超高层建筑结构设计篇1
本工程位于天津津滨新区中心商务商业区响锣湾商务区，场北道、西场道与滨河路间。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，iii类场地土。本工程包括a座177.3m(46层)和B座99.6m((25层)，3层地下室。a，B座在地面(1层)以上完全分开，地下室连在一起。由于本工程B座体型规则，且高度为99.70m，所以本工程B座不超限。本文仅介绍a座相关情况。本建筑物a座塔楼共46层，其中2～4层为大堂、办公、小部分商业及餐饮，5~15层为酒店，16、32层为避难层，17～39层均为酒店式公寓，40～46层为办公。其中1层层高5.5m，2层、4层层高4.15m，3层及5～25层层高3.9m，26～39层层高为3.6m，40层及以上层高3.9m。
2结构布置及其选型
本项目a座平面呈斜边倒梯形，建筑物高宽比约5.96。在整个平面中间设一大核心筒，大核心筒内部左右两边各设一个核心筒，两核心筒之间有掏空中庭，两核心筒之间及核心筒下部设置局部剪力墙(小筒)以增强整体结构刚度。根据建筑平面，本工程拟采用钢管组合柱框架-核心筒结构。核心筒作为抗侧力体系的第一道防线，为增强核心筒的抗震性能，在关键部位剪力墙及核心筒部分剪力墙边缘构件内设置工字钢。钢管组合柱框架形成结构的第二道抗侧力体系。框架梁的选型经过综合比较后拟采用普通钢筋混凝土梁。结构设计本着简洁至上的原则，在满足预期性能目标前提下，尽可能避免局部楼层的刚度及强度的突变，以避免结构薄弱层的产生[1]。通过分析比较，本工程未设刚性加强层(outriggers)，仅在避难层通过加大梁截面形成所谓的有限刚度加强层。本工程a座建筑高度177.3m，根据《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》（CeCS188:2005）第5.1.6条的规定，本建筑高度小于该条180m的框架—核心筒高度限值。因此，a座建筑不属于高度超限。根据计算，本工程a，B座建筑考虑偶然偏心后均属于扭转不规则，但不存在扭转超限(楼层扭转位移比小于1.40)，同时本工程不存在平面不规则、竖向不规则。平面标准层均在中间设置了中庭，其中a座中庭面积约102m2，B座中庭面积约125m2，综合开洞面积均小于30%，开洞面积及有效楼板宽度都满足高规关于楼板开洞的要求，无其余不规则项。
3基于性能的结构抗震分析
针对本工程的特点，对结构进行计算和分析时，除需考虑常规的竖向荷载、小震作用及顺风向风荷载作用外，尚以高于现行规范的标准，采用基于性能的抗震设计方法，对结构进行中震作用下的屈服分析、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，来使结构达到规范要求的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标[2]。
3.1结构整体分析
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》（2006年10月版）进行结构分析。为体现指标的合理性，计算采用a，B座单独计算，整体计算作为内力和配筋计算用。由于a座建筑高度较高，作为对比分析，采用韩国miDaS（730版本）软件作补充。
3.2多遇地震时程分析
根据《建筑抗震规范》（GB50011—2010）5.1.2条的要求，本工程a座应进行多遇地震的时程分析。本工程地震时程采用2条天然波和1条人工波（7度、iii类场地），多遇地震的最大加速度为55cm/s2。计算结果表明，3条波均满足不小于振型分解反映谱法计算结果的65%，且3条平均值为振型分解反映谱法计算结果的84.8%（0°），87.7%（90°）。基本符合抗震规范的选波要求。根据时程分析的结果，结构上部约1/3范围内的地震剪力略大于振型分解反映谱法计算结果，施工图设计中，适当放大此范围的反应谱计算结果。
4中震弹性分析
考虑到本工程竖向构件是整个结构抗震中十分重要的构件，对其进行了中震作用下的弹性验算，以判别其是否达到了中震弹性的抗震性能目标。即在中震不屈服计算的基础上，将荷载分项系数恢复为正常值，材料的强度取设计值，抗震承载力调整系数取1.0，不考虑地震作用的内力放大调整，不考虑风荷载，这时构件的地震作用组合效应不大于按强度设计值计算的抗震承载力。验算结果表明，竖向构件在中震作用下均不屈服，基本处于弹性阶段，不会出现塑性损伤。
5罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析
对本工程非线性时程分析采用Satwe系列软件的epDa程序，地震动的输入本工程采用中国地震局第一监测中心提供1条大震人工波和2条大震人工波共3条地震波。加速度最大值取310cm/s2(0.31g)，阻尼比0.04。图2和图3给出了弹塑性时程分析X方向和Y方向的层间位移角。计算结果表明，在罕遇地震作用下，结构X方向的最大层间位移角为1/188,Y方向的最大层间位移角为1/123。均满足1/100的限值要求。计算结果表明，21层、39层，其层间最大有害位移角相对稍大，说明该部位为薄弱位置。设计中拟对该部位作加强。罕遇地震作用下，X方向的最大底部剪力为126164kn，约为重力荷载代表值的10.1%;Y方向的最大底部剪力为130027kn，约为重力荷载代表值的10.6%，分别为多遇地震反应谱计算所得底部剪力的4.85倍和4.62的倍。
6结构抗震加强措施
通过对本工程的弹性、塑性分析，本工程结构体系合理，刚度、承载力分布均匀，具有多道防线，能满足性能设计的预期目标。针对本工程接近高度超限情况，拟在施工图设计中采用如下的技术条件和加强措施，以满足性能设计的预期目标。1）对框架柱、剪力墙的加强措施。本工程因为高度接近超限，而且地震设防烈度为7.5度、iii类土区域，结构设计时框架柱、剪力墙构造按照特一级控制。为加强核心筒抗震性能，尤其是抗剪承载力的提高，避免剪力墙的剪切破坏，核心筒剪力墙采用钢管组合剪力墙，相关规范参见《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》框架柱的轴压比不大于0.65，剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比≤0.45。竖向构件按照中震不屈服进行设计;水平构件的抗剪能力也按中震不屈服设计。适当加强墙、柱的配筋，墙、柱在构造上按特一级控制。底部加强区剪力墙分布筋的最小配筋率为0.4，其余部位剪力墙的最小配筋率为0.3，以保证剪力墙在罕遇地震作用下不出现剪切铰，具有良好的延性。钢管混凝土柱套箍指标≥0.60，含管率≥4%。2）增强结构刚度。在避难层加高主梁高度，形成有限加强层，增强全楼的整体刚度，适当加厚楼板及板配筋,以加强在地震作用下可靠传递水平剪力。3）由于局部开洞，验算罕遇地震作用下楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度并保证其满足强度要求(验算时荷载分项系数取1.0，材料强度取标准值)，以确保在罕遇地震作用下楼板仍能作为刚性隔板可靠传递水平剪力。
7结语
超高层建筑结构设计篇2
关键词：超高层建筑；设计；构想
中图分类号：tU2文献标识码：a
根据我国法律规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑的建造之所以发展速度快，是因为高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。尽管建造超高层建筑需要的费用较高，但在我国的城市建设中，随着城市化日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑快速发展。
1超高层建筑的不同之处
超高层建筑与一般高层建筑结构设计的差异
1.1从房屋高度上，超高层建筑的房屋高度在100m以上直至有几百米，而一般高层建筑的房屋高度则是在100m以下。
1.2超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证遇到火灾时人员疏散的安全。对于这些安放有设备设计除考虑实际的荷载之外，更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响。同时，这些楼层的结构设计，为提高结构的整体刚度，可用来设置结构加强层。
1.3超高层建筑的结构类型选择上相对要广，除了钢筋混凝土结构外，还有全钢结构和混合结构。而一般高层建筑结构除了特殊条件需要者外，多为钢筋混凝土结构。
1.4超高层建筑的平面形状多为方形或近似，对于矩形平面其长宽比也是在2以内，尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。而一般高层建筑平面形状选择余地要大。
1.5超高层建筑的基础形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面为框架.核心筒或筒中筒，同时，由于基底压力大要求地基承载力很高，除了基岩埋藏较浅可选择天然地基外，一般均采用桩基。
1.6房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，既要满足舒适度，结构顶点最大加速度的控制也要满足相关规定要求，但是高层建筑设计不需要考虑上述问题。
1.7只有经过国内专家的评估和论证，必要时还须进行振动模型试验，才能确保工程的安全。而一般高层建筑的房屋高度多在规范容许高度范围并已有大量的科研成果和实际工程经验，除非是特别不规则结构，是不需要进行抗震设防专项审查的。
2超高层建筑结构方案
2.1抗震设防烈度是超高层结构体系选用首要考虑因素《抗规》中规定，对于房屋高度超过100m的高层建筑，不同的抗震设防烈度，房屋高度也是不相同的。显然，抗震设防烈度6度最有利于建造超高层建筑。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，并导致工程造价也相当高。
2.1.1超高层建筑方案应受到结构方案的制约，建筑专业是民用建筑设计中的龙头专业，一个具有较强建筑方案能力和有经验的建筑师在建筑方案时应考虑到建筑结构，使得结构方案具有可实施性。而对于超高层建筑方案更应首先就要考虑结构方案的可行性，保证居民的生命和财产安全。
2.1.2超高层建筑结构体系中结构类型的选择，应该根据拟建场地的岩土工程地质条件和抗震性能目标的确定及经济的合理性综合考虑。拟建场地的岩土工程地质条件，是合理选择超高层建筑的结构类型时要考虑的因素之一。
2.2抗震设计时，所确定的抗震性能目标是超高层建筑结构选型应考虑的另一因素。一般而言，超高层建筑结构设计普遍存在结构超限。一般抗震设计的性能目标要求竖向构件承载力达到中震不屈服或剪力墙底部加强区达到抗剪中震弹性，受弯及框架柱达到中震不屈服。
2.2.1采用合理的结构类型，应考虑经济上的合理性。通常从工程造价上比较，钢筋混凝土结构最低，其次是混合结构，最高则是全钢结构。一般混合结构的采用应考虑有利于降低工程造价。另外，超高层建筑结构中的竖向承重构件由于截面积大而会使建筑有效的使用面积减小。
2.2.2超高层建筑结构类型的选用，施工的合理性应是考虑的又一因素超高层建筑的房屋高度多在150m以上。房屋高度愈高，施工难度愈大，施工周期也愈长。一般钢筋混凝土结构高层建筑出地面以上的楼层施工进度慢，施工难度很大。所以，不同结构类型，施工进度各不相同。因此，设计应根据不同的房屋高度和业主对工程施工进度的要求，综合考虑以选择合理的结构类型。
2.3超高建筑结构类型中的混合结构设计
采用型钢混凝土梁，粱的纵筋要穿越柱的腹板或焊接在设置于型钢柱翼缘的钢牛腿上，而型钢柱的箍筋除穿越柱腹板外还要穿越型钢梁的腹板。它与全钢结构相比，即使加上钢筋用量后总用钢量也要低，相应总的工程费用也低。同时，由于混合结构的主要抗侧构件是钢筋混凝土核心筒，其抗侧刚度大于钢支撑，这就是混合结构目前广泛用于超高层建筑结构的主要原因。
2.4超高层建筑结构的基础设计
超高层建筑一般多设二层或更多层的地下室，其基础的埋置深度均能满足稳定要求。而对于基岩埋藏较浅无法建造多层地下室不能满足埋置深度要求的，则可设置嵌岩锚杆来满足稳定要求。
2.4.1天然地基基础。对于基底砌置在砂、卵石层的建筑，多是采用等厚板筏形基础。但也有工程采用箱形基础。
2.4.2桩基基础的设计。超高层建筑的桩基础，由于基底压力大，要求的单桩竖向承载力较高，因此，均采用大直径钻孔灌注桩或有条件的工程场地采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。桩端持力层的选择应考虑层厚较大和密实的砂、卵石层或中风化、微风化基岩，以减少桩端沉降变形。
3超高层建筑的技术及措施
3.1连廊弱连接支座留足连廊两端活动空间确保不出现下坠，采用抗拉铰接万向支座，并用侧面限位器固定，确保水平荷载直接传递到塔楼主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级，以确保安全性。
3.2连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施。连廊采用空间钢结构桁架，钢筋混凝土楼板的形式，并进行专门设计。顶部莲花座高度较高且外形复杂，采用将芯筒适度上升，外复钢结构形成莲花座外形的结构设计，能极大地减轻自重保证结构强度，从而有效克服鞭梢效应，且施工方便。
3.3平面扭转不规则抗震加强措施。主要采取调整抗侧力构件的布置，使质心与刚心尽量重合，并加大结构的扭转刚度，以减小结构扭转效应，使结构各楼层的位移比限制在规定范围之内。
结语
超高层建筑双塔结构是一种非常复杂的结构体系，如何科学合理地设计超高层建筑结构已成为一个急需解决的问题。超高层建筑应采用合理的计算模型，通过多种分析进行比较，证明结构设计是可行的，因此设计者要足够重视抗震设计。
参考文献
[1]秦荣.高层与超高层建筑结构[m].北京：科学出版社，2007.
超高层建筑结构设计篇3
关键词:超限高层结构;抗震设计;改进方法
1超限高层结构中基于性能的抗震设计思路
超限高层结构基于性能的抗震设计思路，是本着确保人们的生命和财产安全为目标的。在我国的抗震规范设计思路上，要求结构要具有对抗小震的强度验算及对抗大震的薄弱层控制的技术和方法，做到小震不坏，中震可修，大震不倒。因此，遵照这个原则，基于性能的抗震设计方法有了大量的研究和实践成果。基于性能的超限高层结构设计，主要包括的内容有结构的设计原则、结构的布置、结构的质量把握、维修维护等内容。具体落实包括从设计到可行性研究、施工质量管理等各个环节［1］。基于性能的结构抗震性能水平指的是对结构的破坏程度进行预期的评估，根据评估出来的构件可能遭到的破坏以及内部设施能够用于地震设防的作用等进行全面的考虑，将被破坏的状态、经济影响因素等加以预估，以保证人们的人身和财产安全得到最大程度的保护。关于结构抗震性能的规定从2011年就开始进入实施阶段，内容囊括了结构抗震性能的设计，其中包含了四个等级的结构抗震目标的划分以及五个结构抗震性能水准设定。新规定克服了旧有规范在抗震设计思想中的种种不足，引进了新结构体系、设计方法以及材料的应用，使得超限高层建筑的构件的承载力和变形等要求有了更加合理的参照标准和规范［2］。如对于超限高层结构的抗震性能水准的规定包括:在地震作用下，结构应保持基本完好，人员不会受到伤害;结构的个别构件如果发生损伤，可以经过修复后继续使用;结构中的薄弱环节和部位能够保持完好，如果个别部位发生微裂缝等问题，则通过修复可以恢复使用;在强震作用下，构件发生中等程度以上的损坏后，结构可能会发生严重的损伤，但是不能对人造成伤害，不允许局部和整体发生倒塌。
2工程案例
重庆市某超高层建筑(见图1)，占地面积11346m2。分为地下5层和地上48层，采用框架剪力墙结构。该建筑所处地段频临江边，地理位置优越，沿江部分采用斜向45°的剪力墙作为转换层的正交布置。标准层和转换层的平面布置严格按照高层建筑混凝土结构的技术要求施工。该设计理念使结构的布置不规范，转换层的结构包含了主次梁的转换，整个工程属于较为复杂的超限高层的建筑，具有竖向凹凸不规则、楼板局部不均匀、竖向不连续等超限问题［3］。根据该工程的特点，应业主要求，在施工中针对不同水平的地震作用进行了预估计，对地震作用下的性能指标进行了设计。在地震作用下的结构构件弹性的设计，按照行业规则，首先对荷载组合中最不利的部分进行了设计，主要设计的内容包括了承载力的要求、构件的系数调整、内力的增大等。见表1。除了楼板等结构构件的承载力之外，根据建筑中抗震性能的类型进行了相关荷载组合的设计，考虑的因素主要包括构件内力的增大、系数的调整等。对于罕见强震的结构构件中的竖向、转换构件以及首层以及转换层的薄弱部分、地基承载力的荷载等的设计［4］。见表2。1)地震作用下的设计参数分析。该工程在抗震防烈度上被设计为6级，按照地震的加速度值进行了分组，场地类别为ii级。在对地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。见表3。对于地震作用下的结构设计，该工程采用了中科院的结构抗震设计软件进行了计算，计算的内容包括地震周期、作用、折减系数、刚度影响等。经过计算，结合实际，只要结构设计符合地震作用下的抗震规范要求，能够使得剪力的平均值小于震型分解反应中的结构内力要求，就可以保证建筑结构对抗地震的破坏。2)建筑结构在遇到罕遇地震的结构分析。根据建筑结构的弹塑性静力分析，建筑结构的非线性可以按照弹塑性动力时程的原理进行计算。例如本工程中的自由度高柔体系为5S，那么弹塑性静力推覆可能需要的周围不能大于2S，因此，根据有关结构弹塑性动力分析的规定，结构构件中的内力和变形、位移等，需要采用弹塑性动力分析的方法对震波进行研究。将地震波最终计算得到的结构的平均值作为设计的依据，按照弹塑性实程的方法，对结构的抗震性能进行设计。工程中结构平面的45°斜向正交布置的结构方法，使得弹塑性时程分析要对结构地震相应地进行地震波的分析、补充验算。得到的结论是，当结构在45°的地震作用下，结构的响应度应保持在0°和90°为最佳设计思路［5］。因此，根据计算的分析，工程选用了两种度数作为主要分析的方法，将最大层间的位移角和转换层的层间位移角的抗震性能以及目标进行了设计，针对罕遇地震作用的剪力和倾覆弯矩的设计能够对抗大型的地震，使得结构进入了弹塑性极端。3)工程的主要构件的抗震性能的分析。楼板的抗震性能通过地震增大系数法，对于地震作用下的楼板应力进行了分析。首先是得出在弹性大地震作用下的转换层楼板的应力计算图，得到转换层在地震作用下不屈服的性能指标，然后根据标准层薄弱部分的截面法的分析结果，得到楼板的合成剪力、转换层对框、支柱、加强区的剪力墙等部位的内力分析结果。见表4。
3结语
关于超限高层建筑的抗震设计思路，随着科学技术水平的不断提高，已经实现了以实际震害为背景的抗震设计，而且随着国际研究领域的重视程度的提高，在充分把握结构、变形、受力等特征的基础上，不断注重结构整体抗震性能的设计目标的整体分析和优化［6］。当今的结构设计已经在结构弹性分析和弹塑性分析的基础上，能够整体确立结构的基本特征，布置结构平立面，验算出结构构件在地震反应下的性能目标，给予设计准确的计算结构的指导，同时经过振动台的实验给予论证，高层建筑结构设计的思路还将不断得到扩展。
参考文献:
［1］朱海强．对建筑装饰装修工程施工管理问题的全面探究［J］．中国房地产业，2013，29(3):285．
［2］孟宁．浅议如何提高建筑装饰装修的施工管理水平［J］．山东工业技术，2015，34(7):112．
［3］欧立坚．浅析建筑装饰装修工程中的施工管理［J］．技术与市场，2012，33(10):123－124．
［4］孙逊．刍议超限高层建筑结构设计中要注意的问题［J］．中华民居，2014，7(6):37－38
［5］庄磊．海南路10号地块超限高层建筑结构设计［J］．结构工程师，2013，29(5):17－22．
超高层建筑结构设计篇4
中国大部分地区地处环太平洋地震带上，每年发生大地震机率甚高，因此建筑物之耐震设计非常重要。传统建筑物采用耐震设计规范设计建筑结构物，主要考虑强度与韧性，5.12地震后，由业界引进两种耐震新技术，一为隔震，另一为消能。其技术由研究阶段迈入实际应用阶段。此两种耐震新技术在日本阪神地震发生后，蓬勃发展；中国大部分地区与其它世界各主要受强震侵袭国家也不例外。自2008年5.12集集地震发生后，国内采用隔震消能新技术的建筑物案例与日俱增，规范也适应时势所驱，于耐震规范中列入专章包括了有关隔震与消能设计的规定。
1.1耐震建筑物
耐震建筑物耐震设计之基本原则，系使建筑物结构体在中小度地震时保持在弹性限度内，设计地震时容许产生塑性变形，但韧性需求不得超过容许韧性容量，最大考虑地震时则使用之韧性可以达规定之韧性容量。
1.1.1中小度地震：为回归期约30年之地震，其50年超越机率约为80%左右，所以在建筑物使用年限中发生的机率相当高，因此要求建筑物于此中小度地震下结构体保持在弹性限度内，使地震过后，建筑物结构体没有任何损坏，以避免建筑物需在中小度地震后修补之麻烦。一般而言，对高韧性容量的建筑物而言，此一目标常控制其耐震设计。
1.1.2设计地震：为回归期475年之地震，其50年超越机率约为10%左右。于此地震水平下建筑物不得产生严重损坏，以避免造成严重的人命及财产损失。对重要建筑物而言，其对应的回归期更长。于设计地震下若限制建筑物仍须保持弹性，殊不经济，因此容许建筑物在一些特定位置如梁之端部产生塑铰，藉以消耗地震能量，并降低建筑物所受之地震反应，乃对付地震的经济做法。为防止过于严重之不可修护的损坏，建筑物产生的韧性比不得超过容许韧性容量。
1.1.3最大考虑地震：为回归期2500年之地震，其50年超越机率约为2%左右。设计目标在使建筑物于此罕见之烈震下不产生崩塌，以避免造成严重之损失或造成二次灾害。因为地震之水平已经为最大考虑地震，若还限制其韧性容量之使用，殊不经济，所以允许结构物使用之韧性可以达到其韧性容量。
1.2隔震建筑物
隔震建筑物系在建筑物基面设置隔震层。该隔震层系由侧向劲度很低的隔震组件构成，让整体隔震建筑物之周期大幅拉长，藉以降低作用在结构物上之地震力。然因周期增加后，建筑物之位移增加很多，因此再配合消能组件，提高系统的阻尼比，进而降低位移量。最常用的隔震组件为铅心橡胶支承垫(leadrubberbearing，简称lrb)，中间所加之铅心，就是来提供消能的，而拉长周期就靠橡胶层受水平剪力作用时具有低劲度的特性来达成。lrb消能的特性很稳定，虽经过多周次之作用，其强度、劲度及消能之能力并没有明显的衰减。
隔震建筑物另有一个特性，就是因为隔震层相对于上部结构软了许多，因此当其受地震水平力作用时，隔震层的相对变位很大，而上部结构的相对变位很小。因此有时为简单计，可以将上部结构视为刚体。
1.3消能建筑物
消能建筑物就是加上一些阻尼器，藉增加建筑物的阻尼比来达到耐震的目的。依据耐震设计规范10.2节之定义，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(摩擦组件)、双线性(金属降伏组件)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(其它)则含括所有不属于位移型与速度型的消能组件，其典型范例包括形状记忆合金(超弹性效应)、摩擦.弹簧组件，以及兼具回复力与阻尼的液态消能组件。
2世界各国隔震建筑物发展现况
各国推展隔震建筑物数量不一，不过有一共通点，即大地震来临，往往成为催生者。如美国北岭地震(1994)，日本阪神地震(1995)，中国大部分地区集集地震(2008)等，虽然地震造成工程产官学界痛定思痛之痛楚，但经由其它建筑物损坏情形，终于肯定隔震建筑物在地震中的优越性。
3耐震建筑与隔震建筑造价比较
由日本统计数据显示，隔震建筑物与耐震建筑物造价比较，建筑物高度在25m以下，隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之105%-109%；建筑物高度在25m-31m，隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之102%-104%；建筑物高度在31m以上，隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之99%-103%。
另比较隔震建筑物结构造价比较，办公室隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之18%，旅馆建筑隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之13%，医院隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之8%。显示越重要之建筑物，采用隔震建筑物设计，结构费用相对最经济。
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(src+rc)，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+fluiddamper。
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有下列关键因素：
5.1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。
5.2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。
5.3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。
超高层建筑结构设计篇5
关键词：超高层建筑；结构设计
abstract:toatallbuildingfor,andtoadaptthebuildingstructuresystem,structureandarrangementoftheconceptualdesignisnotabsolutebutreasonablestructuredesignshouldbetheonly.Basedonmanyyearsofworkexperience,andstructuredesignofahigh-risingstructureisanalyzed,inordertoofferreferenceforthesame.
Keywords:tallbuilding;Structuredesign
中图分类号：tU97文献标识码：a文章编号：
一、超高层建筑的结构设计特点
超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比，超高层建筑的结构设计显得十分重要。不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。超高层的建筑结构设计主要具有以下几个特点：
1水平力是超高层建筑结构设计的主要因素。有研究证明，楼房的自重与楼面的载荷在竖向放人构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比，但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。因此在超高层的建筑设计中，水平力是设计主要因素。
2轴向变形是不可忽视的。当楼层十分高时，由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形，会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小，从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。
3侧移做为控制指标。超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大(侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系)，所以结构侧移是超高层建筑结构设计的关键因素。
4抗震设计的要求更高。超高层的建筑抗震设计必须要做到“三水准”要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。
二、工程概况
某大厦由一栋30层写字楼、一栋2层商业附楼和4层地下室组成，总建筑面积90149m2，屋面结构高度18280m、停机坪结构高度19320m。
三、总体结构设计
1结构选型
本工程采用钢筋混凝土框架一核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构竖向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高120m、结构高度超限及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。
承载力和水平位移计算时，基本风压均按重现期为100年的0．90kn／m3取值，(广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》JG13―2002补充规定DBJ/tl5―46―2005尚未颁布)。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第3o层利用建筑避难层，设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层，结构加强层是一把双刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。
2超限措施
本工程结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通(如图1)，除结构高度超过适用限值外，其它指标通过调整后均达到未超限。
图1结构布置平面图
由于结构高度超限、而且首层层高12.0m，超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：l～15层框架柱采用钢管混凝土组合柱、1～2层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。
四、钢管混凝土组合柱的梁柱节点
在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接节点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等，本工程采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。
1钢管开小孔的连接节点构造(如图2)。钢管上开穿钢筋小孔的连
接节点做法要点如下：
图2钢筋穿钢管立面图
①钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距：3×D，小孔垂直间距=2×D；
②钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65~100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm(t为钢管壁厚)；
③钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽一15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间；
④梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。
2钢管开小孔连接节点的优点
①钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力；②梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。(钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型钢，使得梁刚度急剧变化)；③在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求；④现场施工较方便，即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过；⑤节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低。
五、剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析
对于框架一核心筒结构，部分框架粱要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用究竟如何，其研究文献较少，设计标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对粱端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施如下：
1采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度；
2采用增加墙边框梁方法(如图3)，用以增加墙平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于0．4倍梁纵筋锚固长度，墙边框梁截面高度应大于楼面梁截面高度，为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡；
3为保证梁正截面设计更加符合实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用“调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后，配筋时再局部手算调幅。“调幅再调幅”时，应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。
图3墙边框梁的设置
六、核心筒外墙的连梁设计
核心筒外墙的连粱纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高规》对连粱超筋有专门的处理措施，而且研究文献也少，但计算模型的选取也是重要因素之就一。
《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯粱和深粱的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截面假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。
按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。
本工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线’和“强墙弱梁”的要求。
七、结束语
超高层建筑结构设计篇6
中图分类号：tU97文献标识码：a文章编号：
前言风荷载是各类建筑物的重要设计荷载之一。对大跨空间结构、高层建筑而言，风荷载常常起主要甚至决定性作用，复杂的动力风效应影响成为结构设计的控制因素之一。随着新技术、新材料、新型式、新设计方法的应用，工程结构日趋多样化、大型化、复杂化，对风敏感程度越来越强。然而，在现行的建筑结构规范中，上述结构的抗风设计参数并不完善，风与结构间复杂的相互作用对结构抗风设计、防灾减灾分析提出了巨大挑战。因此重大工程结构在风荷载作用下的动力响应特性研究越来越受到学术界和工程界的关注与重视。
一、风荷载特点及其效应
随着高强轻质材料的应用和设计水平的不断提高，现代建筑不断向高层和超高层的方向发展，结构的阻尼更小，柔度更大。高层建筑的特点是长细比较大，在动力荷载作用下易产生振动和变形，长期的、频繁的中低风作用使高层建筑某些局部构件产生疲劳破坏，从而使整个结构失稳。当高层建筑的自振频率接近风的卓越频率时，结构响应进一步加剧，风振的影响非常显著。据统计，结构由于风灾产生的破坏占结构破坏总数的大部分。风荷载已成为高层、超高层结构的主要设计荷载之一，已成为结构设计中不容忽视的内容。
根据大量实测的风速时程记录，可将风看作由平均风(长周期的稳定风)和脉动风(短周期的波动风)组成。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看成不随时间而改变的量。由于风的长周期远远大于结构的自振周期，可等效为静态作用处理，应用结构静力计算。脉动风的强度是随时间按随机规律变化的，由于周期较短，应用随机振动理论进行分析。
由于气流的惯性和粘性，风流经非流线型的高层建筑时，会产生复杂的流固相互作用效应，主要表现为气流的分离、再附着、涡的形成和脱落以及尾流的发展；同时产生气动力。风荷载对高层建筑有明显的三维荷载效应，按照气动力的合力方向，风荷载对建筑的作用主要分为顺风向荷载，横风向荷载，扭转风荷载。
在三维气流流动中，顺风向有平均风和脉动风的共同作用；而在与平均风垂直的水平方向，即横风向以及竖直方向仅有脉动风作用。因此，对于建筑结构，其风效应主要包括：顺风向效应、横风向效应，风致扭转效应及结构的自激振动反应。
二、风振控制的设防目标
为了使高层建筑在风荷载作用下不会发生局部破坏、结构开裂和变形过大等现象，以保证结构的安全，结构的抗风设计必须保证强度、刚度和舒适性的要求。
影响人体感觉不舒适的主要因素是振动频率、振动加速度和振动持续时间。由于持续时间取决于阵风本身，而结构振动频率的调整又十分困难，因此一般使用限制结构振动加速度的方法来满足舒适度的要求。
三、降低结构风振相应的措施
目前超高层建筑抗风措施主要有气动措施、结构措施与机械措施三种方法。
3.1气动控制法
气动措施可分为被动控制，半主动控制与主动控制。
半主动控制与主动控制需要外界能量，通过改变气动措施的状态或向风场中吹气来改善结构周围的流场，特别是控制流动分离，从而减小流体作用在结构上的风力。但由于流体分布的随机性，导致这类措施很难用于工程实际。
被动气动控制，即通过改变建筑的外形以减小建筑的风荷载与风致效应，是一种常用并且十分有效的措施，并且可以与建筑设计相结合。气动措施用于建筑的方案设计阶段，基于风对超高层建筑的作用机理，能从根源上减小结构的风荷载与风致效应。
3.2结构控制法
通过增强结构本身的抗风性能来抵抗风荷载的作用，即通过提高结构本身的强度和刚度，由结构本身储存和消耗风振能量来抵御风荷载。这种传统的抗风设计方法，不一定安全，也很不经济，失去了轻质高强材料本身的优势。仅用于结构设计阶段。
3.3机械控制法
机械措施是通过在主体结构上添加辅助阻尼系统来减小结构的风致响应，比如台北101大厦与上海环球金融中心都在其顶部设置调谐质量阻尼器来控制结构顶部的位移与加速度，以满足结构强度、刚度与舒适度的要求。机械措施也可以用来提高建筑的抗震性能。
调谐质量阻尼器系统是结构被动减振控制体系的一类，它由主结构和附加在主结构上的子结构组成。其中子结构包括固体质量、弹簧减振器和阻尼器等，具有质量、刚度和阻尼，由于这种系统是利用调整子结构的动力特性来减小结构的动力特性的，而不是靠提供外部能量，故称为“被动调频减振控制体系”。
tmD在控制结构振动方面是一种有效的减振装置。它具有简洁、可靠、有效以及低成本等优点，倍广泛的应用到高层结构以及的土木工程结构的振动控制中，尤其是高层建筑，电视塔以及桥梁结构的抗风设计。
四、设置tmD的结构抗风设计的实用方法
项海帆等提出了一种基于我国《建筑结构荷载规范》的高层建筑风振控制的实用化设计方法。由于不论何种减振装置(主动，被动，半主动)，其减振的效果都可认为是相当于增加了结构的阻尼。
4.1强度和刚度的抗风设计方法
对于高层建筑结构强度和刚度的抗风设计，一般考虑结构顺风向的平均风和脉动风的共同作用。根据高层建筑结构设计规范，作用在高层建筑任意高度处顺风向的等效静力风荷载标准值可按下述公式计算:
式中，为基本风压，为风荷载体型系数，为风压高度变化系数，为重现期调整系数，为顺风向Z高度处的风振系数。显然，公式(1)中只有风振系数与结构阻尼比有关。考虑到设置被动的减振装置的作用是将高层建筑结构的阻尼比提高到，因此，根据《建筑结构荷载规范》，受控结构的风振系数应为：
式中脉动增大系数可表示成：
式中：
由此可知，在求得设置被动减振装置的高层建筑结构控制效果的结构等效阻尼比和有效阻尼比后，就可按式(2)和(3)求得受控结构降低了的风振系数，并最终由(1)计算得到受控结构上降低了的等效设计风荷载的标准值。依此等效设计风荷载的标准值就可如同常规的抗风设计一样，用静力计算的方法求得受控高层建筑结构在风荷载和其它荷载组合下的结构构件内力和结构层与层间位移，并最终验算它们的强度和刚度的抗风设计要求。
4.2舒适度的抗风设计方法
由于舒适度主要取决于结构的风振层加速度，因此设置被动减振装置的高层建筑结构舒适度的抗风设计只需考虑受控结构风振层加速度的计算方法。根据高层建筑结构设计规程，结构顶部顺风向脉动风振加速度的设计计算值为：
其中a为高层建筑总的迎风面积，mtot为建筑物总质量。显然，对于设置被动减振装置的高层建筑，只需依其有效阻尼比，按公式(3)求得降低了的脉动增大系数后，就可由式(4)得到αw。并最终验算舒适度的抗风设计要求。
参考文献
[1]李爱群等.工程结构减振控制[m].机械工业出版社2007.06
[2]顾明,叶丰,张建国.典型超高层建筑风荷载幅值特性研究[J].建筑结构学报,2006,26(1):24-29
[3]汪小娣.高层建筑风效应及风振控制[J].振动与控制,2007
[4]项海帆.高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法[J].振动工程学报.1999.12
超高层建筑结构设计篇7
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：
超高层建筑结构设计篇8
【关键词】结构设计；连梁设计；超筋处理
1、连梁的工作和破坏机理
高层建筑在风荷载和地震力作用下，由于连梁两端的墙肢受到不均匀地压缩，在连梁两端产生竖向的位移差，并在连梁内产生内力。但是连梁端部的弯矩、剪力和轴力反过来减小了墙肢的内力与变形，对墙肢起到一定的约束作用，并改善了墙肢的受力。
高层建筑剪力墙的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，第一种属于脆性破坏，第二种属于延性破坏。当连梁发生脆性破坏时其承载力丧失，如果沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏，各墙肢就丧失了连梁对它的约束作用，成为单片的独立剪力墙，从而造成结构侧向刚度大大降低，结构变形加大，并且进一步增大重力二阶效应，最终可能造成结构的倒塌。当连梁发生延性破坏时，梁端受拉区出现裂缝，并形成塑性铰变形，从而吸收大量的地震能量。而塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，连梁仍能对墙肢起到一定的约束作用，使得剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展和加大，直到连梁混凝土受压破坏。
2、合理结构体系的连梁设计
根据以上对连梁的工作和破坏机理的分析，为保证墙肢和连梁一致协同地工作，在正常的重力荷载和风荷载作用下，结构应处于弹性工作状态，连梁不应该出现塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。所以连梁的设计要求符合强剪弱弯的原则，连梁的屈服要早于墙肢的屈服，并保证墙肢和连梁具有良好的延性。因此，在日常设计中，为了建立合理的结构模型，我们应该把握以下几种方法：
（1）连梁刚度的折减：①《高规》第5.2.1条规定：在内力与位移计算中，抗震设计的框架剪力墙结构或剪力墙结构的连梁刚度可以折减，折减系数不宜小于0.5。之所以考虑对连梁刚度进行折减，是由于在水平荷载作用下，连梁混凝土的开裂引起了刚度降低。而地震作用下，连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下更大，因此刚度降低更多。刚度折减越多意味着在设计荷载作用下裂缝开展越大。
②抗震设计时，剪力墙结构的连梁的弯矩和剪力可进行适当塑性调幅，以降低其剪力设计值。但在结构计算中已对连梁进行了刚度折减，其调幅范围应限制或不再调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩应相应加大。一般情况下，经全部调幅后的弯矩设计值不宜小于调幅前的0.7倍(6、7度时)和0.5倍(8、9度时)。但是我们应该注意，这调整方法考虑连梁端部的塑性内力重分布，对跨高比较大的连梁效果比较好，而对跨高比较小的连梁效果较差；经此调整，仍可确保连梁对承受竖向荷载无明显影响。
（2）加大连梁跨度、减小连梁截面高度。在连梁设计过程中，其刚度经折减后，仍有可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减小连梁刚度。减小结构的整体刚度，从而减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。但是调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足强剪弱弯原则。
（3）加大剪力墙厚度，从而增加连梁的截面宽度。一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（4）提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（5）处于地震区的高层建筑剪力墙的连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按强剪弱弯的要求，配置相应的纵向钢筋。
（6）连梁的铰接处理。当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可假定该连梁在大震下破坏，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析。实际计算时，为减小结构计算工作量，可将连梁按两端铰接梁计算。
3、连梁超筋处理
（1）对超筋连梁的计算处理(连梁在等弯矩情况下，截面替换后的连梁及相应剪力墙的配筋计算结果暂称为③)。对采用上述第“2-6”的方法时连梁进行计算处理后，结构的侧向位移不能满足规范要求，即层问位移角已不符合《高规》表4.6.3要求，且确无其他手段加大结构的侧向刚度时；或者采用第“2-6”的方法调整效果不好时，可在计算中考虑地震作用下连梁对墙实际存在的约束作用，在结构分析中采取降低连梁计算截面的方法。其计算控制目标是，连梁的计算剪力V3小于连梁实际截面所能承担的最大剪力[V1]即可。注意此时程序可能仍然判断为超筋(V3)但其判断不真实，因为其实际截面尺寸大于计算截面尺寸，连梁所能承担的最大剪力还是[V1]。
（2）连梁计算处理后的分析及相应的配筋设计
①情况一，连梁调幅处理后，计算结果满足规范要求。剪力墙直接按计算结果配筋，连梁按计算结果配筋。
②情况二，对连梁进行计算处理后，当结构位移仍能满足规范要求，即层间弹性位移角符合《高规》表4.6.3要求时。
③情况三，降低连梁截面进行计算，剪力墙配筋应进行包络设计，配筋取计算结果的较大值。
④按连梁能承受的最大剪力配置箍筋的公式可以推导根据连梁的截面要求推算出连梁所能承受的最大剪力[V1]，以此作为连梁的抗剪承载力设计值，可求出连梁的箍筋面积。
4、结论
总而言之，合理地进行连梁设计与超筋处理尤显重要。但是由于连梁属于剪力墙结构体系，所以我们要使其互相制约的因素协调起来，让分析模型尽可能合理，并真实地反映出结构受力状态，以取得较为理想的效果。
参考文献
超高层建筑结构设计篇9
关键字：结构概念高层建筑运用
中图分类号：tU97文献标识码：a文章编号：
伴随我国经济日益繁荣，国民对建筑由过去的居家逐渐向舒适，美观方向转化，对建筑结构，建筑样式日益提出更高要求。从整个建筑行业发展来看，由于人均用地减少，对建筑需求提升等多方面因素考虑，高层建筑成为我国建筑的主力军。
一：结构概念设计内容和原则
在探究结构概念设计在超高层建筑中的运用之前，应充分了解结构设计内容和原则
结构概念设计内容
高层建筑结构概念设计即在特定地理环境，空间形式，功能，用特定结构语言展现建筑及其表达的内容，用整体架构思想设计各部结构有机结合；注重构件与分布体系之间的协调和承载力关系，选择有效结构体系协同高层建筑的使用性。
结构概念设计包括建筑设计，结构设计，基础设计，通过运用人思维和结构判断能力，在宏观架构体系上决定结构设计问题。首先需要对空间特质进行相关分析，例如：空间大小，空间形态，再从基础，结构层面对其综合协调，使结构概念设计在高层建筑设计中充分利用。
结构概念设计原则
在实际高层建筑中运用结构概念设计应秉承如下几点原则：
优化结构原则
结构概念设计原则上是优化结构体系，运用独特结构概念与结构思想进行实际建设。包括：优化结构配置和优化结构体系。首先，由于超高层建筑自身的风力承载和自重承载对建筑结构影响很大，因此，在结构配置上遵循整体性，平立面结合原则，自上而下逐渐减小，避免自身重心不均衡导致的结构冲突。其次，在优化结构体系上，要充分考虑高层建筑基本特征，根据环境，风力，自重，地心荷载等多方面综合设计主要结构体系。
（二）功能协调原则
在结构概念设计上，根据建筑自身需求，做到建筑，设备，结构等功能协调，做到建筑体型与减着呢体系结构协调，使用功能与结构布置相协调。
在满足日常功能和建筑设计方案的前提下优化地基系统，水平系统，柱墙竖直支撑系统，对各部功能协调起到协同建筑结构刚度要求。
二：结构概念设计在实际建筑中的运用分析
结构概念设计支撑超高层建筑的施工和使用，概念设计主要有：建筑方案设计，初步设计，建筑是概念股概念图设计阶段，三阶段对最终超高层建筑实现至关重要。
结构优化上
从结构实质上来看，超高层建筑为悬臂竖向结构，通常水平结构让建筑物产生弯矩，而超高层建筑中的垂直荷载结构设计让建筑结构产生轴向力与建筑物本身高度基本上形成线性结构。
高层建筑结构上选择上，经常用到：钢结构，钢筋砼结构。在高层建筑中经常用到钢混结构，但在超高层建设上，由于钢混结构自重太大，不在设计考虑范围内。目前流行的这两种结构，第一种结构自重轻，抗震性能好，施工时间短，但造价太大，在市场经济体制为主导方向的当下用之较少。第二种造价适中，原材料市场广泛，可根据具体需求形成不同结构体系，灵活性强，但缺点是自重较大并且抗压力欠缺。结构概念设计中的结构设计在超高层建筑中具有优化建筑结构，延长建筑使用寿命功能。
承载力设计上
超高层建筑另一重要设计理念是自身承载力负荷的核审。承载力设计体现在地震抗震力，风载承载力等方面。由于建筑商每隔五层风力对建筑物影响会上一个标准，因此在进行结构概念设计时降低了风力作用面积，圆形受力面风力阻力最小，亦可在立面上开洞泄风，更能有效降低风阻力，国际环球金融大厦就是很好例子。
在抗震设计上，采用规则结构，对称性设计能有效合理减少震感传递，例如采用正多边形，圆形平面设计能使整体结构出现多向性，能均和震感，减少地震带来的损失。
结构概念设计在理论上遵循小震不坏，中震可修，大震不倒基本设计方针，在建筑物承载力设计上具备塑变性，目前运用最多的是钢筋砼设计结构，为确保钢筋砼结构承载性和延伸性，在实际运用中做到：强剪弱弯，强柱弱梁，强方若圆。结构概念设计在以框架剪力墙结构为主的超高层建筑中多数运用于承载力设计需求。
结束语
通过高层建筑功能协调，结构受力，结构概念设计，抗震性等方面的综合运用重要性分析，作为建筑设计工作者在满足基本设计需求和设计理念的同时要兼顾地形，材料，施工德国方面的条件，综合整理好技术，艺术，经济等各方面协调与矛盾，努力在党中央相关文件精神领导下，为当地政府，人民打造更加舒适，美观的超高层建筑，为城市形象建设贡献自己一份力量！
参考文献：
[1][美]本格尼#S#塔拉纳特.高层建筑钢混凝土组合结构设计[m].罗福午,译.北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2]高立人．高层建筑结构概念设计［m］．北京:中国计划出版社，2005．
[3]肖文韬,等.高层建筑结构计算模型的选取[C].第五届全国高层建筑抗震技术交流会论文集.
超高层建筑结构设计篇10
关键词：超限结构抗震设计性能目标优化措施
abstract:thispapermainlyintroducesahigh-risebuildingofguangzhouoff-gaugedesign,thispaperfirstdescribestheprojectandthestructureoftheoff-gaugecorrespondingdesignthinking,inthetheoreticalanalysisandtheconceptdesign,underthepremiseoftheperformance-baseddesignbuildingsaseismicmethod,throughdifferentsoftwarecontrastanalysisandcalculationoftheintegrityandreasonablestructure.thedesignprocessfortheproblemsfoundinmakecorrespondingimprovementmeasures,optimizethestructure,achievefinallyoverrunthedesignrequirements,throughtheoff-gaugereview.Keywords:overrunstructureseismicdesignperformanceobjectiveoptimizationmeasures中图分类号：U452.2+8文献标识码：a文章编号：
1、工程概况
本项目位于广州市中山一路，建筑用地面积4930m2，总建筑面积为16687m2，地上11层，地下2层，建筑总高度为42.00米。本工程为框架-抗震墙结构，设计基准期50年，抗震设防类别为丙类，设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，地震分组为第一组，Ⅱ类场地，特征周期0.35s。结构整体模型见图1。
2、超限情况
2.1如图2所示，建筑首层与二层之间存在局部的夹层，形成大部分跨层墙柱，使首层嵌固端侧向刚度比不满足规范[1]要求。
2.2如图3所示，建筑二层位置存在局部的大梁转换，致使竖向构件不连续。
图2夹层（建筑首层与二层之间）图3大梁转换（建筑二层）
2.3如图4所示，建筑四层左边大开洞，开洞面积大于30%，造成楼板不连续[1]。
图4大开洞（建筑四层）图5尺寸突变及错层（建筑六层）
2.4如图5所示，建筑六层位置左边竖向构件收进尺寸大于25%，造成尺寸突变[1]；右边整体错层1.5m，超过普通梁高。
2.5如图6所示，建筑九~十一层位置由于竖向收进后造成上部长宽比较大，呈现狭长条状，容易形成鞭梢作用，很难控制其位移比[1]。
2.6从平面图可以看出，建筑平面呈双矩形角部重叠形[1]，同时使重叠位置形成了细腰部位[2]
根据《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》（粤建市函[2011]580号）要求，本工程超限情况如表1。
本工程高度未超过规定限值，结构类型符合现行规范的适用范围，不属于复杂高层建筑，但存在扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、尺寸突变及竖向构件不连续等4项不规则，属于超限高层建筑。
3、超限设计要求
根据规范[3]要求，建筑结构以“三个水准”为抗震设防目标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。本工程总体按性能目标C要求设计，即在多遇地震（小震）下满足第1抗震性能水准的要求，在设防地震（中震）下满足第3抗震性能水准的要求，在罕遇地震（大震）下满足第4抗震性能水准的要求。不同抗震性能水准的结构构件承载力设计要求见下表2。
4、超限设计分析
本工程采用两个不同力学模型的空间分析程序进行计算对比分析，选用Satwe软件（简化墙元模型，2010版）和GSSap软件（细分墙元模型，15.0版）。
4.1针对结构存在局部跨度16.8m转换梁柱情况，采用振型分解反应谱方法计算竖向地震作用效应。结果表明在竖向地震作用下，转换柱轴压比及梁柱配筋均满足要求。
4.2为了提高框架作为第二道防线的抗震承载力及性能，框架抗震等级提高一级，轴压比限值也相应提高。
4.3采用弹性时程分析法对结构进行多遇地震下的补充计算，根据要求选择图7三条地震波，结果三组加速度时程的各楼层剪力和层间位移角的结果小于或接近于规范反应谱结果，反应谱结果在
tH1tG035（天然波）tH2tG035（天然波）RH2tG035（人工波）
弹性阶段对结构起控制作用。只有Y向存在12层（即建筑9层）以上楼层的剪力比振型分解法稍大的情况，如图8所示。对这些楼层施工图设计时，将振型分解法的地震作用适当放大，使其能基本包络时程分析的结果。
4.4对除普通楼板、次梁以外所有结构构件的承载力进行中震设计，根据其抗震性能目标，结合《高规》相关公式，进行性能计算分析。本工程关键构件的受剪承载力按中震弹性的计算方法计算，即不考虑地震组合内力调整系数，但考虑荷载作用分项系数，考虑材料分项系数和抗震承载力调整系数。关键构件正截面承载力以及
其他构件的承载力验算按中震不屈服的计算方法计算，即计算中不考虑地震组合内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取为1.0[4]。
4.5本工程存在凹凸不规则，细腰平面及楼板不连续等不规则情况，为了满足抗震性能目标的要求，并确保在地震作用下楼板能可靠地传递水平力，采用GSSap进行了中震和小震作用下的弹性楼板应力分析。结果显示，除了剪力墙筒与板交接的地方以及楼板拐角处出现应力集中外，各工况下板正应力与剪切应力均满足要求。
4.6按规范要求的“大震不倒”的抗震设防目标，采用pUSH&epDa程序对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆分析。X、Y方向推覆，关键构件均未出现屈服，只有底部在推覆方向受拉一侧的个别剪力墙出现损坏的情况，经查看可知均为面外拉弯损坏，受剪承载力满足规范要求。
5、超限优化措施
5.1通过提高关键部位及底部剪力墙墙肢的延性，使抗侧刚度和结构延性更好地匹配，达到有效地协同抗震。首先，通过提高约束边缘构件的配箍率、竖向分布筋配筋率等措施提高第一道防线的承载能力，其次，框架部分的抗震等级和轴压比限值按框架结构的规定取用，以提高第二道防线的承载能力[5~7]。
5.2根据计算结果对楼板边缘、转角等应力集中的地方进行加强，特别是平面细腰部位楼板加厚为150mm，配置45度斜向钢筋，并适当加强边梁配筋。
5.3针对本工程尺寸突变等竖向不规则的情况，适当增加结构的振型数，以考虑高阶振型的影响，并适当加大收进处上下层的竖向构件和水平构件的最小配筋率，相关竖向构件箍筋全长加密。
5.4扭转不规则使主体结构薄弱部位通常出现在整体结构边缘区域，设计时采取减小边缘结构竖向构件轴压比、剪压比及提高配箍率、配筋率等措施，提高结构延性，避免脆性破坏[8]。特殊情况下，还可以增设芯柱，以提高柱子的延性。
5.5转换构件范围内楼板厚度取180mm，通过考虑竖向地震和全楼弹性的模型对转换柱与转换梁进行分析，同时确保中震下其满足抗弯不屈服，抗剪弹性，大震下处于不屈服状态。
5.6跨层柱考虑二阶效应的影响，确保中震下抗弯不屈服，抗剪弹性。
5.7采用中震和小震作用下弹性楼板应力分析，以考虑跨层及错层墙柱的实际受力情况。
6、结语
本工程采用两个空间结构分析程序Satwe和GSSap进行计算，对关键构件采用两个计算程序的包络值进行设计。按规范要求，选用两组天然地震波和一组场地人工波，对结构作弹性时程分析，并将结果与反应谱分析结果相比较。对关键构件进行中震验算，了解其抗震性能，并采取相应加强措施。对整体结构进行罕遇地震下的pUSHoVeR分析，以确定结构能否满足第二阶段抗震设防水准要求，并对薄弱构件制定相应的加强措施。从多方面多途径进行结构分析与设计，并采取相应的优化措施，最终分析表明结构的工作状态和抗震性能均能达到设计的预期目标和规范要求。该工程已通过结构超限审查，并完成了初步设计及施工图设计。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]甘丹,张敬书等.细腰复杂截面高层建筑抗震性能分析[J].西北地震学报,2008（4）
[3]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[4]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[m].上海：同济大学出版社,2009
[5]赵耀普,卫文.招商酒店抗震设计[J].建筑科学,2011
[6]吕西林,李学平.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].建筑结构学报,2002（4）
[7]姜安庆等.某超限高层建筑结构分析与优化[J].四川建筑科学研究,2004（3）