高层建筑结构分析篇1

关键词：高层建筑建筑结构现代

建筑行业的发展，高层建筑也有了一定的发展，高层建筑的数量在逐渐地增加。随着高层建筑结构高度增多的同时，建筑的侧移与内力也需要增加，如果高层建筑的高度不能再增高时，侧向移位很大，因此水平荷载出现的侧移与内力决定着结构体系与材料用量以及建筑造价。就高层建筑的设计而言，其依赖刚度支配，并不是依赖于结构材料的强度，结构体系决定着刚度的高低。于是，结构体系为高层建筑设计的关键。

一、结构特点

（一）水平荷为高层建筑设计的决定因素。第一，楼房自重与楼面所采用荷载在竖构件里造成的轴力与弯矩和楼房高度的一次方为正比关系；然而水平荷载对结构造成的倾覆力矩，还有其在竖构建里造成的轴力，和楼房高度的二次方为正比关系；第二，就特定高度的楼房来讲，竖向荷载的数值大概是一定的，然而水平荷载的数值是不定的。

（二）重视轴向变形。就高层建筑而言，竖向荷载数值比较大，可以在柱里造成很大的轴向变形，进而影响到连续梁弯矩，导致其中间支座位置的负弯矩值降低。也会影响到预制构件的下料长度，需要依据轴向变形算出数值，来调整其长度，除此以外，还会影响到构件剪力与侧移，和构建竖向变相比较来看，会得出和安全结果相偏离的结果。

（三）侧移变成控制对象。高层建筑和低层楼房不一样，结构侧移为高层建筑设计时必须考虑的重要影响因素。受楼房的高度不断提高的影响，侧移变形也在持续地加大，于是结构受水平荷载影响下的侧移要控制于一定的限度之中。

（四）结构延伸性为设计指标。和低层楼房相比，高层建筑结构较柔，受地震的影响，它的变形会大一些。保障建筑结构在塑性变形环节还有很强的变形力，防止出现倒塌，尤其要在结构上采用合理的措施，使得结构具有较好的延伸性。

二、结构体系

（一）剪力墙体系。如果由平面剪力墙构件建承担全部受力时，也就形成了剪力墙体系。于剪力墙体系里，有单片剪力墙担负着所有的垂直荷载与水平力。其属于刚性结构，剪力墙位移曲线为弯曲型。它的强度与刚度均很高，具有较好延伸性，总体性很好，具有较强的抵抗倒塌能力，剪力墙为一种较好结构体系，可以建构高度高于框架剪力墙体系。

（二）简体体系。只要是运用简体为抗测力构建的结构体系就是简体体系，简体体系包括简单体和筒中筒以及多束筒等很多型式。简体为一种空间受力构建，其主要有两种类型：即实腹筒与空腹筒。实腹筒为由平面构成的三维竖向结构，或者是由曲面墙构成的三维竖向结构，由密排柱与窗群梁或者为开孔钢筋混凝土组成的空间受力构件为空腹筒。筒体体系的刚度与强度均很强，各个构件都能够合理的受力，其抵抗风力以及抵抗地震能力均很好，该体系通常运用于跨度较大的高层建筑，或是是运用于高度较高的高层建筑。

三、结构分析

（一）基本假定。高层建筑结构为自竖向抗测力构件经过与水平楼盘相连形成空间结构体系。如果玩玩全全的根据三位空间结构研究是很难进行的。本文对某些情况进行假定：

首先，弹性假定。目前高层建筑结构分析法都采取弹性的计算方法。受垂直荷载的影响或者是受一般风力的影响，建筑结构经常处于弹性工作环节，该假定和实际情况基本相符合。如果受到地震或者是大风影响时，建筑结构就会出现很大程度的位移，导致裂缝出现，就会到弹塑性工作环节。如果出现这种状况还是以弹性方法进行计算，就不能反映出它的实际工作情况，因此，应该依照弹塑性分析法去设计。

其次，小变形假定。这也是多种假定方法中比较常使用的一种假定。然而有很多人分析了几何线性问题，通常情况下，如果顶点水平位置与高层建筑物的比到一定数值时，就要关注该问题所带来的影响。

再次，刚性楼板假定。结构分析法假定楼板与自身平面里的刚刚度为无限大，不考虑楼板外面的刚度。通常来说，框架体系比较适合这种假定，剪力墙体系亦是如此。

（二）静力分析法。首先，框架—剪力墙结构。有很多计算该种结构的内力与位移，但是经常使用的假定为连梁连续化。由于剪力墙和框架水平位移的协调条件，通过位移和外荷载间的联系，利用微分方程进行求解。受所使用的未知量与考虑要素不一致的影响，采用的各种方式解答出来的具体形式也是不一致的。该种结构的计算方法，一般情况下，把结构变成等效壁式框架，采取杆系结构矩阵位移法计算。

其次，剪力墙结构。剪力墙的开洞状况影响着它的受力特点以及变形状态。依照单片剪力墙受力特点的不一致，可以将其分成单肢墙和联肢强以及特殊开洞强等多种类型。种类不相同的剪力墙，它的截面应力分布亦是不相同的，因此，想要计算结构的内力与位移，就要采用与之相适应的方法。

该结构的计算方法为平面有限单元法。使用平面有限单元法进行计算，所得到的结果精准性比较高，并且能够运用于各种剪力墙的计算。该种方法的不足之处为自由度过多，当前通常状况下只是用于特殊开洞墙等应力分布比较繁琐的状况。

总结：

随着社会的发展以及市场经济的发展，高层建筑也有了一定的发展。高层建筑的形式和高层建筑所使用的材料，以及高层建筑力学分析方式等变得越来越复杂，为了创新高层建筑，使得高层建筑的魅力得到充分地体现，探索新的高层建筑结构形式以及科学合理的高层建筑结构力学分析方法成为土木工程师的奋斗目标与研究方向。

参考文献：

高层建筑结构分析篇2

关键词：实例分析；高层建筑；转换层；结构设计

1转换层的类型

1.1梁式转换层

此类转换层传力明确、设计和施工简单，是现今运用得最广泛的。它是用框支柱来支撑框支梁，再由框支梁来支撑上部的剪力墙的框支剪力墙结构体系，而双向梁的设计又可以同时完成纵横向的转换。不过此转换层只适合上下轴线规范整齐的建筑，一旦轴线错位，受力情况变得复杂，就需要增加很多的框支梁来进行支撑。

1.2箱式转换层

为了满足平面楼板能在大截面转换梁中有无限大的刚度，显然转换梁顶的一层楼板已不够用，那么可以在梁底增加一层楼板，从而形成了一个箱形梁，当箱形梁环通建筑四周且遍布全层，于是形成了箱式转换层。箱式转换层也可以作为设备层，它不仅拥有刚度大、约束强的转换梁，而且传力均匀，整体作用很好。梁与梁之间多设备洞，且需较多资金才能完成复杂的工程是其缺点。

1.3厚板式转换层

在转换梁无法承托上下部多错位柱网时，就需要把梁做成板，而板的厚度是结合上部结构的荷载程度和柱网尺寸而得出的，这样就形成了厚板式转换层。板式转换层减轻了上部构造对下部柱网的约束，使其可以更加灵活的布置，同时也释放了空间。虽然厚板施工简单，也可以作为一个整体性强的大刚度承台，但因要消耗较多的材料，使自身的重量过大，从而导致地震作用加大，震害的发生更频繁。

1.4桁架式转换层

在商场与写字楼或住房相结合的建筑中，因其下部空间大、上部空间小且中间还需布置各类管道，这样就需要一个桁架式转换层来作为设备层。在桁架式转换层中，上下部柱墙结构是通过桁架来转换，管道的布置是穿行于各桁架之间，所以在设置桁架时需考虑到上弦节点是否与上部墙柱的肢形心对中，且最好全层都进行布置。桁架式转换层有几个优点，它的框支柱柱顶有最小的弯矩和剪力；同时也有几个缺点，在轴线错位中布置难度大、施工复杂。

2结构的设计要点

下面就以一栋带转换层的建筑为例，来分析一下设计中要注意的事项。某建筑总高75.2m，共分为25层，其中地下1层和地上24层。在地上的24层中第1至3层为设计为商业用房，上面21层楼层都设计为居民房。根据建筑的实际情况，并结合经济性和工程难易度，决定在第4层楼面设计一个梁式转换层，即框支剪力墙结构。

2.1确定抗震等级

该高层建筑是一个复杂工程，存在几种结构体系，因此抗震等级需根据不同的结构构件相对应的设计不同的等级。转换层上部是一个纯剪力墙的结构体系，抗震等级可设为三级。转换层下部为框支柱加剪力墙结构，它设有二级抗震作用，而底部加强区的抗震等级为三级，为了加强底部并保持底部的抗震等级一致，因此在一般的转换层的转换梁及以下楼层的框架梁和框架柱中的抗震等级都设为二级。该建筑的转换层设在第4层，是一个高位转换，因此应将转换层下部的框支架及剪力墙的抗震等级再提升1级，这样此部分就为一级抗震了。

2.2结构的布置

在正常的高层建筑中，它的侧向刚度需遵循下大上小、避免突变的原则，但是在有转换层的高层建筑中，其实际情况刚好与此原则相反，针对此现象，高规专门规定了带转换层的高层建筑的侧向刚度大小：在高位转换中，转换层上部和下部的侧向刚度比率应大于或等于1，且小于1.3。根据此规定，在设计本工程时就需注意尽量将上部弱化，而下部则需增强，为了达到此目的，可以采用以下的方式来完成：

（1）增加下部剪力墙的数量。（2）增加下部剪力墙的厚度。（3）保持下部剪力墙的完整性。（4）在下部剪力墙及框支架中使用大强度材料。（5）减少上部剪力墙的数量。（6）控制上部剪力墙的厚度。（7）在有些比较长的上部剪力墙中开些结构洞，在施工完成后，再将结构洞用普通墙填满。

结合以上几种方法，不仅强化了下部、弱化了上部，使转换层上下部的刚度比接近1，而且还减轻了上部建筑的重量，缩小了施加在框支梁上的荷载，更增大了建筑本身的振动周期，从而达到将地震作用力减小的效果。

2.3转换层构件的设计

2.3.1框支柱

框支柱的截面大小受轴压比和剪压比的影响，而框支柱的延性又与轴压比及配箍率有关联，因此要严格控制好框支柱的轴压比和配箍率，一般全长加密的框支柱的箍筋要大于Ф10@100，体积的配箍率也不能低于1.5%。在本建筑中，因为框支柱的抗震等级在一级，所以其轴压比要小于或等于0.6，又因为某些框支柱同时为剪力墙端柱，所以约束边缘的C40混凝土构件配箍值要大于或等于0.2，即配箍率为1.82%。为了加强框支柱的安全性，就要对应的增大框支柱柱端的剪力及其弯矩，而框支住最佳的承受剪力是其每层之和等于基底所承受剪力的30%。在程序计算中，由于楼板刚度被设为无限大，水平剪力受竖向刚度控制，及底部框支柱的刚度相比剪墙的刚度要小很多，导致框支柱最终得出的剪力结果很小，但是在实际情况中，可能会出现楼板变形、剪力墙有裂缝而导致刚度缩小，从而提升了框支柱的承受剪力，因此对增大框支柱的剪力有单独的作出一个规定。同时，需注意转换层在上下部中的连接要更加牢固，可以利用框支柱的纵筋来完成，把框支柱伸入在上部墙体内的纵筋延伸到一整层，而在墙体外的纵筋就将它们伸入到转换层的梁板内，达到固定要求。

2.3.2框支梁

框支梁是一个受力复杂且强大的传输枢纽，它传输着上下层的荷载，且也是框支剪力墙的抗震作用的重要保证，因此在设计框支梁时要将截面尺寸和高度规定清楚，同时也需对安全储备做好充足的准备。一般情况下，框支梁的截面大小是由剪压力来决定，宽度一般设为上墙厚度的两倍或两倍以上，并且要在40cm之上（包含40cm）；梁高也不能低于计算跨度的六分之一。在本建筑中，框支梁的宽度不尽相同在40cm至90cm之间不等。因为框支梁的抗震等级为一级，所以它的纵筋配筋率是不能低于0.5%的，实际上本建筑在计算程序中得出的结果不低于0.8%。因为框支梁是一个本身有轴力的偏心受拉的结构构件，所以要有大量的Ф18腰筋来支撑并在梁高之间的距离不能超过20cm，且还要将其牢固的伸入到支座中。当框支柱上同时支撑多根框支梁时，就需在其周围设计几个柱帽，用来加强框支梁的纵筋在框支柱中的钢筋砼对。由于框支梁承受的剪力很大，且对抗震能力起到重要作用，因此要遵循强剪弱变的规则，当纵筋还有剩余时，箍筋也要有所增强，这样可以使用全长加密的大于12@100的复合箍，其配箍率也得到了相应的提升，可以达到1.15%甚至更高。另外，为了将强剪的安全得到保证，可以在承受剪力最大的主框支梁的顶端截面增加一层水平加腋。

2.3.3转换层楼板

在框支剪力墙的结构体系中，转换层上下部因为结构的不同，其内力分布的规律也存在着差异：上部楼层中，纯剪力墙的结构使得外荷载水平力可以根据各剪力墙的相同刚度按比例分布在各剪力墙上；但是下部楼层中，框支加剪力墙的结构中框支柱刚度和落地剪力墙的刚度有所不同，导致水平剪力的分配没那么均匀，它主要是分布在落地剪力墙上。也就是由于荷载的分配在转换层中发生了突变，导致转换层楼板需将上下部剪力进行重新分配，又因为转换层楼板的平面内本身就有承受一个非常大的作用力，导致其很容易变形，所以需加强转换层楼板的刚度。在本建筑物中，转换层楼板是由厚达20cm的C35混凝土及整板的双层双向的Ф14@125钢筋构成的，其配筋率都快达到0.7%，足有0.69%。同时该建筑中上部两层楼板及下部各层楼板都有加厚到15cm以帮助转换层楼板对剪力的重新分配。

参考文献：

高层建筑结构分析篇3

关键词：高层办公建筑；结构设计；弹塑性

0前言

高层建筑在全球的出现和发展已经有了很长的历史，随着我国经济状况和建筑技术的发展，我国迎来了高层建筑的快速发展时期。而高层办公建筑逐渐发展为了一种成熟而独立的建筑体系，但是由于人们对于建筑的创新设计是不会停止的，所以高层办公建筑新类型、新形势的设计也受到了人们的普遍关注。本文就高层办公建筑结构设计实例进行了分析，并结合了具体的工程实例，以期能为高层办公建筑的结构设计提供参考。

1工程概况

据测量，某高层办公建筑总建筑面积为13568m2，地上12层，地下1层，建筑总高度41m，檐口高度38.9m，1层层高为3.3m，2层层高为3.2m，顶层层高为5.4m，标准层层高为3.0m。本工程建筑场地类别为Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组，特征周期为0.45s，设计地震基本加速度为0.05g。基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

本工程为办公楼，布局简洁大方，除个别房间为较大空间的会议室外，其余房间多是标准的办公室用房。这种较规则的建筑平面设计，为砌块结构的使用带来便利。本建筑结构采用配筋砌块剪力墙结构。虽然对于本工程，190mm厚砌块（简称190砌块）也能满足设计要求，但为研究配筋砌块建筑在更大高度上的应用，探索290mm厚砌块（简称290砌块）的工程实际使用，提高建筑物使用中的舒适性，在设计中使用了290mm厚系列砌块。本工程现已经完工，使用效果较好。

本工程基础形式为灌注桩基础，除上部结构自重较钢筋混凝土结构稍大外，基础设计并没有特殊的要求

2结构设计

2.1建筑材料

本建筑为纯剪力墙结构，按砌块整浇墙结构要求进行设计和施工，砌块采用290砌块和190砌块两种，孔洞率分别为53%和45%，其中290砌块的基本块型见图1，特殊块型。

工程外墙使用290砌块，内墙使用190砌块。灌芯混凝土采用Cb40，圈梁及楼板混凝土采用C30。墙体的强度及弹性模量换算见表1，其中MU20砌块、Mb20砂浆的墙体强度大致对应C24～C26，弹性模量大致对应C15～C18。

2.2振动特性

采用SATWE软件进行弹性分析，剪力墙采用基于壳元的墙元模拟。从本建筑前3阶振型对应的自振周期可以看出，第1阶振型自振周期在0.8s左右，总体刚度较大。扭转周期与最大平动周期比值为0.76，符合相关规范不大于0.9的限值要求。

2.3风荷载及多遇地震作用下弹性分析

风荷载及多遇地震作用下的最大层间位移角，其中地震作用下的位移值采用反应谱法及时程分析法计算。地震波采用ElCentro，PEL_180，LWD_DEL三条天然地震波及一条人工波。

风荷载作用下的反应较地震作用下的弱，风荷载作用下Y方向反应相对较强，最大层间位移角达到1/4904，但远小于地震作用下反应谱法计算得到的1/2985，主要原因是本办公楼整体刚度较大，相应的地震作用较强；地震作用下，尽管X方向反应更强些，反应谱法计算的最大层间位移角达到1/2466，也远小于砌体规范规定的1/1000。

2.4抗倾覆等各项验算

（1）结构整体抗倾覆及稳定性验算：整体抗倾覆验算可知道整体稳定余量较大，未出现零应力区。

（2）剪重比：本建筑第1周期小于3.5s，最小楼层剪力应不小于该层以上累计地震质量的0.8%。经验算，X方向最小的剪重比为1.18%，Y方向最小的剪重比为1.19%，均满足大于0.8%的限值要求。

（3）结构规则性：本建筑的扭转比验算中，在X方向各楼层最大层间位移与平均值的比值均小于1.2，Y方向大于1.2，但小于1.4，需要考虑扭转的影响；各楼层抗侧刚度比较均匀，未出现本层与上层刚度比不足0.7的情况，X向楼层刚度比最小值为0.87，满足要求。

2.5块型组合

2.6墙体配筋

根据SATWE计算的内力设计值，按砌体规范编制电子表格进行配筋计算，水平钢筋设置在连系梁块肋上的槽口内，箍筋需设置在砂浆灰缝中，不允许箍筋重叠。钢筋的连接采用搭接的方式，上下钢筋不对齐时，利用钢筋混凝土圈梁作为上部钢筋的锚固点。

一字形墙肢上与墙肢垂直的钢筋混凝土梁需要按简支梁设计，因为配筋砌块墙的钢筋放置在靠近中部位置，不能对梁端产生很好的约束。本建筑中其他钢筋混凝土构件的设计，与钢筋混凝土结构并无太大差别。

3弹塑性分析

《建筑抗震设计规范》（GB50011―2010）并没有对此类房屋作弹塑性验算的要求，但由于配筋砌块建筑相对于其他形式建筑较少，设计经验相对欠缺，故对本建筑进行了弹塑性验算，以了解其在罕遇地震作用下的反应，找出薄弱环节，提出解决措施。

3.1灌芯砌块砌体的设计强度

砌体规范对灌芯砌块砌体设计强度的规定，主要是基于190砌块的，其孔洞率大约在45%，而290砌块，孔洞率可以达到53%，甚至更高，意味着砌块壁更薄，灌芯混凝土所占比重加大，既有关于砌体强度的计算公式是否适用需要研究。

3.2材料本构关系及恢复力模型

采用PKPM/EPDA软件进行分析。由于目前PKPM/EPDA尚无灌芯砌块砌体的本构关系，进行弹塑性分析时钢筋和灌芯砌块的本构模型用混凝土模型近似代替。

近年来，为研究高层配筋砌块剪力墙结构的性能，推广290砌块的使用，某大学进行了一系列试验研究，从基本的材料本构关系到墙片的伪静力试验。PKPM/EPDA中的材料模型，正是依据上述试验结果加以修正得到的。

PKPM/EPDA将SATWE程序中使用的弹性墙单元进行了推广，给出了开洞剪力墙“宏单元”模拟方法。该方法采用非线性壳单元模拟剪力墙，通过分块积分考虑剪力墙开洞。非线性壳单元由提供平面内刚度的非线性膜单元和提供平面外刚度的板单元组合而成。

3.3弹塑性分析结果

利用PKPM/EPDA分析，用混凝土材料的本构关系代替灌芯砌块时，对材料的强度与弹性模量做了相应处理，即混凝土标号按弹性模量与灌芯砌块砌体的相对应的等级取用，如MU20，Mb20组成的砌体按C18输入（二者弹性模量相同），以保证结构的变形符合实际的情况，使各构件的内力值也更准确。在验算轴压比等与材料强度相关的信息时，需要注意调整材料强度所带来的影响，上述C18需转换成与MU20，Mb20砌体强度值相同的C26才可以。所得建筑物在各地震波下的总体侧移及最大层间位移角。

各条地震波作用下的X向和Y向结构最大层间位移角数值，其最大反应为ElCentro波作用下的X向，数值达到1/824，远小于抗震规范规定的限值1/120。

4结语

综上所述，高层办公建筑随着我国城市的发展也越来越多的出现，而对于其的结构设计成为了现在主要的建筑设计之一。本文就高层办公建筑结构设计实例进行了分析，针对性地研究分析了有关抗震性、弹塑性等设计问题，并提出了一些施工措施，相信对类似建筑的设计能起到一定的帮助。

参考文献：

高层建筑结构分析篇4

摘要：近几年，建筑业的蓬勃发展，建筑的体型日益增大，功能日益多样，结构日益复杂，结构设计要求也日益提高。转换层结构由于其特有的优点在高层建筑领域占有重要的地位。本文结合实际工程实例，探讨了建筑梁式转换结构设计方法，并在文末简要地提出笔者自己的体会。

关键词：高层建筑；梁式转换结构；设计

目前，随着我国人民生活水平提高，建筑事业的高速发展，建筑结构和功能日益复杂，平明布置及立体构造复杂度大为提高。由于建筑结构复杂，建筑上部和下部结构体系差别较大，这需要设计转换层以满足建筑设计的需要。目前，转换层结构应用广泛，形式也多样。而其中，以梁式转换层结构应用最为广泛。本文就结合工程实例，探讨梁式转换层结构的设计方案。

1工程概况

该高层建筑为2塔楼和裙楼构成，地下1层，地上12层。1~4层层高4.5m，1－3层作商业房，4层为文化娱乐场所，转换层设在第4层，层高5.7m；5层为空中花园，6层以上均为民用住宅，层高3.0m。由地质勘查资料得知，现场地质结构稳定，为属抗震有利区。本工程6度设防，设计风压值0.70kN/m2。

2结构方案及布置

2.1结构设计难点分析

由于本建筑同一层的户型差异较大。为了最大限度地争取有效建筑面积，建筑采用短肢剪力墙结构。底部4层商业、娱乐用房采用框支剪力墙结构体系。由于该结构的复杂性，缺失抗震功能，故于设计结构总体过程中有必要控制转换频率，简化传力途径。本工程在施工中主要要解决的问题包括两点：一是为确保建筑结构在竖向方向的刚度保持均匀，需要最大限度地设置上下贯通构件。选择在电梯井道、消防楼梯间及电梯厅，布置一中央核心筒。二是对裙楼柱网进行科学设置，确保凌空剪力墙可架在转换层托梁之上。

2.2抗震等级的确定

本建筑以第4层转换层为界，上面为短肢剪力墙结构，下面为部分框肢剪力墙结构，所以其抗震等级也不能一概而论，需要针对不同部位的结构决定。一般而言，工程抗震烈度为6度，框支框架及剪力墙底部加强部位的等级均为二级，而非剪力墙底部加强部位的等级设为四级。但是本工程为高位转换，就是转换层处于3层以上，按相关规定，框支柱及剪力墙底部加强部位的抗震等级壁普通的都要提高一个等级，所以，最后，设计人员确定在本工程抗震等级方面设定一级框支柱和剪力墙底部加强部位。

2.3结构竖向布置

一般而言，高层建筑侧向刚度从上到下，均匀递增，上下差别比较明显。但带有转换层结构尤其是高危转换结构的高层建筑并非如此，此类建筑的转换层侧向刚度上下基本一般，比例宜接近1。设计中要注意加强下部结构，消弱上部结构，但要防止建筑出现薄弱环节。笔者认为需要做好以下几个方面的工作。

第一，对于具备落地条件的剪力墙，就好尽量使其落地，甚至可考虑于建筑底端增设一些剪力墙，加大底部支撑力度。第二，适当加强底部结构，弱化上部结构，以转换层为界，下部设置厚350mm的剪力墙，上部设置厚200mm的短肢剪力墙。第三，在满足框支柱、短肢剪力墙轴压比的基础上调整框支柱大小及短肢剪力墙长度。

通过以上措施，本设计采用楼层刚度算法－剪弯刚度算法，X方向等效刚度比=0.9965，Y方向等效刚度比=1.0637，能有效控制上、下侧向刚度比。

2.4结构平面布局

因本工程带有转换层，结构布置不对称，经过反复地核算，将质量中心和刚度中心偏差控制在1m之内，效果较好。除了中央核心筒，其他的剪力墙布置都达到分散、均匀的设计要求。

为了提高建筑的抗扭能力，加大周边刚度，削弱中央核心筒刚度，在不影响建筑功能的条件下将建筑物边长短肢剪力墙调整为剪力墙。通过分析计算可得，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值在0.9以内，可以同时满足保证抗扭能力及平面布置的需要。布置合理，效果良好。

3结构计算和分析

利用SATWE软件采用三维壳元有限元模型进行结构的计算和分析。计算分析结果如下：

3.1软件计算结果

对于SATWE软件，主要处理的数据为扭转耦联时的振动周期、转角、平动系数及扭转系数，具体结果见表1、2所示：

表1：SATWE软件1塔计算结果

3.2软件计算结果分析

由以上计算结果可以看出其相关数值在都处于规范设定的范围之内，这显示建筑结构布置较为合理。此外，要针对受力较为复杂如转换梁部位分析其应力情况，并相应地做好配筋设计校核。采用高精度平面有限元FEQ软件分析应力，并要考虑到下面几个方面：

第一，分析对象限制在主梁承托的框支榀。第二，为控制整体分析的误差，宜全轴线截取计算榀。第三，通常截取框支层以上3层。第四，利用SATWE软件采用墙元、壳元模型整体分析转换层结构，以便使FEQ在分析传递荷载时精确度更高。第五，FEQ主要计算框支托梁配筋、剪力墙加强部位的配筋，其他部位、构件的配筋最好参考整体分析的结果。

通过校核结果得知，计算结果FEQ软件的框支梁底筋一般都较之SATWE软件要小，部分FEQ软件有限元计算值较之SATWE软件要大。

4建筑结构设计要点分析

4.1框支柱

确定框支柱截面尺寸的主要方案为通过控制轴压比以满足剪压比要求为宜。本工程设置1级抗震的框支柱，轴压比控制在0.6以内，对于一些截面偏大的短柱，轴压比要控制在0.55以内。另外，柱截面延性还有重要的影响因素为配箍率，同普通框架相比，框支柱配箍率要高很多，一般要控制在1.5%以上，箍筋要确保在Φ10@100以上，全长加密。由于框支柱在高层建筑中对建筑稳定性有着极大的影响，为充分保证建筑安全性，将柱端剪力和弯矩都乘上适当的扩大系数，每层框支柱承受剪力大小之和取30%的基底剪力大小。若通过软件编程计算，通常楼板刚度都设为∞，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，导致框支柱剪力很小。但在实际工程中难免会出现楼板变形及墙体裂缝的情况，楼板刚度减小会导致框支柱剪力的提高。所以需要特别对此作出规定。此外，为确保转换层具有良好的衔接能力，框支柱上部墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；墙体范围内的其他纵筋全部水平锚入转换层梁板内，以满足锚固要求。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。工程框支梁宽度为700~800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储，一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。框支柱在满足计算要求下，配筋率不得小于0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用Φ18，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内，框支梁受剪很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，箍筋采用Φ16@100六肢箍全长加密，配箍率达到1.18%。

4.3转换层楼板

框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；并且由于转换层楼板必须有足够的刚度保证。转换层楼板采用C30的混凝土，厚度180mm。Φ10@150钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到0.31。另外，为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将该层以上及以下各一层楼板也适当加强，均取厚度150mm。

5结束语

在建筑设计前就要对整个体系有一个清楚的把握，分析设计方案的弊端，如结构薄弱环节可能带来的缺陷，需要有一个清楚的认识。框支剪力墙结构体系是不利于抗震的，设计的关键部位就为转换层设计。如果为高位转化层，即3层以上，需要对底部框支层刚度采取必要的加强措施，避免底部移动突变。转换梁的受力受到上部墙体分布和梁支座约束情况影响。如果转换梁和上部剪力墙共同工作支座约束较强，梁为偏心受拉构件。对于梁抬柱或抬小墙肢情况，转换梁可以为全跨偏心受压。

参考文献：

[1]李春富.浅析高层建筑梁式转换层的设计[J].中国科技信息.2005(12)

[2]刘喜平.转换梁对高层框剪结构受力性能的影响[J].低温建筑技术.2012(02)

[3]刘跃平.高层建筑框支剪力墙转换层结构的设计[J].湖南工程学院学报(自然科学版).2008(04)

[4]程晓杰,李美龄.某框架-剪力墙体系高层结构抗震性能分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版).2012(01)

高层建筑结构分析篇5

关键词：建筑层转换结构设计

中图分类号：S611文献标识码：A

一、转换层结构的几种型式及其设计特点

目前高层建筑的发展趋势，既集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等多功能为一体的综合型建筑。但由于空间功能的复杂化，使得建筑结构也随之变化。为了适应上部小空间下部大空间的功能需要，需在两种结构的交接部位设置过渡结构，也就是所谓的转换层。因高层建筑结构的多样性，也呈现多种形式：

1、转换层形式一：板式转换

整体来讲，板式转换的力学性能和经济指标均较差。当上下轴网变化但仍正交时，可采用正交主次转换梁的结构型式来实现转换。板式转换最大的优点是可以在转换层以上随意布置结构型式和轴网，特别适用于建筑物上下部轴网错位复杂甚至互不正交的情况。由于抗剪和抗冲切的需要，转换板厚一般在2M以上，这一方面造成转换层质量和刚度的突变，在地震作用时结构反应增大，转换层上下相邻层更成为结构薄弱层，不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加，下部竖向构件的荷载明显增大，设计难度大。

2、转换层形式二：梁式转换

实际工程中，转换层常兼作设备层，转换梁腹部要开设洞口以便设备管道的通过，因此转换梁的计算模型可根据开洞与否以及洞口的相对大小分别取为实腹梁、开孔梁、双梁和空腹桁架等。梁式转换具有传力路径清晰快捷，施工方便，构造简单，工作可靠等特点，转换梁的截面尺寸主要由其抗剪承载力决定，但可通过加腋或采用钢骨混凝土、预应力混凝土等方法来减小截面尺寸。在进行转换梁设计时，要特别注意对转换大梁与上部结构共同工作程度的分析。

3、转换层形式三：桁架转换

桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。

4、其它转换型式

其它转换型式包括：

(1)巨型框架它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能，是目前国内建筑结构发展的一个重要方向。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度;巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。

(2)斜柱转换式可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡，转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下楼层产生的水平力，使转换层设计更加方便。

二、高层建筑转换层结构的设计原则

转换层结构的概念：指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系，为了满足城市建筑功能的要求,那么结构必须以与常规方式相反进行布置，上部小空间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间,布置刚度小的框架柱。转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，所以在设计转换层结构时应遵循以下原则：

1、布置转换层上下主体竖向结构时,注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通,尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通.

2、弱化上部，强化下部，抗震设计时应保证转换层上、下部主体结构的总剪切刚度比值满足下式：式中：分别为转换层上部第I楼层、下部第J楼层的主体竖向结构总剪切刚度。

3、尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。

4、优化转换层结构。选择具有明确传力路径的转换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工质量。

5、将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析.必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算。

三、转换层结构设计中应注意的问题

1、与建筑专业的相配合

为了满足建筑的需要，因此高层建筑转换层结构型式的选择必须与建筑相互配合。

(1)转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如巨型框架、拱式转换等型式不仅具有良好的受力性能，而且能满足该类型建筑外观的要求;

(2)转换层结构必须服从于建筑功能的实现，实际工程中常常将设备层兼作转换层，此时转换层中要有足够的空间让设备管道通过，当洞口尺寸超出开孔梁允许范围时，宜用实腹或空腹桁架代替梁式转换。

2、转换层结构刚度的合理选择

在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。

3、转换层下部主体结构的刚度分布

对于转换层结构来说：竖向刚度突变也是最复杂的问题，是不可避免的。为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足要求，抗震设计时，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。

4、逆向转换

逆向转换是一种转换层类似倒置的常规转换层特殊的结构，故称为逆向转换层。斜柱转换和桁架转换传力路径明确，刚度较小，最适用于逆向转换层结构，在工程中可结合实际情况选用。当建筑物外观或使用功能要求柱网上疏下密时，下部柱网中由于各柱承受荷载的差异导致相互间的竖向压缩位移差，在下部结构的水平构件中产生较大的次应力。为了避免由此引起的结构问题，在柱网发生变化处必须设置转换层，以调整下部柱网中各柱的荷载趋于均匀。

四、注意事项

1、结构转换层型式多且各具特点，设计时应结合工程实际情况加以选用，对于复杂工程可采用多个方案综合比较和选用的方法。

2、注重转换层结构的概念设计，合理的结构平面和竖向布置可以从整体上形成良好的抗震体系，保证建筑物的安全性和经济性。

3、在框架,框架或短肢剪力墙,框架的正交主次转换梁式转换层设计中，应注意选择适当的转换梁刚度，减小由于转换次梁的支座沉降引起的次应力。

4、在加强转换层下部结构时，要避免由于刚度分布不均匀引起扭转或刚度过于集中而导致不安全。

五、结束语

高层建筑体现一个城市建设的基本特色，承载着城市发展过程的信息。为此，高层建筑的发展也是塑造城市新特色的重要条件。然而如何将现代的高层建筑更更好的与城市建筑中的各个因素相应的结合起来,有效地把建筑风格融合到城市的环境中去设计，是每个建设者需要考虑的问题。

参考文献

高层建筑结构分析篇6

【关键词】高层建筑混凝土结构设计

中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：

一、前言

我国高层混凝土建筑自上世纪90年代随着城市化的进程而飞速发展，其数量需求日趋增加，高度也在不断增加，同时结构越来越复杂，其结构设计工作也变得越来越重要和困难。

二、高层混凝土建筑结构分析

1、高层建筑结构分析的基本假定

计算假定是为了将计算模型简化。简化的程度根据计算工具的不同，以及兼顾必要性和合理性决定。

（1）弹性假定。这在目前的高层建筑结构分析中均采用，在垂直压力和水平力的作用下，结构一般都处于弹性状态，所以弹性假定与实际状况相符。

（2）小变形假定。各个方法都普遍使用，有人对重力二阶效应研究认为，顶点水平位移和建筑物高度的比大于1/500时，就不能忽略重力二阶效应的影响。

（3）刚性楼板假定。一般假定楼板自身平面的刚性无限大，平面之外则忽略，这是为了简化计算，而如果在此假定下设计，则要保证楼板的刚度。

（4）计算图形的假定。计算图形假定有：一维协同分析，只计算一个方向上的变形；二维协同分析，计算纵横两个方向；三维空间分析。

2、高层建筑结构静力分析方法

（1）剪力墙结构：剪力墙结构是由钢筋混凝土墙体受力的承重结构，墙体由于实际需要一般都有开洞，开洞情况的不同形成了不同类型的剪力墙。不同类型的剪力墙受力和变形情况不同，计算内力和位移的方法也不同。一般采用平面有限单元法，能够对不同类型的剪力墙进行比较准确的计算。

（2）框架-剪力墙结构：这种结构是在框架中布置剪力墙，两者结合的承重体系，对于该结构中内力和位移的计算，通常将结构等效为壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法。

（3）筒体结构：筒体结构是由框剪结构和剪力墙结构结合而成，筒体结构的分析方法包括等效连续化、等效离散化、三维空间分析，筒体结构的计算是通过计算机程序进行的，在设计时可以简化计算。这些计算方法包括：空间杆系-薄壁柱矩阵位移法；平面展开矩阵位移法；等效弹性连续体能量法求解；有线条分析法。

三、高层混凝土建筑结构设计特点

1、侧向力的影响

侧向力是影响结构内力、位移和土建造价的主要因素。在低层结构中，受垂直方向和水平方向的力而产生的内力和位移都比较小，以致可以忽略不计；在多层结构中，侧向力所产生的影响慢慢变大；在高层建筑中，水平负载和侧向力会变成主要控制因素。

2、结构应具有适宜刚度

侧向力产生的内力和位移会随着高度的增高而变大，所以高层混凝土建筑结构的设计就需要具有一定的强度和合适的刚度。这样可以使结构有合适的动力特性，而且能把侧向力产生的内力和位移控制在合理的范围内。

3、结构应具有良好的延性

高层建筑相比于低层建筑，它的结构更柔、地震变形更大。建筑结构的抗震性主要受其负载力和变形能力的影响。为了让结构处于塑性变形时还有较好的变形能力，防止高层建筑在地震中倒垮，除了要保证必要的强度，还可以利用概念设计和构造措施，以加强结构的变形能力，确保结构的延性。

在高层混凝土建筑结构设计中，应该综合考虑以上特点来合理设计，使结构的强度、刚度、延性有一个良好的平衡。

四、高层混凝土建筑结构设计中要点分析

1、概念设计

概念设计是为了确保结构的抗震能力。结构概念设计的内容很广泛，各个设计环节中都有体现。需要注意的是：

（1）结构体系应该优先选择具有优良抗震及抗风能力，并且在经济上比较合理的方案。

（2）一般工程仅进行小震下的弹性设计，而用概念设计和构造措施保证中震可修、大震不倒[1]，但实际情况中是否能做到还难以证实。对于抗震设防烈度高地区的重要及超限建筑，需要更明确的设计指标。

（3）结构应该要能抵抗各个方向的地震力，所以要让结构平面上x、y轴方向有一定的刚性和抗震性；选择结构刚度时要注意变形不能过大，否则会导致结构破坏；除了刚度和抗震能力的要求，还应该有一定的抗扭刚度和抗扭转地震的能力。

（4）独立结构单元中要避免受力太过集中，且在该部位不要设置楼梯或电梯间；纵向结构尽量不要外挑，内收也不要太多、太急；结构刚度纵向上不要均匀分布，以免出现某部位薄弱，要防止由于某些结构破坏使整个结构失去抗震和载荷力。高层建筑的结构单元间应加强连接。

2、结构选型

（1）结构的规则性问题

关于结构的规则，新规则相比旧规则做出了比较多的改变，增加了很多限制要求。比如平面规则性、嵌固端上下层刚度比等。并且新规则明文规定建筑设计不得采用严重不规则的方案。所以，结构工程师应该严格按照新规则的要求进行，防止后期设计工作被动。

（2）结构的超高问题

抗震规范与高规对高度做了严格的限制。新规范对于超高问题，除了原有的A级高度的建筑，新增了B级高度的建筑。所以，要注意结构的高度问题，如果结构为B级高度建筑或更高，那么设计处理都要有较大的改变。

（3）嵌固端的设置问题。

高层建筑一般都有地下室和人防，嵌固端可能设置在其顶板。设计师常常忽忽略了嵌固端设置所引发的一些问题。例如嵌固端楼板的设计、上下层刚度比的限制、上下层抗震等级的一致性等等。如果某一方面没有做好，都可能使后期对设计进行大幅修改或者引发安全问题。

（4）短肢剪力墙的设置问题

新规范对短肢剪力墙的使用给出了非常多的限制条件。所以，高层混凝土建筑结构设计中应该尽量少使用乃至不使用短肢剪力墙，以免它的应用使后期设计工作变得更加繁琐和困难。

3、地基基础设计

在地基基础设计中要注意地方性规范。我国幅员辽阔，《地基基础设计规范》难以对全国都进行详细规定。所以，在国家规范下的地方性规范，可以对各地的地基基础设计进行更详细的描述和更准确的规定。

4、结构计算与分析

（1）结构整体计算的软件选择

使用不同计算模型的结构整体计算软件其结果不完全相同。因此，选择软件时要考虑到结构类型及计算模型的特点。判断计算结果是否合理可靠，是结构工程师的重要工作，这需要其专业知识和实际经验的支持。

（2）结构整体计算需控制的几个参数

a、剪重比：控制地震最小剪力，确保结构安全；

b、刚度比：控制结构竖向规则，以免刚度突变；

c、位移比：控制结构平面规则，避免发生扭转。

d、周期比：控制结构扭转效应；

e、层间受剪承载力比：控制竖向不规则。

（3）多塔结构和分缝结构的计算分析

结构工程师计算多塔楼的高层建筑时，需要考虑是应该把结构看成一个多塔整体还是分开进行计算。如果是后者，裙房和基础计算误差较大，塔间的互相影响也难以考虑。所以应该先按整体计算，然后计算周期比时再分开考虑。

（4）非结构构件的计算与设计

考虑到高层建筑受的地震力和风力比较大，所以设计非结构构件（尤其是房顶的装饰）时，需要严格依照关于非结构构件的规范来设计。

五、结语

高层混凝土建筑结构分析与设计工作很复杂，如果出现错误就会使整个设计工作变得更为困难，设计的结构也会变得不安全。所以，要重视设计过程的各个环节，发现问题就要及时改正，以保障设计成果的持久和安全使用。

参考文献

[1]由嘉,孙亮.论高层混凝土建筑结构的设计探讨[J].世界家苑,2012,(1):243.

[2]董俊,肖岱.论高层混凝土建筑结构分析与设计[J].四川建材,2010,(06):28-29,31.