高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精選(九篇)
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第1篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16723198（2014）03018901
信息越來越發(fā)達(dá)、人們生活節(jié)奏也越來越快，而變化的不僅僅是人們的生活方式，社會所有領(lǐng)域都發(fā)生著深刻的變化。我國正在進(jìn)行城鎮(zhèn)化進(jìn)程，漫步于城市之中，你往往會看到好多工地，而且這些現(xiàn)象在一線城市和正在興起的城市更為明顯。有一個現(xiàn)象或許我們已經(jīng)感覺到了，就是我們在一線城市核心區(qū)買新建住宅的時候，往往很難找到幾層樓高的房產(chǎn)了。究其原因，或許是和現(xiàn)在土地寸土寸金、開發(fā)商拿地成本很高有關(guān)。高層建筑大量的出現(xiàn)在建設(shè)規(guī)劃中，稍微有點(diǎn)專業(yè)知識的人都清楚，高層建筑考慮的問題很多，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該成為需要首要考慮的問題之一，因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨仍陲@現(xiàn)了其較普通建筑更為強(qiáng)大的使用功能外，也對其結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。下面，結(jié)合筆者工作實(shí)際，談?wù)剰母邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)特性的角度應(yīng)該考慮的一些東西。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1 設(shè)計(jì)富有技術(shù)性和專業(yè)性
我們都知道：高層建筑和多層建筑來說，在功能上和設(shè)計(jì)上會有很大的不同，這是因?yàn)閷τ诟邔咏ㄖ裕鼈兊慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到它的各種使用功能的實(shí)現(xiàn)情況，還關(guān)系著高層建筑作為一項(xiàng)土建工程所產(chǎn)生的造價和工期問題。
1.2 水平荷載成為決定因素
水平力在所有建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)中都是最重要的因素，對于高層建筑來說更是如此，因?yàn)槠胀ńㄖ校芷浣ㄖ叨认拗疲搅τ诮ㄖ慕Y(jié)構(gòu)影響較小，但是隨著建筑高度的增加，水平力在建筑結(jié)構(gòu)中起到的作用也隨之增大。從專業(yè)角度講，一方面，建筑的自重和露面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，它與建筑高度的一次方成正比；從另一個角度來看，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，樓房的高度從豎向荷載來說一般情況是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
1.3 承載力設(shè)計(jì)需要基礎(chǔ)
在高層建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)上，必須要保證它的承載力基礎(chǔ)，特別是要注重剛度的加強(qiáng)，以抵抗側(cè)向力。結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，這是余較低樓房不同的地方。建筑物層數(shù)的增加，使得每多一層其側(cè)向力都會發(fā)生很大的變化，所以建筑物特別是高層建筑物需要控制水平荷載因素。
1.4 其他關(guān)鍵因素更需關(guān)注
第一是高層建筑的抗風(fēng)因素，需要要認(rèn)真的計(jì)算出風(fēng)荷載作用下的位移值，以有針對性的采用調(diào)整結(jié)構(gòu)和裝飾構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)高層建筑的抗風(fēng)。第二是高層建筑的抗震要求，應(yīng)該在建筑前認(rèn)真的選擇地基位置，并詳細(xì)的勘測該區(qū)域的地質(zhì)情況。第三個是高層建筑的地基情況，要保證其承載力和剛度滿足建筑上部結(jié)構(gòu)的要求。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注的問題
2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要首要考慮的問題，特別是幾個關(guān)鍵因素，比如：結(jié)構(gòu)類型、荷載分布情況、施工條件、地基潛力、相鄰建筑物影響等，都需要在設(shè)計(jì)上分別有針對性的加以考慮。同時，還應(yīng)考慮到相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中，應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系。在首要考慮問題的基礎(chǔ)上，還需要考慮地理?xiàng)l件、工程設(shè)計(jì)需求、施工條件、材料等因素綜合分析基礎(chǔ)上，加之包括水、暖、電等各個專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。
2.2 充分考慮設(shè)計(jì)施工經(jīng)濟(jì)性
安全、適用、經(jīng)濟(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三要素。三個要素之間既有層次關(guān)系又相互平衡和制約。在滿足前兩個要素的前提下，就要考慮如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)造價的經(jīng)濟(jì)性問題。直接經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般采用結(jié)構(gòu)造價百分比、單位面積結(jié)構(gòu)綜合造價或者單位面積材料用量（如鋼材、鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回收慢、豎向構(gòu)件面積大等特點(diǎn)，這些都需要用到間接指標(biāo)，比如：豎向構(gòu)件占樓層面積比、施工可建性、社會效應(yīng)、樓層凈高等。具體地講：首先，在超高層建筑中，風(fēng)荷載是主要水平控制荷載，因此，減小風(fēng)荷載是最有效的措施之一。其次，提高抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的效率是節(jié)約材料用量的有效途徑；不同材料的有機(jī)組合也可發(fā)揮材料各自的優(yōu)點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)綜合造價。最后，確定合理的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，既確保結(jié)構(gòu)安全，又能滿足經(jīng)濟(jì)要求。
高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算需要精細(xì)化，如果出現(xiàn)誤差那將會引起建筑物因結(jié)構(gòu)問題而發(fā)生的事故。所以，首先需要選擇合理的計(jì)算簡圖，特別是針對結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，確保其計(jì)算誤差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。另外，需要充分運(yùn)用各種計(jì)算機(jī)軟件，充分利用軟件進(jìn)行校對并進(jìn)行合理判斷，從而得出準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
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第2篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞:高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力與變形；結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性； P-Δ效應(yīng)
1高層建筑結(jié)構(gòu)分析
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件(框架、 剪力墻、 筒體等)通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對計(jì)算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定。
小變形假定:小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性(P－Δ效應(yīng))進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為,當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時,P－Δ效應(yīng)的影響就不能忽視。
彈性假定:目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下,結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段,這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。 但當(dāng)收到遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時,高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移,出現(xiàn)裂縫。此時仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的,應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
剛性樓板假定:許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大,而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度,簡化了計(jì)算方法。 并為采用空間薄壁桿件計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有三種:一維協(xié)同分析。 按一維協(xié)同分析時,只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。 在水平力作用下,將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。 根據(jù)剛性樓板假定,同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等,由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。 在扭矩作用下,則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu),但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。 縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作,同時計(jì)算;扭矩與水平力同時計(jì)算。 在引入剛性樓板假定后,每層樓板有三個自由度u,v,θ(當(dāng)考慮樓板翹曲是有四個自由度),樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。三維空間分析, 三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個自由度, 按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲,有7個自由度。
2高層建筑結(jié)構(gòu)的受力與變形
2.1在高層建筑中,首先,在豎向荷載作用下,各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的框架柱軸力為:邊柱N=wlH/2h,中柱N=wlH/h,即框架柱的軸力和建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)成正比;邊柱軸力比中柱小,基本上與其受荷面積成正比。 就是說,由各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的累積效應(yīng)很大,建筑物層數(shù)越多,底層柱軸力越大;頂、底層柱軸力差異越大;中柱、邊柱軸力差異也越大。
其次,在水平荷載作用下,作為整體受力分析,如果將高層建筑結(jié)構(gòu)簡化為一根豎向懸臂梁,那么由其底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩為:水平均布荷載Mmax=qH2/2,倒三角形水平荷載Mmax=Qh3/3,即結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩與樓層總高度的平方成正比。 就是說,建筑結(jié)構(gòu)的高度越大,由水平作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩就越大,較豎向荷載對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的累積效應(yīng)增加越快,其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力占總結(jié)構(gòu)內(nèi)力的比重越大,從而成為高層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要控制因素。
2.2在豎向荷載作用下,高層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是豎向構(gòu)件的壓縮變形。由于各豎向構(gòu)件的應(yīng)力大小不同,因而其壓縮變形大小也不同。 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,由于在施工過程中的找平,同時由于各豎向構(gòu)件的基底軸力大小不同,若不對基底應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整,也可能導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。在水平荷載作用下,高層建筑結(jié)構(gòu)最大的頂點(diǎn)位移為:水平均布荷載max=qH4/8EI,倒三角形水平荷載max=11qH4/120EI,式中EI為結(jié)構(gòu),從以上可看出,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移與其總高度的四次方成正比。水平荷載作用下所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（一）軸向形變不容忽視
通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項(xiàng)，因?yàn)檩S力項(xiàng)影響很小，而剪切項(xiàng)一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變軸向變形的影響在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)當(dāng)考慮，但是，結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載并不是在結(jié)構(gòu)完成之后一次施加的 特別是，占豎向荷載絕大部分的結(jié)構(gòu)自重是在施工過程中逐層施加的，軸向壓縮變形已在施工過程中分階段完成，并在各樓層標(biāo)高處找平，實(shí)際上并不完全類似于以上分析的情況所以，在考慮軸向變形時，要考慮施工過程中分層施加豎向荷載這一因素，不能簡單的按一次加載考慮，否則會出現(xiàn)一些不合理的計(jì)算結(jié)果，如鄰近剪力墻和筒體的上層框架柱，在豎向荷載作用下出現(xiàn)拉力; 上層框架梁出現(xiàn)過大彎矩和剪力等 另外，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大
（二）側(cè)移成為控制指稱
與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移與建筑高度H的四次方成正比。設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力; 還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件，這是因?yàn)楦邩堑氖褂霉δ芎桶踩c結(jié)構(gòu)側(cè)移的大小密切相關(guān)：
1 使用人員的正常工作與生活 當(dāng)高樓在陣風(fēng)作用下發(fā)生振動的頻率f為一定值時，結(jié)構(gòu)振動加速度a與結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值 A成正比： a=A（2π f ） 因而控制側(cè)移幅值的大小成為保證高樓良好的居住和工作條件的關(guān)鍵因素
2 過大的側(cè)向變形會使隔墻 圍護(hù)墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，此外，也會使電梯因軌道變形而不能正常運(yùn)行
3 高樓的重心位置較高，過大的側(cè)向變形將使結(jié)構(gòu)因P-Δ效應(yīng)而產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，甚至因側(cè)移與應(yīng)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物倒塌
（三）結(jié)構(gòu)延性是高層建筑設(shè)計(jì)重要性質(zhì)
延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來表示 對于受彎構(gòu)件來說，隨著荷載增加，首先受拉區(qū)混
凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形 然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構(gòu)件最終破壞 從受拉鋼筋屈服到壓區(qū)混凝土壓碎，是構(gòu)件的破壞過程 在這過程中，構(gòu)件的承載能力沒有多大變化，但其變形的大小卻決定了破壞的性質(zhì)是鋼筋砼受彎構(gòu)件的M －Δ（Φ ）曲線，Δy是屈服變形，Δu是極限變形 提高延性可以增加結(jié)構(gòu)抗震潛力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力 高層建筑相對低層結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更柔一些，如果遇到地震，震動作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形更大一些 為了做好防震設(shè)計(jì)，避免倒塌，建筑在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，特別需要在構(gòu)造上采以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，確保建筑設(shè)計(jì)具有很好的延性
4結(jié)語
我國的高層建筑在十余年里可謂突飛猛進(jìn)，其建設(shè)速度和建造數(shù)量在世界建筑史上都是少有的。而目前的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)人員忙于應(yīng)付大量的具體工作，往往不夠重視結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性問題，造成不必要的浪費(fèi)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)分析,多做方案比較，從當(dāng)今經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，建立一個宏觀的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。
參考文獻(xiàn)：
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第3篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)體系；剪力墻
on the high-rise building structure design
he feng
（jincheng institute of architectural design jincheng shanxi 048000）
【abstract】this paper focuses on building structure， summarizes the characteristics of high-rise building structural design and structural analysis of proposed high-rise buildings and a variety of systems corresponding methods. provide a reference for the analysis and design of tall buildings.
【key words】tall building structures；structural system；shear
1. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1.1 水平荷載成為決定因素。
一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
1.2 軸向變形不容忽視。
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整。
1.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)。
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2. 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
2.1 框架-剪力墻體系。
當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
2.2 剪力墻體系。
當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。
2.3 筒體體系。
凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
3. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析
3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定。
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對計(jì)算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：
（1） 彈性假定。目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作
下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（2） 小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（p-δ效應(yīng)）進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移δ與建筑物高度h的比值 δ/h > 1/500時， p-δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。
（3） 剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計(jì)算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。 （4） 計(jì)算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形主要是三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)摹ＨS空間分析的普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度。
3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法。
3.2.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。
框架-剪力墻的機(jī)算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
3.2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)。
剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。
剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機(jī)時耗費(fèi)較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
3.2.3 筒體結(jié)構(gòu)。
（1）筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析，這里主要討論三維空間分析。
（2）等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。
（3）等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。
（4）比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計(jì)算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)。空間梁柱每端節(jié)點(diǎn)有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論分析，每端節(jié)點(diǎn)有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應(yīng)的內(nèi)力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但它的未知量較多，計(jì)算量較大，在不引入其它假定時，每一樓層的總自由度數(shù)為6nc+7nw（nc、nw為柱及墻肢數(shù)目）。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣每一樓層總自由度數(shù)降為3（nc+nw）+4，這是目前工程上采用最多的計(jì)算模型。
4. 結(jié)論
隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式，材料，力學(xué)分析模型都將日趨復(fù)雜多元，為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結(jié)構(gòu)形式和更加合理的
第4篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：高層建筑 建筑設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)優(yōu)化
中圖分類號：S757.4+2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
隨著我國城市化進(jìn)程的逐步加快，人們越來越側(cè)重于高層建筑，建筑類型和居室功能也越來越多，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了多種樣式。但是，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣化不只是關(guān)系到建筑物的審美功能，而且也要突出表現(xiàn)建筑物的安全性能等，在這個意義上我們可以說，科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)高層建筑綜合性能的發(fā)展。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及難點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有下面這些特點(diǎn)：（1）要計(jì)算高層建筑遇到較大風(fēng)力影響、地震影響時所產(chǎn)生的水平側(cè)向力的大小。（2）將高層建筑體的高度和寬度比例控制在合理范圍內(nèi)，才能保證其更加穩(wěn)定。（3）保證高層建筑的平面、體型、立面質(zhì)量、剛度要對稱和勻稱，保持建筑整體的穩(wěn)固性。（4）將由于風(fēng)力影響、地震影響、溫度影響、基礎(chǔ)沉降等原因引起的變形節(jié)點(diǎn)構(gòu)造降到最小。（5）在遇有重量大、基礎(chǔ)深等問題時，如何做好高層建筑的設(shè)計(jì)和施工問題。[1]在上面論述的眾多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素中，具有代表性的問題有扭轉(zhuǎn)問題、抗風(fēng)問題、抗震問題、消防設(shè)計(jì)等，下面分別進(jìn)行研究。
1、扭轉(zhuǎn)問題
在高層建筑中，建筑的三心指的是幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心，在設(shè)計(jì)高層建筑時要保證三心集中于一點(diǎn)，也就是做到三心合一，假如設(shè)計(jì)當(dāng)中沒有達(dá)到這一要求，那么高層建筑就可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，受到水平力的影響，建筑物會受到損壞。
2、抗風(fēng)問題
高層建筑具有很高的高度，容易受到風(fēng)力的影響，在遇到較強(qiáng)風(fēng)力時，會對高層建筑的柔軟部分產(chǎn)生靜力形式、動力形式的震動，特別是動力震動會影響高層建筑的墻體和支撐結(jié)構(gòu)，容易造成極大的破壞作用，因此在進(jìn)行高層建筑的設(shè)計(jì)時，一定要進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，防止建筑物損壞。
3、抗震問題
高層建筑的抗震設(shè)計(jì)長期以來是設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不能根據(jù)實(shí)際情況改變設(shè)計(jì)策略，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，沒有認(rèn)識到抗震設(shè)計(jì)的重要性。再因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算建筑的抗震效果時，不能做到準(zhǔn)確無誤，導(dǎo)致設(shè)計(jì)包含一定的缺點(diǎn)，在遇有地震情況發(fā)生時，常會造成建筑物的極大損壞。
4、消防問題
我國關(guān)于高層建筑的具體要求中，規(guī)定了一定要進(jìn)行科學(xué)合理的消防設(shè)計(jì)，但在高層建筑消防設(shè)計(jì)中，存在著很多難以解決的問題，如高層建筑運(yùn)用的材料容易燃燒、高層建筑的火勢不易及時得到控制、高層建筑中的人群不能及時得到疏散、高層建筑中的排煙系統(tǒng)難以設(shè)計(jì)、一般情況下高層中的人員較多等。[2]
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對策
1、優(yōu)化平面布局設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)高層建筑時，常常會因?yàn)闆]有做到三心合一而出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況，使建筑物出現(xiàn)質(zhì)量分布不均勻現(xiàn)象。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員最好采用較為規(guī)則的圖形設(shè)計(jì)，如正方形、矩形、圓形、正多邊形等，這些圖形建筑質(zhì)量容易分配均勻，最好不運(yùn)用L形設(shè)計(jì)、T形設(shè)計(jì)、十字形設(shè)計(jì)，在遇有特殊地質(zhì)情況和結(jié)構(gòu)要求時，要依據(jù)嚴(yán)格的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，杜絕建筑物出現(xiàn)較大的突出部分，以保證建筑物的對稱性為最終設(shè)計(jì)目的。
2、優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
解決高層建筑由于風(fēng)力影響而出現(xiàn)的受損情況，主要做到下面幾點(diǎn)：一打好基礎(chǔ)，要使高層建筑具有良好的抗風(fēng)性能，首先要打好高層建筑的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時可以應(yīng)用級配較高的砂石，在受力層增加抗拔錨桿。二做好高層建筑的耗能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)高層建筑時，設(shè)計(jì)相應(yīng)非承重構(gòu)件時可以應(yīng)用耗能構(gòu)件，如樓板、剪力墻等，可以減少風(fēng)力對建筑的作用。三在設(shè)計(jì)中注意減少水平荷載和風(fēng)力疊加造成的破壞作用。高層建筑由于高度關(guān)系，在遇有強(qiáng)風(fēng)時常會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，如果水平方面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，再加上風(fēng)力的影響，則會產(chǎn)生更大的破壞力。[3]因此，在設(shè)計(jì)過程中要注意水平力的影響，在具體施工中應(yīng)用高性能混凝土，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。四增大結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)力。依據(jù)高層建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑的承載力計(jì)算和抗風(fēng)力計(jì)算，以此為前提制訂放大系數(shù)，才能保證高層建筑具有較高的抗風(fēng)作用。
3、優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在高層建筑設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)長期以來存在很多難點(diǎn)，筆者依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了做好抗震工作的幾點(diǎn)要求：一是確定抗側(cè)力構(gòu)件的位置，在設(shè)計(jì)高層建筑時，如果能夠較好的保證水平方向的對稱性，則可以有效降低地震對高層建筑的影響，在設(shè)計(jì)時利用改變抗側(cè)力構(gòu)件的位置，可以在建設(shè)中形成應(yīng)力分布系統(tǒng)，與豎直方面的側(cè)力構(gòu)件結(jié)合在一起，形成更為完整的應(yīng)力分布系統(tǒng)，可以保證建筑具有更好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，有效應(yīng)對地震。二是做好地基的抗震效果。在產(chǎn)生地震時，高層建筑的地基容易受到損壞，為了保證地基的安全性，可以增加樁基埋深，使樁基與上部結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系在一起，可以增加基礎(chǔ)的抗震能力。三設(shè)計(jì)高質(zhì)量的剪力墻。具有較高性能的剪力墻，在發(fā)生地震現(xiàn)象時，可以吸引建筑產(chǎn)生的內(nèi)力，使墻體和樓板的剛度增加，防止建筑物產(chǎn)生位移，具有較好的防震效果。四盡量簡化、一體化高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件，利用簡單化設(shè)置扶壁、筒口、筒腳等，使建筑物保持對稱。還有，可以一體化設(shè)計(jì)柱子、樓板等，可以增加整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和剛度，提高建筑物的抗震水平。
4、優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段，高層建筑火災(zāi)情況不容忽視，因此必須做好高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，此項(xiàng)工作具體包括兩方面內(nèi)容，一是消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是使用期間的消防規(guī)范。本文主要論述消防結(jié)構(gòu)方面的策略，在設(shè)計(jì)高層建筑的消防結(jié)構(gòu)時，首先應(yīng)該保證防火結(jié)構(gòu)具有一定的距離，依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件，如果條件允許的情況下，防火結(jié)構(gòu)間的距離可以適當(dāng)加大。在應(yīng)用建筑材料時，最好不應(yīng)用易燃材料，通過使用耐火材料來達(dá)到防火的目的。還有，高層建筑當(dāng)中應(yīng)該具有優(yōu)良的疏散系統(tǒng)，可以有效減少火災(zāi)人員傷亡數(shù)量，一般情況下，高層建筑的疏散系統(tǒng)是垂直的，人員一時難以分散。[4]在設(shè)計(jì)消防結(jié)構(gòu)時，可以設(shè)計(jì)為雙通道疏散，增加防煙區(qū)、耐火區(qū)、避難層等設(shè)備。還有，高層建筑當(dāng)中，可以利用設(shè)置隔離結(jié)構(gòu)的方法，控制火勢的進(jìn)一步蔓延，提高建筑物的消防能力。
總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個長期復(fù)雜的過程，不管哪一方面出現(xiàn)失誤，也會影響高層建筑的設(shè)計(jì)效果，阻礙高層建筑的施工與設(shè)計(jì)，為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，則一定要聯(lián)系高層建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，做到科學(xué)設(shè)計(jì)、積極防范，提高高層建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)一步保障人民的生命財產(chǎn)安全。
參考文獻(xiàn)：
[1]王璐穎.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表現(xiàn)[J].科技致富向?qū)?2010(29)
[2]錢立彬,李勇.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素[J].黑龍江科技信息. 2010(10)
第5篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 分析
一、高層及超高層結(jié)構(gòu)體系
對于高層及超高層建筑的劃分，相關(guān)規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。
對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框―筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程的具體內(nèi)容
（一）、初步設(shè)計(jì)階段
初步設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是：綜合考慮建筑功能、技術(shù)條件和建筑形象等因素，提出設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行方案的比較和優(yōu)化，確定較為理想的方案。初步設(shè)計(jì)階段需要完成以下幾方面的內(nèi)容。
1、設(shè)計(jì)說明書
包括建筑設(shè)計(jì)總說明和各專業(yè)設(shè)計(jì)說明書兩部分。建筑設(shè)計(jì)總說明包括工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)、規(guī)模、設(shè)計(jì)范圍和總指標(biāo)等；各專業(yè)說明書要求闡述本專業(yè)的相關(guān)問題，如管道、電氣和結(jié)構(gòu)等。
2、設(shè)計(jì)圖紙、
包括建筑總平面圖和各層平面圖以及主要剖面、立面圖。其中建筑總平面圖用來表示用地范圍，標(biāo)出建筑物的位置、大小、層數(shù)和標(biāo)高等，用1：500―1：1000的比例繪制。各層平面圖以及主要剖面、立面圖用來表示清楚建筑物各主要控制尺寸、房間名稱和面積、門窗洞口位置、室內(nèi)固定設(shè)備的布置，以及建筑空間處理所采用的建筑材料等，用1：100―1：200的比例繪制。
3、工程預(yù)算書
按照國家有關(guān)規(guī)定估算工程投資、主要材料用量和單位消耗量。
（二）、施工圖設(shè)計(jì)階段
施工圖設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的最后階段，施工圖設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是：編制滿足施工要求的全套圖紙。此階段的原則是：滿足施工需要，解決施工中的技術(shù)措施、用料和具體做法，要求各專業(yè)的圖紙全面具體、準(zhǔn)確無誤。
施工圖設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括確定全部工程尺寸和用料，繪制建筑結(jié)構(gòu)及各專業(yè)全部的施工圖紙，編制工程說明書、結(jié)構(gòu)計(jì)算書和工程預(yù)算書。它的主要文件和圖紙有以下幾種：
1、建筑總平面圖
應(yīng)詳細(xì)表明基地上建筑物、道路等所在位置及其尺寸、標(biāo)高，并附上相關(guān)的說明。
2、各層建筑平面圖、各方向的立面圖及必要的剖面圖。
3、建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)詳圖
主要包括墻身、樓梯、門窗及各構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)和各部分的裝飾詳圖等。
(4)各專業(yè)的配套圖紙
如基礎(chǔ)平面圖、結(jié)構(gòu)施工圖，以及給排水、電氣、通風(fēng)等設(shè)備施工圖；
(5)設(shè)計(jì)說明書
(6)結(jié)構(gòu)及設(shè)備計(jì)算書
(7)工程預(yù)算書
三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件(框架、剪力墻、筒體等)通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對計(jì)算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：彈性假定；小變形假定．剛性樓板假定；計(jì)算圖形的假定。
對于框架一剪力墻體系來說，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架一剪力墻的計(jì)算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法是平面有限單元法。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理；等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析；比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計(jì)算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿一薄壁桿系矩陣位移法。
四、設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析
對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（代號RC）外，還采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（代號SRC），鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（代號CFS）和全鋼結(jié)構(gòu)（代號S或SS）。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)，主要體現(xiàn)在一下幾個方面：
剪力墻布置方面。
高層建筑應(yīng)有較好的空間工作性能，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)雙向布置，形成空間結(jié)構(gòu)。在抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側(cè)剛度接近，即兩個方向的自振周期宜相近。
剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。
剪力墻和加強(qiáng)部位主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）抗震結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)塑性鉸的部位應(yīng)作為加強(qiáng)部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強(qiáng)部位，這樣可以對塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強(qiáng)措施區(qū)別；（2）剪力墻塑性鉸出現(xiàn)后，剪力墻應(yīng)具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)都有一定范圍，該范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造措施，提高其抗剪切破壞的能力；（3）為安全起見，設(shè)計(jì)剪力墻時將加強(qiáng)部位范圍適當(dāng)擴(kuò)大，抗震設(shè)計(jì)時，一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，當(dāng)剪力墻高度超過150m時，為避免加強(qiáng)區(qū)太高，其底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/10。
2、短肢剪力墻的設(shè)置方面。
在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制。因此，短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，有利于住宅建筑布置，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，應(yīng)用逐漸廣泛。但是由于短肢剪力墻抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，考慮高層住宅建筑的安全，其剪力墻不宜過少、墻肢不宜過短，可以對短肢剪力墻的應(yīng)用范圍應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以限制，并采取一些加強(qiáng)措施。
筆者以為，對于短肢剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)著重以下加強(qiáng)措施：（1）為限制過多的剪力墻的數(shù)量，在抗震設(shè)計(jì)時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩50%；（2）抗震設(shè)計(jì)時，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比規(guī)范中規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用；目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性；（3）出于改善延性的考慮，抗震設(shè)計(jì)時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7（對一般剪力墻，三級抗震等級時軸壓比未限制）；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1；（4） 對于短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，不僅底部加強(qiáng)部位應(yīng)調(diào)整，其他各層也要調(diào)整，一、二、級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，目的是避免短肢剪力墻過早剪壞；（5）短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；（6）對于短肢剪力墻截面最小厚度，無論抗震還是非抗震設(shè)計(jì)，其厚度都不應(yīng)小于200；對于非抗震設(shè)計(jì)，除要求建筑最大適用高度適當(dāng)降低外，對墻肢厚度限制的目的是使墻肢不致過小。
3、嵌固端的設(shè)置方面。
嵌固端的設(shè)計(jì)方面，其有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。 4、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性方面。
新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動。
結(jié)論：
隨著城市化發(fā)展，在建筑面積與建設(shè)場地面積相同比值的情況下，建造高層建筑比多層建筑能夠提供更多的空閑地面，將這些空閑地面用作綠化和休息場地，有利于美化環(huán)境，并帶來更充足的日照、采光和通風(fēng)效果。例如在新加坡的新建居住區(qū)中，由于建造了高層建筑群，留下了更多地面空間，可以更好地建設(shè)城市綠化和人們休閑活動空間 。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、合理性。
參考文獻(xiàn)
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第6篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì);選型
Abstract: With the rapid development of China's national economy, city high-rise building construction is developing rapidly, but the quality of design, and is not very ideal. In the tall building structural design, structural engineers not only pay attention to the accuracy of structural calculation and ignore the actual situation of the construction scheme, and should be based on the actual make rational structure scheme selection.
Key words: high-rise building; structure design; selection;
中圖分類號：F407.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號
高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當(dāng)中所占的比例越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。面對如此形勢，應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首位加以研究。對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 首先擺在結(jié)構(gòu)工程師面前的是結(jié)構(gòu)選型的問題。高層建筑結(jié)構(gòu)的選型通常要遵循一定的原則, 它不僅考慮到建筑物的適用性、經(jīng)濟(jì)性、抗震性能,而且要考慮施工安裝的影響。
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1 水平力是設(shè)計(jì)主要因素
設(shè)計(jì)在多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要考慮結(jié)構(gòu)豎向荷載。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑結(jié)構(gòu)高度的兩次方成正比。另一方面，對于一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大的變化。
1.2 側(cè)移成為控制指標(biāo)
與低層或多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比(= qH4/8EI)。另外，高層建筑隨著高度的增加、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大，在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗推剛度。
1.3 抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。
1.4減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。
1.5軸向變形不容忽視
采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
2高層建筑結(jié)構(gòu)選型與建筑設(shè)計(jì)
2.1在結(jié)構(gòu)的功能要求被確定以后，即可根據(jù)功能要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型。例如對于高層建筑，在選型上可以考慮框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)等，在用材上可考慮鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等。對于大多數(shù)建筑物，工程造價中約有50%～70%用于結(jié)構(gòu)工程，而且結(jié)構(gòu)工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的50%～70%。因此搞好結(jié)構(gòu)工程對于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用。
2.2搞好結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型，如果選型不當(dāng)，即使結(jié)構(gòu)計(jì)算很精確，也有可能給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來無法彌補(bǔ)的缺陷，所以結(jié)構(gòu)選型對于結(jié)構(gòu)的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。在非地震區(qū)的高層建筑，水平荷載以風(fēng)荷載為主。所以非地震區(qū)高層建筑選型宜選用有利于抗風(fēng)作用的建筑體型，也就是宜選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑體型，比如圓形、橢圓形等。流線型的建筑體型以及由下往上逐漸變小的截錐形體型的體型系數(shù)相對較小，有利于抗風(fēng)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時，宜使用結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度分布盡量均勻?qū)ΨQ，以減輕風(fēng)荷載作用下扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，并應(yīng)限制結(jié)構(gòu)高寬比，防止傾覆和失穩(wěn)。地震區(qū)高層建筑的體系選型，實(shí)際上屬于抗震概念設(shè)計(jì)范疇，它是在總結(jié)震害規(guī)律及工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以宏觀概念為指導(dǎo)，正確地解決高層建筑的總體方案，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，以達(dá)到合理抗震。通常應(yīng)選擇對抗震有利的地段，選用整體性較好的基礎(chǔ)，立體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合理的地震作用傳遞途徑，擁有多道抗震防線，具有必要的剛度和強(qiáng)度，具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免豎面?zhèn)纫苿偠鹊耐蛔儭Ａ硗庖嘁诉x擇風(fēng)壓體型系數(shù)較小的形狀并限制高寬比。
2.3對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，由于以下兩個原因，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素：較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；更重要的是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，必須精心設(shè)計(jì)。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)體系從上到下一層層地傳遞累積的重力荷載，因此要求較大的柱或墻截面來承受這些荷載。同時，這些豎向結(jié)構(gòu)體系還必須把風(fēng)荷載或地震作用等側(cè)向荷載傳給基礎(chǔ)。可是，與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性的，而是隨建筑物的增高而迅速增大。例如，在其它條件相同時，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底上的傾覆力矩近似地與建筑物高度的平方成正比，而建筑物頂部的側(cè)向位移與其高度的4次方成正比。地震的效應(yīng)甚至更加顯著。當(dāng)?shù)蛯踊蚨鄬咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)按恒載及活荷載設(shè)計(jì)時，柱、墻、樓梯或電梯井就自然能承受大部分水平力，問題主要是抗剪。在“矮”房子的框架中，可以填充一些墻板，甚至全部填滿墻板的辦法很容易獲得適當(dāng)?shù)母郊又涡Ч槐亓硗庠偌哟笤瓉碡Q向荷載所需要的柱和梁的尺寸。高層建筑并非如此。這是因?yàn)樵诟邔咏ㄖ校饕獑栴}是抗彎和抵抗變形，而不僅僅是抗剪。為了使高層建筑足以抵抗相當(dāng)大的側(cè)向荷載和側(cè)移，常常不得不進(jìn)行專門的結(jié)構(gòu)布置，柱、梁、墻和板的截面總是要大一些。
3高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
3.1水平荷載成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定性因素
任何一座高層建筑結(jié)構(gòu)都需要同時承受豎向自重荷載（其他豎向荷載）和側(cè)向風(fēng)壓產(chǎn)生的橫向水平荷載作用，另外還必須具備抵御設(shè)計(jì)烈度要求的地震作用的能力。在高層（尤其是超高層）建筑結(jié)構(gòu)中，盡管結(jié)構(gòu)自重等豎向荷載對結(jié)構(gòu)受力具有重要的影響作用，但橫向水平荷載（通常情況下主要包過風(fēng)荷載和地震作用）是結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時的決定性因素。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的建筑高度不斷增加，其橫向水平荷載作用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性將快速上升。一方面，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重和樓面使用荷載在結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中將引起一定的作用，而橫向水平荷載對高層結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的傾覆作用將使得高層建筑結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中產(chǎn)生較大的拉力或者壓力作用；另一方面，對高層建筑結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)自身自重的豎向荷載作用和地震作用，也會隨結(jié)構(gòu)自身的動力特性而引起大幅增大。
3.2結(jié)構(gòu)側(cè)移成為控制性因素
與低層結(jié)構(gòu)不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的橫向側(cè)移已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的控制線技術(shù)參數(shù)，并且隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，橫向風(fēng)壓或地震作用下水平荷載引起的高層結(jié)構(gòu)側(cè)向位移變化會快速增加。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不僅要確保結(jié)構(gòu)各構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度以提抗可能承受的風(fēng)荷載作用或地震作用引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，還要求結(jié)構(gòu)整體具有足夠大的抗側(cè)移剛度，確保結(jié)構(gòu)在橫向力作用下引起的側(cè)向位移值可控制在規(guī)范要求的限度范圍內(nèi)。由此可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)安全和使用功能的充分發(fā)揮，與結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)移性能密切相關(guān)。
3.3結(jié)構(gòu)延性成為重要考慮因素
與低層或大跨建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的柔性則相對明顯，在相同地震作用下的結(jié)構(gòu)變形要嚴(yán)重的多。為避免結(jié)構(gòu)整體倒塌等嚴(yán)重后果，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)確保高層結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形受力階段后仍具有相對較強(qiáng)的變形耗能能力。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通常要在結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部位采取恰當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施，來保證結(jié)構(gòu)整體具有足夠的延性和耗能能力。
4結(jié)語
現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集數(shù)學(xué)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)于一體的綜合性技術(shù)工作，同時也是一項(xiàng)創(chuàng)新性很強(qiáng)的實(shí)踐活動。為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結(jié)構(gòu)形式和更加合理的力學(xué)模型將是土木工程師們的目標(biāo)和方向。
參考文獻(xiàn)
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第7篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：梁式轉(zhuǎn)換層，高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Abstract: the conversion layers should be paid attention to when the design concept design and theoretical analysis, the column of conversion, transfer beam shear wall, ground floor and convert such key components should take the necessary measures. This paper introduces the conversion of the types and characteristics of type, the concrete beam type conversion layers of the high-rise building structure design.
Keywords: beam type conversion layers, high-rise buildings, the structure design
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
因建筑物功能的需要，上部需要小開間的軸線布置，需要較多的墻體；下部則希望有盡可能大的空間，柱網(wǎng)要大，墻體要盡量少。因而，上部部分豎向桿件不能直接連續(xù)貫通落地。而通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向桿件連接，這樣構(gòu)成的高層建筑稱為帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層因受力復(fù)雜，抗震能力弱，一直未被廣泛應(yīng)用。但隨著高層建筑的不斷增多和計(jì)算機(jī)硬件及軟件的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論及方法也日趨完善，轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用也越來越多。轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)和理論分析，對轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁、落地剪力墻和轉(zhuǎn)換層樓板等關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)采取必要的加強(qiáng)措施。
一、轉(zhuǎn)換層型式的類型及特點(diǎn)
轉(zhuǎn)換層根據(jù)建筑功能的需要, 可作為正常使用的樓層,但此時應(yīng)有較大的層高作保證; 在層高受限制或設(shè)備專業(yè)需要時, 也可專門作為設(shè)備層。在結(jié)構(gòu)型式上, 轉(zhuǎn)換層可分為以下幾種類型:
1、梁式轉(zhuǎn)換層
一般運(yùn)用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。它是將上部剪力墻落在框支梁上, 再由框支柱支撐框支梁的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時, 則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)和施工均較為簡單, 傳力較為明確, 是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式[。它的缺點(diǎn)在于, 當(dāng)上下軸線錯位布置時, 需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁, 空間受力較為復(fù)雜, 此時應(yīng)對框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。
2、箱式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)轉(zhuǎn)換梁截面過大時, 設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實(shí)際相符, 可在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底同時設(shè)一層樓板, 形成一個箱形梁。箱形梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu), 一般宜遍布全層設(shè)置, 且宜沿建筑周邊環(huán)通構(gòu)成“箱子”, 即箱式轉(zhuǎn)換層。箱式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)在于, 轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng), 剛度大, 整體工作效果好, 上下部傳力較為均勻, 并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”;缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁梁中開設(shè)備洞較多, 施工復(fù)雜, 且造價較高。
3、厚板式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)上下柱網(wǎng)錯位較多, 難以用梁直接承托時, 則需做成厚板, 即板式轉(zhuǎn)換層。厚板的厚度可根據(jù)柱網(wǎng)尺寸、上部結(jié)構(gòu)荷載綜合而定。板式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢在于, 下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)布局影響較小, 可靈活布置。厚板剛度很大,形成一個承臺, 整體性較好, 而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大, 地震作用也大, 容易產(chǎn)生震害。并且材料耗用多, 經(jīng)濟(jì)性也較差。
4、桁架式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)高層建筑下部為大空間商場, 上部為小空間客房或?qū)懽謽? 且需設(shè)置管道設(shè)備層時, 也可采用桁架式轉(zhuǎn)換層。上部柱墻可通過桁架傳至下部柱墻, 而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時, 一般宜跨滿層布置,且上弦節(jié)點(diǎn)與上部密柱或墻肢形心宜對中。桁架式轉(zhuǎn)換層的框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換型式相對較小。但此法施工復(fù)雜程度較高, 且對于軸線錯位布置時難度較大。
在眾多的轉(zhuǎn)換類型中，梁式轉(zhuǎn)換層為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)用得最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。比較于其它轉(zhuǎn)換而言，梁式轉(zhuǎn)換層受力明確，傳力簡潔，計(jì)算模型簡單且施工操作簡單。為此，本文主要分析梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
二、梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、轉(zhuǎn)換層主要構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的豎向整體性上，許多工程經(jīng)常由于轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)質(zhì)量重心偏差較大，使得整個結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)加大，因此應(yīng)適當(dāng)增大角柱與邊緣的剪力墻，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度。
（1）轉(zhuǎn)換柱設(shè)計(jì)要點(diǎn)
轉(zhuǎn)換柱是帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件，受力性能與普通框架大致相同，但受力大，破壞后果嚴(yán)重。計(jì)算分析和試驗(yàn)研究表明，隨著地震作用的增大，落地剪力墻逐漸開裂、剛度降低，轉(zhuǎn)換柱承受的地震作用逐漸增大。因此，《高規(guī)》除在對轉(zhuǎn)換柱內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整外，還對其構(gòu)造配筋提出了比普通框架柱更高的要求，增大轉(zhuǎn)換柱的安全性，推遲轉(zhuǎn)換柱的屈服，以免影響整個結(jié)構(gòu)的變形能力。《高規(guī)》為了讓轉(zhuǎn)換柱承受較小剪力，規(guī)定了框支柱與相鄰落地剪力墻的距離，1~2層框支層時不宜大于12m，3層及3層以上框支層時不宜大于10m。以滿足底部大空間層樓板的剛度要求，使轉(zhuǎn)換層上部的剪力能有效地傳遞給落地剪力墻。
轉(zhuǎn)換柱最薄弱是在與轉(zhuǎn)換梁相交的位置，此處轉(zhuǎn)換梁的線剛度遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)換柱，對其有很強(qiáng)的約束性。在水平力作用下，柱端產(chǎn)生很大彎矩。為保證結(jié)構(gòu)有足夠的延性，《高規(guī)》對轉(zhuǎn)換柱的軸壓比也進(jìn)行了嚴(yán)格控制，一級抗震時軸壓比控制在0.6以內(nèi)，二級抗震時控制在0.7以內(nèi)。框支柱在上部墻體范圍內(nèi)的縱向鋼筋應(yīng)伸入上部墻體內(nèi)不少于一層，已保證上下層的可靠連接。
（2）轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)
轉(zhuǎn)換梁是帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)分析和試驗(yàn)研究表明，轉(zhuǎn)換梁受力復(fù)雜，而且十分重要。它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的重要構(gòu)件。因此《高規(guī)》規(guī)定了比一般框架梁更高的要求。主要規(guī)定如下：
第一、轉(zhuǎn)換梁與轉(zhuǎn)換柱截面中線宜重合。
第二、轉(zhuǎn)換梁截面高度不宜小于計(jì)算跨度的1/8。框支梁截面寬度不宜大于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度，且不宜小于其上墻體截面厚度的2倍和400mm的較大值。
第三、托柱轉(zhuǎn)換梁應(yīng)沿腹板高度配置腰筋，其直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。
第四、轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋接頭宜采用機(jī)械連接，同一連接區(qū)段內(nèi)接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，接頭位置應(yīng)避開上部墻體開洞部位、梁上托柱部位及受力較大部位。
第五、轉(zhuǎn)換梁不宜開洞。若必須開洞時，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算，因開洞形成的上、下弦桿應(yīng)加強(qiáng)縱向鋼筋和抗剪箍筋的配置。
第六、托柱轉(zhuǎn)換梁在轉(zhuǎn)換層宜在托柱位置設(shè)置正交方向的框架梁或樓面梁。
（3）轉(zhuǎn)換梁的計(jì)算要求
第一、轉(zhuǎn)換梁的承載力一般是由斜截面受剪承載力控制。斜截面受剪承載力主要由混凝土和箍筋承擔(dān)，梁水平腰筋也能承擔(dān)一部分剪力，但一般不參與計(jì)算，而是作為安全儲備使用。因此適當(dāng)提高轉(zhuǎn)換梁的水平腰筋不僅能減少裂縫的產(chǎn)生，還能加大其受剪承載力。
第二、轉(zhuǎn)換梁的正截面受彎承載力計(jì)算與普通梁相同。
第三、由于上部荷載作用點(diǎn)或荷載作用線經(jīng)常與梁截面中心線不重合，使得轉(zhuǎn)換梁產(chǎn)生扭矩，而梁的抗扭承載力較低，因此設(shè)計(jì)時不僅要通過計(jì)算來確定抗扭承載力是或能滿足，還應(yīng)在開始設(shè)計(jì)時就盡量使兩者重合，有條件的情況下可設(shè)置雙向轉(zhuǎn)換梁來平衡扭矩。
（4）落地剪力墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)
第一、落地剪力墻承擔(dān)的地震傾覆力矩應(yīng)大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%；
第二、落地剪力墻洞口宜布置在墻體的中部；
第三、落地剪力墻的間距：非抗震時不宜大于3B和36m；抗震設(shè)計(jì)時，當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?~2層時，不宜大于2B和24m；當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?層及3層以上時，不宜小于1.5B和20m；B為落地墻之間樓蓋的平均寬度。
（5）轉(zhuǎn)換層及其相鄰樓層樓板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
第一、轉(zhuǎn)換層樓板厚度不宜小于180mm，應(yīng)雙層雙向布置，且每層每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墻樓板不宜開洞。
第二、與轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。
2、轉(zhuǎn)換層計(jì)算要求
轉(zhuǎn)換層只是高層建筑中的一部分，分析計(jì)算時，應(yīng)先進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析，即將轉(zhuǎn)換層放入整個結(jié)構(gòu)體系中按空間協(xié)同工作分析方法、三維空間分析方法或其他有效方法進(jìn)行整體內(nèi)力與位移計(jì)算。這樣能較好的反映結(jié)構(gòu)體系中各桿件對轉(zhuǎn)換層的整體影響，使轉(zhuǎn)換柱的位移和內(nèi)力更接近實(shí)際情況。但由于整體分析時結(jié)構(gòu)桿件較多，不能對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行細(xì)化計(jì)算，因此難以保證接觸面上的變形能完全協(xié)調(diào)，構(gòu)件的計(jì)算有可能存在誤差。由于上述原因，在完成整體計(jì)算分析后，還應(yīng)對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行局部分析，利用平面有限元分析法對轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，確保結(jié)構(gòu)體系的整體安全。
參考文獻(xiàn)：
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第8篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)；高層建筑；結(jié)構(gòu)選型
Abstract: The conceptual design is a building designer by combining design experience, design theory and the characteristics of the project, and effectively the structure to achieve the optimal structure layout of building structure design, so as to achieve the best economic benefit. Based on the author's practical experience, starting from the concept of design ideas to improve the seismic performance of building structures are discussed, for reference.
Keywords: structural design; conceptual design; high-rise building; structure selection
中圖分類號：TB482.2
0.引言
隨著建筑建設(shè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)向著更高更復(fù)雜的方向發(fā)展，這要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者不能單純地盲目去進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅僅套規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)效果并不是最佳的。 通過對建筑結(jié)構(gòu)首先進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，其成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要思想。 從設(shè)計(jì)實(shí)踐效果表明，通過在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中利用概念設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出更為合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，并達(dá)到節(jié)省原料的目的。 隨著概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用推廣，越來越多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員更向往于這一設(shè)計(jì)理念，并逐漸成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想。
1.概念設(shè)計(jì)理念的可行性
歸根結(jié)底，對建筑結(jié)構(gòu)采取概念設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)師結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)理論以及所要設(shè)計(jì)項(xiàng)目的工程特點(diǎn)，對建筑結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)以及總體布局進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣化要求的手段。 其宗旨是在特定環(huán)境條件下， 通過采取整體概念出發(fā)來考慮結(jié)構(gòu)總體方
案， 從而對于該結(jié)構(gòu)來說可充分利用總體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系。 通過基于概念設(shè)計(jì)進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其可行性重要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常采用的設(shè)計(jì)方法是通過查找手冊、以及結(jié)合計(jì)算機(jī)程序等方式進(jìn)行，這一切都是缺少創(chuàng)新性。而概念設(shè)計(jì)則是要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)充分結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及理論知識，采取一系列的合理想象及創(chuàng)新進(jìn)行規(guī)劃，得出具有合理性以及一定創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。 基于概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其包含分析、綜合以及評估三步。 分析階段主要是對問題進(jìn)行全方位的了解，因?yàn)榇嬖诜治鰯?shù)據(jù)不完整與不準(zhǔn)確的特點(diǎn)，此階段具有一定的模糊性質(zhì)，綜合階段則是要求工程師將理論知識和實(shí)際情況，通過結(jié)合設(shè)計(jì)師的想象力以及創(chuàng)新意識從而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)規(guī)劃。最后評估階段是最優(yōu)方案的選擇過程。這種優(yōu)選方案不僅可以有效地防止了結(jié)構(gòu)后期出現(xiàn)的繁瑣計(jì)算，更重要的是體現(xiàn)了方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。
（3）提升工程師設(shè)計(jì)能力 。 概念設(shè)計(jì)其是在正確理念和原則的指引下，允許工程師在設(shè)計(jì)中進(jìn)行一定程度的發(fā)揮，因此避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一味采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)，這方便于結(jié)構(gòu)師從根源查找問題，從而使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。 因此，概念設(shè)計(jì)無論在理論知識、方
式還是思想以及手段等方面都為建筑結(jié)構(gòu)提供了科學(xué)有效的技術(shù)平臺。
2.概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)
從眾多工程實(shí)踐表明，通過采取概念設(shè)計(jì)理念來進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效地使結(jié)構(gòu)在荷載作用下，結(jié)構(gòu)破壞減小到最小。如何通過采取概念設(shè)計(jì)來抵抗結(jié)構(gòu)可能受到的各種不確定情況，將是概念設(shè)計(jì)的最終目的。 而對于高層建筑結(jié)構(gòu)來說，其不確定因素相對多層結(jié)構(gòu)來說，其復(fù)雜性更強(qiáng)，因此對于高層結(jié)構(gòu)來說，采取概念設(shè)計(jì)是更有必要，對于高層建筑結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)及其抗震的概念設(shè)計(jì)將是概念設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。通過概念設(shè)計(jì)進(jìn)行采取結(jié)構(gòu)計(jì)算及其構(gòu)造可有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于概念設(shè)計(jì)理念，筆者總結(jié)出相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施：
（1）對于高層結(jié)構(gòu) ，抗側(cè)力構(gòu)件主要承受水平地震作用以及風(fēng)荷載，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置的概念設(shè)計(jì)來探討所設(shè)計(jì)的高層建筑的平立面布置是否合理。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量規(guī)則、對稱；通過應(yīng)用概念設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置的合理與規(guī)則性， 豎向抗側(cè)力構(gòu)件則應(yīng)從下往上減小截面尺寸以及材料強(qiáng)度，同時還應(yīng)當(dāng)保證豎向構(gòu)件的均勻變化，同時豎向結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量上下貫通，避免結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)有墻柱而下部沒有情況。 對于平面復(fù)雜結(jié)構(gòu)，要求平面以及立面尺寸不應(yīng)出現(xiàn)較大的凹進(jìn)，結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸應(yīng)小于該方向總長度的 30%；同時要求樓板的平面剛度以及尺寸也不應(yīng)出現(xiàn)較大突變。
（2）合理地布置受力構(gòu)件。 從概念設(shè)計(jì)理念出發(fā)，布置結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件時應(yīng)當(dāng)布置于主要承受荷載作用的位置，以充分地發(fā)揮構(gòu)件的作用；使得結(jié)構(gòu)中各個受力構(gòu)件的布置考慮其可能受到的各種荷載作用。 同時布置受力構(gòu)件應(yīng)當(dāng)兼顧構(gòu)件傳力特點(diǎn)出發(fā)，盡可能地避免構(gòu)件傳力的復(fù)雜性，力求使構(gòu)件傳力簡單。對于豎向受力構(gòu)件布置，其不但要考慮承受豎向荷載作用，同時還需考慮其會承受地震等水平作用，甚至還承受溫度應(yīng)力影響。 水平受力構(gòu)件則力求使其傳力路徑簡單，以最快捷的傳力路線傳遞給主梁，在傳給柱、剪力墻上。 同時應(yīng)避免構(gòu)件受力復(fù)雜。
對于高層結(jié)構(gòu)需要布置剪力墻時，則應(yīng)當(dāng)把剪力墻均勻地布置于結(jié)構(gòu)周邊，從而充分地發(fā)揮剪力墻構(gòu)件的受扭能力。除此之外，剪力墻布置時還要兼顧到剪力墻間距，這需要充分結(jié)合樓板剛度要求。
（3）由于結(jié)構(gòu)通常是假定樓板剛度為無限大 ，因此對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說，剪力墻以及框架在相同樓層的水平位移將是相同的。 為此，從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說，需要增加了樓板厚度，從而有效地提高樓板水平剛度。
（4）對于高層建筑來說，其主要承受較大的水平荷載作用，因此控制水平位移是高層結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 基于概念設(shè)計(jì)出發(fā)，對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說，可通過增加合理的剪力墻數(shù)目以及增大框架柱截面來提高高層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。
（5）對地基以及基礎(chǔ)采取概念設(shè)計(jì)。 從概念設(shè)計(jì)出發(fā)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)提高基礎(chǔ)整體性。基于概念設(shè)計(jì)進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，地基基礎(chǔ)要求采用整體性好的方案，使基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)能整體傳力，保證高層建筑的抗震性能。 抗震規(guī)范中規(guī)定進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時，同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)計(jì)在性質(zhì)完全不同的地基土上；同一結(jié)構(gòu)單元宜采用相同的基礎(chǔ)形式；當(dāng)?shù)鼗翞檐浫跬痢⒁夯習(xí)r，應(yīng)初步估計(jì)地震時地基土的不均勻沉降或液化影響。
（6）對結(jié)構(gòu)采取構(gòu)造措施是概念設(shè)計(jì)重要內(nèi)容 。 從眾多高層結(jié)構(gòu)破壞結(jié)果表明，僅僅從結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這難以防止高層結(jié)構(gòu)在荷載作用下的破壞，因此采取必要構(gòu)造措施對概念設(shè)計(jì)來說顯得尤為重要。 就高層結(jié)構(gòu)的地震破壞來說，提高結(jié)構(gòu)的整體性以及延性措施尤為有效。如在延性設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量做到“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”的設(shè)計(jì)要求；同時也可以通過提高結(jié)構(gòu)中的各個構(gòu)件延性來有效地提高整體結(jié)構(gòu)的延性。 另外，其他一些工程質(zhì)量問題也可以通過構(gòu)造措施來給予減輕破壞，如溫度應(yīng)力引起的混凝土開裂，則可通過配置適量鋼筋來減輕。
3.結(jié)語
綜上所述，隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，通過采取概念設(shè)計(jì)理念進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要思想。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心和靈魂，其宗旨是要求建筑師和結(jié)構(gòu)工程師明白在目前科技發(fā)展和設(shè)計(jì)計(jì)算的水平上，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得嚴(yán)重不規(guī)則、整體性差，只憑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析來進(jìn)行計(jì)算，是難以保證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震功能的。運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，這樣才能對計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷、合理的采用，保證工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性與安全性。因此，概念設(shè)計(jì)是做好建筑設(shè)計(jì)工作最重要的一環(huán)。
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第9篇：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Abstract: in recent years, with the economic and social development, high building more and more. This paper mainly introduces the structure of the high-rise building with conversion layers of type classification and apply their own features, and conversion layers in the design of main design and some scheme selection, structure arrangement and the seismic grade determination, the structure of the transfer member requirements are discussed in this paper, and focuses on the beam type conversion layers structure design of the characteristics and some problems that should be paid attention to.
Keywords: conversion layers; Structure design
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
目前,隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化發(fā)展。較為常見的形式是,上部為小開間的民用住宅,下部為大開間的商場或公共娛樂場所。從建筑功能上看,高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要;而下部則希望有盡可能大的自由靈活空間,大柱網(wǎng)、少墻體,以滿足公共使用要求。然而,按照這樣的建筑形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時,上部墻體多而密,下部柱網(wǎng)少而稀,即剛度上大下小。這與常規(guī)的結(jié)構(gòu)豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。于是,帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生,并在近年來得到較為廣泛的應(yīng)用。這里以一棟帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例。該工程為地下1層,地上18層。其中1層~3層為商場, 4層~18層為住宅。轉(zhuǎn)換層設(shè)在第4層樓面。建筑物總高61.2 m。
1轉(zhuǎn)換層型式的類型及特點(diǎn)
轉(zhuǎn)換層根據(jù)建筑功能的需要,可作為正常使用的樓層,但此時應(yīng)有較大的層高作保證;在層高受限制或設(shè)備專業(yè)需要時,也可專門作為設(shè)備層。在結(jié)構(gòu)型式上, 高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式,即:桁架（包括空腹桁架）、箱型結(jié)構(gòu)、梁式（包括托梁和雙向梁格）、厚梁厚板(見圖1)。
1.1梁式轉(zhuǎn)換層
一般運(yùn)用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。它是將上部剪力墻落在轉(zhuǎn)換梁上,再由轉(zhuǎn)換柱支撐轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時,則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式[2]。它的缺點(diǎn)在于,當(dāng)上下軸線錯位布置時,需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁,空間受力較為復(fù)雜,此時應(yīng)對框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。
1.2箱式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)轉(zhuǎn)換梁截面過大時,設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實(shí)際相符,可在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底同時設(shè)一層樓板,形成一個箱形梁。箱形梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),一般宜遍布全層設(shè)置,且宜沿建筑周邊環(huán)通構(gòu)成“箱子”,即箱式轉(zhuǎn)換層。箱式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)在于,轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng),剛度大,整體工作效果好,上下部傳力較為均勻,并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”;缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁梁中開設(shè)備洞較多,施工復(fù)雜,且造價較高。
1.3厚板式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)上下柱網(wǎng)錯位較多,難以用梁直接承托時,則需做成厚板,即板式轉(zhuǎn)換層。厚板的厚度可根據(jù)柱網(wǎng)尺寸、上部結(jié)構(gòu)荷載綜合而定。板式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢在于,下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)布局影響較小,可靈活布置。厚板剛度很大,形成一個承臺,整體性較好,而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大,地震作用也大,容易產(chǎn)生震害。并且材料耗用多,經(jīng)濟(jì)性也較差。
1.4桁架式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)高層建筑下部為大空間商場,上部為小空間客房或?qū)懽謽?且需設(shè)置管道設(shè)備層時,也可采用桁架式轉(zhuǎn)換層。上部柱墻可通過桁架傳至下部柱墻,而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時,一般宜跨滿層布置,且上弦節(jié)點(diǎn)與上部密柱或墻肢形心宜對中[3]。桁架式轉(zhuǎn)換層的框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換型式相對較小。但此法施工復(fù)雜程度較高,且對于軸線錯位布置時難度較大。結(jié)合工程實(shí)際建筑布局情況,并考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工難易程度,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后,決定采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式,也可稱為框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
桁架轉(zhuǎn)換層箱型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層 空腹桁架轉(zhuǎn)換層
托梁轉(zhuǎn)換層雙向梁格轉(zhuǎn)換層 厚梁厚板轉(zhuǎn)換層
圖1帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)體系
2梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1結(jié)構(gòu)抗震等級的確定
工程轉(zhuǎn)換層以下為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu),是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復(fù)雜高層建筑,因而不能象單純的框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級。工程屬“部分框支剪力墻”,高度61.2m, 7度抗震設(shè)防,框支框架抗震等級為二級,剪力墻底部加強(qiáng)部位為二級[1]。轉(zhuǎn)換層及其以下各層的一般框架梁和框架柱及轉(zhuǎn)換梁的抗震等級為二級。由于工程轉(zhuǎn)換層設(shè)在建筑4層樓面即結(jié)構(gòu)3層,已屬于“高位轉(zhuǎn)換”,框支柱及剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級應(yīng)提高一級。因此, 框支柱應(yīng)定為一級抗震,轉(zhuǎn)換層以下落地剪力墻定為一級抗震[2]。轉(zhuǎn)換層以上部分,框支層以上兩層仍屬剪力墻底部加強(qiáng)區(qū),因此,該兩層抗震等級定二級,其中落地的那部分剪力墻由于是“高位轉(zhuǎn)換”,還要提高一級,故其抗震等級應(yīng)定為一級;而加強(qiáng)層以上的純剪力墻結(jié)構(gòu),抗震等級可定為三級[1]。值得一提的是,在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了SATWE的一個隱含功能,即在第一項(xiàng)“參數(shù)輸入”中,若將“轉(zhuǎn)換層所在層號”定義為≥3層(不含地下室),則計(jì)算結(jié)果中,所有框支柱的抗震等級會自動提高一級,在WPJX.OUT文件中可查閱。這從另一角度亦可反映“高位轉(zhuǎn)換”中,加強(qiáng)框支柱的必要性。
2.2結(jié)構(gòu)豎向布置
高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小,且應(yīng)避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此,因此文獻(xiàn)[1]對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言,屬于“高位轉(zhuǎn)換”。轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)域上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe2宜接近于1,不應(yīng)小于0.8；且按照文獻(xiàn)[1]3.5.2條急公式3.5.2-1計(jì)算的轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6。這就要求在設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)把握的原則歸納起來,就是要強(qiáng)化下部,弱化上部。可以采用的方法有以下幾種:
(1)與建筑專業(yè)協(xié)商,使盡可能多的剪力墻落地,必要時甚至可在底部增設(shè)部分剪力墻(不伸上去)。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外,還與建筑專業(yè)協(xié)商后,讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地,并且南部還有一大片W形剪力墻也落至基礎(chǔ)。這些無疑都大大增強(qiáng)了底部剛度。
(2)加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為400 mm,其余部分的厚度取為350mm。
(3)底部剪力墻盡量不開洞或開小洞,以免剛度削弱太大。
(4)提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級,采用C40混凝土。
(5)適當(dāng)減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目,控制剪力墻厚度,并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞(結(jié)構(gòu)施工完畢后再用填充墻填實(shí)),以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利,還可減輕建筑物重量,減小框支梁承受的荷載;增大結(jié)構(gòu)自振周期,減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后,轉(zhuǎn)換層上下剛度比在X方向?yàn)?.809,在Y方向?yàn)?.997,滿足規(guī)范要求,效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求,但畢竟工程結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不上下連續(xù)貫通，屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層及其下一層無法滿足要求[1],形成了結(jié)構(gòu)薄弱層。因而應(yīng)將該兩層的地震剪力乘以1.25的增大系數(shù)[1]3.5.8條。
2.3結(jié)構(gòu)平面布局
工程底部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),體型簡單、規(guī)則;上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻平面布置上,東西向完全對稱,南北向質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過2 m,結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外,其余剪力墻布置分散、均勻;且盡量沿周邊布置,以增強(qiáng)抗扭效果。查閱計(jì)算結(jié)果,扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.83,各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.4,均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求。可見工程平面布局規(guī)則合理,抗扭效果良好。
3轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)
3.1轉(zhuǎn)換柱（框支柱）
轉(zhuǎn)換柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應(yīng)滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性,對其軸壓比應(yīng)嚴(yán)格控制。工程轉(zhuǎn)換柱抗震等級為一級,軸壓比不得大于0.6[1],對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”,不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關(guān)系,因而轉(zhuǎn)換柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于Φ10@ 100,全長加密,且配箍率不得小于1.5%。在工程中,個別轉(zhuǎn)換柱還兼做剪力墻端柱,所以還應(yīng)滿足約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不小于0.2（軸壓比大于0.3）的要求,折算成配箍率(C40混凝土)即為1.82%。轉(zhuǎn)換柱為非常重要的構(gòu)件,為增大安全性,對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應(yīng)的增大系數(shù),每層框支柱承受剪力之和應(yīng)至少取基底剪力的30%。因?yàn)槌绦蛴?jì)算時,一般假定樓板剛度無限大,水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配。底部剪力墻剛度遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)換柱,使得轉(zhuǎn)換柱剪力非常小。然而考慮到實(shí)際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降, 轉(zhuǎn)換柱剪力會增加。因而對轉(zhuǎn)換柱的剪力增大作了單獨(dú)規(guī)定。另外,為了加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上下連接,轉(zhuǎn)換柱上部墻體范圍內(nèi)的縱筋應(yīng)伸入上部墻體內(nèi)一層;其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi),滿足錨固要求LaE。
3.2轉(zhuǎn)換梁（框支梁）
轉(zhuǎn)換梁截面尺寸一般由剪壓比控制,寬度不小于其上墻厚的2倍,且不小于400 mm;高度不宜小于計(jì)算跨度的1/8。工程轉(zhuǎn)換梁梁寬統(tǒng)一定為800 mm。轉(zhuǎn)換梁受力巨大且受力情況復(fù)雜,它不但是上下層荷載的傳輸樞紐,也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位,是一個復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件,因而在設(shè)計(jì)時應(yīng)留有較多的安全儲備,二級抗震等級的轉(zhuǎn)換梁縱筋配筋率不得小于0.4%。轉(zhuǎn)換梁在滿足計(jì)算要求下,配筋率不小于0.8%。轉(zhuǎn)換梁一般為偏心受拉構(gòu)件,梁中有軸力存在,因而應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋。腰筋采用Φ18,沿梁高間距不大于200 mm,并且應(yīng)可靠錨入支座內(nèi)。轉(zhuǎn)換梁受剪很大,而且對于這樣的抗震重要部位,更應(yīng)強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)剪弱彎”原則,在縱筋已有一定富余的情況下,箍筋更應(yīng)加強(qiáng)。箍筋統(tǒng)一采用Φ14@ 100六肢箍全長加密,配箍率達(dá)到1.15%,遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)[1]對二級抗震條件下轉(zhuǎn)換梁的配箍率要求。
3.3轉(zhuǎn)換層樓板
框支剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為分界,上下兩部分的內(nèi)力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層,外荷載產(chǎn)生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配;而在下部樓層,由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異,水平剪力主要集中在落地剪力墻上,即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配產(chǎn)生突變。轉(zhuǎn)換層樓板承擔(dān)著完成上下部分剪力重分配的任務(wù);并且由于轉(zhuǎn)換層樓板自身平面內(nèi)受力很大,而變形也很大,所以轉(zhuǎn)換層樓板必須有足夠的剛度作保證。轉(zhuǎn)換層樓板采用C35混凝土,厚度200 mm。Φ14@ 100鋼筋雙層雙向整板拉通,配筋率達(dá)到0.28%。另外,為了協(xié)助轉(zhuǎn)換層樓板完成剪力重分配,將該層以上兩層及以下各層樓板也適當(dāng)加強(qiáng),均取厚度150 mm。
4結(jié)語
綜上所述,通過帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐,體會到此類建筑結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜,在平面布置上應(yīng)盡可能規(guī)則、簡單、對稱,在立面、平面上應(yīng)盡量保證上下剛度接近;還要注意框支柱、框支梁構(gòu)件設(shè)計(jì)的特殊性。另外,由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及工程量的巨大,設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該注重概念設(shè)計(jì),這樣可以少走彎路;其次還要在設(shè)計(jì)過程中通過查閱數(shù)據(jù),反復(fù)比較調(diào)整,以得到最為合理的設(shè)計(jì)。
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