担大部分的水平力。但这并不意味着框架部分可以设计得很弱,而是框架部分作为第二道防线必须具备一定的抗侧力能力,在大震作用下第一道抗震防线剪力墙遭受破坏时,整个结构仍具备一定的抵抗能力,不至于立即破坏倒塌,这就需要在结构计算时,对框架部分所承担的剪力进行适当调整。

3结构抗震设计方法探讨。

3.1结构抗震设计的基本步骤。

对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段设计:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段设计:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值,并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。

3.2结构抗震设计方法

3.2.1基础的抗震设计

基础是实现高层建筑安全性的重要条件。我国高层建筑通常采用钢筋混凝土连续地基梁形式,在基础梁的设计中,为充分发挥钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性的复合效应,把设计重点放在梁的高度和钢筋的用量上,在钢筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基础筋、基础辅筋5种钢筋的结合。为防止基础钢筋的生锈,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加钢筋表面的保护层厚度,以抑止钢筋的腐蚀。高层建筑基础处理的另一个特色是钢制基础结合垫块的应用,它是高层建筑上部结构柱与基础相连的重要结构部件。它的功能之一是使具有吸湿性的混凝土基础和钢制结构柱及上部建筑相分离,有效防止结构体的锈蚀,确保部件的耐久性。

3.2.2钢结构骨架的抗震设计

采用钢框架结合点柱壁局部加厚技术来提高结构抗震性能。一般钢框架结构,梁和柱结合点通常是柱上加焊钢制隅撑与梁端用螺栓紧固连接。在这种方式下,钢柱必须在结合部被切断,加焊隅撑后再结合,这样做技术上的不稳定性和材料品质不齐全的可能性很大,而且遇到大地震,钢柱结合部折断的危险性很大。鉴于此,可以首先该结构的梁柱采用高密度钢材,以发挥其高强抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免断柱形式,对二、三层的独立住宅而言,结构柱可以一贯到底,从而解决易折问题。与梁结合部柱壁达到两倍厚,所采用的是高频加热引导增厚技术。在制造过程中品质易下降的钢管经过加热处理反而使材料本来所具有的拉伸强度得以恢复。对于地震时易产生的应力集中,柱的增厚部位能发挥很大的阻抗能力,从而提高和强化了结构的抗震性。

3.2.3墙体的抗震设计

“三合一”外墙结构体系,首先是由日本专家设计应用的,采用外墙结构柱与两侧外墙板钢框架组合形成的“三合一”整体承重的结构体系。该体系不仅仅用柱和梁来支撑高层建筑,而是利用墙体钢框架与结构柱结合,有效地承受来自垂直方向与水平方向的荷载。由于外墙板钢框架的补强作用,该做法可以较好地发挥结构柱设计值以外的补强承载力。加强了对竖向地震力及雪荷载的抵抗能力,最大限度地发挥其抗震优势;另一方面,由于外墙板钢框架与内部斜拉杆所构成“面”承载与结构柱的结合并用,也提高了整体抗侧推力和抗变形能力。它的抗水平风载和地震力的能力比单纯墙体承重体系提高30%左右。

4增大结构抗震能力的加固与改造技术

建国几十年来，我国的抗震加固与改造技术得到了飞速发展。1976年唐山地震后，砌体结构抗震加固的问题日益突出，砌体结构抗震性能不好：砌体墙体抗震能力、变形性能的不足、房屋整体性不好。因此，增大墙体抗震性能的外包钢筋混凝土面层、钢筋网水泥砂浆面层加固技术及增大结构整体性的压力灌浆加固技术、增设圈梁(构造柱)加固技术、拉结钢筋加固技术；通过增设抗震墙来降低抗震能力薄弱构件所承受地震作用的增设墙体技术等应运而生。目前该技术广泛用于砌筑墙体的加固。

常见的混凝土柱加固技术有加大截面加固技术、外包钢加固技术、预应力加固技术、改变传力途径加固技术、加强整体刚度加固技术、粘钢加固技术以及碳纤维加固技术等。这些绝大部分都是经过长期实践检验可靠性比较高的技术，已收入国家标准《混凝土结构加固技术》(cecs25—90)。此类技术不仅有比较充分的理论依据，规范还提供了详细的计算公式。如混凝土柱的外包钢法加固技术，开始阶段的计算方法是分别计算混凝土柱和外包钢，外包钢按钢结构计算：当外包装的缀板加密并出现湿式的施工方法时，其计算按整体构件考虑；当缀板施加。

5结语

高层建筑已经逐渐成为当前时代建筑发展的主流建筑形态之一,对于高层建筑,其抗震效能的分析一直是国内外建筑抗震设计分析的研究热点,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑设计阶段进行结构抗震设计,只有从高层建筑物内部实施结构抗震,才能够从根本上提高高层建筑的抗震效能。本论文从高层建筑结构设计的角度进行了抗震分析,对于具体的高层建筑抗震设计具有一定指导和借鉴意义。

参考文献:

[1]李忠献.高层建筑结构及其设计理论[M].北京:科学出版社,2006.

篇10

关键词：高层建筑；钢筋混凝土；结构设计；问题；措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

在高层建筑中采用钢筋混凝土结构可以有效的提高建筑结构的安全性与稳定性，为了更好发挥出高层建筑的功能，实现高层建筑的稳定，必须加强钢筋混凝土结构的设计和施工。设计是形成高层建筑质量，在初始时期控制钢筋混凝土结构的基础，要站在为社会和行业发展负责的高度看待和重视高层建筑设计中钢筋混凝土结构的相关工作，形成对设计重点和细节的把握，提高高层建筑设计环节中钢筋混凝土结构的工作水平。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中，应该突出设计的内涵，体现高层建筑钢筋混凝土结构的灵魂，对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考，从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理，进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。

1高层建筑钢筋混凝土结构设计的内涵

高质量进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作必须要体现设计的灵魂，我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的灵魂总结为如下几点：

1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性

高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务，要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性，同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。

1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性

高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑，要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续，形成有益于实现设计目标的耐久性基础。

1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性

通过高层建筑设计工作的突出，要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现，这样就可以保证高层建筑整体的使用要求，也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。

2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题

2.1短肢剪力墙的设计

高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性，但是，短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范，切不可在设计中频繁采用，也不能布设过多，应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内，尽量降低短肢剪力墙的设计数量，这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。

2.2结构体系的选择

高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点，通常的设计方式是：要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下，优化高层建筑的外观和内部结构，保障结构对形变和强度的范围上的满足。

2.3结构高度的控制

在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题，这不利于高层建筑物抗震性能的实现，由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式，因此，当结构高度出现变化时，特别是出现超高问题时，要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。

3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点

3.1加强抗震功能

高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现，因此，需要重视抗震这一环节，要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取≥12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍，除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚性的分析时，它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中，要对其面积进行全面的控制，保证其在一定的范围之内，这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中，不但要对建筑的配筋进行不断的加强，而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整，这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。

3.2高强混凝土合理运用

在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土，为了有效地降低建筑的用钢量，可以在建筑设计的时候使用高强混凝土，这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价，用来取得较好的经济效果。

3.3增强地基承载能力

对于建筑结构的设计而言，地基的设计是整个设计的重要部分，建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此，对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中，进行宏观的把握，要严格的把握地基的承载能力，并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言，其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室，这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小，从而有效的保证了上层结构的牢固性，提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外，在进行建筑地基设计的过程中，还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言，通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。

3.4提高耐久性

必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计，在原来的混凝土结构设计方案中，没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响，从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时，主要都集中在造价、材料上，所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高，对工程的质量要求也相应地得到提高，所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时，就要果断地放弃经济这个指标。

3.5扭转问题分析和几何中心的确定

为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏，结构和布局应在结构设计合理的前提下，尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下，高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下，街道景观的要求和限制，城市规划的高层建筑，不使用简单的平面结构，不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状，在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。同时，我们应尽可能使结构在一个对称的状态。建筑结构振动周期包括两个方面：结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。

3.6加强概念设计

高层建筑钢筋混凝土结构设计中应该多选择一些新颖的建筑样式，同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。新时期应该加强概念设计，在高层建筑钢筋混凝土结构的弹性设计上，尽量要满足延展性的需求，这是高层建筑钢筋混凝土结构设计发展的趋势。

4、结束语

简而言之，钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础，如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点，应该突出钢筋混凝土结构的特性，结合高层建筑的特点，把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点，充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势，设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品，在实现高层建筑稳定和安全的同时，实现高层建筑舒适度和功能性的保证。

参考文献

[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)

[2]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010(01)

[3]厉宽松,徐勤,刘运林.钢筋混凝土高层结构设计中常见问题探讨[J].工程与建设,2007(05)