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超高層建筑結構設計范文1

【關鍵詞】超高層建筑；結構設計

1. 工程概況

太古匯為太古匯廣州發展有限公司在廣州市天河路與天河東路交匯處的西北角建造的大型綜合式項目。本項目的凈用地面積為43980平方米，總建筑面積約為457584 平方米。項目包括三座塔樓：一號塔樓為一座主體39層高的辦公樓，二號塔樓為一座主體29層高的辦公樓，酒店A為一座主體28層高的酒店；一座約58米高的文化中心(包括劇院、圖書館、展覽廳等)，及用作商場、電影院、宴會廳、停車場的裙樓及四層地庫。地庫深度為21米，開挖深度約為23米。

辦公樓1為太古匯項目最高的一棟塔樓，其中主體結構高度182.6米，并在頂部設29.4米鋼結構屋頂，建筑總高度212米。主體結構采用混凝土框架－核心筒結構體系。辦公樓1平面大致成正方形；東南及西北角做切角設計，切角尺寸每層變化，營造出弧形建筑立面；同時為配合弧形外立面，辦公樓1東南及西北角4根柱子設計為斜柱，最大斜率約6°。辦公樓1標準層層高4.2米；一層大堂部分貫通二層，層高達14米；四層層高8.4米，中段設兩個設備層/避難層，層高達8.1m。

1）辦公樓1標準層結構平面圖

2）辦公樓1剖面圖

2. 設計標準確定

1）結構設計標準確定

辦公樓結構安全等級為二級；結構設計使用年限為50年；根據《建筑工程抗震設防分類標準》（GB50223-2004），辦公樓1為標準設防類（丙類）建筑。

2）高層建筑類別確定

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)4.2.1條要求，鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和寬高比應分為A級和B級。B級高度高層建筑結構的最大適用高度和高寬比可較A級適當放寬，其結構抗震等級、有關的計算和構造措施應相應加嚴，并應符合相關條文規定。

辦公樓1為框架－核心筒結構，7度設防。根據“高規”表4.2.1-1，A級高度，7度抗震框架－核心筒結構的最大適用高度為130米；根據“高規”表4.2.1-2，相同條件B級高度的最大高度為180米；辦公樓1主體結構高度182.6米，屬于超B級高度超限高層。同時，由于辦公樓1采用型鋼混凝土柱設計，根據《廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)補充規定》（DBJ/T15-46-2005）表10.1.2規定，型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土筒體結構的最大適用高度為190米，本工程并未超限，所以，辦公樓1仍按B級高度高層建筑進行設計。

3）抗震等級確定

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)表4.8.3規定，B級高度，7度設防的框架－核心筒結構的框架及核心筒抗震等級均為一級。

3. 設計荷載

1）樓面設計荷載

樓面設計荷載基本上按照建筑結構荷載規范取值，然而有部份位置按太古匯廣州發展有限公司要求增加活荷載。本項目的附加恒載及活載取值見下表。

2）風荷載

a)規范取值

根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2006）規定，廣州市地區50年重現期基本風壓為0.50KN/m2 ; 100年重現期基本風壓為0.60KN/m2。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)第3.2.2條要求，對于對風荷載比較敏感的高層建筑，基本風壓按100年重現期風壓值考慮。根據“高規”附錄規定，辦公樓1屬于對風荷載比較敏感的高層建筑，基本風壓需按100年重現期風壓值考慮。同時，根據《廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)補充規定》（DBJ/T15-46-2005）第2.2.2條，計算高層結構水平位移時，按照50年重現期的風壓值計算。

結合上述規范，辦公樓1計算位移時，按50年重現期的風壓值計算；進行截面及配筋設計時，按100年重現期的風壓值計算。

b)風洞實驗

本項目聘請加拿大的RWDI風洞測試顧問進行風洞測試，以驗證風荷載及塔樓結構是否符合舒適度之要求。有關風荷載方面，風洞試驗得出結構風壓小于規范要求，故此采用規范風壓作結構分析及設計。有關行人舒適度方面，風洞模型于太古匯項目周邊及范圍之內共設有76個測試點用以分析行人舒適度。結果顯示，于受風情況下，太古匯及周邊的行人舒適度滿意(超過80%時間，不論坐下或站立，都會感到舒適)；行人不會因烈風受到安全威脅(不會出現強于88km/hr風速的烈風)。

3）地震荷載

a)規范取值

計算地震影響時，辦公樓1采用考慮扭轉耦連的振型分解反應譜法，主要采用設計參數如下：

抗震設防烈度 7度

地震影響系數最大值 多遇地震 αmax=0.08*

罕遇地震 αmax=0.50

抗震設防類別 丙類

安全等級 二級

地震的分組 第一組

場地類別 II

設計基本地震加速度值 0.10g

特征周期 0.35s

同時根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)5.1.13條要求，本工程采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算。

超高層建筑結構設計范文2

關鍵詞：復雜高層；超高層建筑；結構設計

隨著我國經濟和建筑技術的快速發展，復雜高層建筑和超高層建筑的數量越來越多，并且它們的復雜性呈現出一種不斷增加的趨勢，這些都給施工人員帶來了新的要求和挑戰[1]。所以要想保證復雜高層和超高層建筑的質量和安全，一定要抓好施工階段，尤其是要控制好建筑結構的設計要點。

一、復雜高層與超高層建筑和普通高層建筑在結構設計上的不同

復雜高層建筑和普通高層建筑之間在結構設計方面存在明顯的差異性，從建筑的高度上來看普通高層建筑通常來講都是在200m高度以內的，而復雜高層建筑和超高層建筑基本都是超過200m甚至有的達到了上千米的高度。從建筑的材料設計上來看，普通高層施工人員一般就是應用混凝土的結構設計來進行施工建筑，但是在進行復雜高層或者是超高層建筑的時候，還可以選用全鋼結構以及混合結構來進行結構的設計，充分保證超高層建筑的安全性。復雜高層建筑對機電設備以及消防設備的要求標準同樣要比普通高層建筑高出很多，因為復雜高層建筑需要考慮到對機電層以及避難層的設計。同時在防震的設計方面，復雜高層在進行平面設計的時候所能夠選用的形狀要少的多，要能夠使設計的結構滿足我國的抗震要求。另外復雜高層建筑還需要考慮風載荷作用對人們居住舒適度的影響，而普通的高層建筑通常來講不用考慮這些。

二、結構設計要點分析

（一）重視建筑結構概念的設計環節

很多的實踐已經向我們表明，在對復雜高層建筑以及超高層建筑進行設計的時候，要想保證建筑的質量就一定要重視對其結構概念的設計環節[2]。具體需要注意的內容如下：

第一、要重視對建筑結構規則性以及平衡性的設計。

第二、要能夠保證所進行的建筑結構設計具有直接的傳遞力的途徑，特別是對結構的橫向以及豎向的傳力。

第三、一定要確保所進行的設計工作能夠確保建筑整體的質量能夠維持在較高水平。

第四、在進行設計的時候，還要充分考慮節能環保這一理念，要對耗能機制進行優化設計，減少建筑體系的耗能。

第五、還要充分考慮建筑材料的利用率，最大化的實現對建筑材料的利用，節省建筑的施工成本。

要想能夠保證這一要點環節的實現，是離不開建筑工程師和施工人員之間的交流工作的，要讓施工人員充分了解建筑工程師的設計意圖，使得建筑工程師的設計思想能夠切實得以實現和應用。

（二）根據實際情況選擇結構抗側力體系

大量的理論和實踐表明，選擇科學合理的結構抗側力體系能夠在很大程度上提高復雜高層建筑以及超高層建筑的穩定性和安全性，它也是建筑結構設計中的重點所在。在進行選擇上具體需要考慮一下幾個方面：

第一、進行結構體系的選擇時，一定要首先考慮建筑的高度。當高層建筑物的高度第一100m的時候，可以選擇框架結構、剪力墻以及框架―剪力墻相結合的結構體系；當建筑物的高度處在100m～200m的時候，所選用的結構抗側力體系主要為剪力墻、框架―核心筒；當在200m～300m之間的時候所采用的結構體系為框架―核心筒、框架―核心筒―伸臂；300m～400m，為框架―核心筒―伸臂、筒中筒；高于400m的建筑，算是比較高的建筑它在結構體系的選擇上能夠選用的結構體系也會相應的減少，現階段我國的主要結構體系為筒中筒―伸臂、大型框架/矩形斜撐/大型桁架的組合體等。

第二、在進行建筑結構的設計工作時，一定要充分做到各結構體系之間的相互聯合和統一。

第三、在對建筑結構采用多種抗側力結構體系的時候，要預先進行試驗和分析，當確保所選用的結構體系能夠達到建筑要求時方能進行實際應用。

（三）要注意做好防震設計

第一、在進行超高層以及復雜高層建筑的施工操作的時候，要想保證能夠起到一定的抗震作用，對于建筑材料的選擇是至關重要的。

第二、要切實做好建筑的設計工作，確保地震發生時，能量的輸入能夠得到有效的控制。具體所需要做到的方面有：首先，當建筑物施工完成時，對建筑物的構建進行承載力驗收工作的時候，要對建筑結構在地震情況下的各樓層的位移和變形的限制進行良好的控制；其次，在對超高層和復雜高層建筑進行設計的時候，要充分考慮到地震所發生的可能性，采用積極和基于抗震的設計方法進行建筑結構的設計工作，并且對所進行的設計要進行定量的分析，確保所作的抗震設計能夠滿足要求；然后要對建筑物在地震情況下，所發生的變形和位移這兩者之間的關系進行精確的計算，預先設計好構件的變形值；其四，結合建筑物的高度和大小對建筑物的構造進行有針對性的設計；最后，高層建筑施工的場地一定要選用堅固的土地，確保地基的穩定性，這在一定程度上也能夠減少地震的危害性。

第三、利用先進的施工技術最大化提升建筑的延性。對于高層建筑來講，它自身的承載能力基本上是一定的，但是它的延性確實有很大的不同，同時已經有大量的實踐和理論表明，建筑物具有良好的延性能夠將地震所帶來的能量進行有效的轉移，減少建筑結構的變形程度。所以要想做好防震工作，從提升建筑結構的延性入手也不失為一個好的辦法。

第四、做好施工前的設計工作。設計工作的質量高低對于抗震效果有著明顯的影響作用，所以在進行超高層以及復雜高層建筑施工的時候一定要做好建筑結構的抗震設計工作，并且要根據建筑所處的地理位置和建筑高度選用適合的結構體系[3]。一般來講目前最為流行的結構體系主要有三種：框架―筒、筒中筒以及框架―支撐結構體。

（四）控制結構的自重，提供科學合理的重力荷載傳遞路徑

第一、對于高層建筑的重力荷載傳遞途經已經要進行明確的設計，使得傳遞途徑盡可能的直接和明確。

第二、對樓板的選用方面，一定要綜合建筑的具體高度、設備、承重能力等方面的要求，并且還要綜合考慮經濟、環保等因素，綜合考慮之后確定最優的選擇。

第三、在進行施工建設的時候，可以采用鋼筋+組合樓板相結合的形式，來縮短施工工期和達到減低樓板自重的目的；并且針對組合梁，可以在具體鋪設的時候采用上面鋪設小鋼梁下面鋪設大鋼梁的方法，減少施工成本；在進行混凝土平板施工操作的時候，可以通過在混凝土中填充柱狀、球形或者其他形狀的輕質材質降低結構的重量。

第四、超高層建筑的外圈所鑄造的框架柱以及核心筒會存在一定的差異壓縮，要充分考慮這種變形差對水平建筑構件所產生的內力影響。如果有必要可以將框架和核心筒之間相互連接的水平構件進行連接，一端采用鉸連接方法，另一端采用桁架斜腹桿延遲的連接方法，保證建筑工程的施工質量。

結語：

綜上所述，復雜高層和超高層建筑是社會發展的必然結果，隨著社會經濟以及建筑施工技術的提高，越來越高的施工技術將會在復雜高層和超高層建筑的施工中有所體現。所以在對復雜高層以及超高層建筑進行施工的時候，對于施工工藝的選取是非常重要的，同時為了切實保證施工質量一定要對建筑結構的設計工作做好嚴格把控，控制好建筑結構設計的要點，爭取從根本上保證高層建筑的施工質量。

參考文獻：

[1]劉軍進，肖從真等. 復雜高層與超高層建筑結構設計要點[J]. 建筑結構，2011，11：34-40.

超高層建筑結構設計范文3

【關鍵詞】建筑高層；框架―核心筒；混凝土

1 工程概況

某工程位于廣東省內，其設有6層地下室，均用作機動車庫及設備用房（地下6層為人防地下室），地下室底板面標高為-22.60米。地面以上為59層，其中首層～6層為商務辦公及餐廳，13、29、45層為避難層，30層為設備層，其余各層均作辦公用途，地面以上至屋面高度為264.75米，加上屋面以上電梯機房及構架高度為312米。最大高寬比為5.63，總建筑面積約154053O。

2 結構設計及分析

2.1結構布置及抗震等級

本工程由于高寬比不大、核心筒尺寸較大，故考慮采用技術成熟的鋼筋混凝土框架―核心筒結構體系。落地核心筒為主要的抗側力構件，結合建筑平面及立面造型，布置了6根1.3×3.4m的鋼筋砼大柱和8根直徑為φ1600～φ1800的鋼管

圖1 典型結構平面圖

混凝土柱，以稀疏框架的形式來滿足高檔辦公樓有大面積、開闊景觀視野及盡量增加實用建筑面積的功能要求，同時亦可滿足地下室車庫最大限度停放車輛的需要。其典型結構布置平面圖見圖1。結構主體高度超過B類建筑高度限值，建筑結構抗震設防類別為乙類，核心筒剪力墻及周邊框架抗震等級為特一級。

2.2 結構采取的分析驗算方法和加強措施

針對本工程的特點，采取了下列分析驗算方法和加強措施：

1、分別采用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen 3個不同的空間結構分析程序對結構在小震及風作用進行彈性計算，對3種程序計算的結果加以判斷后用于構件設計。

2、按“屈服判別法”進行中震不屈服驗算（驗算時荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值），分別按小震（αmax=0.08），屈服判別地震作用1（αmax=0.16），屈服判別地震作用2（αmax=0.20），中震（αmax=0.23）進行驗算，以判別在此四種情況下，結構構件是否屈服，何時屈服及屬何種屈服，從而檢查和掌握本工程中震水準抗震性能，滿足“中震可修”的設計要求。

3、適量加強落地剪力墻的配筋，落地剪力墻的抗震等級按特一級設計，底部加強部位（-2～6層）剪力墻分布筋的最小配筋率為0.6%，7～30層剪力墻分布筋最小配筋率為0.5%，31層及以上層剪力墻分布筋最小配筋率為0.4%，保證剪力墻在罕遇地震作用下有良好的延性，確保剪力墻在罕遇地震作用下不出現剪切鉸。

4、驗算罕遇地震作用下樓板薄弱位置的抗拉、抗剪強度并保證其滿足強度要求（驗算時荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值），以確保在罕遇地震作用下樓板仍能作為剛性隔板可靠傳遞水平剪力。

5、按10年一遇風荷載取值計算順風向橫風向結構頂點最大加速度αmax，以不超過《高規》4.6.6表的限值，作為檢驗是否滿足舒適度要求，同時，將在專門風洞試驗中提出舒適度評估要求。

6、采用MIDAS/Gen軟件對結構進行大震下的Pushover分析，以驗證結構能否滿足大震階段不倒塌的抗震設防水準要求，并尋找薄弱樓層與薄弱構件，制定相應的加強措施。

7、采用BEPTA和ABAQU6.5軟件對結構進行大震下的動力彈塑性時程分析。

8、采用MIDAS/Gen軟件，通過模擬實際施工中結構逐層搭建和加載的方法，考慮混凝土和鋼管混凝土隨時間變化的徐變收縮特性，來分析混凝土徐變收縮變形對結構的影響。

2.3結構分析結果

（1）小震及風作用：

用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen 3個不同的空間結構分析程序對結構在小震及風作用進行彈性計算結果表明，本工程各項整體指標均能滿足相關規范的有關要求或未超出規范規定的最大限值；完全能達到“小震不壞”的第一階段的抗震性能目標。

（2）中震作用：

按“屈服判別法”進行中震不屈服驗算的結果表明，在小震及屈服判別地震作用1時，所有梁不出現受彎屈服；在判別地震作用2及中震時，核心筒連梁出現屈服（主要表現為面筋配筋率略>2.5%），僅出現輕微的損傷。故本工程能滿足中震重要構件不屈服，所有構件不發生剪切破壞的抗震性能目標要求。

（3）大震作用：

在大震作用下，分別進行了靜力彈塑性分析（Pushover）和動力彈塑性分析。兩種分析方法在性能點處的指標見表一和表二。由表一和表二可見，大震作用下，結構的抗震性能滿足防倒塌的抗震設計目標。

表一靜力彈塑性分析性能點處的相關指標

表二動力彈塑性分析性能點處的相關指標

（4）頂部小塔樓鞭梢效應：

本工程屋面以上的電梯機房及構架高度將近50米高，該部分頂部14米的結構布置如圖2.（a）所示，根據satwe程序計算，其配筋較小，各項指標也滿足要求，但根據動力彈塑性分析結果，該頂部小塔樓部分在大震作用下最大位移角達到1/58（Y向），超過規范限值，出現了強烈的鞭梢效應，剪力墻出現嚴重受壓損傷。后小塔樓部分結構布置調整為如圖2.（b）所示，才可以滿足要求。

（5）混凝土徐變收縮影響

本工程由于豎向構件高度大，且外框鋼管柱比內筒剪力墻應力水平大，兩者由于彈性變形和混凝土徐變引起的沉降差達到一個量級，會對部分結構構件和建筑正常使用造成不利影響。故本工程對混凝土通過MIDAS/Gen程序按實際逐層搭建、逐層加載的模型進行分析。分析表明外框鋼管柱與內筒剪力墻在34層處豎向壓縮變形差達222mm。對此情況采取了以下措施：

a、從混凝土制作工藝上嚴格控制容易引起混凝土徐變的不利因素。

b、在建筑施工期間結構不同高度處的層高預留不同的后期縮短變形余量的方法。

c、對受豎向壓縮變形差影響較大的框架梁端采用施工階段設施工鉸的措施。

3 結語

超高層建筑結構設計范文4

關鍵詞：超高層建筑 結構概念設計 結構體系

中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著經濟的高速發展，人們對建筑功能的要求多樣化，超高層建筑相繼拔地而起。由于超高層建筑結構復雜多樣，設計計算結果與實際相差較大，分析計算往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，所以必須重視概念設計。

一、結構設計特點

1. 重力荷載迅速增大

隨著建筑物高度的增加，重力荷載呈直線上升，作用在豎向構件柱、墻上的軸壓力增加，對基礎承載力的要求也將提高。

2. 建筑物的水平位移

①風作用效應加大

風是引起結構水平位移的主要因素，作用在建筑物上的風荷載沿高度方向呈倒三角形狀。建筑物越高，風合力就越大，合力作用點就越高，對建筑物產生的作用效應也越大。

② 地震作用效應加大

建筑物高度的增加使結構自重增加、重心提高，地震作用產生的水平剪力和豎向力增大，作用位置提高，整個結構內力增加，地震時將加速薄弱部位的破壞。

3 .P效應

超高層建筑高寬比大，側高剛度較弱，水平位移大，重力與水平位移所產生的附加彎矩常大于初始彎矩的10％，必須考慮重力二階P效應。

4. 豎向構件產生的縮短變形差對結構內力的影響增大

豎向構件的總壓縮量主要由受力變形、干縮變形和徐變變形三部分組成。構件的總壓縮量隨著構件的高度H、平均亞應力的增加而加大。

5. 傾覆力矩增大，整體穩定性要求提高

建筑物高度的增加使側向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆要求提高。工程中常采取增加基礎埋深，加大基礎寬度等措施來滿足整體穩定性要求。

6. 防火、防災的重要性

超高層建筑多采用鋼混結構和鋼結構，鋼結構有很多優點，但其缺點是導熱系數大，耐火性差。因此防火、防災設計尤為重要。

7. 圍護結構的抗風設計

建筑物高度的增加使得垂直于圍護結構表面上的風載標準值也迅速增大，因此必須對圍護結構進行抗風設計。如采用玻璃幕墻圍護，其風載更大，須采用結構玻璃滿足強度要求，鋁合金龍骨滿足變形要求。

8. 超高層建筑的節能問題

從超高層建筑的建筑節能優化設計技術看，建筑的高度變化導致相關參數的變異，進而很大影響建筑能耗的變化。高度超過100米的高空風速會提高到3米/秒，若高達400～500米時風速可達到5米/秒以上，溫度隨高度的變化也會有明顯的降低，通常會有每百米高度的溫度下降0.6～1.0℃，僅這個變化足可以相當于把建筑物移動了一個2級氣候區。建筑節能設計標準所能約束的節能技術還不能夠完全適用于超高層建筑，在現行建筑節能設計標準中設計到遮陽、通風等技術的規定，對超高層建筑無法適用，標準規定的建筑能耗的權衡判斷方法也是基于建筑物全樓整體建模的一種評價方法，而受目前能耗模擬工具的計算能力所限，超高層建筑中的計算對象規模遠遠超出了軟件的計算能力。

9. 建筑物的重要性等級提高

超高層建筑作為當地的標志性建筑，在政治、經濟、文化中所起的作用大，破壞影響較大，波及范圍較廣，因此結構設計的可靠度要提高。一般情況重要性系數取1.1。

二、結構設計方法

1 減輕自重，減小地震作用

采用高強輕質材料，全鋼結構、幕墻圍護、輕質隔斷等，減輕結構自重，減小地震作用。

2 降低風荷載作用力

① 減小迎風面積

正方形平面形式橫向迎風面最小，如果計算對角線方向的迎風面寬，則圓形平面最小。在立面上適當位置開闊泄風，風力能很好有效地降低。

② 采用上窄下寬的立面體型，既減小高風壓在高處的迎風面積，又降低風作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小，同時上窄下寬的立面體型對建筑物底部來說增大了抵抗矩，提高了穩定性。

③ 選用體型系數較小的建筑平面形狀

體型系數從大到小依次正方形－正多邊形－圓形，采用流線尖滑的外形，避免凹凸多變的建筑形狀，減小整體和局部風壓的體型系數。

④ 采用剪力墻結構系統

采用剪力墻結構體系以增加建筑物的側向剛度，是控制建筑物水平位移的有效方法。

3加強抗震措施

① 選用規則結構使建筑物具有明確的計算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑。采用圓形、正多邊形、正方形等平面形狀，可以使整體結構具有多向同行，避免強弱軸的抗力不同和變形差異。功能復雜的建筑常常是各種結構體系的綜合，具體設計應注意以下幾個問題：

a 結構平面形狀盡可能對稱，由于地震作用的方向具有隨機性。風作用雖然有主導方向，但最大值也具有隨機性。因此選用具有對稱性、多向同性布置的抗側力結構體系，有利于形心和剛心的重合。

b 豎向構件盡可能連續，避免抗側力構件的間斷，從而形成薄弱層、薄弱部位，對抗震不利。

c 應設計成具有高延性的耗能結構，設置多道抗震防線。

d 增加超靜定次數，增加重要構件的傳力線路，提高結構的抗震能力。

e 在滿足強度、剛度要求的前提下，選擇具有較好延性的結構材料，增加總體變形能力，增加結構耗能。

f 建立整體屈服機制，避免失穩破壞，并做到強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件設計，對容易失穩的結構做到強支撐，對受彎構件做到強壓弱拉。

g 注意調整結構布置、防震縫的設置、轉換層、轉換層和水平加強的處理、薄弱層和薄弱部位的加強。

② 進行小模型風洞試驗，獲取有關風荷載作用參數；通過振動臺試驗，獲取有關地震作用參數。

③ 采用智能化設計，提高結構的可控性。應用傳感器、質量驅動裝置、可調剛度體系等和計算機共同組成主動控制體系，提供可變側向剛度，控制結構的地震反應等。

④ 提高節點連接的可靠度，剛結構節點的焊接處理，鋼混結構中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。

4 減小震動，耗散輸入能量

采用阻尼裝置加大阻尼比，減少振動影響。選用耗能、減振的結構體系，如采用偏心支撐的鋼結構具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。

5 結構底部的嵌固部位的確定

在進行超高層建筑結構設計計算分析之前，必須首先確定結構嵌固端所在的位置。確定嵌固部位可通過剛度和承載力調整迫使塑性鉸在預期部位出現，嵌固端的選取可能因建筑物的各種不同情況而定：

① 不設地下室但基礎埋深較大。

② 有地下室但地下室層數有多有少，而且基礎形式不同，產生不同的技術問題。

三、結構材料選用

超高層建筑結構材料要求更輕、更強、更具有延性。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼混凝土都可作為結構構件的主要材料；而外墻圍護多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻、鋼塑復合材料等；內部隔墻多為輕質隔斷；在普及C50、C60級混凝土的工程應用，擴大C70、C80級的工程試點的同時，開發配制C100級高強混凝土。

四、結構體系選用

更具整體性，更具各道抗震抗線，更具延性的結構體系是超高層建筑結構體系的首選，按照建筑適用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般常見有以下幾種結構體系：

1 框架－剪力墻結構體系

2 巨型框架結構體系

3 框－筒結構體系

4 筒中筒結構體系

5 束筒結構體系

6 內筒外巨型框架加外斜撐結構體系

7 內筒外框并帶多個加強層的結構體系

8 鋼結構

超高層建筑結構設計范文5

關鍵詞：結構設計；超限；計算

Abstract: Based on an engineering example, introduces overrun in the engineering design, analysis the main structure design, structure calculation, puts forward some countermeasures to solve the transfinite complex high-rise structure, and take reasonable measures, provide a reference for similar projects.

Key words: structural design; overrun; calculation

中圖分類號:TB482.2文獻標識碼：A文章編號

前言：由于社會發展的需要，當前建筑結構的體型日趨復雜化和多樣化。人們在注重建筑的實用功能的同時也越來越注重其美觀和精神功能。因此，超高層建筑結構超限的項目越來越多，其設計的難度也越來越大。超高層建筑結構超限是指超出了國家現行規范及規程所規定的適用高度和適用結構類型以及體型特別不規則的建筑工程，從而根據有關規范規程應進行抗震專項審查的高層建筑。綜合而言，分析研究這類建筑的結構設計具有很實際的意義。

一 工程概況及超限情況 該工程總面積17.5萬㎡，由8棟塔樓組成，設2層地下室。本文主要介紹兩棟塔樓結構超限設計情況。 本工程地震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，建筑場地為Ⅱ類。主體采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，部分采用鋼-混凝土組合結構。墻柱混凝土強度等級為C60～C25，梁板為C35～C30。除外墻采用190mm厚混凝土空心砌塊作圍護墻外，其余內隔墻均采用蒸壓加氣混凝土砌塊。本工程基本風壓按100年重現期風壓W0=0.6kNm2，地面粗糙類別為C類，體型系數為1.4。 各樓層構件主要截面分別如下：地下1至2層底板厚度分別為150、500mm，頂板厚180mm；樓板厚度為3層150mm；標準層120～150mm；屋面層150mm。從下至上，柱截面由1200mm×600mm縮小至1000mm×500mm，剪力墻厚400～300mm；框架梁截面300mm×650mm～400mm×900mm，次梁為200mm×400mm～200mm×700mm。結構高度為150m。按《高規》[3]4.2.2條規定，全落地剪力墻結構高度限值7度A級為120m，B級為150m，因此本工程結構高度超限是設計中需要解決的主要問題，且高寬比均超出B級高度建筑的高寬比限值為7.0m。而兩棟分別為7.10m、7.12m、 也已超出規范限值。此外，一棟還存在Ⅰ類平面扭轉不規則的超限情況。二 主體結構設計

針對上述工程情況的特殊性，我們在結構的設計方面采取了以下措施

1.結構選型與布置

在每兩棟之間設置防震縫，縫寬350mm，±0.000mm以上分開。

本工程結構布置采用剪力墻結構體系，主要抗側力構件為剪力墻，除圍繞電梯間設置核心筒外，各棟在均通過設置剪力墻和連梁的圍合結構形成多個閉合或半閉合筒體，以增強整體結構的抗側剛度。

由于各棟房間均集中在平面的下方，而核心筒偏于平面的上方，因此布置剪力墻時適當減小了平面上方的剪力墻長度，使各棟塔樓剛度中心與質量中心均基本重合，同時避免了上下剪力墻壓縮比相差過大而造成的結構前傾現象。

各棟3層以下由于使用功能要求，層高大于其上的標準層。為減少樓層剛度突變，設計中對各棟底部非住宅樓層的剪力墻都作了加厚處理，墻厚由300mm增大至400～700mm。

所有重要部位的柱及剪力墻端柱內加設型鋼或者芯柱，以增強結構延性及由于柱截面限制引起的強度和剛度的不足。 2.結構型式：根據該工程的建筑使用功能，建筑平面布局，以及立面造型的要求，采用現澆鋼筋混凝土框架――剪力墻結構體系。

3.基礎形式：該工程采用沖孔灌注樁，以微風化砂巖為樁端持力層，實際有效樁長12～25m，電梯間部位設多樁承臺，其余為單柱單樁。因為本工程設有兩層地下室，為了減少樁深度及降低工程造價，施工時是按先做基坑支護，進行大面積開挖至地下室底板標高負9.60m處，然后再進行沖孔樁施工。

三 結構計算

1.彈性計算結果及時程分析

根據本工程結構彈性分析計算結果，結構周期及位移符合規要求，剪重比適中，構件截面取值合理，結構體系選擇恰當。 根據《抗規》[2]5.1.2 條表5.1.2- 1 的規定, 采用SATWE和ETABS程序對各棟進行了常遇地震下的彈性時程分析。按地震選波三要素(頻譜特性、有效峰值和持續時間),選取Ⅱ類場地上的2組實際強震記錄Taft波和Sanfer波，以及1組人工模擬的場地波G630進行彈性時程分析。經過彈性時程分析，我們得到以下結論：⑴ 除上部部分樓層外，各棟時程反應剪力平均值均小于反應譜結果，反應譜分析層剪力在彈性階段對結構起控制作用。頂部部分樓層剪力超出反應譜范圍的主要原因是分析中采用了反應較強烈的Taft地震波，由于該部分樓層墻柱均為構造配筋控制，故抗剪承載力有足夠富余。⑵ 各棟層位移曲線均光滑無突變，反應結構側向剛度較為均勻。各棟層位移曲線均為典型的彎曲型，曲線斜率變化最大位置接近底部，說明最大有害層間位移角位于底部樓層，應予以構造加強。

2. Midas靜力彈塑性( Pushover)分析 本工程為每一棟塔樓均建立了三維彈塑性分析模型，計算范圍為各棟塔樓投影區域直至地下室,忽略裙樓的影響，為簡化模型和節省計算時間，模型中采用了剛性樓板假定。 在罕遇地震作用下，結構整體和大部分構件的最大彈塑性變形均遠小于相應的可接受最大彈塑性變形限值，抗震性能滿足防倒塌的抗震設計目標。通過對底層墻柱的構造加強，在罕遇地震作用下，該結構整體和各個結構構件仍具有明顯的強度和變形能力安全儲備。表明該結構的抗震性能優于規范GB50011-2001規定的防倒塌的最低要求。 由罕遇地震作用下仍只有底層局部豎向構件接近出現塑性鉸的情況可類推得到，在中震作用下(50年超越概率10%)，結構的豎向構件均未達到或遠離完全屈服狀態。因此，僅出現局部結構性破壞但其破壞程度可得到有效控制，可認為達到了“中震可修”的抗震設計目標。 3.其他計算結果分析

根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2010），結構平面布置應減少扭轉的影響。在考慮偶然偏心的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移的比值，不宜大于1.2，不應大于1.4。本工程SATWE和ETABS的計算結果表明，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移的比值均小于1.4。

根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2010），樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%和其上相鄰三層側向剛度平均值的80%，經驗算，本工程該項指標符合規范要求。

根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2010B），級高度高層建筑樓層抗側力結構的受剪承載力不應小于上一層受剪承載力的的75%，本工程各層的受剪承載力均大于其上一層的75%，滿足規范要求。

根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2010），本工程最大樓層位移與層高的比值的限值為1/650，本工程計算結果滿足規范要求。

根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2010），特一級抗震等級剪力墻底部加強部位，其重力荷載代表值下墻肢軸壓比不宜超過0.5。經驗算，本工程剪力墻滿足此要求。四 結構上構造措施

1.嚴格執行現行國家相關規范，對剪力墻底部加強部位的抗震等級提高一級作構造加強措施，對約束邊緣構件的縱向鋼筋和箍筋予以特別提高，對剪力墻的水平鋼筋及豎向分布鋼筋的配筋率作適當提高。

2.對框支柱采用高強型鋼筋混凝土，對框支梁提高縱配筋率及提高配箍率，以提高抗震性能。

3..對建筑物外周邊，塔樓外周邊和裙層大面積開洞的周邊作適當加高梁截面，加強梁筋構造。

4.嚴格控制壓軸比，提高結構延性和提高結構整體抗震性能。

5.嚴格按照計算結果，對結構薄弱層進行加強，構造上抗震等級予以提高一級。

6.對大開洞周邊的樓板加厚處理，加厚至150mm，配置底面通長鋼筋網，對裙樓天面層，即塔樓的嵌固端，其樓板加厚至180mm，對框支梁周邊和塔樓相連樓板亦同樣加厚至1800mm。

五 結論 本工程結構周期及位移符合規范要求，剪重比適中，構件截面取值合理，結構體系選擇恰當，滿足在常遇及罕遇地震下的抗震要求。設計過程中依據相關規范、規程的要求實施一系列措施，很好地解決了超限問題，確保建筑物結構安全可靠，對解決高層建筑結構的超限問題具有很好的參考意義。

參考文獻：

[1] 廣東省實施高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2002)補充規定第一版。中國建筑工業出版社。2005年。

[2] 超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點2010版

超高層建筑結構設計范文6

【關鍵詞】隔震建筑物；結構設計；超高層

地震對于人類社會的發展而言危害極大，同時也是一個危害面積廣的自然災害。自新世紀以來，因為地震引發的國民經濟損失不可估量，人員傷亡更是數以萬計。遠的不說，就08年至今，無論是汶川地震、玉樹地震還是雅安地震，都給我們留下刻骨銘心的傷害，也給中華民族帶來了重大災難。但是就這些地震所造成的損失進行分析，大多數的損失都是因為建筑物倒塌而引發的，因此也提起了人們對建筑物抗震設計觀念，使得人們越來越多的關注建筑物的抗震設計。隔震建筑物結構便是基于這種時代背景下產生的，是當前建筑業內人士研究的焦點之一。

一、隔震建筑物概述

地震是人類社會上最為突出的自然災害之一，也是影響最大、破壞性極強的自在災害。我國地處環太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，受到太平洋板塊和印度洋板塊的擠壓，使得地震問題十分嚴重。自上個世紀至今，我國就6級以上的地震共發生了近千次，遍布國內各個省市之間，給社會經濟發展和人民生活造成了嚴重的威脅。因此，在這里我們有必要對建筑物抗震問題進行分析，提出有關工作要點。

1、建筑物抗震分析

由于我國地理位置的原因，使得我國每年都會發生許許多多的地震問題，其中發生6級以上地震的機會也較大。因此，在工程施工建設中，做好建筑物的抗震、防震、耐震工作就顯得至關重要，是一個深受業內人士研究和探討的話題之一。在傳統的建筑結構之中，一般都是采用耐震、抗震設計來對建筑結構進行優化和規范，從而強化建筑物整體性、提高建筑結構功能，避免因為抗震和隔震設計問題而引起社會經濟損失。自從08年以后，我國有關工作單位和企業逐漸將工作重點置放在抗震和隔震設計當中，并將兩種體系作為主要的研究重點。

2、耐震建筑物分析

耐震建筑物是基于建筑物耐震設計的基礎上形成的一個建筑新結構，它是建筑物耐震設計的基本原則，是通過建筑物結構主體在中小度地震發生之后的彈性限度、彈性模量基礎上采用的一種塑性變形模式，它在工作中主要是強調建筑物的整體性、穩定性以及柔韌性。自從汶川地震發生之后，建筑業內認識對于建筑物的抗震、隔震設計要求越來越嚴格，逐漸提出了以隔震、消能為主的設計新策略和新方法，并將其深入的應用到實際工程項目當中。這兩種耐震設計技術在當前許多發達國家被廣泛的有那個用，而在我國受到基本國情和技術的影響仍然存在著一定的缺陷。為此我們在工作中有必要進行更深層次的探討和研究。

3、隔震建筑物

隔震建筑物在目前的建筑工程設計中，主要是通過在建筑物表面和基層設置一個隔震曾，該隔震層是通過側向筋很低的隔震組建構成的，從而使得整個建筑結構整體周期大幅度的延長和增加，從而使得在地震發生之后，它可以及時的降低地震結構的作用力，使得地震力度逐漸縮小。然而在設計的過程中，因為周期增加之后，建筑結構造成的位移也相對來說增加了，因此在設計的過程中還需要我們設置一定的消能組件，從而使得整個體系都能夠形成一套綜合性、系統化的工作模式和管理措施，從而降低位移量，確保建筑結構的整體性和完整性。就目前的建筑工程設計而言，隔震建筑物在設計中還存在著另外一個特殊性，那就是因為隔震層相對于其他建筑結構而言有著一定的位移和柔軟性，因此當地震發生水平作用力的時候，隔震層的相對變化和變為影響也較大，而上部結構的整體變化相對來說較小，因此，在設計的過程中有時候是一個很簡單的設計模式和設計流程。

二、超高層隔震建筑物設計要點

1.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，日本阪神地震，中國汶川地震、玉樹地震、雅安地震等，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。

2.耐震建筑與隔震建筑造價比較

由統計數據顯示，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。

3.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，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。

4.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：

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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。

5.隔震應用的注意事項：

1）隔震實際上會使原有結構的固有周期演唱，在下列情況下不宜采用隔震設計：

①基礎土層不穩定；

②下部結構變性大，原有結構的固有周期比較長；

③位于軟弱場地，延長周期可能引起共振；

④制作中出現負反力；

2）隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，這樣能滿足正常使用要求。當強震發生時，裝置柔性消震，體系進入消能狀態。

3）隔震裝置能使結構在基礎面上柔性滑動，在地震來時這樣必然會產生很大的位移。為減低結構的位移反應，隔震裝置應提供較大的阻尼，具有較大的消能能力。

三、結論

目前，國內有關超高層隔震建筑物設計與施工之相關研究仍相當欠缺，已完成之研究報告仍有待產、官、學之意見補充，使研究成果得以展現，鑒于隔震建筑日趨普及，隔震建筑設計審查、隔震消能材料認證與驗證機制、以及評定機構之指定工作，已刻不容緩，如何有效結合產、官、學三方，盡早訂定完善之超高層隔震建筑設計審查機制、隔震消能材料試驗標準、以及裝設前中后之檢測，實為當務之急。

參考文獻：