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    超高層結構設計精選(九篇)

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    第1篇:超高層結構設計范文

    【關鍵詞】超高層建筑;結構設計

    一、工程概況

    二、基礎設計

    根據巖土工程勘察報告及場地地震安全性評價報告知該場地為中軟土,為了避免塔樓與塔樓外地下室產生的沉降差異,經過方案比較后對塔樓基礎采用鉆(沖)孔灌注樁,持力層為微風化巖層,微風化巖單軸抗壓強度14MPa。其中樁芯砼強度等級C35,樁徑1200mm,單樁豎向承載力特征值約10000kN,樁長24~40米,底板承臺厚3000mm。基礎埋深11米,滿足高規條文不少于房屋高度1/18的要求。兩層地下室采用柱下單獨基礎,以強風化層(局部硬塑粘土層)為持力層,地下室底板(相對標高-9.0m)厚度700mm,地下室頂板厚度180mm。塔樓外地下室底板承受水浮力較大,采用抗拔錨桿抵抗地下水浮力,錨桿抗拔力特征值360kN,設計水位取室外道路路面。

    三、結構設計

    該工程主體結構抗側體系為鋼筋混凝土剪力墻結構,梁板混凝土等級C45~C25,剪力墻混凝土等級為C55~C35。剪力墻抗震等級為一級(短肢剪力墻抗震等級為特一級);無上部結構地下室部分框架結構的抗震等級為三級。

    四、構造加強措施

    (一)本工程5號樓單體高度為抗震設防7度地區超B級高度,因此在抗震構造方面有針對性地采取了如下措施:

    1)為加強底部剪力墻的截面強度,本工程除了嚴格控制落地剪力墻的軸壓比不超過0.50外,還采取比規范更為嚴格的構造措施:適當提高剪力墻底部加強部位水平及豎向分布筋配筋率至0.6%;約束邊緣構件配筋率提高至2.0%,向上逐步過渡至1.5%。

    2)標準層以上樓梯、電梯筒周邊連接薄弱處樓板加厚至120、150mm,加強樓梯、電梯筒周邊板的配筋,板筋雙層雙向貫通布置,并加強邊梁的配筋及構造。

    3)剪力墻底部加強部位,每兩層設置一道配筋加強帶(暗梁),以提高剪力墻底部加強部位的延性。

    (二)罕遇地震、中震時的彈性地震作用下落地剪力墻承載力復核:

    2)適當提高結構抗震性能要求,采用中震的地震影響系數對結構作中震作用下的彈性內力分析,采用材料強度設計值,對底部加強部位剪力墻強度驗算,以確保重要構件在中震時處于彈性工作狀態。經驗算, 5號樓X、Y方向落地剪力墻在中震地震作用下的彈性剪應力水平分別為0.584MPa(0.028 fc)和0.551MPa(0.026fc),均滿足不大于0.176fc的要求。

    五、結束語

    本工程5號樓為超B級高度建筑,設計人通過較為詳細的計算分析,使得各項控制性指標都能夠滿足相關規范的要求。針對超限情況,設計中對部分重要結構計算分析結果進行了復核和對整體結構構造措施方面進行加強處理,保證整體結構實現“小震不壞,中震可修,大震不倒”三階段設防水準,結構整體安全可靠,關鍵構件具有足夠的延性,從而確保了結構的抗震安全性。本文相關結果可供類似結構設計參考。

    參考文獻

    第2篇:超高層結構設計范文

    1.1抗震設防烈度

    對于超過100m以上的建筑物,在不同強度的抗震設防烈度下,對于建筑物的高度要求也是不盡相同的。一般情況下,抗震設防烈度在8度的區域不適宜建設300m以上的建筑物,超高層建筑適合建設在抗震設防烈度在6度的地區。

    1.2結構方案

    對于一個優秀的建筑設計師來說,在設計中首先就要考慮到建筑物的結構方案問題,尤其對于超高層建筑來說,如果結構方案選擇不當,將會引起整個方案的調整,因此,在設計單位進行建筑方案設計時,需要有結構專業參與到設計當中。

    1.3結構類型

    在超高層建筑結構類型的選擇上,我們不但要充分考慮到擬建方案所在地的巖土工程地質條件,同時要考慮到該區域的抗震度要求。另外,為了節約建筑成本,我們還需要充分考慮到在工程造價問題以及施工的合理性問題,同等條件下選擇造價較低的合理的結構類型。

    2超高層建筑的結構設計

    2.1風載荷

    在超高層建筑的結構當中,由于建筑結構的第一自振周期與其所在地面卓越周期相差很大,隨著建筑物高度的不斷增加,風載荷的影響要遠遠大于地震對建筑物的影響,特別是對于一些比較柔的超高層建筑,風載荷是它結構設計中的控制因素。因此,我們有必要對風載荷進行專業地研究。一般情況下,我國規定風載荷的計算公式為Wk=βzμsμzW0,其中μz為風壓高度的變化系數。其中A類地面:μz=0.794Z0.24;B類地面:μz=0.479Z0.52;C類地面:μz=0.284Z0.40。在《建筑結構荷載規范》當中,對200m以上的超高層建筑也進行了相應的規范,其中就包括在對超高層建筑確定非圓形截面橫風向風振等效風荷載情況時,要求必須進行風洞試驗。它的主要目的在于通過試驗對建筑外形的空氣動力進行進一步優化,同時確定圍護結構以及主體結構的風載荷的標準值,對設計整體進行優化。3.2重力載荷對于超高層建筑,在設計時要考慮到重力載荷的傳力情況,實現合理的傳力途徑,因此在設計時對于重力載荷的途徑要盡可能地直接明了,同時要充分考慮到因建筑外圈框架和核心筒之間軸壓比之間的差異而造成的變形差對水平構件產生的影響。一般采用一些施工的處理方法連接框架與核心筒。

    2.3混合結構的設計

    在超高層的建筑當中,很多時候都會采用混合結構設計,混合結構分為3種,而在實際中常用的是圓鋼管或者是矩形鋼管的混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒的混合結構,以及型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒(內外框梁為鋼梁或型鋼混凝土梁)的混合結構兩種。每種結構類型在設計上對鋼材用量的需要也不盡相同。在設計中,要考慮到對型鋼、圓鋼管混凝土中柱鋼骨的含鋼量,嚴格按照技術規程的要求進行控制,同時,在鋼筋混凝土的核心筒要設置型鋼柱,這樣就可以確保型鋼混凝土、筒體延性相同,從而促使它們兩者之間的豎向變形減小。對于結構抗側剛度無法滿足變形需要的混合結構,我們采取相應措施進行彌補。比如,設置水平仲臂析架的加強層,或利用避難層或設備層在外框或外框筒周邊設置環狀析架。

    3超高層建筑結構設計的關鍵點

    3.1構造設計要合理

    在對超高層建筑物進行設計時,必須保證構造的設計謹慎并合理,重點要注意對一些薄弱的部位進行加強,避免出現薄弱層,充分考慮到溫度應力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力,注意構件的延性以及鋼筋的錨固長度,在對平面和立面進行布置時要確保平整均勻。

    3.2計算簡圖要合適

    計算簡圖是對建筑物結構進行計算的基礎,它直接關系到超高層建筑的結構安全。為了保證結構的安全性,我們必須從計算簡圖抓起,慎重研究,合理選擇,對于存在于計算簡圖中的誤差,要保證其值控制在技術規程允許的范圍內。

    3.3結構方案選擇要合理

    建筑方案的合理性取決于結構方案是否合理,因此,在選擇結構方案時不但要充分考慮到經濟因素,還要充分考慮方案的結構形式和結構體系,同時能夠充分結合設計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結構方案,確保結構方案的合理性。

    3.4基礎方案選擇要合理

    在進行基礎方案的設計中,設計師要考慮到載荷的分布情況,工程所在的自然因素、地質條件,施工方的施工條件,周圍建筑物對所設計建筑物造成的影響等各方面因素,以此來確保基礎方案的選擇既經濟又合理,達到最優效果。

    4結語

    第3篇:超高層結構設計范文

    一工程概況的地基基礎 某項目地上建筑面積為13.45萬m,地下建筑面積為4.3萬m,總建筑面積為17.75萬m。根據巖土工程勘察報告,本工程場地地基土層為第四紀沖海積的黏土和淤泥層,基底巖性為侏羅紀熔結凝灰巖,場地內無液化土層。賓館塔樓柱下荷載最大達3.8×104kN,商務塔樓柱下荷載最大達3.5×104kN,采用大直徑灌注樁,平板式樁筏基礎。經優化比較,樁徑 700~1100較為合理。商務樓和賓館塔樓下筏板厚度為3m,其他位置底板采用厚板式,板厚為1.2m。針對本工程塔樓和輔樓預期存在的沉降差異問題,在各塔樓與輔房之間設置后澆帶,并配合相應的后澆帶處理措施和大體積混凝土澆筑措施,解決了超長結構混凝土的收縮裂縫問題和塔樓與輔樓間的沉降差異在基礎底板中產生過大內力的問題。 二結構設計與計算 ⑴結構體系。塔樓外框架柱采用現澆鋼筋混凝土柱,鋼筋混凝土柱外框架體系將作為有效的承重支撐,大部分豎向荷載通過軸力方式向下傳遞,而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外,其主要功能是提供強大的抗側力能力。《建筑抗震設計規范》規定:6度區現澆鋼筋混凝土框架一核心筒結構適用的最大高度為150m,本工程兩塔樓的房屋高度均為161.1In,僅超過11.1m;本工程屬B級高度,而《高層建筑混凝土結構技術規程》規定:6度區框架一核心筒結構B級高度建筑的最大適用高度為210m,還有48.9m才超限;大跨度鋼結構連廊的存在使得本工程屬于特殊類型的高層建筑(大跨度連體)。但由于本工程塔樓高寬比H/B為4.4并不大,兩塔樓的平面及豎向結構特性變化較少,且連廊與塔樓采用弱連接,對塔樓耦合影響小。計算分析結果也表明無異常薄弱層出現,且以風荷載為控制水平作用。綜上所述,本工程有兩項輕微超限,設計時采取必要的抗震加強措施,在技術上是可行的,順利通過設計審。 ⑵彈性計算。本工程采用中國建筑科學研究院編制的《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SAT–WE》、《特殊多、高層建筑結構分析與設計軟件PM—SAP))及美國CSI公司的國際通用結構分析與設計軟件ETABS等三個程序進行整體計算,均采用抗震耦聯分析并考慮偶然偏心。用SATWE程序進行彈性動力時程分析。兩塔樓的自振特性計算結果見表1和表2,三個軟件的計算結果較接近,從側面反映出結構模型和分析的正確性。結構的主要振型以平動為主,扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比,賓館塔樓分別為0.577、0.605、0.538,商務塔樓分別為0.593、0.603、0.529,均小于0.85,滿足《高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2002)》的要求。

    風荷載及多遇地震作用下的結構反應計算是結構設計中的重要內容,結構在風荷載及多遇地震作用下結構最大點位移和最大的層間位移角,可見在風荷載和地震作用下的層間位移角度均小于規范限值。兩塔樓產生的最大屋面位移及最大層間位移角均是X方向風荷載作用下產生的,其中商務塔樓最屋面位移為93.44mm,最大層間位移角為1/1537;賓館塔樓最大屋面位移為82.83mm,最大層間位移角為1/1743。最大層間位移角均小乎規范所規定的限值1/800。本工程塔樓屬于風荷載為控制水平作用,在考慮偶然偏心影響的水平地震作用下,樓層豎向構件最大水平位移和層間位移與其平均值之比小于規范限值,說明結構具有很好的抗扭剛度。 地震作用下樓層剪重比也是結構整體分析的重要內容,計算結果表明,兩塔樓各層x方向和Y方向的層間地震剪力均滿足規范的最小剪重比要求。賓館塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為2.83×105kN•m,6.55X105kN•m;Y方向傾覆力矩分別為2.66×105kN•m,8.09×105kN•m。商務塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為3.21×105kN•m,6.08×105kN•m;Y方向傾覆力矩分別為2.37×105kN•m,7.66×105kN•m。核心筒所占傾覆力矩沿結構高度始終大于總地震傾覆力矩的50%,表明對于整體結構安全度是可靠的。 ⑶彈性時程分析。按照《巖土工程勘察報告》確定的場地類別,采用《工程場地地震安全性評價報告》提供的地震動參數,選擇兩組實際地震記錄波和一組人工模擬地震波進行彈性動力時程分析。每條時程曲線計算所得的結構底部剪力大于CQC法求得的底部剪力的65%,三條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值大于CQC法求得的底部剪力的80%。CQC法計算結果基本包絡三條時程曲線計算所得的平均值,僅在結構頂部的少數樓層地震剪力偏小,說明設計反應譜在長周期階段的人為調整以及計算中對高階振型的影響估計不足,設計時將對頂部樓層的地震剪力進行調整,滿足對時程分析法的內力包絡要求。除此以外,結構內力和配筋可直接按CQC法計算結果采用。 ⑷中震不屈服分析和動力彈塑性分析。如前所述,本工程平面及豎向結構特性變化較少,多遇地震下的計算結果也無超限情況出現,鑒于本工程建筑等級較高為確保結構安全可靠,我們依然對其進行了中震不屈服驗算,使剪力墻、柱、連梁和框架梁等重要抗震構件在中震作用下不屈服。 通過中震不屈服計算和判斷,兩塔樓結構體系中豎向構件在中震作用下保持著良好的彈性性能,而水平構件特別是連梁則有部分進入屈服狀態,通過調整連梁和框架梁的配筋和對部分連梁截面進行調整,才使所有主要水平構件不進入屈服狀態。這從設計上保證了中震不屈服的落實,體現了地震中各構件的屈服順序基本上是首先連梁屈服,其次有部分框架梁屈服,而豎向構件則未出現屈服情況。 三主要技術及措施 ⑴空中連廊支承結構抗震加強措施。連廊弱連接支座留足連廊兩端活動空間確保不出現下墜,采用抗拉鉸接萬向支座,并用側面限位器固定,確保水平荷載直接傳遞到塔樓主結構。支承連廊的框架柱抗震等級提高為一級,以確保安全性。 ⑵連廊及頂部塔樓結構抗震加強措施。連廊采用空間鋼結構桁架,鋼筋混凝土樓板的形式,并進行專門設計。頂部蓮花座高度較高且外形復雜,采用將芯筒適度上升,外復鋼結構形成蓮花座外形的結構設計,能極大地減輕自重保證結構強度,從而有效克服鞭梢效應,且施工方便。 ⑶平面扭轉不規則抗震加強措施。主要采取調整抗側力構件的布置,使質心與剛心盡量重合,并加大結構的扭轉剛度,以減小結構扭轉效應,使結構各樓層的位移比不大于1.4。例如由于塔樓平面存在局部凸出圓弧,部分樓層的x向最大水平位移與平均層間位移比值超B級高度的1.4,最大達到1.47,最終通過適當加寬圓弧內柱子x向柱寬,并加強兩柱聯系梁剛度得以解決。 ⑷側向剛度不規則抗震加強措施。適當加大立面變化處樓層的板厚及配筋,并采用雙層雙向配筋,加強與立面變化樓層相交的豎向構件的配筋,如25層局部凸出圓弧結束,豎向構件截面變化則避開25層,并適當加強24~26層豎向構件配筋。 四結束 超高層建筑雙塔結構是一種非常復雜的結構體系,如何科學合理地設計超高層建筑結構已成為一個急需解決的問題。超高層建筑應采用合理的計算模型,通過多種分析進行比較,證明結構設計是可靠的,因此設計者要足夠重視抗震設計。

    參考文獻:

    第4篇:超高層結構設計范文

    1 耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物

    中國大部分地區地處環太平洋地震帶上,每年發生大地震機率甚高,因此建筑物之耐震設計非常重要。傳統建筑物采用耐震設計規范設計建筑結構物,主要考慮強度與韌性,5.12地震后,由業界引進兩種耐震新技術,一為隔震,另一為消能。其技術由研究階段邁入實際應用階段。此兩種耐震新技術在日本阪神地震發生后,蓬勃發展;中國大部分地區與其它世界各主要受強震侵襲國家也不例外。自2008年5.12集集地震發生后,國內采用隔震消能新技術的建筑物案例與日俱增,規范也適應時勢所驅,于耐震規范中列入專章包括了有關隔震與消能設計的規定。

    1.1 耐震建筑物

    耐震建筑物耐震設計之基本原則,系使建筑物結構體在中小度地震時保持在彈性限度內,設計地震時容許產生塑性變形,但韌性需求不得超過容許韌性容量,最大考慮地震時則使用之韌性可以達規定之韌性容量。

    1.1.1 中小度地震:為回歸期約30年之地震,其50年超越機率約為80%左右,所以在建筑物使用年限中發生的機率相當高,因此要求建筑物于此中小度地震下結構體保持在彈性限度內,使地震過后,建筑物結構體沒有任何損壞,以避免建筑物需在中小度地震后修補之麻煩。一般而言,對高韌性容量的建筑物而言,此一目標常控制其耐震設計。

    1.1.2 設計地震:為回歸期475年之地震,其50年超越機率約為10 %左右。于此地震水平下建筑物不得產生嚴重損壞,以避免造成嚴重的人命及財產損失。對重要建筑物而言,其對應的回歸期更長。于設計地震下若限制建筑物仍須保持彈性,殊不經濟,因此容許建筑物在一些特定位置如梁之端部產生塑鉸,藉以消耗地震能量,并降低建筑物所受之地震反應,乃對付地震的經濟做法。為防止過于嚴重之不可修護的損壞,建筑物產生的韌性比不得超過容許韌性容量。

    1.1.3 最大考慮地震:為回歸期2500年之地震,其50年超越機率約為2%左右。設計目標在使建筑物于此罕見之烈震下不產生崩塌,以避免造成嚴重之損失或造成二次災害。因為地震之水平已經為最大考慮地震,若還限制其韌性容量之使用,殊不經濟,所以允許結構物使用之韌性可以達到其韌性容量。

    1.2 隔震建筑物

    隔震建筑物系在建筑物基面設置隔震層。該隔震層系由側向勁度很低的隔震組件構成,讓整體隔震建筑物之周期大幅拉長,藉以降低作用在結構物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能組件,提高系統的阻尼比,進而降低位移量。最常用的隔震組件為鉛心橡膠支承墊(lead rubber bearing,簡稱lrb),中間所加之鉛心,就是來提供消能的,而拉長周期就靠橡膠層受水平剪力作用時具有低勁度的特性來達成。lrb消能的特性很穩定,雖經過多周次之作用,其強度、勁度及消能之能力并沒有明顯的衰減。

    隔震建筑物另有一個特性,就是因為隔震層相對于上部結構軟了許多,因此當其受地震水平力作用時,隔震層的相對變位很大,而上部結構的相對變位很小。因此有時為簡單計,可以將上部結構視為剛體。

    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來達到耐震的目的。依據耐震設計規范10.2節之定義,消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現剛塑性(摩擦組件)、雙線性(金屬降伏組件)或三線性遲滯行為,且其反應需與速度及激振頻率無關。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態與液態之黏彈性組件及液態黏滯性組件。第三類(其它)則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件,其典型范例包括形狀記憶合金(超彈性效應)、摩擦.彈簧組件,以及兼具回復力與阻尼的液態消能組件。

    2 世界各國隔震建筑物發展現況

    各國推展隔震建筑物數量不一,不過有一共通點,即大地震來臨,往往成為催生者。如美國北嶺地震(1994),日本阪神地震(1995),中國大部分地區集集地震(2008)等,雖然地震造成工程產官學界痛定思痛之痛楚,但經由其它建筑物損壞情形,終于肯定隔震建筑物在地震中的優越性。

    3 耐震建筑與隔震建筑造價比較

    由日本統計數據顯示,隔震建筑物與耐震建筑物造價比較,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之105%-109%;建筑物高度在25m-31m,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之102%-104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之99%-103%。

    另比較隔震建筑物結構造價比較,辦公室隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之18%,旅館建筑隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之13%,醫院隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之8%。顯示越重要之建筑物,采用隔震建筑物設計,結構費用相對最經濟。

    4 隔震建筑新趨勢

    高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計劃,地下1層,地上50層,屋突2層(src+rc),基礎隔震,樓高177.4m,高寬比5.8:1,隔震型式有滑動支承,積層橡膠墊,及u型鋼板消能器+fluid damper。

    5 超高層隔震建筑物設計技術

    超高層隔震建筑物設計技術主要有下列關鍵因素:

    5.1 長周期建筑物之隔震效果

    隔震建筑物之最優越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期,但高層建筑物基本振動周期往往超過3秒,隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至5秒以上,由反應譜顯示,兩者加速度反應相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應,則有其貢獻。

    5.2 傾覆作用造成隔震組件受拉力

    隔震組件設計時必須考慮拉力作用,因此拉力試驗成為規范修訂之首要任務。

    5.3 風力作用

    隔震層設計時必須考慮地震力作用,但是小地震或風力作用,隔震組件是否發揮功能?仍有待深入探討。

    結論

    第5篇:超高層結構設計范文

    關鍵詞 :超高層建筑 結構設計 結構體系 整體傾斜

    引言

    一般情況下,高層的建筑概念設計有很多種,但對于加強高層建筑抗震能力的概念設計則運用的比較廣泛。超高層建筑的設計以及施工通常都要耗費更多的財力和物力,因此控制好超高層建筑的質量和抗震效果至關重要。但如何設計高層建筑結構的方法卻是不確定的,在這個過程中需要考慮建筑物的自身特征以及相關的外部因素。本文主要介紹的就是關于超高層建筑在進行結構設計時應當注意的問題,并作出提升超高層建筑結構設計質量的相關建議。

    一、 關于超高層建筑的結構設計特點以及相關要點

    (一) 重力荷載迅速增大,控制建筑物的水平位移成為主要矛盾

    由于超高層建筑相對于其他類型的建筑具有不同的特性,使得其建筑結構的設計也具有自身的一些特點。首先,超高層建筑在高度上具有其他建筑所不可比擬的特性。因此,隨著建筑物的高度不斷上升,其重力荷載也呈直線上升的趨勢,作用在豎向構件柱以及墻上的軸壓力也隨之增加。在這樣的條件下對于基礎的承載力也就提出了更高的要求。與此同時,控制建筑物的水平位移也成為了主要矛盾,這種情況主要是由兩方面原因所造成的。一方面,超高層建筑的高度較高,使得風作用效應加大;而風力的加大也就使得合力作用點的位置變高,從而使其對于建筑物產生的作用效應也就變得更大。另一方面,超高層建筑的高度過高使得其自身的重心位置也相應的被升高,建筑的結構自重也相應的加大,此時在地震作用下就將導致薄弱部位加速破壞。

    (二) 豎向構件產生的縮短變形差對結構內力的影響增大

    受力變形、干縮變形以及徐變變形都是豎向構件總壓縮量的構成部分。通常情況下,受力變形都會在瞬時間完成,并且變形量能夠根據胡克定律進行大致的測量。而干縮變形所需要的時間則相對較長,通過相關的統計數據對比可以發現,在一般條件下干縮變形量大致占總壓縮量的三分之一左右。而耗時最長的就是徐變變形量,線性徐變能夠通過公式進行相應的計算。而受到構件的總壓縮量隨著高度的不斷上升而增大的影響,使得在超高層建筑中豎向構件產生的縮短變形差對于結構內力的影響也逐漸變大。

    (三) 傾覆力矩增大,整體穩定性要求提高

    超高層建筑由于在建設的過程中,高度不斷上升使得側向風力引起的傾覆力矩也會不斷增加,隨之而來的是抗傾覆力的要求也隨之升高。許多具體的工程施工中都會采用增加基礎埋深以及加大基礎寬度或者是采取抗拔樁基等手段來達到保證整體穩定性的需求,來強化整體的穩定性。

    (四) 防火防災的重要性顯現,建筑物的重要性等級升高

    與此同時,在進行超高層建筑的結構設計時應當著重考慮防火防災的功效,凸顯出防火放防災的重要作用。這是由于超高層建筑的一些建筑材料雖然具有耐熱的特性,但是耐火的功效卻不甚理想,一旦放生火災的話極易造成重大的損失。并且由于高層建筑與地面之間的空間距離較大,高層中的人們很難找到有效的逃生途徑也容易造成大的人員傷亡。此外,在出現地震等坍塌性事故時,需要較長的疏散時間,但超高層建筑大多采用鋼筋混凝土結構,在長時間的疏散過程中極易發生其他的安全事故。與此同時,超高層建筑的投資一般都比較巨大,并且在所屬區域一般都應是當做代表性建筑來建造的。所以超高層建筑無論是在經濟上,還是在文化乃至政治上都具有較強的影響。為此,在進行超高層結構的設計時務必要強化結構設計的可靠性,強化建筑的整體性能質量。

    (五) 控制風振加速度符合人體舒適度要求

    一般情況下,風力的作用效果都會隨著高度的升高而不斷加強,在超高層建筑中風力的作用效果尤為明顯。但是風振作用過于顯著會影響到人們的舒適度,不利于人們的工作和生活,因此如何處理好風振及速度與人體舒適度之間的平衡成為了超高層建筑結構設計的重要問題。為此,必須控制好頂層的最大加速度,使其滿足規定的限值。此外還要掌控好由風振帶來的扭轉加速度,通常情況下不應該超過標定的限值。與此同時,鑒于超高層建筑的高度較大,使得垂直于圍護結構表面上的風載標準也迅速增大,所以圍護結構必須進行抗風設計。

    二、 超高層建筑結構設計的具體方法

    進行超高層建筑的結構設計不僅要掌握好相關的要點,了解相關的結構特征,還要在具體的結構設計上合理的利用設計方法。首先,根據超高層建筑的自身特點就要做到減輕自重,減少地震作用。在這方面通常可以采用高強度輕質材料,全鋼結構以及輕質隔斷等都能夠起到很明顯的減輕結構自重,減小地震作用的效果。其次,就要降低風作用的水平力。降低風作用水平力的主要手段可以從減小迎風面積、降低風力形心以及選用體型系數較小的建筑平面形狀來實現。其中為了減小迎風面積可以采用正方形的平面形式,如果計算對角線方向的迎風面寬則可以采用圓形的平面形式。而降低風力形心的方式主要可以通過采用下大上小的立面體型來實現,這種方式不僅可以有效的減小高風壓在高處的迎風面積,也可以通過降低風作用的重心來使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。與此同時,還應做到減少振動耗散輸入能量。在這方面主要可以采取阻尼裝置或者加大阻尼比的方式來實現。還要選擇耗能、減振的結構體系,像利用偏心支撐的鋼結構具有耗能的水平段,使用橡膠支座都能夠做到有效的減振。最后需要完成的就是加強抗震措施。為了強化超高層建筑的抗震能力,就要從多方面共同入手。首先就要為建筑配有明確合理的計算簡圖,科學的分析地震作用以及相關的受力情況。大多數情況下,圓形、正多邊形以及正方形等平面形狀能夠做到避免強弱軸的抗力不同和變性差異。但在具體的設計過程中也需要考慮到相應的問題。例如,要注意到結構平面形狀是否做到對稱,是否設置了多道抗震防線以及是否在滿足了強度等方面的需求后采用了延性更好的結構材料等。此外,為了保證結構設計的科學性還應利用多個權威程序進行核算對比,使計算出的結果更加具有科學性和說服力。并且在設計上應當盡量向智能化方向偏轉,增強對于結構設計的可控性。

    結束語

    超高層建筑結構的設計對于建筑的整體效果和實際功能質量具有重要的影響,但是適合的設計方法卻也不是單一的。在進行設計方法以及方案的選擇上,可以根據建筑的實際特點和需要來進行有針對性的選用。但終歸來說,應當通過科學的設計方法使超高層建筑具備安全、舒適以及適用等方面的特征,達到相應的設計要求,滿足社會以及公眾的需要。

    參考文獻:

    [1]邱倉虎,劉建平,張宇華,謝詩溶,杜文博. 對超高層建筑結構設計中幾個問題的實踐與思考[J]. 建筑結構,2012,07:22-26.

    第6篇:超高層結構設計范文

    【關鍵詞】工程;結構;設計

    1 工程概況的地基基礎

    某項目地上建筑面積為13.45萬m2,地下建筑面積為4.3萬m2,總建筑面積為17.75萬m2。根據巖土工程勘察報告,本工程場地地基土層為第四紀沖海積的黏土和淤泥層,基底巖性為侏羅紀熔結凝灰巖,場地內無液化土層。賓館塔樓柱下荷載最大達3.8×104kn,商務塔樓柱下荷載最大達3.5×104kn,采用大直徑灌注樁,平板式樁筏基礎。經優化比較,樁徑700~1100較為合理。商務樓和賓館塔樓下筏板厚度為3m,其他位置底板采用厚板式,板厚為1.2m。針對本工程塔樓和輔樓預期存在的沉降差異問題,在各塔樓與輔房之間設置后澆帶,并配合相應的后澆帶處理措施和大體積混凝土澆筑措施,解決了超長結構混凝土的收縮裂縫問題和塔樓與輔樓間的沉降差異在基礎底板中產生過大內力的問題。

    2 結構設計與計算

    (1)結構體系。塔樓外框架柱采用現澆鋼筋混凝土柱,鋼筋混凝土柱外框架體系將作為有效的承重支撐,大部分豎向荷載通過軸力方式向下傳遞,而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外,其主要功能是提供強大的抗側力能力。《建筑抗震設計規范》規定:6度區現澆鋼筋混凝土框架一核心筒結構適用的最大高度為150m,本工程兩塔樓的房屋高度均為161.1in,僅超過11.1m;本工程屬b級高度,而《高層建筑混凝土結構技術規程》規定:6度區框架一核心筒結構b級高度建筑的最大適用高度為210m,還有48.9m才超限;大跨度鋼結構連廊的存在使得本工程屬于特殊類型的高層建筑(大跨度連體)。但由于本工程塔樓高寬比h/b為4.4并不大,兩塔樓的平面及豎向結構特性變化較少,且連廊與塔樓采用弱連接,對塔樓耦合影響小。計算分析結果也表明無異常薄弱層出現,且以風荷載為控制水平作用。綜上所述,本工程有兩項輕微超限,設計時采取必要的抗震加強措施,在技術上是可行的,順利通過設計審。

    (2)彈性計算。本工程采用中國建筑科學研究院編制的《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件sat-we》、《特殊多、高層建筑結構分析與設計軟件pm-sap))及美國csi公司的國際通用結構分析與設計軟件etabs等三個程序進行整體計算,均采用抗震耦聯分析并考慮偶然偏心。用satwe程序進行彈性動力時程分析。兩塔樓的自振特性計算結果見表1和表2,三個軟件的計算結果較接近,從側面反映出結構模型和分析的正確性。結構的主要振型以平動為主,扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比,賓館塔樓分別為0.577、0.605、0.538,商務塔樓分別為0.593、0.603、0.529,均小于0.85,滿足《高層建筑混凝土結構技術規程(jgj3―2002)》的要求。

    風荷載及多遇地震作用下的結構反應計算是結構設計中的重要內容,結構在風荷載及多遇地震作用下結構最大點位移和最大的層間位移角,可見在風荷載和地震作用下的層間位移角度均小于規范限值。兩塔樓產生的最大屋面位移及最大層間位移角均是x方向風荷載作用下產生的,其中商務塔樓最屋面位移為93.44mm,最大層間位移角為1/1537;賓館塔樓最大屋面位移為82.83mm,最大層間位移角為1/1743。最大層間位移角均小乎規范所規定的限值1/800。本工程塔樓屬于風荷載為控制水平作用,在考慮偶然偏心影響的水平地震作用下,樓層豎向構件最大水平位移和層間位移與其平均值之比小于規范限值,說明結構具有很好的抗扭剛度。地震作用下樓層剪重比也是結構整體分析的重要內容,計算結果表明,兩塔樓各層x方向和y方向的層間地震剪力均滿足規范的最小剪重比要求。賓館塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為2.83×105kn?m,6.55x105kn?m;y方向傾覆力矩分別為2.66×105kn?m,8.09×105kn?m。商務塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為3.21×105kn?m,6.08×105kn?m;y方向傾覆力矩分別為2.37×105kn?m,7.66×105kn?m。核心筒所占傾覆力矩沿結構高度始終大于總地震傾覆力矩的50%,表明對于整體結構安全度是可靠的。

    (3)彈性時程分析。按照《巖土工程勘察報告》確定的場地類別,采用《工程場地地震安全性評價報告》提供的地震動參數,選擇兩組實際地震記錄波和一組人工模擬地震波進行彈性動力時程分析。每條時程曲線計算所得的結構底部剪力大于cqc法求得的底部剪力的65%,三條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值大于cqc法求得的底部剪力的80%。cqc法計算結果基本包絡三條時程曲線計算所得的平均值,僅在結構頂部的少數樓層地震剪力偏小,說明設計反應譜在長周期階段的人為調整以及計算中對高階振型的影響估計不足,設計時將對頂部樓層的地震剪力進行調整,滿足對時程分析法的內力包絡要求。除此以外,結構內力和配筋可直接按cqc法計算結果采用。

    (4)中震不屈服分析和動力彈塑性分析。如前所述,本工程平面及豎向結構特性變化較少,多遇地震下的計算結果也無超限情況出現,鑒于本工程建筑等級較高為確保結構安全可靠,我們依然對其進行了中震不屈服驗算,使剪力墻、柱、連梁和框架梁等重要抗震構件在中震作用下不屈服。

    通過中震不屈服計算和判斷,兩塔樓結構體系中豎向構件在中震作用下保持著良好的彈性性能,而水平構件特別是連梁則有部分進入屈服狀態,通過調整連梁和框架梁的配筋和對部分連梁截面進行調整,才使所有主要水平構件不進入屈服狀態。這從設計上保證了中震不屈服的落實,體現了地震中各構件的屈服順序基本上是首先連梁屈服,其次有部分框架梁屈服,而豎向構件則未出現屈服情況。

    3 主要技術及措施

    (1)空中連廊支承結構抗震加強措施。連廊弱連接支座留足連廊兩端活動空間確保不出現下墜,采用抗拉鉸接萬向支座,并用側面限位器固定,確保水平荷載直接傳遞到塔樓主結構。支承連廊的框架柱抗震等級提高為一級,以確保安全性。

    (2)連廊及頂部塔樓結構抗震加強措施。連廊采用空間鋼結構桁架,鋼筋混凝土樓板的形式,并進行專門設計。頂部蓮花座高度較高且外形復雜,采用將芯筒適度上升,外復鋼結構形成蓮花座外形的結構設計,能極大地減輕自重保證結構強度,從而有效克服鞭梢效應,且施工方便。

    (3)平面扭轉不規則抗震加強措施。主要采取調整抗側力構件的布置,使質心與剛心盡量重合,并加大結構的扭轉剛度,以減小結構扭轉效應,使結構各樓層的位移比不大于1.4。例如由于塔樓平面存在局部凸出圓弧,部分樓層的x向最大水平位移與平均層間位移比值超b級高度的1.4,最大達到1.47,最終通過適當加寬圓弧內柱子x向柱寬,并加強兩柱聯系梁剛度得以解決。

    (4)側向剛度不規則抗震加強措施。適當加大立面變化處樓層的板厚及配筋,并采用雙層雙向配筋,加強與立面變化樓層相交的豎向構件的配筋,如25層局部凸出圓弧結束,豎向構件截面變化則避開25層,并適當加強24~26層豎向構件配筋。

    第7篇:超高層結構設計范文

    【關鍵詞】超高層建筑;SRC型鋼柱;結構設計中的問題;施工方法

    1 超高層建筑結構設計應考慮的問題

    1.1 采用SRC柱時,柱中型鋼下端的埋置部位問題

    高層及超高層建筑地下室的層數依據基礎埋深、使用功能、地質條件綜合確定,少則二至三層,多則四層及以上。如果地下室的豎向剛度和水平剛度能滿足《抗規》6.1.14條和《高規》5.3.7條的相關要求,那么,地下室的頂板可作為上部結構的嵌固部位,即是說計算時可以地下室的頂板為固定端對上部結構(懸臂體)進行抗震、抗風等進行整體計算。《抗規》6.1.3條和《高規》4.8.5條規定,當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時,地下一層的抗震等級應與上部結構相同,地下一層以下的抗震等級可根據具體情況采用三級或更低等級。超高層建筑結構的底層柱及抗震墻,因要考慮延性和降低軸壓比等技術因素,同時又要從使用上考慮盡可能減少豎向構件截面,以爭取更大的使用率等非技術因素,往往采用SRC柱。如果為多層地下室,且嵌固端在首層,那么,在不考慮延性因素,軸壓比能滿足要求的前提下地下一層以下的柱是否可不設SRC柱。

    筆者認為,對超高層建筑結構SRC柱中的型鋼應錨固到基礎中,錨固在地下一層以下的柱中存在不安全因素,原因是:對帶有地下室的高層建筑來說,目前計算時通用的做法是:考慮土體或大底盤對地下室的側向約束,將地下室剛度進行放大。因此,將地下室頂板作為上部結構嵌固部位計算,和實際結構變形相比存在一定誤差。某些超高層項目,出于多種理由本應將生根于基礎面或基礎中的SRC中的型鋼,移至地下一層以下柱中,此做法,有待商榷[3]。

    1.2 地基規范允許的基礎整體傾斜對超高層建筑的整體穩定性影響問題

    《地基規范》3.0.4.2條規定:計算地基變形時,傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合,不應計入風荷載和地震作用。相應的限值應為地基變形允許值。同時,《地基規范》5.3.4條對建筑物的地基變形允許值規定如下:多層和兩層建筑的整體傾斜,當高度高于100m時,建筑物的地基變形允許值為0.002,也就是1/500。超高層建筑的基礎一般為剛性基礎,如果忽略高層建筑地下室的埋深、地下室外墻因土壓力產生的摩擦力等要素對整體傾斜產生的約束作用。那么,上部結構也將有1/500的傾斜。

    目前,大家公認重力二階效應,一般由兩部分組成。一是構件自身撓曲引起的附加重力效應,叫效應;二是結構在水平荷載或水平地震作用下產生側移變位后,重力荷載由于該側移而引起的附加效益,即效應。對一般高層建筑結構而言,效應的影響相對較小,一般能夠忽略不計,由于結構側移和重力荷載引起的效應相對較為明顯,可使結構的內力和位移增加,位移較大時甚至導致結構失穩。故重力二階效應實際上是效應。也即現行《抗規》與《高規》涉及的效應[4]。

    高層和超高層建筑結構只要有水平側移,就會引起重力荷載作用下的側移二階效應。其大小及結構側移和重力荷載自身大小直接相關。高層和超高層建筑基礎的整體傾斜,從理論上講,會使高層建筑結構產生水平側移,也會引起效應。現行《高規》或《抗規》有關涉及效應的規定中,似未明確考慮規范允許的基礎整體傾斜對結構側移的累積效應。作者認為,對超高層建筑來說,一般高寬比比較大,效應敏感。其結構彈性計算與彈塑性變形計算時,結構側移中應考慮地基規范允許的基礎整體傾斜值的累積側移,同時考慮由此對結構整體穩定性的影響。

    2 超高層建筑SRC型鋼柱的施工方法

    筆者所在工程主體結構地上43層,地下2層,嵌固位置為地下2層底板, 主體結構采用框架-核心筒結構,主體結構柱采用SRC型鋼混凝土柱,鋼骨柱為十字型截面,截面型號十900×500×20×28。根據本工程的特點,確定了如下的施工方法:

    2.1 第一段鋼骨柱及上部鋼骨柱的吊裝

    安裝前要對予埋件進行復測,并在基礎上進行放線。根據鋼骨柱的底標高調整好螺桿上的螺帽。然后鋼骨柱直接安裝就位。當由于螺桿長度影響,螺帽無法調整時,可以在基礎上設置墊板進行墊平,就是在鋼骨柱四角設置墊板,并由測量人員跟蹤抄平,使鋼骨柱直接安裝就位即可。每組墊板宜不多于4塊。墊板與基礎面和柱底面的接觸應平整、緊密。鋼骨柱用汽車吊吊升到位后,首先將鋼骨柱底板穿入地腳螺栓,放置在調節好的螺帽上,并將柱的四面中心線與基礎放線中心線對齊吻合,四面兼顧,中心線對準或已使偏差控制在規范許可的范圍以內時,穿上壓板,將螺栓擰緊,并在鋼骨柱四周及時拉設纜風繩確保其穩固,此時即為完成鋼骨柱的就位工作。當鋼骨柱吊裝并校正完畢后,及時利用纜風繩進行固定,保證鋼骨柱的穩定,同時通知土建單位對地腳進行扎筋、(二次)澆灌等施工,對鋼骨柱進一步穩固。

    上部鋼骨柱的安裝與首段鋼骨柱的安裝不同點在于柱腳的連接固定方式上不同。上部鋼骨柱吊點設置在鋼骨柱的上部,利用四個臨時連接耳板作為吊點。吊裝前,下節鋼骨柱頂面和本節鋼骨柱底面的渣土和浮銹要清除干凈,保證上下節鋼骨柱對接面接觸頂緊。

    2.2 鋼柱校正

    鋼柱的校正主要有鋼柱錯口校正、鋼柱軸線校正、垂直度校正及鋼柱標高的調整。第一節柱柱腳的位移調整以基面中線與柱身中線對齊為標準,如有偏差,用千斤頂往反方向調整,千斤頂的反作用受力點可作用在勁性柱腳插筋的根部。第一節柱校正到位后用攬風繩拉住柱頂耳板與底板固定或用角鋼與柱身焊接并支撐在混凝土地面上,且將柱底板與墊塊圍焊,以防柱鋼筋施工過程中對鋼柱的垂直度的影響[1];

    上部柱校正完后應用馬板在柱接頭處將上段柱與下段柱相對固定,待鋼柱對接焊完后將馬板割掉;

    鋼柱標高的調整:對于標高偏差超規范的鋼柱須對標高進行調整,對于標高偏差較大的須在加工廠進行調整,偏差較小的可以在現場調整,一般調整方法是在鋼柱接頭位置加墊鐵;

    鋼柱軸線校正到正確位置后,進行鋼柱垂直度復核,確保鋼柱垂直度在規范允許范圍內;

    鋼柱垂直度的校正采用兩臺經緯儀分別置于相互垂直的軸線控制線上(借用1m線),精確對中整平后,后視前方的同一軸線控制線,并固定照準部,然后縱轉望遠鏡,照準鋼柱頭上的標尺并讀數,與設計控制值相比后,判斷校正方向并指揮吊裝人員對鋼柱進行校正,直到兩個正交方向上均校正到正確位置。

    2.3 鋼骨柱垂直度校正及焊接偏差預留值

    用兩臺經緯儀從柱的縱橫兩個軸向同時觀測,依靠千斤頂進行調整。柱底部依靠攬風繩葫蘆高速柱頂部,無誤后固定柱腳,并牢固栓緊攬風繩。

    由于鋼骨柱接頭焊接后會有一定收縮,因此鋼骨柱在垂直度校正時必須預留焊接收縮值,外側柱的垂直度誤差,以向外側傾斜3mm 控制預留焊接收縮量,高層的外側柱在安裝時外側無攬繩拉點,所以在安放柱時有意識的將柱向外側傾,內側系上攬風繩,既保證安全性又保證容易調整的狀態。

    2.4 檢查驗收

    鋼骨柱吊裝校正好后,通知監理單位驗收構件校正結果,驗收合格后進行下道焊接工序,焊接校正等工序施工完畢,在自檢合格的基礎上,通知監理單位、土建單位以及第三方檢測機構進行現場檢查,并做好相應的資料和影像記錄[2]。

    3 總結

    應該根據超高層建筑結構設計實踐,充分考慮超高層建筑結構設計中的問題,同時積極探析SRC型鋼柱的施工方法,進而確保超高層建筑能夠順利發展。

    參考文獻:

    [1]GB50009-2001 建筑結構荷載規范.

    [2]劉大海.高層建筑結構方案優選.北京:中國建筑工業出版社,2008.

    第8篇:超高層結構設計范文

    關鍵詞:基本原則;控制技術;抗震設計

    中圖分類號:S611文獻標識碼: A

    隨著經濟的迅速發展,超高層建筑越來越多,并且向著普遍化、更超高化、功能綜合化、管理智能化、環境生態化的方向發展,高層建筑的設計問題變得日益突出。設計人員不僅要掌握先進的設計方法及各種先進軟件,還要掌握高層建筑的設計原理、設計特點、體系選擇、抗震設計等方面的知識,如此才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。

    1 超高層建筑結構體系類型及減震、抗震結構設計的基本原則

    1.1超高層建筑的結構體系類型

    超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。超限高層建筑經常采用的結構體系有鋼筋混凝土框架―核心筒結構, 它的整體性、抗側剛度好;混凝土鋼框架結構, 具有自重輕、斷面小、承載力大的優勢; 隨著技術的發展, 在高層住宅中也出現了新的結構體系, 如現澆框架―短肢剪力墻、現澆框支― 短肢剪力墻。

    1.2 超高層建筑減震、抗震結構設計的基本原則

    1.2.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能。

    (1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。

    (2)對可能造成結構的相對薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。

    (3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

    1.2.2 盡可能設置多道抗震防線

    (1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架- 剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成。

    (2)強烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度,有意識地建立一系列分布的屈服區,主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度,以使結構能吸收和耗散大量的地震能量,提高結構抗震性能,避免大震時倒塌。

    (3)適當處理結構構件的強弱關系,同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后,其他抗側力構件仍處于彈性階段,使“有效屈服”保持較長階段,保證結構的延性和抗倒塌能力。

    (4)在抗震設計中某一部分結構設計超強,可能造成結構的其他部位相對薄弱,因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小,改變抗側力構件配筋的做法,都需要慎重考慮。

    1.2.3 對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力

    (1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備,構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。

    (2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。

    (3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。

    (4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移,這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

    2 超高層建筑結構的減震控制技術

    目前, 我國和世界各國普遍采用的抗震體系和方法是傳統的抗震體系和方法, 即對基礎固結于地面的建筑結構物適當調整其結構的剛度, 允許結構構件( 如梁、柱、墻、節點等) 在地震時進入非彈性狀態, 并具有較大的延性, 使結構物"裂而不倒"。這種抗震設計原則, 在很多情況下是有效的, 但也還存一些問題和局限性。

    因此在實施抗震設防時,必須尋找一種既安全(在突發的超烈度地震中不破壞、不倒塌) ,又適用(適用于不同烈度、不同建筑結構類型,既保護建筑結構, 又保護建筑物內部的儀器設備) ,又經濟(不增加建筑造價)的新的抗震新體系, 這就是建筑結構減震控制新體系。這樣, 隔震體系、消能減震體系、結構被動及主動控制體系就應運而生了。而由于隔震、消能和各種減震控制體系具有傳統抗震體系所難以比擬的優越性, 即明顯有效減震( 能使結構地震反應衰減至40%~10% 或更低)、安全、簡單、經濟及適應性廣等,它將作為一種嶄新的抗震體系和理論, 必將引起專家們的關注。

    隔震和減震體系類型主要有:隔震、摩擦耗能體系、被動控制體系、主動控制體系和混合控制體系。

    3 超高層建筑結構的抗震設計

    3.1建筑體型和結構體系

    超高層建筑平面和立面的選定, 和結構的可行性、經濟性密切相關。由于高層建筑是以水平荷載為主要控制荷載, 所以在抗震設計中為達到“ 小震不壞, 大震不倒” 的設計原則, 應力求平面布置簡單、規則和對稱, 避免有應力集中的凹角、收縮和樓、電梯間的偏置, 盡量減少扭轉的影響。在風力作用下則要求建筑物外形選擇合理, 提高結構的剛度。圓形、橢圓形、正多邊形, 都可以大大減少風荷載影響。采用剛度較大的建筑, 可以減少風振影響和避免建筑物較大的位移。同時為了使結構具有良好的受力特性, 并滿足建筑上的使用要求, 還必須選擇一個合適的結構體系。

    3.2適宜的剛度

    在超高層建筑結構設計中, 恰如其分地確定建筑物的剛度是十分重要的。建筑物的剛度既不宜過大,結構剛度越大, 自振周期就越短, 建筑物的截面及自重也越大, 地震時受到的地震力也越大。

    但也不宜將建筑物結構設計的過柔。過柔的建筑, 在風力或地震力的作用下, 會產生過大的位移及變形, 因此影響建筑物的強度、穩定性和使用性。此外, 通過調整剛度可避免地震時建筑物的震動與場地土的震動特性相同而引起共振, 造成建筑物嚴重破壞或倒塌。

    3.3結構計算

    3.3.1確定總的結構計算層及劃分計算標準層

    在項目中由于地下室為車庫(含6級人防),主樓的中心為筒體之外均為大統間, 所以把地下室作為一層計算。

    3.3.2周期折減系數

    在框架剪力墻結構中, 結構的自振周期一般采用計算的方法確定, 由于在計算中只考慮了主要承重結構(梁、柱和剪力墻)的剛度, 而剛度很大的砌體填充墻的剛度在計算中未反映, 僅考慮其荷載作用。因此計算所得的周期較實際周期長。如果按此計算地震力偏小, 偏于不安全。所以必須對計算周期進行調整折減。

    3.3.3連梁剛度折減系數

    剪力墻中的連梁跨度小, 截面高度大, 因此連梁的剛度也大。在地震力作用下其彎矩、剪力很大, 難以按彈性分析結果去設計。現考慮到地震時允許連梁局部開裂, 可采用連梁剛度折減系數βy 。最低可取到0.55。

    3.3.4連梁高度的取法

    連梁的高度一般情況下為洞口頂至上層樓面,或下層洞口至上層洞口底。但有時當上下兩層層高不同并且洞口離地、樓面距離不統一時, 往往會出現連梁高度大于層高高度的現先。

    3.3.5梁扭矩的折減系數

    由于在結構受力計算中, 沒能考慮樓板的作用。梁的計算扭矩遠大于實際所承擔的扭矩, 特別是對于現澆樓板結構,因此應對梁扭矩折減,折減取值范圍0.4-1.0。

    3.3.6計算時構件剛度及配筋超限的調整

    為了使結構受力合理可行, 需要進行結構調整。使其具有合適的剛度和內力。當剛度過大時, 可采用減小構件截面尺寸的方法或開洞的方法加以解決。結構計算的孔洞開設位置, 可結合剪力墻的受力特性來進行。一般單肢剪力墻長度不宜大于8m。

    3.4墻肢端部配筋的調整

    在地震力作用下, 墻肢端部鋼筋是主要受力鋼筋, 由偏壓、偏拉計算決定。當計算值較小, 按構造配置。當若干個墻肢交匯于一點時, 局部配筋則會太多,而使設計困難, 為此必須進行相應的調整。

    4 結束語

    隨著經濟的發展及社會需求的多樣性,建筑的高度越來越高,體型變得更加復雜,并且建筑設計追求多功能、多變的使用空間及豐富的立面設計效果。因此,就常采用復雜高層建筑結構體系,從而使超高層建筑抗震工作成為結構設計的重點。

    參考文獻:

    [1] 李洪愷.高層建筑結構抗震設計之我見[J].科技與企業,2012,(13).

    第9篇:超高層結構設計范文

    關鍵詞:筒中筒結構;抗震等級;B級超限;抗震構造加強措施

    中圖分類號:TU973+.31文獻標識碼:A 文章編號:

    1 工程概況

    本工程位于天津濱海新區于家堡金融區內。由一棟超高層主樓與兩棟附樓組成,設三層地下室,地下三層高4.800米,地下二層高3.90米,地下一層高5.650米。地上主樓54層,總高233.850米,首層層高6.0米,二層、三層層高5.4米,避難層層高5.1米,其它標準層層高4.2米,采用筒中筒結構。附樓A地上四層,總高度21.150米,采用框架結構。附樓B地上7層,總高度34.950米,采用框架剪力墻結構。主樓地上部分設抗震縫與附樓斷開,地下室連成整體不設縫。

    2 抗震設計

    2.1本工程抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.15g,設計地震分組為第一組。

    2.2抗震設防類別:乙類。

    2.3建筑場地類別為Ⅳ類,場地土類型屬于軟弱土,特征周期0.55s。

    2.4本場地等效剪切波速νse=131m/s<140m/s,場地覆蓋層厚度大于80米。

    2.5本場地屬非液化場地。且可不考慮震陷的影響。

    2.6本工程多遇水平地震影響系數最大值αmax=0.12,罕遇水平地震影響系數最大值αmax=0.72。

    2.7抗震等級:主樓地上54層,采用砼筒中筒結構,抗震設防類別為乙類,抗震措施按8度(0.20g)采用,外筒抗震等級特一級,內筒抗震等級特一級。地下一層抗震等級同地上主體,地下二層抗震等級采用一級,地下三層抗震等級采用二級,逐層降低。

    因本工程抗震設防類別為乙類,根據《分類標準》[1]及專家意見,地震動參數按《抗規》[2]取值,小震、中震特征周期按插值取0.55s,大震計算時特征周期相應增加0.05,大震阻尼比可比小震適當提高取0.07~0.08。

    3主體設計

    3.1本工程地上部分分為三個獨立的單體,54層辦公,7層商業和4層交易大廳,各單體間設防震縫分開,縫寬按8度(0.20g)設置,達到中震下不碰撞原則。主樓與附樓B入口門廳處采用鋼結構,一端與附樓B采用鉸支座連接,一端與主樓采用滑動鉸支座連接,滑動鉸支座變形量按中震考慮。

    3.2 主樓平面為直角梯形,尺寸48.6x58.6米,左上切角。主樓采用筒中筒結構,結構高寬比233.85/37.510=6.23,滿足《高規》[3] B級高度高層建筑結構適用最大高寬比要求。內筒高寬比233.85/17.950=13。建筑在左側主入口設置三層通高大堂,大堂大廳總高度16.800米,右側銀行辦公部分設置二層通高共享空間,總高度11.4米。外框筒除角柱外其它外框筒柱自首層頂6米標高處至二層頂標高16.8米為一分為二Y形柱,柱子斜率25.6:1。其中二層樓板開洞率大于30%。主樓4至46層為標準層,其中16,29,42層為避難層,47層至頂層左側平面逐漸外傾,外傾斜率16.1:1.右下角逐漸內傾。出屋頂機房間層高6.7米。

    3.3主樓54層,總高度233.85米,采用鋼筋混凝土筒中筒結構。超過上表中7度(含0.15g)混凝土結構筒中筒150米的限值。根據《高規》[4]規定,B級高度鋼筋混凝土高層建筑筒中筒結構的最大適用高度為230米,本工程屬超B級高度超限高層。

    3.4外筒平面內梁截面600X700,外筒與內筒之間采用普通鋼筋混凝土現澆密肋梁板結構,主要梁截面200X600,標準層板厚100mm,另外二層開洞樓板邊板厚加至180mm,三層板厚加至150mm,四層板厚加至120mm。外筒主要柱截面尺寸,內筒主要剪力墻截面尺寸及混凝土強度等級沿高度豎向變化情況如下:

    樓層 標高 內筒主要墻厚度 外筒主要截面 砼強度

    機房層 231.900~238.600,500,250 600X600,600X550, C40

    51層~54層 212.600~231.900 600,500,250 600X500,600X800C40

    46層~50層 195.800~212.600 500,300 600X700,600X750 C45

    43層~46層 178.100~195.800 500,300 600X800C50

    33層~42層 136.100~178.100 600,300 600X800 C55

    21層~32層 84.800~136.100 800,700,400 800X800,700X800 C60

    13層~20層 50.300~84.800 900,800,400 1100X800,1000X800 C60

    4層~12層 16.700~50.300 1000,900,400 1200X800 C60

    2層~3層 5.900~16.700 1200,1000,400 1500X800,1300X800 C60

    -3層~2層 基礎~5.900 1200,1000,400 1500X1800,1300X1800 C60

    4.超限處理措施

    超限內容: 總高度超B級高度,二層樓板開大洞,豎向構件不連續

    4.1 超B級高度

    4.1.1 采用兩個不同的空間分析軟件(PMSAP與MIDAS)進行分析比較,采用考慮扭轉耦聯的振型分解反應譜法,并考慮雙向地震和偶然偏心的影響。

    4.1.2 采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算。彈性時程分析所取地面運動最大加速度為55gal,按建筑場地類別和設計地震分組選用2條天然波和1條人工波。控制每條波計算所得的結構基底剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%,三條波計算所得的結構基底剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

    4.1.3 進行彈塑性動力時程分析,驗算結構在罕遇地震下的彈塑性層間位移角是否小于規范限值,判斷薄弱層位置并予以加強,根據塑性鉸出現的順序、位置、多少等情況,對薄弱構件予以加強。

    4.1.4 通過調整內外筒豎向構件截面和布置,以及內外筒連梁高度,控制結構兩個主軸方向第一振動周期之比不小于0.8。控制扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期之比不大于0.85。

    4.1.5 控制豎向構件截面尺寸、砼強度及其配筋沿高度均勻變化,使得各層的側向剛度不小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%。

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