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1．2高層建筑結構的傳力路線

高層建筑的豎向平面結構和水平平面結構都必須有明確的傳力路線。以某個作用在樓面上的重力荷載為例，它要通過樓蓋構件的彎曲傳遞給豎向結構的某個構件，直到建筑物的基礎和地基。傳力路線的模式根據結構的類別和布置而異。高層建筑的底層往往只允許有少量的立柱，以便有足夠的空間可以設置寬敞的入口、前廳或廣場。這時，有較密柱間距的上層結構的重力荷載，就要通過另一種結構體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎。當高層建筑的樓層平面有突變時(如樓層有收進，或由矩形平面變成其他形狀的平面時)，或結構體系有變化時，它們的傳力路線也會發生改變，這時往往既要有豎向的轉換結構，也要有水平方向的轉換結構。在高層建筑結構傳力路線中還有一個區別于底層建筑結構的特殊問題，那就是高層建筑的每個立柱都承受著上層傳來的重力荷載，要考慮它們各自在施工和使用過程中豎向壓縮量的差異。這既要在設計中加以考慮，也要在施工過程中及時加以調整，以保證各層樓面的水平度，減小因不同柱的壓縮量有過大差異而引起的結構內力。

2概念設計

2．1抗關于側力構件合理布置規定

對于一個單獨的結構單元，在設計上的通常做法是，一般會盡力避免設計出應力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設置樓、電梯間。整個結構外形也要避免外挑，尺寸內收也不宜過急，避免在結構上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結構或構件破壞，而出現全部結構失去承載力的情況。

2．2關于高寬比的規定

高寬比的規定是對結構整體剛度、整體穩定、抗傾覆能力、承載能力以及經濟合理性的綜合考慮，是長期工程經驗的總結，根據當前的實際工程來看，這一限值是比較經濟合理與實用。但隨著目前高層建筑的快速發展，設計師們發現其實高寬比并不是必須要滿足的。實際工程已有一些超過高寬比限制的例子(如深圳京基100大廈高441．8m，共100層，高寬比為9．5，天津117大廈，高597m，共117層，高寬比為9．7)，當然高寬比超過限值時，應對結構進行更加準確的受力分析，并施加可靠的構造措施。

2．3短肢剪力墻的設置問題

在新的規范中，將墻肢截面高度與厚度比為5－8的剪力墻定義為短肢剪力墻，且根據試驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。比如在剪力墻設計等級為四級，短肢剪力墻的配筋率要求是1%以上，而普通剪力墻則為0．2%。高厚比較小的構件的脆性破壞較大，不利于抗震。所以，在具體的高層結構設計里，設計師們應該充分利用其它現有構造形式來代替短肢剪力墻，減少不必要的麻煩。

2．4嵌固端的設置問題

在結構計算模型的選擇上，如何準確地確定嵌固端位置是一個十分關鍵的問題，這直接關系到實際的受力狀態與選擇的計算模型是否符合以及內力等相應計算結果是否無誤。因為現在高層結構通常會設有一層或者是二層的地下室(可以當作人防工程來使用)，而嵌固端的選擇，可以結合各層的剛度變化，再根據它的實際布置狀況，可以選擇在一層頂板的位置，也可以是二層頂板的位置，同時在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個問題上，結構設計師們往往會忽略了一系列需要注意的問題，例如嵌固端的設置和剛度比的限制等問題，忽視這些問題將會對工程的質量和后期數據的分析造成很大的隱患。

3地基與基礎結構設計

在基礎的具體設計中，應根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來確定基礎設計等級。首先，地基計算應滿足承載力計算的有關規定;其次，由于高層建筑的基礎設計等級均為甲級或乙級，因此均應按地基變形設計;若地下室存在上浮問題時，還應進行抗浮驗算。下面就高層建筑中不同的基礎類型分別闡述在設計計算中應注意的事項:在對箱基和筏基的梁板進行配筋計算時，務必相應地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重，當出現箱筏的四邊區格和地基反力過大的情況，這時要對梁板進行加強配筋;而在進行箱基結構設計時，要考慮洞口上下的連梁的影響，驗算其截面面積，若洞口的位置或者大小有變動，要復核連梁的抗剪強度和抗彎強度;若是進行整體箱基和筏基的設計，必須考慮樁土的因素，其共同工作會對結構造成一定程度的影響。

4結構計算與分析

4．1結構整體計算的軟件選擇

當前比較常用的計算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE，MIDAS，ANYSYS，ETABS，SAP等。由于各個軟件使用的計算模型有一定區別，所以在各個軟件計算結果上就會有或大或小的差異。實際工程中，務必考慮結構類型和計算模型的具體特點，在進行整體分析時選擇最恰當的軟件，并使用不同軟件進行對比分析計算，從不同軟件計算的相差較大的結果中，選擇最接近工程實際情況的數據。若不能選擇合適的計算軟件，不但會消耗大量的時間和精力，更重要的是會對結構埋下安全隱患，造成日后的工程問題。所以為了保險起見，通常在布置復雜的高層設計中，宜使用不少于兩種不同的模型來進行內力分析和計算。

4．2剪力墻底部加強部位墻厚的確定

在進行抗震設計時，剪力墻的底部加強部位一般采取增加邊緣構件箍筋和墻體的布筋來防止地震荷載的影響，預防結構出現脆性破壞，從而能夠比較有效的改善結構的抗震性能，在現行的規范中，明確指出剪力墻結構底部加強部位的高度可以參考墻肢的1/8和底部兩層二者中的較大值;而部分框支剪力墻結構底部的取值，可考慮以上兩層的高度及墻肢總高度1/8中的較大值。一般情況下，高層建筑結構底部加強部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規定，按照一、二級級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/16或層高;按照三、四級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/20或層高。但在墻底受力較小且結構層高相對較高的情況下，其厚度還按上述要求取值，就顯得很不經濟。所以，根據具體的工程實踐，厚度可以適當減小，而且必須按照下面的公式計算穩定性。

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2高層建筑結構彈塑性動力分析方法

高層建筑結構彈塑性動力分析方法在高層建筑結構力學分析中又被稱為時程法。高層建筑結構彈塑性動力分析方法主要是對地震波直接輸入結構，完成結構的彈塑性性能分析。這種方法要求結構力學分析人員建立專門結構彈塑性恢復性動力方程，通過逐步積分法實現對地震過程中速度、加速度、位移等的時程變化，完成對建筑結構的描述。高層建筑結構彈塑性動力分析方法對建筑結構在強震的作用下彈性及非彈性階段的內力變化進行深入研究，有效對高層建筑構件可能出現的損壞、開裂、屈服、倒塌進行分析，提高建筑結構力學的分析效果。當前在國內的高層建筑結構彈塑性動力分析方法主要輸入地震波為隨機人工地震波，結構模型的計算多采取層模型。除此之外，高層建筑結構彈塑性動力分析方法還加大了對樓板結構變形的分析，使用并列多質點計算模型進行計算，對高層建筑結構的基礎轉動和評議進行研究，有效提高了對土體、基礎及上部結構耦合振動的模擬效果。

近年來我國還高層建筑結構彈塑性動力分析方法中對扭轉振動進行分析，取得顯著進展。高層建筑結構彈塑性動力分析方法能夠有效對高層建筑結構中存在的薄弱環節進行分析，提高對結構延展性、變形的實際分析效果。高層建筑結構彈塑性動力分析方法預計的破壞形態與實際地震的破壞效果非常接近，有效對地震危害進行防護處理，提高了高層建筑結構的防震效果。但是當前對高層建筑結構彈塑性動力分析方法的整體看法不一。部分人員認為采取大型高速計算機對典型地震波進行分析；但是部分人員認為典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在進行研究的過程中要對研究算法進行簡化，對近似方法進行研究。隨著高層建筑結構彈塑性動力分析方法的逐漸發展，越來越多國家在進行高層建筑結構力學分析的過程中開始對地震波根據實際情況進行選取，模擬效果大幅提高。

3基于最優化理論的結構分析方法

基于最優化理論的結構分析方法主要是通過數學上的最優化理論及計算機技術實現對高層建筑結構設計的一種新方法。基于最優化理論的結構分析方法有效實現了對結構設計的被動分析道主動設計的轉變，提高了高層建筑結構設計的靈活性，對設計具有非常好的促進效果。基于最優化理論的結構分析方法對空間的要求較為嚴格，設計過程中要保證以最小的質量產生最大的剛度。因此，設計人員要對框架剪力墻結構中的剪力墻進行充分分析，實現墻體的優化布置和數量選取，提高基于最優化理論的結構分力學析效果。基于最優化理論的結構分析方法中要求保證適度的剛度，對剛度要進行嚴格控制。尤其是在分析剪力墻與地震作用的時，要對剪力墻剛度進行優化設計，確保建立正確的最優化剛度模型，提高基于最優化理論的結構分析方法的模型實際應用效果。目前我國的基于最優化理論的結構分析方法發展還不全面，在進行單位建筑面積上剪力墻慣性矩度量指標設計的過程中還存在較多問題。我國的基于最優化理論的結構分析方法仍處於研究和發展階段。高層建筑結構力學分析人員要對基于最優化理論的結構分析方法中的數學模型進行深入研究，對剪力墻最優剛度進行有效分析，從本質上提高數據分析處理效果，拓寬基于最優化理論的結構分析方法的應用前景。

4基于分區廣義變分原理與分區混合有限元的分析方法

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原結構方案采用一般的剪力墻結構,這種結構形式對于房屋高度不太大的小高層建筑來說,這種結構會造成剛度過大,重量增加,導致地震反應過強,使得上部結構和基礎造價提高。所以,為了有效提高經濟指標,經多方案論證,決定采用短肢剪力墻結構體系。

短肢剪力墻結構是指墻肢截面高度為厚度5～8倍的剪力墻結構,和一般剪力墻相比,這種結構型式的優點在于:

1)墻肢較短,布置靈活,可調整性大,容易滿足建筑平面的要求。

2)減少了剪力墻而代之以輕質砌體,結構自重相應減輕,從而減小結構整體剛度,增大振動周期,降低地震作用力。

3)墻肢高寬比較大,延性較好,對抗震有利。

4)連梁跨高比較大,以受彎破壞為主,地震作用下首先在弱連梁兩端出現塑性鉸,能起到很好的耗能作用。

5)墻肢的承載力得到了較充分的發揮。

目前,《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002已對短肢剪力墻結構的設計作出了規定。

在本住宅結構平面布置中,盡量使結構平面形狀和剛度均勻對稱,短肢剪力墻雙向布置,盡量拉通、對直,豎向布置中,力求規劃均勻,避免有過大的外挑、內收,以及樓層剛度沿豎向突變,使整個房屋的抗側剛度中心靠近水平荷載合力的作用線,以免房屋發生扭轉。

根據建筑的平面布置,在房間、樓梯間、電梯間的四角,采用Z形、L形、T形或異形的墻肢。在設計過程中還應注意同周期的關系,使結構的第一自振周期避開場地土的卓越周期,以免地基與結構形成共振或類共振,既保證結構在風和地震荷載作用下的變形控制在規范允許的范圍內,又要保證建筑物有相對合理的自振周期,做到結構設計經濟、合理且實用。

本方案根據上述分析并經過多次調試,得到了4種結構方案,結構平面布置見圖2。剪力墻截面厚度同相鄰砌體填充墻厚度均為100mm。剪力墻、梁混凝土強度等級為C30。板的混凝土強度等級均為C25。主要連梁的尺寸大都為200mm×400mm。標準層樓板厚度為120mm,頂層樓板厚度為150mm,有別于肢長肢厚比不大于4.0的異形柱,短肢剪力墻的肢長肢厚比按規范要求控制在5~8范圍內,一般剪力墻的肢長肢厚比均大于8。值得注意的是,對肢長肢厚比為4~5范圍內的墻肢,目前規范尚無明確條文規定其構件類型,故設計時建議不要采用。

由于原方案的剪力墻過多,使底部剪力過大,使結構很不經濟,同時布置了少量鋼筋混凝土柱子,使結構不是很合理。故方案1在一般剪力墻結構的基礎上去掉了構造柱并減少了少量的剪力墻(見圖2a)。

在方案1基礎上適當的減少一些剪力墻,從而使方案更經濟,在調試過程中由于F軸剪力墻較少,從而使電梯間X方向的剪力墻承受過大的剪力造成超筋,故把電梯間X方向的剪力墻開洞口,使結構X向的剛度減少。(見圖2b)

方案3是在方案2的基礎上改善了Y方向的剛度,使兩個方向的剛度相接近,使結構更合理且均勻對稱(見圖2c)。

在方案3的基礎上把Y向的一些T型剪力墻變成一字型,雖然在多層、高層住宅設計中剪力墻結構應盡量避免一字型,但由于該結構的實際情況,所以采用了部分一字型(見圖2d)。

3上部結構設計計算結果分析

3.1計算結果分析

從構件力學特性上來說,短肢剪力墻的肢長與肢厚比≥5.0,更接近于剪力墻,故計算時將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應更合理。因此,結構整體計算采用中國建筑科學研究院開發的SATWE程序(2003年版)進行。SATWE采用的是在每個節點有六個自由度的殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻墻元不僅具有平面內剛度也具有平面外剛度,可以較好地模擬工程中剪力墻的真實受力狀態,計算結果較精確;同時,對樓板SATWE可以考慮其彈性變形。雖然主樓結構平面較規則,立面也無剛度突變現象,但由于剛度較大的電梯井處筒體有點偏置,會產生扭轉的影響,為了計算準確,地震作用計算考慮了結構的扭轉耦聯和5%偶然偏心的影響,取了27個振型計算。

1)自振周期的控制

考慮扭轉耦聯時的自振周期(計算時自振周期折減系數取0.8)如表1(只列了前6個)所示。從表1可得,方案4結構扭轉為主的第一自振周期T3=0.9959s,平動為主的第一自振周期T1=1.1656s,T3/T1=0.854<0.9,滿足(JGJ3-2002)

第4.3.5條的規定。

2)結構位移的控制

最大層間位移角(應≤1/1000)、最大水平位移與層平均位移的比值(不宜大于1.2,不應大于1.5)及最大層間位移與平均層間位移的比值(不宜大于1.2,不應大于1.5)見表2。從中可以看出,結構在風荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規范限值。

3)剪重比控制

剪重比是反映結構承受地震作用大小的指標之一,地震力計算不能偏大,但也不能太小。因為短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差,如果短肢剪力墻分配的地震力太大,則很有可能不滿足要求。本工程X方向的最小剪重比為4.50%,Y方向的最小剪重比為4.62%,根據“抗震規范”(5.2.5)條要求的X、Y向樓層最小剪重比均為3.20%,所以各層均滿足要求。

4)軸壓比是體現墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力,“規范”對短肢剪力墻(尤其一字墻肢)要求更高一些。上述工程出現的短肢剪力墻軸壓比在0.20~0.45之間,軸壓比小于規范規定值。

3.2短肢剪力墻結構經濟性分析

為了與工程實際情況相符,假設混凝土的成本與混凝土的體積成正比,鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價上,暫不考慮模板及樓板等工程的造價影響。材料的單方造價混凝土為430元/m3,鋼筋4200元/t。表4為方案的經濟指標匯總,由表4知,方案4比一般剪力墻結構在總造價上要節約17.8%,使材料得到了充分的發揮。

4結語

本文針對小高層住宅的結構特點,采用短肢剪力墻結構,在比普通剪力墻結構方案節省投資17.8%的情況下,使結構受力更合理,整體變形能力和結構吸能能力對抗震更為有利。本工程剪力墻結構的薄弱環節是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢,因而設計時在以上部位布置L型或一字型短肢墻,受條件所限也出現了少量一字型短肢墻,設計時嚴格控制其軸壓比<0.6,且相差不應太懸殊,避免墻肢應力差異過大。高層建筑中的連梁是一個耗能構件,對抗震不利。多、高層結構設計中允許連梁的剛度有所下降。但應注意短肢剪力墻結構中,墻肢剛度相對較小,連接各墻肢的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應在計算的總體中將連梁的剛度大幅下調,使其設計內力降低,應按普通框架梁的要求進行設計。

參考文獻:

[1]高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2002)〔S〕1北京:中國建筑工業出版社,20021.

[2]建筑抗震設計規范(GB50011-2001)〔S〕1北京:中國建筑工業出版社,2001,1.

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高層建筑結構設計的意義在于高層建筑能做到結構功能與外部條件相一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

高層建筑結構設計的特點，就是將高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

抗震設計要求更高。有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

水平力是設計主要因素。在低層和多層房屋結構中，是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

側移成為控制指標。與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

2、高層建筑的結構體系

高層建筑常用的結構體系有框架結構體系、剪力墻結構體系、框架D剪力墻結構體系和筒體結構體系等。

隨著層數和高度的增加，水平作用對高層建筑結構安全的控制作用更加顯著，包括地震作用和風荷載。高層建筑的承載能力、抗側剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其所采用的結構體系密切相關。不同的結構體系，適用于不同的層數、高度和功能。

3、高層建筑結構分析

3.1 高層建筑結構分析的基本假定。

3.1.1彈性假定。目前，工程上使用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是，在遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移而出現裂縫，進入到彈塑性工作階段。

3.1.2 剛性樓板假定。許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度，簡化了計算方法，并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結構提供了條件。

3.1.3 計算圖形的假定。高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形主要是三維空間分析。二維協同分析并未考慮抗側力構件的公共節點在樓面外的位移協調（豎向位移和轉角的協調），而且忽略了抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度，對于具有明顯空間工作性能的筒體結構也是不妥的。

3.2 高層建筑結構靜力分析方法。

3.2.1框架DDD剪力墻結構。框架DDD剪力墻結構內力與位移計算的方法很多，大多采用連梁連續化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協調條件，可以建立位移與外荷載之間的微分方程來求解。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也不相同。框架-剪力墻的機算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。

3.2.2 剪力墻結構。剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。按受力特性的不同，單片剪力墻可分為單肢墻、小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。剪力墻的類型不同，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法，此法較為精確，而且適用于各類剪力墻。但由于其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。

3.2.3 筒體結構。按照對計算模型處理手法的不同，筒體結構的分析方法可分為3 類：等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。

4、提高建筑結構設計質量的措施

4.1重視概念設計概念是人們通過實踐從理性認識上升到感性認識的結果，它反映了物體的本質特征。概念設計是一個結構工程師必備的一項基本素質。正確的概念設計可以指引設計者一個正確的方向，也是確保結構設計的合理性、安全性、經濟性的前提，應該將概念設計貫穿于整個設計過程。概念設計必須依賴于深厚的理論知識基礎以及對結構原理和力學性質的深入了解，只有具備了高質量的概念設計，才能完成高質量的結構設計任務。

4.2正確運用計算機輔助設計現代計算機技術已經普遍被應用于建筑結構輔助設計中，通常是利用計算機輔助完成結構分析，大部分的圖紙設計，因此，正確的采用設計軟件及對計算程序的充分了解也是確保結構設計質量的關鍵。現在，市場上的設計軟件種類較多，采用不同的設計軟件得到的結果也不一樣。因此，要求對結果進行認真的分析復核。另外，所有的設計軟件都是根據當時國家的規范要求、結合結構體系的特點進行模擬簡化而得，因此，都有一定的使用范圍和使用期限。隨著建筑業的發展，建筑規模越來越大，結構形式也越來越復雜，這就使得建筑結構設計的難度越來越大，計算越來越復雜，因此，結構工程師必須采用合理的設計軟件，準確的設置各項技術參數，確保計算結果的準確，從而提高結構設計的質量及效率。

4.3加強抗震設計

我國是一個地震發生較多的地區，因此，要求建筑結構有很高的抗震性能，減少地震給人們帶來的損失。我國的《建筑設計抗震規范》也經歷了多次的修正與完善，最新的抗震設計規范是2010年版，因此，結構工程師在進行建筑結構設計時必須嚴格按照現行的規范要求進行抗震設計。只有提高建筑結構的抗震性能，才能有效的降低地震災害給人們帶來的傷害。發生在中國的汶川大地震、青海玉樹地震造成了相當大的損失，大量的砌體結構房屋倒塌，其原因在于結構不合理、傳力不明確、抗震構造不規范。而發生在智利的8.8級地震以及最近發生在日本的9.0級大地震，死亡人員的數量卻較少，倒塌的建筑物較少，其原因也就是智利及日本的民用住宅建筑的抗震性能都很

5、結語

高層建筑結構設計中應根據實際情況做好結構分析，多做方案比較，根據使用功能和受力的合理性確定好結構的體系，在進行高層建筑結構設計時，只有綜合考慮各項原則，結合建筑物的使用功能，對整體結構進行把握，對結構設計中的重點以及特殊部位進行重點優化設計，才能確保高層建筑的使用安全。

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抗震設計規范明確規定了抗震設計目標，并針對不同地區、不同重要性的建筑對抗震設防進行了合理分類。因此，在進行高層建筑結構設計時，必須要使結構能夠滿足延性要求。同時，在抗震設防中應當遵循多道設防原則。當第一道防線的抗側力構件在遭遇地震被破壞后，要能夠有第二道，甚至是第三道防線立即接替，使建筑物不至于倒塌。當高層建筑物在遭受地震后，重力荷載是導致建筑倒塌的直接原因。因此在進行高層建筑結構設計時，必須優先選擇輕質高強的原材料。在滿足強度和結構變形要求的前提下，綜合考慮經濟性因素，盡可能選用質量較輕的材料。高層建筑結構設計師要能夠與時俱進，積極應用成熟、可靠的現代化技術和新產品，不斷提高自身設計水平，為建設優質工程貢獻自己的一份力量，為企業爭取良好的經濟利益。在高層建筑結構設計中，利用結構自身的抗震性能來抵抗地震作用，是一種較為被動消極的抗震政策，建筑結構一旦發生破壞，造成的人員傷亡和經濟損失將會不可估量。因此，在進行高層建筑結構設計時，必須通過為結構施加控制裝置，加強結構減震控制。在地震來臨時，控制裝置和結構自身共同承受地震作用，通過二者的協調作用，能夠有效減輕地震反應。基礎隔離是結構減震控制的一種很好的方法，通過安裝隔震裝置系統形成隔震層，能夠有效延長結構周期，使結構本身處于延性工作狀態，有效吸收地震能量，減小結構主體的地震反應，避免房屋破壞甚至倒塌。

3建筑超高問題

建筑開發公司為了為自身謀取更多的利益，通過提高建筑高度來提高土地的利用率，雖然在很大程度上降低了工程建設項目成本，但也給高層建筑結構造成了超高問題，并存在很多私自在建筑物上增高的違反操作現象。我國部分城市處于地震高發區，在進行高層建筑結構設計時，設計師要充分根據不同地區的地質地貌情況，考慮當地地震發生的趨勢。建筑的超高問題嚴重影響了高層建筑結構的抗震效果，為建筑結構的安全使用埋下了隱患。近年來，國家逐步提高了對建筑物超高問題的重視程度，要求建筑結構設計完成后必須經過層層審批，通過后方可開工。這樣，在很大程度上避免了開工一段時間后又發現超高問題，有助于確保工程進度。同時，高層建筑施工是一次性的工程，中途返工會造成高額經濟損失，加強審批，有助于避免不必要的經濟損失，防患于未然。目前，我國對于高層建筑結構高度有了更加詳細的劃分，建筑設計人員應當在設計之前明確自己的結構高度分類，并嚴格按照相關規定進行設計，提高高層建筑結構質量安全。

4嵌固端設置問題

目前，大多數高層建筑物設有兩層或兩層以上的人防或者地下室。高層建筑物的人防及地下室的頂板上都要設置嵌固端。此時，高層建筑結構設計就要考慮嵌固端設置可能造成的問題。在進行結構計算時，要考慮嵌固端設計對計算參數的影響，全面考慮其可能造成影響的多種可能，有效協調高層建筑結構抗震縫的寬度及縫隙與嵌固端的位置，并將嵌固端的上層和下層對應的感度比值控制在規范要求的范圍內。此外，在進行高層建筑結構設計時，要為嵌固端樓板設計合理的位置。在進行嵌固端的設計時，要綜合考慮各方面因素，選擇最優的設計方案，盡可能避免其在高層建筑結構使用過程中出現安全問題。這樣，在確保結構安全的前提條件下，有助于促進建筑工程項目的順利完工。

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正文：

高層建筑結構設計的目標是在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，通過對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，有效降低開發商的成本，在確保建筑整體質量達到規范標準的基礎上，使建筑的結構設計能夠滿足客戶的諸多需求。

1.高層建筑結構設計原則

1.1 選擇合理的結構方案。高層建筑作為近幾年剛剛興起的一門學科，具有很復雜的結構特點，在施工的過程中要考慮的方面很多，像是供水問題、線路等各方面都是我們要考慮的。結構設計方案中重要的有以下幾點：材料的要求、施工的環境、還要充分的考慮抗擊自然災害的能力。我們要嚴格的遵循平面和豎直的設計原則。結構方案不僅僅是施工單位一方的事情，施工單位與使用方要達成一致，在設計方面以及今后的發展方向要進行詳細的展望，為了所選取得結構方案更加的合理，最大限度的達到預期的目的。

2.1 選擇合適的基礎方案。現在的設計一大特色就是不能因工程而破壞周邊的環境，而改變的周邊的生態環境。一切的工程圍繞環境進行設計施工，使工程與自然很好的融入到一起，使得兩者和諧共存。在基礎方案的設計中，要把所有的相關因素全部的包括在內，綜合各方面的因素，再考慮經濟性對工程進行整體的評估，然后對方案進行正式的審核，最后施工，一切立足由可持續發展的觀念進行施工，工程的質量一定會得以保障。

2.3 準確分析計算結果。當下，在高層建筑的結構設計中普遍應用計算機技術，那么不同計算機軟件的計算結果間很可能出現偏差，所以需要對計算機軟件計算的結果進行準確分析和把握。這就需要建筑結構設計人員具有充分的結構設計方面的技能，同時要對計算機軟件有充分的了解，從而才能客觀準確的對計算機計算結果進行分析。由于計算機軟件本身的缺陷，會使計算結構與實際情況之間存在偏差，這就需要結構設計人員對計算結構進行判斷并在設計中做出調整，以便適應結構設計的要求。

2.建筑結構類型

高層建筑結構體系按照結構形式可以分為框架、剪力墻結構，框架結構，剪力墻結構。框架結構因為是利用柱、梁等結構來承重的，所以這種結構體系的側向位移相對較大，一般適用于低于50m的建筑。剪力墻結構因為是靠高層建筑的墻體來承重的，所以這種結構的整體性能相對較好，不易產生水平方向的變形，一般多應用于高層建筑，但是因為其在平面上的布置不夠靈活，所以很少在公共建筑設計中使用。而框架、剪力墻組合結構則是結合了兩者的優點、改善了其中的缺點，所以被廣泛應用于高層建筑的結構設計中。

3.高層建筑的結構體系設計方案

3.1框架結構體系

框架結構主要承重結構, 由梁、柱、基礎構成平面框架。對于框架柱而言, 軸壓比越小在往復水平上荷載下的滯回曲線也會越豐滿, 即耗能能力越大, 延性就愈好。

其優點: 建筑平面布置靈活, 可以依據自身的要求設計。

其缺點: 框架結構本身剛度不大, 抗側力能力差, 水平荷載作用下會產生較大的位移, 地震荷載作用下較易破壞。不高于巧層宜采用框架結構, 可以達到比較好的經濟平衡點。框架體系中, 角柱的受力應該比別的柱差, 為了防止角柱遭遇扭轉變形或是彎壓變形, 柱截面不宜過小,同時還要加密箍筋, 起到增加受壓區混凝土約束的作用。

注意事項: 在框架結構體系中, 一定要考慮高層建筑的底部柱, 柱截面的大小要注意: 在高層建筑中, 應該盡量的三排柱結構設計方案; 采用鋼管混凝土柱、勁鋼混凝土柱或是高強混凝土柱; 通過增加體積配箍率或是沿著柱身增加箍筋達到提高延性。

3.2剪力墻結構體系

當墻體受力主體全部由剪力構成的話, 就會是剪力墻體機構, 剪力墻結構體系是把建筑物墻體當作承受荷載的結構體系。對于剪力結構墻間距一般為3一8m , 墻體同時作為維護及房間分隔構件。

其優點: 其剛度、強度都比較高, 傳力直接均勻, 有一定的延性, 整體性好, 抗倒塌能力強, 結構體系特征明顯。現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好, 剛度大, 在水平荷載作用下鋇U向變形小, 承載力要求容易滿足, 適于建造較高的高層建筑。抗震性能力強, 承受力好。

其缺點: 剪力結構墻間距設計方面不能太大, , 空間平面布局不太靈活, 自重大, 開洞宜小等。

注意事項: 在高層剪力墻結構中, 連梁的設計收到很多制約, 剛度在高層建筑結構設計中, 與剪力墻相連并且允許開裂可作剛度折減的梁稱作連梁。應該選用跨高比較大的連梁, 減少其剪切破壞, 按常規設計方法配筋, 進行截面抗剪設計, 保證其延性。聯系墻肢的連梁, 不僅會影響剪力墻的受力, 而且其本身的受力條件也比較復雜。在剪力墻結構設計中, 必須堅持的原則就是強墻弱連梁, 對連梁的剛度要進行折減, 降低其抗彎能力。

3.3筒結構體系

以筒體為抗側力構件的結構體系統都稱為筒結構體系, 它包含單筒, 多筒, 復合筒等, 它是由由一個或者幾個簡體為主抵抗水平力。也有把簡體結構分為實腹筒、框筒及析架筒的說法。

其優點: 筒體結構體系能使整個建筑猶如一個固定于基礎上的封閉空心的筒式懸臂梁來抵抗水平力, 其是以空間受力為主, 具有較大的剛度、強度、整體性, 各構件受力比較合理,抗風、抗震能力強, 往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

其缺點：延展性能有問題, 并且全部此阿勇成本高, 造價高。

注意事項: 在建筑是講多層筒體結構組合在一起能夠產生更大抵抗水平荷載的能力, 使結構具有更大抗力性, 這樣的結構也是多筒結構設計, 如加哥西爾斯大樓就是9 個筒結合在一起的多筒結構使其具有更好的剛性和能力。當然, 還可以讓筒體結構設計和其他結構設計一起運用, 如帶加強層的框架一一核心筒結構與一般的框架一核心筒結構在受力上更強大,當然除了這幾種建筑結構體系外, 還有其他一些結構體系,如網架, 薄殼等。

4.建筑結構的抗風、抗震、消防設計

（1）抗風結構優化設計

在基礎設計上，要使用配比較高的砂石來保證地基的密實度，同時還要設置抗拔錨桿，以此來提高建筑基礎的抗拔強度。在減振系統設計上，要多利用耗能支撐、剪力墻、樓板等組成的耗能減振系統來減少風荷載對高層建筑的影響。對于風荷載與水平力的問題，要對高風壓區進行加固。這主要是從水平壓力、水平荷載內力等方面進行綜合考慮，來為高層建筑進行加固設計。

（2）抗震結構優化設計

①提高結構設計的整體規則性，以此確保承載力體系分布的合理性。②改善地基的抗震設計，即在簡化建筑平面、提高地基的強度與高度的同時，將上部結構的重點和群樁設置在同一直線之上。③在剪力墻的設計方面，要提高高層建筑承重結構的抗側力，以此來滿足承載力的耗能與延續性，這樣可以有效地提高高層建筑的抗震能力。

（3）消防結構優化設計

①防火間距上的設計，在設計時要全面的考慮間距在火災中的隔斷、滅火功能，同時在設計時還要考慮到建筑結構的耐火性問題以及排煙的問題。②對安全疏散結構進行合理的設計，這主要是為了解決火災中的疏散困難，在設計上：a.注意防煙區的設置；b.注意雙向疏散方面的設計，如合理安排避難層等。③在設計上注意分割結構的安排，這主要是為了控制火勢與煙霧的范圍，這方面一般使用的是垂直的樓板結構設計方式、水平的單元墻以及防火墻結構設計，以及相關的排煙、防火門等裝置的設計。

5結語

總而言之，高層建筑混凝土結構的優化設計方法多種多樣，但是不論使用哪一種方法都要建立在施工的可行性的基礎之上，施工技術必須嚴格依照設計標準，如果出現施工不可行的情況下，重新審視設計規范。高層建筑混凝土施工技術是科學元素和技術元素的融合和應用，它的實現過程必然需要建筑施工各環節基礎技術的支持和管理理論的強化。所以，設計與施工的相輔相成才是實現合理、科學節約成本的有效措施。

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中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）02-

高層建筑隨著城市化的發展越來越多樣化，而出現的問題也更加復雜。隨著層數和建筑高度增加，利用結構空間作用，又發展了框架―――簡體結構、簡中簡結構、多簡結構和巨型結構等多種結構體系。高層建筑結構的承載能力、側移剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其采用結構體系有著密切關系。不同結構體系，適用于不同層數、高度和功能的建筑。

在高層結構設計中，水平力是控制的主要因素，在地震區水平力是高層建筑結構設計的決定因素。剪力墻結構剛度大、周期短、地震作用大，在設計中應注意調整結構剛度。近年來出現了一系列新的結構體系，其中有巨型框架結構、巨型桁架結構、懸掛和懸挑結構。目前采用這些結構體系的工程尚較少，經驗不多，對于這些結構的研究也不夠深入、成熟，尚不能普遍推廣于設計與施工中。

一、概念設計與理論計算概念設計是指一些難以做出精確力學分析或在規范中難以具體規定的問題，必須由工程師運用“概念”進行分析，做出判斷，以便采取相應措施。概念設計帶有一定經驗性。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定假定條件下進行的。盡管分析的手段不斷提高，分析的原理不斷完善，但是由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多。尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現構件的局部開裂，甚至破壞，這時結構就很難用常規的計算原理去進行內力分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計，從整體上提高建筑的抗震能力，消除結構中的抗震薄弱環節，再輔以必要的計算和結構措施，才能設計出具有良好抗震性能的高層建筑。將注重概念設計作為高層建筑結構的最高原則提出，其主要內容為：（一）應特別重視建筑結構的規則性(包括平面規則性和豎向規則性)。（二）合理選擇建筑結構體系包括：

1、明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；

2、避免因部分結構構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力、風載和地震作用的能力；

3、結構體系應具備必要的承載能力和良好的變形能力，從而形成良好的耗能能力。（三）采取必要的抗震措施提高結構構件的延性。

二、結構整體穩定和傾覆問題（一）整體穩定

建筑物在豎向荷載作用下，由于構件的壓屈，可能造成整體失穩。我國國內高層建筑層數大多在40層以下，剛度很大，整體穩定一般不存在問題。當高寬比H/B>5時，應驗算其整體穩定性。（二）傾覆問題

高層建筑由于總高度值很大，基底面積小，在水平荷裁和水平地震作用下，產生很大的傾覆力矩，如果傾覆力矩超過穩定力矩，則建筑物將會發生傾覆，此方面地層災害實例也已證實。在抗傾覆驗算中，傾覆力矩按風荷載或地震作用計算其設計值。計算穩定力矩時，樓面活載取50％，恒載取90％，要求抗傾覆的穩定力矩不小于傾覆力矩設計值。對于高度超過150m的高層建筑應進行整體穩定性及抗傾覆驗算。

三、水平作用任何建筑結構都要抵抗豎向荷載和水平荷載，在低層和多層結構設計中，往往是以重力為代表的豎向荷載起控制作用，對于高層結構的設計，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要作用，但起控制作用的是水平荷載。之所以如此，其根本原因在于側移和內力隨高度的增加而迅速增長，例如一根懸臂桿件，在豎向荷載作用下，產生的軸力僅與高度成線性比例，但在水平荷載作用下，其彎矩與高增加。因此，在高層建筑結構設計中，抗側力的設計是關鍵，水平荷載是決定因素。對于一定高度的建筑物，作為其水平荷載的風荷載和地震作用將隨結構動力特性的不同而有顯著的變化。

四、軸向變形任何建筑結構在外力作用下產生的位移都包括彎曲、軸向變形和剪切變形三部分。在低層建筑結構設計中，通常只考慮彎曲變形，而忽略鈾向變形和剪切變形的影響，因為一般結構構件的軸力和剪力產生影響較小，可不考慮。而高層建筑由于層數多、軸力大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會對高層結構的內力產生很大影響。此外，高層結構中的剪力墻的截面也往往很大。因此，剪切變形的影響不可忽略。采用框架體系和框架―――剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸向壓力往往大于邊柱的鈾向壓力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁的中間支座產生沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。故在高層建筑設計中，軸向變形不能不考慮。在高層建筑結構的力學計算中，根據所選計算手段，所計算的構件變形因素是有區別的。對于簡化助手計算方法，一般只計算最基本的變形。采用計算機方法計算時，計算的變形因素要多一些。當用空間協同工作方法時，考慮了梁的彎曲、剪切變形，考慮了柱、剪力墻的彎曲、剪切和軸向變形；當用完全的三維空間分析方法時，除考慮了前面全部變形外，還增加了梁、柱、剪力墻的扭轉變形，以及剪力墻墻體截面的翹曲變形。

五、側移成為控制指標與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層建筑結構設計的關鍵因素。隨著建筑高度增加，水平荷載作用下結構側向變形迅速增大，結構側移與高度呈現四次方關系上升。在高層建筑結構設計中，不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗倒移剛度，以保證結構在水平荷載作用下所產生的側移限制在一定范圍內。側移是高層建筑的要害問題，之所以要控制結構側移，其主要原因有：（一）側移過大，使建筑物內的人在心理上產生不適應，控制結構側移是保證建筑物正常使用的需要。（二）側移過大，使建筑物內的填充墻、建筑裝飾和電梯軌道等服務設施產生裂縫、變形，甚至損壞。（三）側移過大，將導致結構開裂或損壞，進而危及結構正常使用和耐久性，實際上控制結構構件裂縫就是限制結構側移。（四）地震對建筑物的破壞程度，主要取決于結構側移大小，如果結構變形能力不足以抵御地震輸入能量對結構變形的要求，結構則會發生倒塌。

六、抗震設計

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與單層或多層建筑的結構設計相比，高層建筑在結構設計中要考慮的因素較多，尤其是如果實現建筑整體美觀性和安全性的協調，逐漸成為廣大設計師關注的焦點問題。近年來，在國內各地區頻繁出現高層建筑建設質量問題，結構設計的不合理是其主要原因之一，設計師難以把握高層建筑結構設計的基本特點，由于設計方案的不合理性，最終導致建筑的整體質量難以保證。高層建筑結構設計的基本特點，主要表現在以下幾個方面：

1.1水平荷載具有決定性因素

由于高層建筑的層數一般在15層以上，其自身重量和使用荷載必然會導致結構中豎向構件產生一定的軸力，所以在高層建筑結構設計中必須注意水平荷載的問題，保證建筑的整體高度與彎矩值形成正比。對于水平荷載與建筑結構之間產生的傾覆力距，則應與建筑整體高度的二次方形成正比。

1.2結構延性至關重要

與多層建筑相比，高層建筑結構的柔性相對較大，特別是在地震或地基不規則沉降過程中出現結構變形的幾率較大，因此，為了進一步提升高層建筑結構在塑性變形后的變形能力，防止其出現倒塌的問題，必須采取有效的措施增強高層建筑結構的延性。

1.3側移是主要控制性指標

在高層建筑結構的設計中，側移是設計師必須考慮的關鍵性問題之一。隨著現代高層建筑層數的不斷增加，結構在水平荷載的強大作用下，其出現側向變形的幾率也無形中增加，所以一定要將高層建筑結構的側移控制在合理的范圍內。

2 高層建筑結構設計應注意的幾個問題

目前，國內在高層建筑結構設計中雖然積累了一定的經驗，并且積極吸取了國外的先進設計理念，但是對于相關問題的把握和控制仍然存在一定的缺陷，這是阻礙我國建筑行業整體設計水平發展的主要因素之一。結合國內高層建筑結構設計的現狀，應注意的問題主要有以下幾點：

2.1框架柱截面大小的選擇

對于框架柱而言，軸壓比越小在往復水平上荷載下的滯回曲線也會越豐滿，即耗能能力越大，延性就愈好。而對于柱凈高與截面高度的比值小于4的短柱，在往復水平荷載作用下其滯回曲線呈較瘦的反s形，耗能能力降低、延性較差，呈剪切破壞。

高層建筑的底部柱，由于對軸壓比值有要求， 因此往往會將柱截面取得很大，但是由于受到層高的限制就使得框架柱成為了短柱。在實際的結構設計時，要確定截柱面的大小要注意以下幾點：框架柱的截面首先必須滿足規范軸壓比的需要，從而為結構的豎向承載力和底板的抗沖切承載力提供保障。而對于形成的短柱，則可以通過增加體積配箍率或是沿著柱身增加箍筋達到提高延性的效果：采用鋼管混凝土柱、勁鋼混凝土柱或是高強混凝土柱；柱的軸壓比必須滿足規范限制，軸壓比過大則結構的延性無法得到保證，過小又會造成結構的經濟技術指標較差。

2.2短肢剪力墻的設置問題

在我國建設部組織編制的《高層建筑設計規范》中，對于短肢剪力墻作出了明確的定義，即墻肢截面的高厚比為5.8的墻被統稱為短肢剪力墻。根據相關建筑技術部門的研究和實驗，對于短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用也提出了具體的要求，因此，在今后的高層建筑結構設計中，設計師應盡量減少或取消短肢剪力墻的設置，以免為建筑的后期設計和竣工質量檢驗造成麻煩。

2.3結構的超高問題

在高層建筑的結構設計中，超高問題是較為突出的，根據我國《建筑抗震規范》中的相關規定，必須對建筑的整體高度進行嚴格控制。我國高層建筑的限制高度一般分為：A級和B級兩個標準，對于高層建筑的處理措施與設計方法的要求也有所改變。在高層建筑的實際設計工作中，設計師應根據建筑類型合理確定其高度，并且在通過相關部門的審核后，方可組織施工。

3 加強高層建筑結構設計的措施

在我國高層建筑數量增多、規模擴大，以及工藝和技術要求不斷提高的背景下，在今后的高層建筑結構設計中，一定要不斷采取新的理念和方法，全面提高設計方案的合理性、可行性與經濟性，這也是促進我國建筑行業發展的先決條件。針對國內高層建筑結構設計的現狀，應采取一下加強措施：

3.1進行合理的概念設計

在國外的高層建筑結構設計中，概念設計較為流行，而國內則較少采取此方法。所謂的概念設計是指在通過科學的構想來完善設計工作，促進設計方案更趨合理化、人性化。在我國的高層建筑結構設計中，應用概念設計方法時，必須考慮到結構的平面布置與剛度宜，以保證高層建筑的平面布置簡單、規則，減少凸出或凹進等復雜結構。另外，在概念設計中盡量減少扭轉對于結構的危害性也是十分重要的，可以從以下兩方面入手：進一步增加結構自身抵抗扭轉的性能；盡量減少或控制因地震作用而引起的建筑結構扭轉問題。

3.2選擇合理的結構體系

總結國內的高層建筑工程實踐經驗不難發現：在高層建筑結構設計中，如果結構體系的選擇不合理，而僅是依靠所謂的先進理論和計算方法進行設計，難以保證建筑結構的安全性、經濟性與可靠性，而且會留下較多的安全和質量隱患。由此可見，在高層建筑結構設計中，選擇合理的結構體系是至關重要的，而且設計師應該重點分析的問題之一。目前， 國內的高層建筑中主要采用：抗震墻結構、框架結構、簡體結構、板柱一抗震墻結構、框架.抗震墻結構，以及部分框支抗震墻結構等，每一種結構體系都具有其自身的優點的缺點，適用的環境也有一定的差異，所以設計師一定要結合工程項目的實際要求進行合理的結構體系選型。

3.3科學進行計算

在高層建筑結構設計中，科學進行各類數據的計算是設計師必須掌握的專業技能。根據高層建筑結構的實際情況，設計師要選取相應的計算模型。在進行概念設計時，要注意簡化計算流程，以保證設計工作的時效性。目前，在國內高層建筑結構設計的計算中，各種專業的計算機軟件和工具已經得到了廣泛的應用，設計師僅需將各種實地測量數據輸入到系統中，就可以在短時間內獲取所需的各種專業數據，大大提高了設計師的工作效率和設計方案的準確性。

近年來， 我國高層建筑的建設有了迅猛的發展，而且成為促進國內建筑行業發展的重要建設項目。但是從高層建筑結構設計的整體質量而言，存在的弊端和問題相對較多，必須引起國家建筑主管部門和相關單位的高度重視。在未來的高層建筑結構設計中，廣大設計師一定積極運用先進的設計理念和方法，在提高相關數據計算精確度的基礎上，全面提高設計方案的質量，為工程項目的建設提供專業的工藝和技術依據。

參考文獻：

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畢業設計內容的設置除了應密切結合指導教師的科研項目外，還應結合指導教師的專業特長，這樣教師對學生的指導才能高效。例如，筆者從攻讀博士學位開始，就從事新型高層鋼結構體系及抗震性能等方面的研究。留校后，承擔了研究生選修課高層建筑鋼結構課程的教學工作，負責講授高層鋼結構的制作和安裝，以及新型抗側力和耗能構件在高層鋼結構的應用等內容。以上研究和教學工作均為指導采用新型結構體系的高層鋼結構畢業設計奠定了基礎。同時，通過給學生答疑，筆者感到，雖然學生的著眼點不同，但多數問題是圍繞設計任務提出來的，一些問題也是指導教師尚未涉及而想弄明白的問題。因此，教師愿意投入時間去研究問題，這樣既解決了學生的疑惑，也有利于指導教師提高自身的專業技能。

(二)設計題目的指定應兼顧學生的興趣

目前，學生畢業設計的題目，大體上是由學院統一指定的。這樣做是為了避免學生“偏科”，即避免一些設計題目出現無學生選擇的窘境。但是，高層鋼結構設計題目與其他題目一樣，也僅是提升學生在一個專業方向上的理論水平和技能。而且相當多的設計院在未來一定時期內仍主要是開展量大面廣的混凝土結構設計。因此，由學院指定畢業設計題目的方式無法完全滿足學生的專業設計興趣和愛好，使真正對鋼結構設計有興趣的學生又得不到應有的鍛煉。倘若學生對指定的題目毫無興趣，畢業設計就可能收效甚微。其實，每個學生經過3年多的學習，基本已有感興趣的專業方向，畢業設計題目應結合學生畢業后的就業方向或深造計劃，并綜合考慮學生自己的興趣、能力和未來發展等因素來選擇建議。題目指定要有適當的靈活性，給學生一定的選題權利，可列出每年開設的所有題目，讓學生提前自愿申報2～3個題目，然后綜合分組。這種適當考慮學生興趣的選題做法將使學生對畢業設計更有積極性，收效可能更好。

(三)設計內容應結合專業最新發展而適時更新

為避免多年使用同一設計題目可能出現的抄襲現象，指導教師有必要適時更換設計內容和要求。鑒于目前設計院或施工單位“以高層設計為主流”的情況，應結合高層建筑的實際工程應用，增加新型結構體系的設計內容，以縮短學生就業后的工作適應期。對高層鋼結構，應要求學生掌握目前比較流行的結構形式、計算方法和構造要求。因此，筆者在設計任務書中鼓勵學生應用新型的抗側力構件和新型的結構體系作為設計任務。除了采用傳統的純鋼中心支撐，推薦采用新型的墻板內置無粘結鋼支撐或桿狀防屈曲支撐(BucklingRestrainedBrace)代替傳統的純鋼支撐。除了中心支撐，也鼓勵采用偏心支撐和鋼板剪力墻等抗側力構件。例如，在2014年的畢業設計中，一名學生自愿嘗試采用偏心支撐鋼框架結構形式，通過努力，圓滿完成了設計任務，最終取得了較好成績。

二、積極有效的師生互動是畢業設計取得實效的基石

(一)注重培養學生主動學習的能力

對20多層的高層建筑鋼結構設計，要求學生學習結構設計方法和設計軟件的使用，進行結構建模、內力分析和設計，這樣的工作不僅量大而且有難度。建議教師提前布置和安排任務，給學生自學的機會和時間。以結構建模和分析為例，筆者一開始便盡早安排學生安裝和學習使用結構設計軟件ETABS，這樣學生在做荷載匯集等準備工作之余，就可以有針對性地查閱和學習該軟件的使用說明等資料，到建模和分析環節時，學生就可以建立結構模型。為學生自學軟件后建立的結構模型。應當注意的是，雖然大多數學生之前并未有建立復雜結構模型的經驗，也可能因此而心生畏懼，指導教師應強調學習和使用通用軟件的必要性，讓學生明白學好一個軟件對將來應用其他類似設計軟件也有很好的借鑒作用。教師要耐心引導和鼓勵，培養學生的興趣和自信心。可要求學生先簡后繁，積累經驗。學生消除畏懼心理后，建模和設計操作就會逐漸得心應手，在實踐中熟能生巧。有的學生在熟練使用軟件后甚至主動去鉆研軟件內的參數和求解設置等功能，提高了對理論知識的歸納消化和應用能力。

(二)營造積極的心理互動氛圍

結構方案的確定以及結構建模、分析和設計等，這些任務一環緊扣一環，教師應在各階段工作中嚴格檢查，認真引導和解惑。以建模和分析為例，因大部分學生是初次接觸大型設計軟件和設計規范等，面對陌生的軟件以及系數重重的設計公式，要在短時間內掌握并熟練應用軟件進行結構設計，有較大難度。特別是對這些軟件在內部分析環節可能存在的一些缺陷，指導教師必須強調指出，以免學生誤入歧途而影響進度。因此，指導教師應對軟件的一些關鍵環節有使用經驗，并能做出正確的判斷，才能引導學生去認真求證，加深理解。這樣也才可能幫助學生較快熟悉設計過程，培養學生的自信心和學習興趣。畢業設計為師生提供了長達一學期的交流互動機會，教師應在指導工作中傾注熱情，與學生積極互動，這樣不僅能使任務完成得更加高效，而且也有利于學生的全面發展。教師不僅要關注學生的專業訓練，也要不失時機地對學生進行職業道德的言傳身教，引導學生帶著問題去思考和討論，啟迪學生的智慧，充分調動學生的積極性和主動性。

三、畢業設計應適當增加針對性實習

與單純課堂教學相比，畢業設計屬于實踐環節。但若不加以恰當引導，相當多的學生的畢業設計僅僅是對參考書等資料的簡單模仿。因此，在畢業設計過程中，應通過小組或個人(以整個年級為單位的統一畢業實習，針對性不強)的實習活動，例如參觀鋼結構工程或鋼構件制作等，夯實書本所學知識，拓寬知識面，使學生獲得真實感受。此外，通過實習，還可消除學生不切實際的想法和由此導致的誤差或錯誤，有助于學生深入思考，以開展更加符合實際應用需求的理性創作。

(一)參觀鋼結構工程和鋼結構安裝

應組織學生參觀正在建設的高層鋼結構工程。因為從施工中暴露的鋼骨架，學生可以清楚地觀看構件和節點的加工和連接做法。實地考察如不可行時，也應提供必要的實錄視頻、圖形資料和講解，以加深學生的理解。還可以推薦一些好的參考書和期刊，例如《鋼結構進展與市場》和《建筑結構》等，幫助學生了解新型鋼結構工程和建造技術。此類資料圖文并茂，是本科生很好的課外讀物。另外，因高層建筑鋼結構一些基本的構造和連接做法等，在低層和多層鋼結構中也有體現。因此，也可組織學生考察當地一些在建的多層甚至單層鋼結構工程，例如施工現場的焊縫和螺栓連接等。通過接觸實際工程，增強學生的認知能力。

(二)參觀鋼結構加工廠和鋼構件制作

在實習中，還可組織學生參觀鋼構件加工廠等。隨著新材料和新工藝的快速發展，目前鋼結構中的大型構件的加工制作方法和質量控制技術等都有革新，書本上的知識也非常有限。必要的學習參觀有利于學生拓展知識面，幫助他們更好地理解和繪制施工圖。指導教師可組織學生參觀了解鋼構件的生產過程。例如，參觀工廠的焊接、刨邊和鉆孔等相關工藝流程等，并做好有針對性的實地講解，有利于學生對重要概念的理解和對書本知識的消化。

四、考核應以學生實質性的進步為依據

(一)注重形式，更追求質量

學院畢業設計要求學生完成不少于9張的1號圖紙，有些學生甚至能提供多達14張或者更多的圖紙。誠然，為確保培養質量，數量上的要求是必要的，但任務完成的質量更為重要。筆者曾在一次鋼結構畢業設計的答辯中發現，能夠提供十多張圖紙的學生，計算書雖然寫的很飽滿，但是連一個常用角焊縫的符號代表什么意思也回答不上來。可見，依葫蘆畫瓢的做法，在本科畢業設計中依然存在。再以結構施工圖的繪制為例，在堅持部分圖紙必須手繪完成這一傳統做法的基礎上，為了提高學生應用計算機作圖的能力，目前鼓勵采用計算機繪圖。但應強調的是，計算機作圖應讓學生利用Auto-CAD軟件親手繪制，不能依靠設計軟件和繪圖軟件等自動出圖。雖然從表現形式上看，自動出圖比學生親手繪圖的圖面更美觀和全面，但這樣會使學生過分依賴軟件而使其基本技能得不到應有的訓練，導致學生對設計理論不熟悉，不能提高識圖和繪圖能力，并且也難以準確把握和判斷其設計結果。因此，教師在畢業設計過程中應時刻提醒學生，在寫計算書或繪圖時，每寫一句，每畫一筆，都要弄清楚為什么，真正弄懂了才算得上學有所獲。

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1．2結構超高

對于結構高度而言，在高規與抗震規范中有了很嚴格的限制，特別是在新規范中，對于超高問題除了對于原來的高度增設為A級高度外，還增設了B級的高度建筑。所以，必須嚴格控制結構的高度因素，如果確定了結構為B級高度建筑物，甚至超過了B級的高度，其處理措施和設計方法就會有很大的變化。對于結構類型的變更，在實際工程設計中曾經出現過對該問題忽略的情況，致使施工圖在審查階段就未予通過，在這種情況下，應該對其進行重新設計或者進行專家討論、評定。但是這些對于整個工程的規劃、造價和工期而言具有很大的負面影響。

1．3嵌固端設置

嵌固端對于高層建筑而言，其一般設置于地下室的頂板處，因為高層建筑通常下會帶有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被設置于人防的頂板位置。而對于這個問題，結構設計師往往會忽略嵌固端的很多問題，如:上下層剛度比的限制、樓板的設計、上下層抗震等級一致性以及嵌固端位置與結構抗震縫設置的協調問題等，如果對其中一個方面造成忽視，那么就有可能為后期工程作業埋下很大的安全隱患。

1．4短肢剪力墻

對于墻肢截面高厚度為5－8的，在新規范中規定為短肢剪力墻。對于短肢剪力墻而言，在實際經驗和試驗資料中其在高層建筑中的應用增添了很多限制性條件，因此，結構設計師應該盡量避免對短肢剪力墻的采用，以免給后期工程的進展帶來麻煩。

2建筑結構設計質量優化措施

2．1在結構設計概念的基礎上進行優化設計

在計算中要對建筑結構設計的經濟性在滿足技術條件的基礎上進行充分考慮。對于鋼筋配量以及大構件的截面不能隨意增加或減少，以防造成肥柱、肥梁或者瘦柱、瘦梁的后果。有些設計人員因為計算不清，所以就隨意增加鋼筋，并層層附加保險造成了超筋梁柱的現象。對于這種情況要牢記“弱彎強剪、弱梁柱以及弱拉強壓”的原則，加強薄弱部位，注意構件延性以及鋼筋的錨固長度，對溫度應力的影響多加關注，重視鋼筋的直線段錨固長度等等。另外，對于平面和立面的布置應該按照均勻對稱規整的原則來設計，對于地震的多道防線進行綜合考慮，以防止薄弱層面的出現。根據高層建筑結構設計的概念，應正常使用極限狀態的驗算。總體來說，對于結構設計而言，從其結構的選型、布置、以及分析計算上來看，每一步都要求進行詳細的處理，綜合考慮各方面的因素，力求達到最優設計方案。在建筑方案得到確定之后，其結構設計應盡量采取最合理、最科學、最經濟的設計方案。對于各種受力部件的布置要力求達到其能承受的荷載范圍。豎向承重構件在將荷載傳到地面的同時，還要承受地震以及風的水平載荷。因此，在布置豎向承重構件時應將其放于有利于承受載荷的位置。除此之外，樓板的剛度也要考慮到，考慮其是否滿足整體工程的要求等，并限制剪力墻的間距。而對于水平承重構件的布置而言，要力求達到簡潔的傳力路徑，將樓面上的荷載以最快的方式傳遞到主梁上，再由剪力墻、柱等傳給地面、地基。另外，地基土具有不確定性，并沒有合理的模型對其精確性的具體描述，所以要根據實際總結的經驗以及現有的理論知識來設計地基基礎，并能夠預見和分析可能出現的各種問題，從而制定出較為完美的處理方案。

2．2與相關專業人員做好溝通工作

高層建筑結構設計工作具有一定的復雜性，需要其他相關專業的配合與溝通，不能自己獨立獨行。由此可見，做好高層建筑設計工作不僅要具備扎實的專業理論基礎，還要對于此相關的一些專業有所了解。如果在設計過程中出現了其他相關專業的問題，那么結構設計師要能夠對其作出相關回應，然后組織專業協調會，力爭達成統一標準，然后確定其設計的原則，以防止設計圖出來之后因各個專業不協調而出現變更和返工的情況。

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1.1高層建筑結構類型分析

高層建筑結構選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見的幾種結構可類型為分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、筒體結構等。①框架結構主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據建筑功能的需求，完成對平面框架的布置。框架結構造價低，但在水平荷載影響下變形較大，抗震效果不佳；②框架-剪力墻結構，高層建筑中，剪力墻主要布置在電梯間，通過核心筒承擔水平荷載，抵抗地震力，整體穩定性高。但是框架剪力墻結構容易受到平面布局限制，出現質心和鋼心不重合的現象，結構扭轉過大，可能會出現的安全隱患；③剪力墻結構，具有較好強豎向和水平向的承載能力，對高層建筑的整體剛到和穩定性具有顯著的提升效果，重點在于剪力墻的布置及自重的控制；④筒體結構，在電梯間及建筑布置剪力墻，形成筒體，該結構具有更高的剛度。

1.2高層建筑結構選型的影響因素

高層建筑結構選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環境條件。主要包括設防烈度、場地條件、基本風壓等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規則性、平面對稱性、平面質量和剛度偏心等組成,立體體型是由結構高寬比、立面收進體型、塔樓和層間剛度等組成；③建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結構型式和它相匹配。比如高層住宅,由于其使用空間較小,分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結構；④結構抗災水平及現場施工、后期使用、運營維護等。

1.3結構選型實施案例

本章節以某工程為例，該工程中主要包含的高層住宅和多層商務辦公兩部分，建筑的總占地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號樓、2號樓、3號樓為高層建筑，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用鋼材、混凝土等材料。本章節以1號樓為研究對象，1號樓擬建樓層36層，設防烈度7度，基本風壓0.75KN/m2，場地Ⅱ類。建筑對稱布置，平面規則，其空間分隔小，隔墻多，且各層平面布置基本相同。通過考慮其豎向、水平向荷載、造價施工方面等因素，本工程采用剪力墻結構，通過合理布置剪力墻，控制結構的整體剛度及側向位移等，使結構更安全、更穩定、更經濟。

2建筑結構的優化設計

2.1結合建筑類型進行優化

汶川地震震害結果表明，對于教育類項目，如中小學，由于使用功能要求，相比其它建筑，教學樓豎向結構體系相對較弱，強度和剛度不足，并且建筑體型不對稱，致使建筑在地震中易傾倒。因此教育類項目，應在建筑側邊及樓梯間布置剪力墻，以增強建筑結構的整體性與穩定性，使其具有良好的工作性能。針對文化體育類項目，例如圖書館、博物館，根據其典藏書籍及文物的特點，其荷載大，使用空間大，平面不規則，在結構進行豎向布置時不必按照傳統9m模數布置，某項目案列按12m模數優化柱網后，結構截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。

2.2結合建筑總高度進行優化

在某超高層中，通過對比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼梁，鋼梁組合樓蓋可有效降低梁柱截面，滿足建筑使用凈高要求，且中庭洞口各層交錯布置，采用鋼梁組合樓蓋解決了傳統支模難題；可有效控制塔樓標準層室內梁高，內部凈高高出150～200mm；絕大部分構件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產品工業化水平，大大減少施工現場建筑垃圾；施工工期大大縮短。

2.3結合建筑荷載進行優化

越來越多的企業在項目建設過程中承受著巨額成本的壓力,地下室優化的必要性不容忽視。在滿足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進行平面布置，并進行多方案比選，項目實例表明，在常規8.5m×8.5m柱網情況下，荷載越大，采用大板結構，建筑物含鋼量最低，最經濟。在結構優化過程中應多方面考慮，對建筑安全、美觀、經濟等全面比較，以實現項目效益最大化。

2.4剪力墻結構優化理論在實際工程中運用

（1）在進行結構計算時，應通過軟件分析，滿足最大層間位移、周期比、位移比、軸壓比等各項指標確要求。（2）通過適當的縮減剪力墻的長度，減輕自重，增加高層建筑內部使用空間。（3）剪力墻的肢截面控制，在具體的控制中，需要保障肢截面以簡單、規則為基準，具體的門窗洞口，同樣需要設計整齊成列，并形成明確的墻肢與連梁，進而使得應力可以的合理的分布，提升高層建筑的整體安全性和穩定性。（4）剪力墻過長的部分，采用的開設洞口的方式，完成對剪力墻的均分，再由的弱連梁對他們進行連接，避免剪力墻出現的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質量和安全。（5）剪力墻應自上而下的連續性布置，減少高層建筑出現剛度突變的情況，保障剪力墻的連續性。設計過程中適當對剪力墻的厚度和混凝土強度進行調整，滿足軸壓比的要求。（6）對窗口梁和陽臺梁等截面進行調整，完成對結構剛度及位移的微整，是結構布置更合理。針對高層建筑的結構選型設計的基本情況，可完成高層建筑的結構優化，從而使得高層建筑的空間效果、結構性能和高層建筑的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建筑基本功能的基礎上，提升高層建筑的穩定性和安全性。

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1．2積極重視軸向變形問題

由于高層建筑物是在豎直方向較大，因此其所承受的豎向載荷也較大，這難免會對連續梁彎矩帶來巨大負擔，容易造成柱中軸向變形類似問題，可能引發跨中正彎矩與端支座負彎矩值上升，同時，也可能對側移、構建剪力等帶來不良危害，引發諸多結構不安全的問題，特別是預計的下料長度要參照軸向變形的數值范圍來科學加以計算、變化和調整。

1．3科學設計水平力

對于高度較高、樓層數較多的高層建筑，必須將水平力設計納入特殊考慮范圍，雖然這類建筑的豎向載荷力與結構密切相關，然而，水平載荷的影響卻也是不可忽視的，甚至可以說是這種影響是決定性的，這是因為水平載荷能夠對結構帶來某種傾覆力矩與軸向力，而且相對已經確定下來、靜態的豎向載荷，水平載荷則會根據建筑物結構的變化而變化，可見水平力設計的重要性。

2高層建筑結構設計問題與對策

2．1不合理增設短肢剪力墻

一些高層建筑物結構設計中增設了短肢剪力墻，從多年的高層建筑建設工作來看，此類剪力墻的設置對建筑結構的牢固度、穩定性以及抗震能力產生不利作用，因此，井蓋盡量減少對這種墻體的使用，只有這樣才能有效提升高層建筑結構質量。

2．2不科學的嵌固端設置

一般來說，現代高層建筑都設有多層地下室以及人防，而且通常習慣將嵌固端修筑在地下室，以及人防頂板地區，然而，這樣的設計實質上并不完全穩妥，相關設計工作者必須細致深入地分析嵌固端位置布局欲將引發的諸多問題，容易造成的不良影響等等，而且要重點思考嵌固端的樓板設計等重要方面，重點綜合、精細、全方位地分析嵌固端上下層的剛度比例，而且要將嵌固端的方位布局納入高層建筑計算運算工作中，特別引起注意的是，嵌固端的布局需要同抗震縫隙保持和諧，注重二者之間的平衡。

2．3建筑結構超高問題

高層建筑在建設施工過程中容易出現高度超標的問題，凡是超過規定科學標準的高層建筑，無論在結構穩定性、建筑安全度，還是抵御自然災害能力方面都會受到負面影響，一些建筑施工企業無視高層建筑超高問題，對高層建筑實行無限度增高，面對這一問題，相關部門必須出臺一套科學的法規制度，科學規范高層建筑的高度，當前的高層建筑高度從起初的A級上升到了B級，而且對應的高層建筑的設計模式也得到了發展和更新，當前的高層建筑高度設計必須嚴格依照國家相關法律法規規定進行科學控制，同時也要將其抗震性能、防火性能等納入考慮范圍。

2．4不科學的高層建筑結構設計

高層建筑物由于具有特殊的性質和功能，要重點加強對其結構設計，然而，客觀現實條件下，很多高層建筑設計者不是專業水平不合格，就是不了解相關的技術法規規定，在設計過程中沒能將高層建筑物的抗震性、安全度、牢固度等納入結構設計考慮范圍，一些不負責任的設計人員甚至盲目聽從業主的指導，無視技術規定胡亂設計建筑結構，這樣無疑會影響高層建筑的安全度與穩定性。對于高層建筑結構布置與設計不科學這一嚴重問題，必須有效把握、積極控制、全面加強，因為只有打造出科學、合理的結構設計，才能從整體上維護高層建筑的建設質量，在實際的布置與設計過程中，要重點從建筑物抗側力、平面大小、結構質量、抗震能力等方面出發，進行優化布置與設計，從而全面維護高層建筑的設計水平，提高其安全度與穩定性。

3高層建筑結構科學設計的有效途徑

3．1優選計算簡圖

計算簡圖是高層建筑結構設計的數據依據，必須注重對計算簡圖的科學選擇與運用，從而確保建筑結構設計朝著安全、合理方向發展，要想確保計算簡圖的選擇科學、合理，就必須采用科學的構造方法，確保計算的精準、真實、客觀，要確保計算簡圖被控制在合理范圍內。

3．2做好基礎設計工作

必須嚴格根據高層建筑所在地的地質狀況來科學優選基礎設計，必須加強對高層建筑上端結構特點、荷載分布等加以分析，也要顧及周圍建筑物的分布、布局特點進行實地考察與分析，在做出綜合、全面、細致的分析后，最終優選出最合適的基礎設計方案，這其中要明確的重點項目為:要從地基的承受力、承重潛能等方面出發，確保地基這些方面的能力得到徹底發揮，而且也要做好地基變形的檢查、測算。

3．3做好結構方案的選擇

結構方案的選擇與使用直接關系到建筑物的結構質量，一個科學的結構方案具有以下方面特征:第一，能夠達到高層建筑設計的結構形式、結構體系的規定標準;第二，方案的經濟性、科學性、能夠以最小的成本收獲最優設計方案，能夠明確各部分的受力情況，各部分之間力量傳遞相對簡明，只有這樣才能達到科學的設計標準。要確保在同一個結構中，使用同樣的結構系統。

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地下車庫采用框架剪力墻結構，局部增加的剪力墻，主要有兩個作用:一是為了使得地下1層與地上1層的剪切剛度比大于2，滿足正負零作為地上單體嵌固端的要求，二是為了更好地保證室內外高差處水平力的傳遞。商業樓室內及室外相關范圍內，正負零零層采用梁板式結構，板厚180～250，雙層雙向配筋，且配筋率不小于0.25%。

三上部結構設計

(1)超限情況的判定

根據“住房和城鄉建設部關于印發《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的通知(建質〔2010〕109號)”，對商業樓的超限情況判定如下:①商業樓結構高度29.2m，采用現澆鋼筋混凝土框架結構，屬于A級高度高層建筑，高度不超限。②商業樓3層以上豎向構件縮進大于25%，屬尺寸突變(立面收進);③商業樓地上樓層存在多處樓板有效寬度小于50%，開洞面積大于30%的情況;④商業樓3層和4層之間質心相差達18m，大于相應邊長的15%，同時，考慮偏心扭轉位移比大于1.2，小于1.4。綜合以上分析，商業樓屬于超限高層建筑。

(2)上部結構計算分析

在小震作用下，全部結構處于彈性狀態，構件承載力和變形應該滿足規范的相關要求。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3－2010第5.1.12條的要求，本工程采用SATWE與PMSAP兩種不同分析軟件分別進行了整體內力及位移計算，兩種軟件的計算結果基本一致，結構體系滿足承載力、穩定性和正常使用的要求。樓層最大位層間移角小于1/550，滿足JGJ3－2010第3.7.3的要求;在剛性樓板假定下，慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下，豎向構件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值均小于1.4。根據建筑抗震設計規范GB50011－2010第5.1.2條，對不規則建筑應采用時程分析進行多遇地震下的補充計算。本工程所選的三條波為TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035，每條時程曲線計算得到的結構底部剪力均大于CQC法的65%，三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%，故所選三條波滿足規范要求。時程分析的結果表明，結構體系無明顯薄弱層，時程分析法包絡值較CQC法計算結果小，故結構的小震彈性設計由CQC法計算結果控制。根據高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3－2010第5.1.13條的要求，對商業樓采用彈塑性靜力分析方法進行了補充計算。兩個方向罕遇地震下性能點最大層間位移角均小于1/50，小于規范彈塑性位移角限值，因此宏觀上商業樓所用結構體系能保證大震不倒的設計要求。在通過二階段設計實現三個水準的基本設防目標以外，針對本工程的具體情況，提出了以下抗震性能化目標:①設防地震作用下，中庭連廊等薄弱處樓板內雙層雙向鋼筋不屈服;②設防地震作用下，懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱斜截面抗剪按彈性設計，正截面抗彎按不屈服設計;PMSAP樓板應力分析結果表明，中庭連廊根部、平面凹口陰角位置一般為應力集地區域，在多遇地震作用下，樓板主拉應力不大于混凝土抗拉強度標準值，樓板不會開裂，在設防地震作用下，應力集中位置樓板主拉應力略大于混凝土抗拉強度標準值，但適當加大樓板配筋，即可滿足樓板內鋼筋不屈服。在設防地震作用下，利用SATWE進行彈性設計和不屈服設計，分別校核懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱的箍筋和縱筋，并與多遇地震計算結果一起進行包絡設計。計算結果表明，配筋值均在合理范圍，配筋切實可行。通過以上性能化設計措施，在對結構的經濟性影響較小的情況下，提高了結構的抗震性能，增加了建筑的安全性。

(3)上部結構設計

針對偏心布置和扭轉不規則，設計時，盡量使結構抗側力構件在平面布置中對稱均勻布置，避免剛度中心與質量中心之間存在過大的偏離;加強構件的剛度，增強結構的抗扭性能。計算時，考慮偶然偏心的影響，設計時適當加強受扭轉影響較大部位構件的強度、延性及配筋構造。通過調整結構布置，將考慮偶然偏心下的最大位移比嚴格控制在1.4以下，第一扭轉周期和第一平動周期比嚴格控制在0.9以下。針對立面收進帶來的扭轉不利影響而采取的抗震措施詳第(1)條。構造上，對收進樓層(4層)加厚至140mm且雙層雙向加強配筋，配筋率不小于0.25%，但為減小大跨部分樓板自重，室內大跨度區域樓板厚120mm，屋面大跨度區域樓板厚130mm，收進部位上下層樓板(3層和5層)厚度不小于120mm，并雙層雙向加強配筋。根據《高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3－2010》的相關規定，體型收進部位上、下各兩層塔樓周邊豎向結構構件的抗震等級提高一級，框架柱在此范圍內箍筋全高加密，提高縱筋配筋率;收進部位以下兩層結構周邊豎向構件配筋加強。針對因開洞形成樓板不連續情況，整體計算時按實際開洞情況建模，并將以上樓層定義為彈性膜，以考慮樓板不連續對結構的影響;同時，構造加厚連廊等薄弱區域樓板至130mm厚，并雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。