高层建筑结构抗水平力论文

高层建筑结构抗水平力论文

　　建筑结构的论文篇4
　　试谈建筑结构优化设计

　　【摘要】建筑结构设计在很大程度上影响着工程造价、工程质量和工程进度，根据结构设计面临的挑战，本文从结构优化设计的基本原则出发，简要地阐述了高层剪力墙结构的优化。

　　【关键词】优化设计;剪力墙结构;结构延性

　　1 引言

　　建筑结构的安全与经济有时是一对矛盾体。随着市场经济的不断完善，房屋建造商越来越重视建筑物的经济性能，但是安全也是一个绝对不能忽视的问题。用最少的材料或造价建造出满足规范和使用要求的建筑是我们需要努力追求的目标。

　　结构的优化设计并不是简单的减少混凝土和钢筋的用量，而是通过调整各构件刚度之间的比例关系，充分利用各构件的受力特点，发挥它们各自的长处，使整体结构达到最优。

　　2 结构优化设计的基本原则

　　结构优化设计的基本原则主要有以下几点：

　　(1)建筑平面布置产生规则结构效应的原则

　　有规则建筑体型和平面布置的结构，因其受力较简单，造价相对较低。但由于不同使用功能的需要，建筑的体型和平面布置是多种多样的，不可能因结构要求规则而对建筑师的创作提出无理要求，倒是可以在满足不同使用功能的前提下，通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节，使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应，同样可以使建筑结构达到经济合理和安全耐用的预定目标。

　　(2)提高建筑舒适度原则

　　建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容;应该把尽可能提高建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原则。

　　(3)建筑结构整体安全度原则

　　结构优化设计应全面考虑整体建筑的每个构件，使结构体系中每个构件都具有合理的可靠性，确保整个结构体系的安全性能，确保实现结构设计规范规定的设计标准，达到建筑结构既安全耐用又经济合理的总目标。

　　(4)不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则

　　工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的整体概念分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济性要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价5%～30%的目的。

　　3 高层剪力墙结构的优化设计

　　剪力墙结构是高层建筑中常采用的一种结构形式，其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置，缺点是剪切变形相对较大、平面外较为薄弱。

　　(1)减少剪力墙材料的用量、节约造价

　　剪力墙材料的用量是整个结构材料用量的核心，剪力墙结构的设计优化应首先从减少剪力墙结构材料的角度考虑。

　　影响剪力墙材料用量的几何因素有长度和厚度，在设计中为了保证结构为一般剪力墙结构，剪力墙的长度须按规范要求进行设置，一般不宜减短。同时，结构的刚度与剪力墙长度的三次方成正比，与厚度的一次方成正比，因此减小剪力墙截面厚度既可以有效减少材料用量，又不至于严重削弱结构的刚度。一般来说，剪力墙的设计应在满足稳定性的前提下，尽量减薄，也就是在满足刚度等要求的前提下，达到减少剪力墙材料用量节约造价的目的。

　　一般的剪力墙结构，墙柱用钢量所占比例在50%～70%之间，是优化时重点考虑的内容，墙柱配筋应在满足要求的前提下尽量取规范的低值。梁的用钢量占8%～20%，所占比例不大，但其布置对板含钢量有较大影响，板的含钢量一般占15%～20%。

　　(2)剪力墙结构的延性设计

　　了解剪力墙结构的特性，发挥其所长，克服其所短，是正确合理地设计剪力墙结构的关键。剪力墙结构概念设计的内容，主要包括：从总体上合理布置剪力墙的位置，确定剪力墙的数量、剪力墙的长度、剪力墙的厚度，保证剪力墙结构刚度均匀和刚度适宜。

　　1)强墙肢、弱连梁

　　工程中剪力墙分为整体墙、整体小开口墙和联肢墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态类似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，联肢墙的破坏形态以强墙肢弱连梁为宜，即连梁先于墙肢屈服，使塑性变形和耗能分散于连梁中。

　　2)强剪弱弯

　　在工程设计中，采用剪力墙增大系数调整墙肢底部加强部位截面剪力计算值和连梁梁端截面组合剪力设计值，使墙肢和连梁实现强剪弱弯。

　　3)限制剪压比

　　墙肢、连梁截面的剪压比超过一定值时，将过早出现斜裂缝，当增加的横向钢筋或箍筋不能提高其受剪承载力，抗剪钢筋不能发挥其抗剪作用，在抗剪钢筋未屈服的情况下，墙肢或连梁发生斜压破坏。为了避免这种脆性破坏，应限制墙肢或连梁的平均剪应力与混凝土的轴压比，即限制剪压比就是限制剪力设计值。

　　4)限制墙肢轴压比

　　轴压比是影响墙肢延性的主要因素之一。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010对墙肢在一、二、三级抗震墙的轴压比进行了限制，并要求一、二、三级剪力墙轴压比超过一定的数值，必须设置约束边缘构件。

　　(3)剪力墙结构的连梁优化设计

　　在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响，并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中，一定要注意对连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎，因为这样就有可能无法满足强剪弱弯的要求。

　　在住宅结构设计时，一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。

　　(4)结构设计软件在优化设计中的运用

　　随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。

　　4、结语

　　建筑结构优化设计是指在满足各种规范或某种特定要求的条件下，使建筑结构的某种指标(如重量、造价、刚度等)为最佳的设计方法。也就是要在所有可用方案和做法中，按某一目标选出最优的方法。设计是规范加上工程师判断和创造的产物，设计优化在一定程度上意味着对常规的突破，但结构的优化设计并不以牺牲安全来求得经济效益。这就要求我们的结构设计人员应当根据相关规范的要求和建设单位的需要，来对其高层结构进行合理的选择与优化。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国建设部. 建筑抗震设计规范[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

　　[2]徐传亮，光军.建筑结构设计优化及实例[M]. . 北京：中国建筑工业出版社，2012.

　　[3]宋瑛.剪力墙布置位置的设计优化[J].山西建筑，2012，38(29)：53-54.
　　建筑结构的论文篇5
　　试论高层建筑结构设计

　　[摘 要]高层建筑的结构设计合理与否，会对整个工程的质量、使用性能及使用寿命等方面产生十分重要的影响。因此，做好结构设计工作是高层建筑物施工之前最重要的任务之一。在本论文中，笔者首先分析了高层建筑物结构设计的特点，而后对高层建筑物结构设计的相关要求及注意事项进行了深入探讨。

　　[关键词]高层建筑 结构设计 特点 要求

　　随着我国经济的迅速发展，人们的生活水平等方面都获得了较大的提高，对生活质量的要求也愈来愈高。从建筑物需求量的方面来说，近年来，我国人民对住房的需求量也不断增多。这导致建筑用地的不断增多，使得当前我国可用耕地面积不断减少。为了缓解此种情况，我国建筑企业开始将发展的目光聚焦于高层建筑物的建设上。也正因为如此，当前我国高层建筑物的数量急剧增长。从积极方面来说，这确实从很大程度上缓和了建筑物供不应求的状况，但同时我们也必须注意到一个现象：很多高层建筑在使用过程中都出现了这样或者那样的问题，严重影响了建筑物的使用寿命，不利于建筑行业的健康发展。究其原因，这主要是因为部分高层建筑的结构设计不合理。下面，笔者将对高层建筑物的结构设计方面进行相关探讨。

　　1.高层建筑结构设计的特点

　　与一般建筑物不同，高层建筑物的结构设计工作更为复杂。一旦结构设计不合理，整个建筑物的施工过程及使用都会出现严重的问题。因此，工作人员必须从高层建筑建设的实际情况出发，制定合理的设计方案。下面，笔者将对高层建筑结构设计的主要特点进行一一阐述。

　　首先，在高层建筑结构设计的过程中，工作人员必须注意结构产生的水平力。一般来说，低层建筑物结构中，水平力产生的影响相对较小，而导致的侧向移位也往往被人忽视。

　　其次，高层建筑结构设计必须能够承受较大的承载力和足够的抵抗侧向力和刚度，这样才能保证水平力作用下的侧向位移不至于超过一定的限度。同时，要保证高层建筑物的外墙等其他的维护材料或者装饰构件与主体结构之间可靠连接起来，减少不必要的破坏。要根据施工地点地基的承载力和刚度来确定上部结构的承载力及相应的刚度。

　　再次，高层建筑的结构设计应尽可能地减轻房屋的自重。对于那些土层比较软的施工地点，由于其自振周期长，尽管增加建筑物的层数可以减小地震剪力，提高整个建筑物的性能，但高建筑也是自振周期长，容易引起共振对抗震不利，因此应确定合理的层数。另外，某些高层建筑会设有抗震设防的结构。工作人员在进行高层建筑结构设计时，必须充分勘察施工地点的地形及地质土层情况，最好选择那些地势平坦、地形开阔、土层坚硬、土质均匀的地段，避开那些地势差异较大的、非岩质的陡坡或者软土地带。同时，工作人员要注意，在勘察过程中，如果发现某一地段发生地震的可能性较大，抗震能力较差，则决不能进行盲目的工程建设。

　　2.现代高层建筑结构设计的注意事项

　　结合自己多年的工作经验，笔者分析了现代高层建筑结构设计的要求，并 总结 出以下几个方面的注意事项。

　　2.1 充分考察高层建筑的受力情况，选择合理的结构类型

　　高层建筑物结构类型的选择，主要是由其结构体系和材料特征所决定的。我们都知道，高层建筑实质上是一种竖向悬臂结构，其使用过程会产生两种荷载：水平荷载和竖向荷载。一般来说，竖向荷载的方向并不发生变化，但随着建筑物高度的不断增加，水平荷载也会相应的提高，包括各种结构作用力和结构抗力等。高层建筑结构作用力主要分为两种：直接作用力和间接作用力。前者主要指高层建筑物结构上所承载的各种集中力和分布力，包括建筑物及机器设备的自重等;后者则是指引起高层建筑结构发生变形的作用力，如温度变化、地基变形、混凝土遇冷收缩等产生的力。相比直接作用力来说，间接作用力的破坏效应可能会更大，会受到建筑物地基条件及其他外在条件的影响。直接作用力和间接作用力过大，会导致高层建筑的整个结构构件发生变形等。而同时，高层建筑的结构设计会承担一部分的迫使其变形的力量，这种能力被称为结构的抗力。只有抗力较高的结构，才能充分发挥高层建筑物的优良性能，延长其使用寿命。

　　2.2 选择合理的结构平面布置 .协调好建筑与结构的关系

　　建筑物的结构平面布置必须符合以下原则：独立结构的建筑物单元，形状最好简单规则，而刚度和承载力分布要均匀，绝对不要采用不规则的平面布置方式。也就是说，平面应尽可能规整，最好对称;平面的长度不宜过长;伸缩缝的框架结构在55米左右，剪力墙结构45米左右最为合适。同时，最好使用标准层，同意布置柱网和层高。

　　2.3 做好高层建筑物的结构布局

　　现代社会，经济发展水平的迅速增长，使人们的思想观念、意识等都发生了较大的变化，审美观等方面也发生了较大的变化。高层建筑物在进行结构布局时，必须从现代人的生活理念出发，合理设置建筑物的结构。众所周知，高层建筑物垂直方向的承载力较大。因此，在进行结构设计时，工作人员要重视建筑物地基受力结构的稳定性，平衡不同地点之间的受力关系。

　　2.4 高层建筑物结构设计必须经济合理

　　在进行结构设计时，工作人员不仅要考虑结构的安全合理性，还要保证结构的经济性，保证建设单位的经济效益。例如，合理设置结构的跨度，板跨度越大，要求的板厚度也会相应的越大，需要的钢筋也会较多。这将会给建设单位带来较大的成本花费。一般来说，井字梁的使用要优于十字梁，而十字梁的使用比没有梁更好。同时，在保证建筑物稳定性的前提下，高层建筑基坑的深度不应过大，但要超过冰冻深度。

　　除此之外，高层建筑施工单位在施工之前，要对施工地点的地址等状况进行认真勘察。在那些地震较为频繁的地区，工作人员应该合理设置建筑物结构，避免或者减少地震作用对高层建筑的不利影响。首先，建筑单位要合理设计抗震缝，调整平面形状和结构布置。但必须注意，如果建筑平面较为复杂，而形状结构等都难以调整时，要尽量将抗震缝划分成几个较为简单的结构。高层建筑的高度一般大于15米，在15米之下的结构上面，缝宽最小可为100毫米，但随着高度的增加，缝宽也要较大。总之，工作人员要根据不同的结构体系，合理设定抗震缝的宽度。

　　3.总结

　　随着中国特色社会主义进程的不断推进，我国的城市化进程的速度也在不断加快，同时为了进一步缓和耕地不足与建筑物供不应求之间的矛盾，高层建筑物的数量越来越多。与普通建筑物相比，高层建筑物的结构设计有其独特性。同时，任何建筑物的结构设计工作合理与否，会对整个建筑物的外观以及稳定性等方面产生十分重要的作用。工作人员需要不断更新自己的设计理念，运用先进的设计方法，才能将此项工作落到实处。同时，在进行结构设计时，相关人员必须充分考虑高层建筑的用途和基本功能，而后做好合理的设计工作。相信未来，在我国高层建筑物数量不断增长的同时，质量也能获得较大的提高，我国建筑行业能够朝着更加健康的方向发展。

　　参考文献

　　[1]吉柏锋，瞿伟廉.下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性[J]. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(09).

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　　[4]张玲丽，许德，李靖，张涛，张娟.关于高层建筑结构设计中问题的讨论[J]. 中国科技投资. 2012(24).

　　[5]张瑞红.高层框架结构设计中应注意的若干问题[J].长沙铁道学院学报(社会科学版). 2010(01).

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1工程概况
本项目位于深圳南山区的后海，坐落于深圳湾西侧、后海商业中心区东侧、深圳湾体育中心南侧、带状海滩公园北侧，占地面积约为38000m2，总建筑面积约为465000m2。其中，总部大楼建筑总高度为400m，地上66层，地下3层，建成后将成为整个项目发展区内最高的办公建筑，塔楼的外形呈现春笋造型，也从根本上引导了结构体系设计的方向。
总部塔楼在地面以上未与其他裙楼联系，但由于下沉广场的分布，嵌固层在地下1层，结构分析设计主要参数为:设计基准期为50年，结构安全等级一级，为重点设防类;抗震设防烈度为7度(0.1g)，地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类;基本风压为0.75kPa(50年一遇)，风响应由风洞试验确定。另外，核心筒剪力墙的抗震等级从嵌固层下一层往上采用特一级，外框柱的抗震等级从嵌固层下一层至地面为特一级，地面以上为钢结构，抗震等级主要为二级。基础采用直径65m整体承台和2.5～4.5m大直径人工挖孔桩。
2结构体系
2.1结构选型
结构选型经历了两个主要阶段。概念设计阶段建筑方案本身尚处于外形研究和比选之中，早期结构工程师配合建筑外形所开展的风工程初步研究。风工程研究比选了14个不同的建筑外形，最终在结合建筑、结构、幕墙及业主等各方考量后，确认采用圆形(春笋)造型进行设计。对春笋造型的结构体系进行了多方案综合比较，研究结果表明，若采用巨型结构设计，则抗侧力体系有效、核心筒墙厚较小等，但存在相应的竖向力的传力效率低、构件尺寸大、需要结构加强层、与建筑外形的协调程度不好、相应的施工周期长和造价较高等问题;而采用常规的疏柱框架设计，则也存在需要结构加强层、外框架无法与建筑纤细的竖向造型匹配、结构造价较高的问题。最终选用密柱框架-核心筒的结构体系。
2.2密柱框架-核心筒结构体系
本项目主体结构高度为331.5m，结构体系中的外部密柱框架和内部混凝土核心筒通过楼面结构协调而共同作用。竖向传力为通过水平梁将荷载传递到核心筒墙体和外框柱上，再向下传递到基础;水平抗力则由核心筒承担大部分的侧向剪力和抗倾覆力矩;密柱框架在保证柱尺寸满足建筑及幕墙设计要求的情况下可承担相应的侧向剪力及抗倾覆力矩。核心筒在首层的最大墙厚为1350mm，在高区最大墙厚为400mm，混凝土强度等级为C50～C60，局部楼层和墙肢根据设计需要配置型钢。
从下至上除常规的墙肢收进外，结构布局经历了“大方形→切角→小方形”的变化，关键的核心筒局部变化三维图。密柱框架从下至上变化形式较为丰富，外框架立面，高67m的钢结构锥顶。其中办公区的外框柱采用梯形箱柱，梯形的最大轮廓尺寸约为400×635～400×480，钢材强度等级为Q390GJC/Q345GJC。关键核心筒局部变化三维图外框架立面本项目塔楼采用钢梁放射状布置的组合楼板体系，既可以减轻塔楼的整体重量，又便于施工，与钢框筒的连接较好，楼板的设计和构造考虑面内受力和传力的设计要求。典型楼层结构布置的bim模型如。
3风洞试验及结构分析
3.1风洞试验
由于各风洞实验室使用不同的试验仪器及分析方法，为确保总部塔楼结构设计安全可靠、经济合理及保证风洞试验结果的合理性及安全性，本项目分别在RWDI和华南理工大学风洞实验室进行了独立试验。RWDI风洞试验在10年回归期、1.5%阻尼比情况下建筑顶部风振加速度为0.24m/s2(考虑台风)和0.09m/s2(不考虑台风);华南理工大学的风洞试验表明，顶部最大风振加速度为0.19m/s2(考虑台风)，也可以满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)(简称高规)的风振舒适度要求。
3.2结构分析
本项目采用了ETABS9.7.4与MIDAS/Gen8.0两个不同结构软件进行了整体计算分析复核，各项主要指标基本一致。塔楼的等效重量约为13.5kN/m2，其中结构自重占70%，另外由于外框钢结构较轻，核心筒占结构自重的60%左右。塔楼基本周期为6.62s，小震作用下，结构最小剪重比为1.1%。略不满足1.2%的限值，需通过内力调整进行构件设计。结构最大层间位移角和最大位移，最大层间位移角曲线，由图可见，结构的最大层间位移角可以满足高规的要求。
剪重比曲线最大层间位移角曲线小震作用下，密柱框架在结构底部和顶部可分担超过10%的地震剪力，在中部分担的剪力比较少，但分担比例平均超过7%，且分担剪力比例最小(不低于4%)。密柱框架的结构设计按照高规，以不满足最大楼层分担10%地震剪力的要求进行保守设计，保证外框架的设计地震力;同时结构最大层间位移角和最大位移方向X向Y向小震最大层间位移角(所在楼层)1/1145(52层)1/1135(52层)最大位移/mm23122850年风荷载最大层间位移角(所在楼层)1/621(52层)1/628(52层)最大位移/mm437423小震作用下外框架内力分担比例为了保证核心筒的安全，构件验算时将核心筒地震作用下的剪力放大1.1倍进行设计。
除了上述计算指标外，弹性分析成果还包括楼层刚度比、刚重比、位移比、构件和楼板受力情况分析及应变能阻尼比方法的研究等，不再一一赘述。结构弹性分析表明:1)塔楼的层间位移角、刚重比、剪重比计算结果证明塔楼的抗侧刚度适宜，可以满足设计要求;2)由周期比和位移比计算结果可知，塔楼的扭转刚度很好;3)根据结构受力的特点及其余各项分析，说明塔楼在竖向及侧向力作用下内力分布明晰，符合力学原理和结构设计概念。后续构件设计及抗震加强措施，也反映了结构分析对于结构在竖向和水平荷载作用下的表现和特征。
4结构抗震设计关键问题
4.1结构体系论证从结构的弹性分析结果可见，外框架的剪力分担比例比传统的框架-核心筒超高层结构低，特别是密柱框架低区的局部楼层仅分担4%的地震剪力，这是由于在配合建筑方案的过程中要求外框架为小截面的钢结构柱，因此外框架抗剪刚度有限。在本项目的设计和抗震超限审查过程中，主要从以下方面进行设计和论证，并得到了抗震审查专家的认可。
4.1.1外框架“尽其所能”的设计由于建筑方案本身的要求，结构需配合建筑和幕墙的造型进行一体化设计，而不是分离开独自考虑，这个前提限制了结构外框柱的尺寸不能太大。因此，外框架的“尽其所能”主要表现为:1)配合建33筑和幕墙对柱的尺寸要求;2)外框柱的承载力尽量充分利用;3)外框梁、柱的抗侧刚度尽量利用。由于一般外框架结构的用钢量占总用钢量的大部分，因此外框架“尽其所能”的设计可大大改善结构的经济性。
4.1.2外框架剪力和倾覆力矩分担变化控制根据框剪结构抗震设计多道设防的基本理念:首先，预期大震作用下，核心筒的连梁需要作为第一道防线耗能，从而减小整体的地震力;其次，在整体地震力减小的前提下，外框架承担的地震力不能随之下降，合理的抗震设计可使外框架承担地震力水平与大震弹性计算结果基本相等甚至有所提升;最后，通过连梁及外框架的协助，核心筒剪力墙的受力得到大幅度的降低，从而真正地保护核心筒。大震作用下外框架内力分担见。大震作用下外框架内力分担比例。
4.1.3外框架及核心筒抗震性能设计虽然本项目外框架的弹性剪力分担比例可以满足高规9.1.11条的规定，即外框架楼层剪力分担比例最大值不小于10%，但实际的构件设计还是按照不能满足该条规定进行外框架和核心筒的加强，同时从抗震性能设计上也有所考虑:1)本工程整体结构的抗震性能目标定为高于性能C的水平;2)结合结构的特点和设计理念，核心筒作为主要的抗侧向力构件，有能力承担所有的侧向力，因此抗震性能水准高于C级对关键构件的要求;3)与传统将外框梁作为耗能构件设计的理念不同，本项目充分利用钢结构后期良好的延性能力，将外框钢梁的性能目标适当提高至关键构件，目的是确保外框架作为一个整体能在大震下分担必要的剪力和倾覆力矩，同时加强对小截面外框柱的约束。
4.1.4大震弹塑性分析确认结构抗震性能采用LS-DYNA软件，第三方团队采用ABAQUS软件进行独立的大震弹塑性分析，以对结构的抗震性能进行分析和确认，分析结果表明:在大震作用下，整体结构最大层间位移角小于1/100，可以满足大震不倒的基本要求;主要外框架大部分构件并未屈服，性能水准均能得到满足，外框架在大震作用下整体完好;核心筒连梁充分进入塑性，起到耗能的作用，同时满足性能目标;剪力墙混凝土压应变及分布钢筋的拉应变水平都较低。
4.1.5结构抗倒塌分析论证安全性和破坏过程大震弹塑性分析表明，整体结构在预定大震作用下可以实现抗震性能目标，但按照抗震审查专家的意见，补充了风荷载和地震作用两种不同侧向力分布模式下的推覆分析，以分析结构可能的破坏过程和潜在的薄弱部位，进一步论证结构的安全性和结构体系的可靠性。分析结果表明:在两种不同的侧向力作用下，结构的损伤均从连梁开始，严重的破坏均从核心筒受压墙肢的压屈开始，从而导致结构的倒塌，并且受压墙肢被压坏时，外框基本完好。根据弯曲型结构的受力特征，从最终的倾覆力矩看，本项目塔楼具有很大的安全度，可以实现超过7度(0.15g)大震不倒的设计。
4.2梁柱偏心设计
由于业主以及建筑师对室内使用空间的要求较高，办公室内部需要做到无柱的建筑效果，因此为了配合建筑效果的实现，本项目的梁柱节点采用完全偏心的节点连接形式，即外环梁与外框钢柱连接时，外环梁位于钢柱的内侧。典型的梁柱全偏心节点梁柱完全偏心节点在国外非抗震地区的多层建筑中已有应用，但是在国内抗震区的超高层建筑上尚属首次采用。该偏心节点与常规对心梁柱43节点相比，环梁偏出外框钢柱的范围内节点的连接构造需要针对此特殊的建筑条件进行设计。整个节点的设计，需要采用系统化的理念，除了理论的分析和设计外，后续将开展节点性能的试验以进一步论证。
本项目所采用的主要设计理念:
1)偏心节点导致节点区应力分布不均匀，节点构造设计应在传力概念的基础上，确保各板件之间的连续性、连接的可靠性以及施工的可行性。满足抗震承载力设计要求的典型偏心节点的构造;
2)由于梁偏心布置，梁对柱的约束条件与常规对心梁柱节点有所不同，需要研究偏心节点对柱的整体和局部稳定性进行分析和确认;
3)由于塔楼全楼节点均采用此偏心节点，而偏心节点与常规对心节点相比，节点刚度有所削弱，故在塔楼的整体分析时，需要考虑节点刚度对塔楼整体指标的影响。
典型偏心节点的构造具体的设计思路是:1)通过整体的模型分析得到每个自由度节点刚度对结构主要分析指标的敏感性曲线，然后通过节点有限元分析确认节点刚度的大致位置，从而评估节点刚度的影响，环梁方向节点刚度敏感性分析。本项目的偏心节点试验已于2014年8月份在清华大学实验室完成，并进行了专家论证，试验结果表明本次节点试验满足结构设计要求，承载力、延性和刚度达到预期目标。
4.3核心筒斜墙过渡设计
由于本项目特殊，核心筒需要在48～51层收进，考虑到上部结构的重量已经比较小，结构设计采用了四面斜墙过渡的解决方案，为此开展了详细的专题设计和研究，以确保结构设计的安全性。
4.3.1斜墙区传力机制研究
斜墙区的水平荷载传力机制与常规的设计差别并不大，主要是竖向荷载传递时的水平分量如何设计。经分析，竖向力水平分量的传力机制，竖向力水平分量大部分通过核心筒的内部自平衡传递，而小部分(不到10%)通过楼板传递至外框架，这是由于本项目外框架的抗侧刚度不大，以及外框架本身的环箍约束能力有限所致。
4.3.2斜墙区构件承载力设计
对于斜墙区的构件，分别从非抗震、小震、中震以及大震各阶段进行详细的应力分析和设计，确保传力途径上主要构件的承载力安全性。
4.3.3斜墙区构件刚度设计
对于以钢筋混凝土构件为主的结构设计，除了保证构件传力的承载力安全性，尚应进一步分析构件在受拉情况下的刚度退化对局部区域原定传力机制的影响，从而确保结构内力重分布的程度是安全可控的。对于该区域而言，分析表明，最需要特别设计的为连梁的轴向刚度，为此根据重分布内力可控的原则，对于受拉开裂的构件，如连梁、关键水平梁，以及剪力墙与楼板相连的环向区域等进行了内置钢板的加强设计。
4.4超高层建筑剪力墙拉剪分析与设计
超高层建筑在受到较大水平荷载作用时，整体主要呈弯曲型的变形和受力，当水平荷载足够大时，结构的竖向荷载就有可能抵消不了因倾覆力矩产生的拉力，从而令柱或者墙体受拉。对于钢筋混凝土构件而言，受拉会产生两个方面的问题:1)局部构件刚度的退化可能导致过大的内力重分布，如果内力重分布无法被合理地估算，那么会影响设计的安全性;2)剪力墙等构件在全截面受拉时，除了斜截面受剪承载力需要设计，全截面开裂有可能影响剪力墙的剪切承载力。
4.4.1剪力墙拉剪非线性分析
本项目采用LS-DYNA软件进行结构的非线性分析，其中剪力墙单元采用精细壳元模型，混凝土本构则直接采用二维混凝土本构(Darwin-Pecknold模型)，该材料本构采用转动裂缝模型，设定合适的剪切传递系数。为联肢墙的测试模型，其中一个墙肢为弹性，另一个为弹塑性，两墙肢通过刚臂连接，分析水平荷载作用下墙肢内的剪力随剪切刚度的变化而变化的情况，联肢墙剪力重分布过程。
由测试案例的分析结果可见，在弹性阶段，两个墙肢的剪力相等，但是随着弹塑墙肢进入塑性程度的加深，即开裂后，它所能分担的剪力缓缓下降，减少的剪力以及增加的外力均转移至弹性墙肢上，可联肢墙的测试模型联肢墙剪力重分布过程见LS-DYNA软件对于剪力墙拉剪的模拟与力学概念是一致的。对于本项目的塔楼而言，由于处于7度区，核心筒的开裂情况并不严重，且在大震弹塑性分析过程中，采用敏感性分析的理念，通过研究钢筋、型钢等对剪力墙弥散裂缝模型剪力传递系数的影响，论证了结构本身的抗震性能是可以保证的，并且拉剪墙肢开裂的内力重分布效应得到了充分地考虑。
4.4.2拉剪剪力墙设计
问题根据文献，钢筋混凝土构件受拉弯作用时，拉力对构件的抗剪承载力有影响，且对于大偏拉构件，高规的计算公式已经考虑拉力的影响，对于小偏拉构件，试验和理论分析表明，由轴拉力引起的斜截面抗剪强度降低值不会超过纯弯构件混凝土抗剪承载力的70%，现有偏心受拉构件的抗剪承载力机制和计算是可行的，但是需要特别指出的是，设计公式适用于裂缝宽度不太大的情况。
对于小偏拉水平开裂通缝的抗剪滑移验算，通常可以采用两种方法考虑:1)水平滑移的剪切由剪力墙内置的钢板或部分剪力由X形交叉钢筋承担;2)考虑型钢和纵向钢筋的作用，包括暗栓作用。这两种方式都可以实现水平截面的抗滑移设计，但尚应考虑钢材和钢筋的纵向应力水平的影响。另外，剪力墙为小偏拉构件时，控制合理的拉应力水平确保纵筋不被拉断，以及采用适合剪力墙拉剪内力重分布的分析方法是有必要的。
4.4.3中震标准组合下墙肢拉应力
本项目塔楼所有墙肢在小震和50年风荷载作用下截面无平均拉应力，在中震标准的组合下，墙肢仅底部和顶部少量具有拉力，且平均拉应力水平小于混凝土受拉开裂应力ftk，本项目塔楼的核心筒拉应力水平较低。
本项目由于建筑方案本身的特点和要求，对结构设计提出了很高的挑战，结构设计和技术研究也与常规超高层建筑对于抗震不规则的设计要求不同，为此创新性地采用了内外结构整体共同协调作用的抗震理念进行结构体系设计，同时用系统性结构设计的方法进行抗震关键点的专题设计和论证。由于篇幅有限，不能对结构设计中其余的技术重难点如地基和基础设计、大型空间斜交节点设计、塔冠结构方案和设计、外框钢结构的整体和局部稳定性分析、楼板应力分析、施工方案模拟、结构分析和构件设计及抗震措施等展开详细介绍。
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谈谈高层建筑的结构特征2000字论文

　1、工程概况
　　在该工程的设计过程中，针对该工程平面凹口较深，平面较为狭长及高宽比较大等结构特点，在结构布置、分析计算和构造措施等方面做了一些有效的处理，使整体设计满足规范要求，且经济实用。以下谈谈本人在设计中的一点体会。
　　该工程地下一层、地上二十八层，总建筑面积：18036.69m2 ，其中地上建筑面积：17516.88m2，建筑物室外地坪至主体结构檐口的高度为：89.4m。地下室建筑面积：1519.81m2，地下室层高4.50m：裙房三层。一层层高5.4m：二、三层层高为4.5m。主楼四至二十八层，每层层高3.0m。该楼层四层以上平面南侧凹口深5.6m，占凹口方向楼板长15.900m的35.2%，另还有两处凹口分别占凹口方向楼板长的32.8%和16.9%，高宽比为5.6。
　　2、地基及基础
　　2.1 地基土层结构及特征
　　据本次勘探揭露，拟建场勘察深度内岩土体可分为l0层：①层冲填土、②层耕填土、③层细砂、④层中砂、⑤层粗砂、⑥层砾砂、⑦层强风化泥质粉砂岩、⑧层中风化泥质粉砂岩。
　　2.2 地下水埋藏条件及砼腐蚀性评价
　　勘察场区内赋存有上层滞水和潜水。
　　据场地水质分析报告结果：拟建场地下潜水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　2.3 地基方案与基础选型分析评价
　　根据以上场地地基岩土层条件和拟建建筑物点，经过充分的技术经济分析比较，决定采用直径分别为Ф800、Ф1000、Ф1200的钢筋混凝土钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C30，以⑧层中风化泥质粉砂岩做桩端持力层。桩长为22～29m左右，Ф800的单桩承载力设计值为4200KN；Ф1000的单桩承载力设计值为6000KN；Ф1200的单桩承载力设计值为7900KN。因南昌地区中风化泥质粉砂岩中均有多层且无规律的软弱夹层，桩端进持力层取5d。根据最后静荷载试验结果来看，Ф1000的单桩竖向抗压极限承载力为13500KN，极限状态下桩顶累计沉降量为16.9mm，质量和经济效果均较好。本工程主楼带地下室、地下室层高4.5m，底板掺混凝土膨胀剂，桩基承台为梁式承台，因为上部结构为剪力墙，荷载分布较为均匀，因而梁板截面高度不需过大，承台梁高lO00mm，地下室底板除核心筒部分（1500mm）外，其余均为350mm，砼标号为C30；为抵抗混凝土收缩、徐变及加强基础的整体性，地下室底板采用双层双向满布配筋Ф14@120。地下室外围墙厚300mm，内部剪力墙厚250mm，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，板厚为200mm，并采用双层双向Ф 12@150满布配筋。
　　3、上部结构设计与计算
　　根据《建筑抗震设防类标准》（GB50223—2008）本工程为丙类建筑，结构的地震作用按设防烈度6度计算，采用全现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。结构的阻尼比为0.05，水平地震影响系数最大值为0.04，基本风压为0.55KN/m2，地面粗糙度为B类，结构体型为1.4。地震力按X、Y两个方向计算，同时考虑扭转耦联，竖向力按模拟施工加荷方式1计算，风荷载按X、Y两个方向计算，恒、活荷载分开计算，周期折减系数为0.9，计算取21个振型。连梁刚度的折减系数为0.7，考虑抹灰粉刷层重量后，混凝土的重度为27KN/m2，地震力的分项系数为1.3，风荷载分项系数为1.4，恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。墙元细分中，壳元最大控制边长为2.0m。
　　该建筑平面有多处凹口，平面较为狭长，再加上楼梯问和电梯间开洞，采用SATWE进行分析。计算结构显示，结构在地震和风荷载作用下位移均在规范要求的范围内，但以扭转振动为主的第三振型周期T3 与侧向振动为主的第一振型周期T1之比为0.756；以扭转振动为主的第三振型周期T3和以侧向振动为主的第二振型周期T2 之比为0.865，并且第一振型和第二振型的扭转振动成分偏大，这表明结构扭转效应显著，对建筑结构不利。同时计算结果还表明，凹口周围、楼房东西两端及平面宽度变化处梁、墙等构件内力值较大。在设计时，考虑应将楼、电梯间处核心筒及5-12、5-14轴上剪力墙加强且连成整体，形成受力的主要部位，承担大部分的剪力和弯矩，实际电算时加强或削弱此部分刚度（主要为增加或减短墙长）对位移影响较大，较增加墙厚等方法有效的多。实际电算和分析相同，但由于建筑功能限制，5-G轴上，5-9轴和5-1l轴间；5-15轴和5-17轴间、还有5-l2轴和5-14轴间无法布置剪力墙，只有设置宽扁梁，加强刚度，实际效果较好，剪力墙成筒布置，在筒与筒之间将板厚加厚为120mm，实际电算时所有凹口处按未设连梁电算，在位移等满足要求规范要求，施工图则按所有凹口处增设250×400连梁处理，更加安全。在平面宽度变化处，剪力墙本工程剪力墙布置既满足了规范要求，经济效益又较好。为消除混凝土收缩、温差可能引起的裂缝，将屋面板配置了双层双向钢筋。
　　除平面不规则以外，该房屋的平均高宽比为5.6也较大，因而验算结构底部外围构件在侧向力最不利组合情况下的轴压比，并控制轴压比在0.6内；验算桩基在侧向力最不利组合下的抗压能力以及桩身是否会出现拉力，并通过调整桩的布置，使其符合要求。
　　在抗震构造措施方面，建筑物底部四层为剪力墙底部加强区；对墙体布置有变化处增设暗柱，加强其配筋。采取增大两端剪力墙的长度、调整其它部位剪力墙长度等措施，使用SATWE软件分析计算可知，凹口处及其周围剪力墙和连梁，以及建筑物两端转角、山墙处剪力墙和连梁基本上没有出现超筋现象，构件的截面和配筋设计符合规范要求。周期T1～T3 及其比值、结构位移值、基底剪重比、地震力倾覆弯矩等均在规范要求范围内，具体结果如下：
　　上述计算分析结果表明，T3 /T1远小于0.9，结构平面布置扭转影响较小；楼层最大层间位移角满足规范要求，且由Y向风荷载控制；底层剪重比接近于0.8%，结构刚度适合，受力体系经济合理，抗震性能良好。
　　4、结语
　　本工程在省抗震设计施工图检查中，经过省抗震专家评审，得到了专家的认可。专家肯定了我们对于本工程结构体系的选择、抗震设计参数的取值及对于平面不规则采取的构造加强措施。

求高层建筑在我国的发展论文

高层建筑结构特点、现状及发展趋势摘要：高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。简要论述了高层建筑结构的特点、现状及今后的发展趋势。关键词：高层建筑结构；特点；现状；趋势前言超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一,且多无绝对、严格的标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要求等很多因素有关。如在美国，24.6ｍ 或7 层以上视为高层建筑；日本则为31ｍ 或8 层以上；英国为等于或大于24.3ｍ；在我国一般8 层以上的房屋就需要设置电梯，对10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此我国的《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-９５） 将10 层及10 层以上的住宅建筑与高度超过24ｍ 的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。从结构受力性态的角度来看,8 层以上的房屋,风和地震等水平荷载或作用显得越来越重要，甚至起控制作用，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）将10 层及10 层以上或高层超过28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑结构高度超过100m 时，称为超高层建筑。1 高层建筑的特点建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。低层建筑结构通常抵抗竖向荷载为主，水平荷载（如风荷载）或作用（如地震作用）的影响较小，它所产生的内力和位移较小，一般可以忽略。因此在低层建筑结构中，竖向荷载往往就是设计的控制因素。但在高层建筑结构中，较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同起作用，而且往往还成为设计中的控制因素。因此，在水平荷载作用下，若高层建筑结构的抵抗侧向变形能力或侧向刚度不足，将会产生过大的侧向变形，不仅使人产生不舒服的感觉，而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力，会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形，甚至会导致结构性的损伤或裂缝，从而危及结构的正常使用和耐久性。因此设计高层建筑结构时，不仅要求结构有足够的强度，而且要求结构有合理的刚度，使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内。同时，有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍具有良好的塑性变形能力，即具有良好的延性性能。除了上述的结构受力特点之外，高层建筑还具有建筑功用上的特点。人们常说建筑是凝固的音乐，优美的高层建筑犹如艺术品，成为城市的一道道绚丽景观；建筑同时是时代跳动的脉搏，高层建筑占地面积小，符合了地价昂贵时代的需求，它可以节约建设用地或获得更多的空闲地面，以作为绿化等环境用地，并因向高空方向发展而缩短了城市道路和各种管线（如给排水管线等）的长度，减少了基础设施的投资。当然，大量高层建筑的建设，也会给城市带来不利的影响，如人口会密集化而造成交通拥挤问题；城市局部热场发生不利的变化以及地质的沉陷、消防的复杂化等问题。综合高层建筑的上述受力特点可知，与低层结构不同，高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。2 高层建筑的发展概况随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。19 世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼（美国，芝加哥），是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。所以，现代形式的高层建筑，只有117 年的历史。到了20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械不断涌现，为大规模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件，使高层建筑得到迅速发展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的发展历程也类似于钢结构的结构体系，由最初的框架结构（1903 年，glnallsBuildin ） 逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的抗震性能。因此，只有在发达国家，大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为研究的热点和发展的方向。3 高层建筑结构的发展趋势高层建筑的发展，充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。3.1 新材料、超强材料的开发和应用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经达到Ｃ100 以上。高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。同时，为了达到轻质高强的目的，必须在高层建筑结构中，发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限（约束）混凝土和预应力混凝土。高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。3.2 混合结构在高层建筑结构中广泛应用如前所述，经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能（如抗震性能）优良的效果，且易满足高层建筑的侧向刚度的需求，可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑，因此在较高的建筑中，混合结构往往仍是合理、可行的结构方案，今后建造混合结构的比率将会越来越大。3.3 新的设计概念、新的结构形式的应用现代建筑功能趋于多样性，建筑的体形和结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新的设计概念和结构技术的深化，采用新的结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层的结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。3.4 高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛发展，在数量、质量及高度上都有了大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。参考文献[1]常跃峰,赵文忠.高层建筑结构用钢板的开发与生产[A].1999 中国钢铁年会论文集（下） [C].1999.