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高層建筑結構分析:高層建筑結構抗震性能和抗震設計研究

摘要:為了緩解城市人口與土地面積緊張的局面，各地大規模建設高層建筑。我國位于環太平洋地震帶上，地震活動頻繁。地震發生時對建筑造成侵害，導致建筑倒塌等安全事故。為了確保高層建筑的安全和穩定性，必須重視高層建筑結構抗震設計。本文主要對高層建筑結構基于性能抗震設計與常規抗震設計進行比較，并分析了超限高層建筑結構的抗震性能目標，希望能提高高層建筑抗震性能。

關鍵詞:高層建筑；抗震設計；結構設計

引言

隨著建筑行業的快速發展，我國建筑逐漸向高層建筑和超高層建筑結構發展。高層建筑的結構復雜，層數比較高，建筑地基承受的荷載比較大。地震發生時，震源對高層建筑結構會產生沖擊力，容易造成建筑梁、柱斷裂，建筑倒塌等現象，嚴重威脅到人民群眾的安全。我國是地震災害比較頻繁的國家，高層建筑抗震設計一直是社會關注的重點，抗震設計的好壞直接關系到高層建筑的質量。因此高層建筑抗震設計的時候要根據高層建筑的實際情況，提高建筑結構抗震性能。

1超限高層建筑結構基于性能抗震設計與常規抗震設計的比較

1.1基于性能的抗震設計的概念

概念設計是目前一種比較先進的設計理念，與傳統建筑設計相比，概念設計不需要精準的計算或參考建筑設計規范相關的目錄，而是設計者根據實踐經驗，按照建筑結構體系的力學關系、結構破壞機理，從建筑結構整體進行把握設計。傳統的建筑設計思想無法滿足人們對建筑結構抗震功能的要求,為了提高建筑結構抗震安全性能要求,抗震設計已經發生了較大變化。比如建筑結構以力分析為主并兼顧力與變形，考慮到建筑結構變形、耗能和損失，以及非線性分析和可靠性分析。基于性能的抗震設計是20世紀90年代美國建筑設計師提出來的一個全新的設計理念。它的主要核心是將抗震設計從保護居民生命財產安全為基本目標轉移到不同風險水平地震作用力下滿足人們對建筑的性能要求，通過多層次、多目標的抗震安全設計，保障建筑安全，最終實現經濟效益和投資效益的平衡，滿足人們對建筑的個性需求。

1.2我國常規抗震設計方法

當前大部分國家的抗震設計規范為“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，我國采用二階段抗震設計方法滿足工業建筑和民用建筑實現以上三個原則的抗震要求，并在這個基礎上根據建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四類建筑物，根據建筑物的類別設置相應的抗震防烈要求。二階段抗震設計方法如下:第一階段是對建筑結構強度進行驗算，也就是小震的地震洞參數，通過彈性模量計算建筑結構的彈性地震作用力,并與建筑物風荷載、雪荷載、水平荷載等進行組合，計算建筑結構截面的抗震承載力，確保建筑結構的強度，并通過合理的平面結構布置，確保建筑結構的抗拉力。第二階段則是驗算建筑結構的彈塑性，也就是對地震作用下很容易倒塌的建筑結構按照大震標準進行設計，處理好建筑結構的薄弱環節，以免地震發生時首先沖擊建筑結構的薄弱環節，影響到整個建筑結構的安全性和穩定性。

1.3常規抗震設計方法與基于性能抗震設計方法的比較

基于常規抗震設計方法與基于性能抗震設計方法在設防目標、設計實施方法和檢驗方法、實現性能和工程應用方面都有所不同，具體見表1。通過比較發現，基于性能抗震設計方法是未來建筑抗震設計的發展方向，它適應了社會新技術和新工藝發展需求，能夠滿足建筑業務單位和使用單位對建筑結構安全性、經濟性等相關要求。

2超限高層建筑結構的抗震性能目標

某酒店塔樓的高度是168.9m，結構計算高度為176m，建筑結構為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場地類別為III類，建筑抗震等級為二級。

2.1結構的抗震性能水準

按照相關規定，酒店的塔樓高度、平面扭轉不規則等不能超限，所以在第一、二階段抗震設計過程中，必須采取有效的方法滿足建筑工程國家以及地方相關的標準，并將基于性能抗震設計目標概念進行設計。按照《建筑抗震設計規范》給出的抗震性能設計方法以及《高層建筑混凝土結構技術規范》中的相關規范進行設計，確定該酒店的性能水準為C類，具體控制目標如下:

2.2建筑結構的性能目標

超限高層建筑結構規則性、高度等方面超出了建筑工程規范中的適用限值，使得抗震設計缺乏相應的參考依據。基于性能目標設計方法在設計的時候，需要綜合考慮到建筑場地實際設防裂度、超高限值以及建筑結構不規則等經濟因素，對超高建筑的薄弱環節、主抗側力構件等結構變形能力和抗震承載能力有具體的性能目標。按照建筑工程設計中相關內容，建筑結構關鍵構件由建筑結構工程師根據工程實際情況分析。比如水平轉換構件和支撐豎向構件、大懸挑結構的主要懸挑構件、長短柱在同一樓層的數量相當于在該層各個長短柱等要求。這其實是將過去常規抗震設計中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則進行量化和細化。比如將A級性能目標設計要求建筑結構小震不壞、中震和大震不壞，就是要求建筑結構在中震和大震中依然保持一定的彈性。

3結語

隨著建筑行業的快速發展，常規的建筑工程抗震設計方法已經無法滿足當下建筑設計的要求，基于建筑結構性能抗震設計理念對抗震結構的目標進行量化，明確抗震目標性能，能夠提高建筑結構抗震性能，必將成為建筑行業的發展趨勢。

作者：藍天 單位：廈門紫金工程設計有限公司

高層建筑結構分析:高層建筑結構概念設計問題研究

【摘要】隨著社會生產力的提高，社會大眾對于人類活動有更高的要求，建筑行業作為人類生活中必不可少的一部分。在商業化、工業化以及城市化趨勢下朝著高層建筑結構理發展，全新的施工技術不斷呈現，高層建筑結構已經有了設計與發展的物質基礎以及技術條件，本文就高層建筑結構的幾個設計概念中蘊含的幾個問題進行了探究，提出了幾點建議。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；問題

1高層建筑結構設計中應當遵守的幾個概念

1．1高層建筑結構概念設計中應當合理選擇設計方案

隨著城市化建設進程的加快，高層建筑在城市中成為隨處可見的風景，也是未來城市建設的發展方向。在進行高層建筑設計的時候，需要重點考慮高層建筑的外形、安全性以及可實用性，在建筑施工之前要優先完善建筑工程設計的方案，在高層設計的時候，提出的建設方案一定要是科學、合理的，包括了高層建筑設計的基礎方案、結構方案以及施工方案，就在出臺結構方案之前，要對高層建筑的施工現場進行全面的調查，對周圍的環境、氣候條件以及地質結構進行準確地考察，確保高層建筑在日后的施工以及使用中不會受到外界客觀因素的影響。在結構設計的基礎上，綜合高層建筑施工所需要的建筑材料、未來用戶的居住使用需求等等進行后續的基礎建設方案的完善以及優化，擇優而選，使得未來建筑工程在施工結構方面表現出合理性、可行性以及可靠性。

1．2高層建筑的設計施工要合理計算施工簡圖

總結多年的建筑工程施工經驗，所有的建筑計算簡圖在實際施工的過程中都有一定的差異，必然會存在一定的誤差。為了有效的改善這一誤差帶來的施工危害，要合理地控制誤差的范圍，在誤差較大的時候要及時重新計算和處理，提高計算簡圖的精確性，有效地規避計算簡圖誤差較大帶來的安全事故。在計算建筑優化的時候，需要高層建筑的設計人員重點關注，提高高層建筑的設計科學性和合理性。

1．3高層建筑的結構設計要正確地分析設計計算的結果

在高層建筑結構設計的階段，對于測量和計算的結果是有較強依賴性的。隨著計算機技術以及軟件技術在建筑行業內的廣泛應用，建筑結構設計中使用信息技術來提高對高層建筑的施工以及設計數據的計算和分析的準確性，設計人員在完善高層建筑設計概念的時候，需要精準地對計算機軟件計算得出的數據結果，結合自己豐富的建筑設計經驗，對計算結果進行分析和判斷，確保高層建筑設計的時候能夠科學地參考這些數據，提高高層建筑設計方案的質量。

2高層建筑結構設計種常見的幾個設計問題

2．1高層建筑結構底部嵌固部位的結構概念設計

高層建筑在實際設計以及建造之前，首先應當對建筑的嵌固結構進行確認，嵌固結構主要指的是高層建筑中預期塑性鉸時可能出現的部位，嵌固結構關系到結構中某些構件的內力分配準確性，還會間接地影響高層建筑結構是否會產生側移的真實性，使得整個高層建筑的局部結構呈現出經濟性。在高層建筑嵌固端結構設計面臨著許多不同的情況，例如高層建筑的地下室設計的時候需要對地下室的層數以及基礎形式進行確認。例如:在設計高策建筑的地下室的時候，通常采用的結構形式是基礎持力層較淺的情況，但是這樣結構的抗震性能是較差的。因此在高層建筑地下室設計的時候需要采用基礎面作為結構嵌固端，在標高處的縱橫方向設置剛度較大的基礎梁做連接，在此基礎上層層建設。如果基礎面標高與首層標高之間具有一定的距離，基礎梁之間的梁結構以及剛度較小，地面標高在無法實現剛性地面的性能，上部無法形成嵌固端，在高層結構設計的時候是無法實現安全的。如果高層建筑的地下室是單層的，需要充分利用基礎無限的剛度，為首層樓面的靈活結構下選型創造條件，即便是首層樓面的留有大洞，或者選用無梁樓蓋結構，都不會影響高層建筑的計算準確性。如果高層建筑的地下室是多層的，要將高層建筑地下室的上部結構的嵌固部位設在地下室的且頂板，使得地下室的頂板標高與室外的地坪的高度差不能太大，小于地下一層層高的三分之一，但是此時需要注意的是多層的地下室不能有很大的孔洞，樓面框架的抗彎剛度要足夠的大，樓板的厚度也要注意小于180mm。

2．2高層建筑結構樓層平面剛度的結構設計

高層建筑的結構設計整體都是按照電算程序進行的，整個程序在運行的時候要重點考量樓層平面是否變形，將高層建筑的大部分樓層都假設為剛性樓面，當樓板的自身平面內剛度無限擴大之后，樓面是不會發生彎曲以及剪切變形的，僅僅剛性運動是無法在樓面內兩個方向平移，基于上訴假設，高層建筑的樓層平面設計需要考慮結構的真實受力情況，按此結構確定建筑物具有很強的穩定性，高層建筑物的穩定性也是適度的。盡管程序的編程在樓面設計的時候無法準確地判斷樓板的變形程度，但是計算機算法給樓板變形程度帶來具有科意義的參考標準，讓高層建筑的設計人員在結構設計過程中找到安全的參考標準，確定高層建筑的部位結構以及構件安全儲備，為高層建筑的柔性樓面設計奠定基礎。

2．3高層建筑利用防震縫解決平面中不規則的復雜結構超限問題

高層建筑的平面型狀比較復雜，在完善高層建筑的防震功能的時候，要考慮到各個房屋在區域內可能產生的側移差異，進而造成高層建筑的扭轉振動以及復雜性，為了預防房屋各翼段的連接部位以及陰角部位的樓蓋產生嚴重的破壞，要在高層建筑物內的規則結構方面進行均勻的變化，突出建筑局部上的突出情況，改進高層建筑結構中的收進、質量、剛度以及強度，使得高層建筑的質量結構分布均勻，使得高層建筑的各個質量中心和剛度中心基本重合，大體在同一個豎軸線上。在實際高層建筑施工的時候，往往存在更為復雜的平面結構，使用防震縫的方法將不規則的結構分解成為多個基本規則的機構單元，解決高層建筑設計中超限問題，使得高層建筑的結構設計變得較為簡單，使得高層建筑的設置就在剛心與質心最大限度地靠近，為高層建筑設計選定正確的周期比、位移比以及剛度比等等計算參數創造了強而有力的條件，使得高層建筑的設計出更加簡單地結構，更好地解決高層建筑存在的問題，使得高層建筑的設計更加地靈活，安全性得到大大的提高。

3結語

隨著城市化建設進程的加快，高層建筑的建設數量在城市內逐漸增多，如何優化高層建筑的建設質量，使得建筑行業朝著更加健康的方向發展，為了切實地保障高層建筑的使用安全，本文探究了高層建筑結構設計理念，在高層建筑結構設計的時候完善高層建筑的建設質量。本文探究了高層建筑設計中需要重點注意建設中的一些設計，重視高層建筑的定量計算分析以及結構概念，使得設計人員掌握建筑結構的宏觀控制以及作出正確的定性判斷，使得高層建筑的結構安全度以及設計合理性得到很大的提高，使得未來高層建筑朝著更加健康長遠的方向成長，切實滿足社會大眾的生活需求，為社會中建筑行業的秩序完善奠定良好的基礎。

作者：雷鷹 單位：中核建中核燃料元件有限公司

高層建筑結構分析:鋼筋混凝土超高層建筑結構的抗震設計

【摘要】隨著我國經濟的不斷發展，我國的超高層建筑設計不斷完善，其中鋼筋混凝土框架結構由于具有良好的剛度、延性及較強的整體性，發展成為主要的結構形式。然而，由于我國處于地震帶，對鋼筋混凝土超高層框架結構建筑的抗震性能提出了要求，本文從當前鋼筋混凝土結構抗震設計中存在的問題入手，簡要概述抗震概念設計遵循的基本原則，并對超高層混凝土建筑抗震結構設計的方法進行逐一分析總結，希望對鋼筋混凝土超高層建筑結構抗震設計研究有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】超高層建筑；鋼筋混凝土；抗震設計

前言

隨著我國社會經濟的不斷發展，我國的建筑業得到迅猛發展，超高層、超高層建筑越來越多，建筑結構造型和功能也越來越美觀與先進，許多建筑采用底部大裙房、上部多座塔樓的建筑形式。然而這些復雜的建筑形式的出現也會帶來一些問題，其中最重要的就是其結構造型給抗震分析以及抗震設計帶來諸多新的問題。國外對鋼筋混凝土超高層建筑結構抗震設計有了較為成熟的研究，也有許多建筑案例（如圖1）。國內雖然經過數十年的研究分析，也已經出現包括分析軟件TBSA和TAT等在內的超高層建筑設計分析軟件，這些軟件能夠幫助建筑設計師或工作人員對建筑的抗震性能進行一定的研究，但設計中還經常會遇到許多程序、規范不能解決的問題，存在一定的局限性。這就需要結構工程師依據概念設計把復雜的問題通過科學分析簡化。以適應社會發展的需要，同時也為結構工程師提供更多關于抗震設計的有參考價值的設計依據。

1超高層建筑結構抗震設計要點

1.1平面規則性超高層建筑結構抗震設計特點

平面規則性超高層建筑具有以下的特征：樓板的形狀不規則且凹凸不平，樓板之間沒有較強的聯系、樓板的局部之間斷斷續續，結構扭轉效應明顯等。針對上述特點，這類的建筑結構的抗震設計需要注意以下幾點：（1）如果樓板的形狀凹凸不規則或樓板局部斷斷續續，則可以采用彈性樓蓋模型，使其符合樓板平面內的實際剛度變化，或者按照分塊剛性樓板與局部彈性板的原則進行計算，當然，扭轉藕聯效應也需要考慮進去。（2）對于樓板中應力集中部位以及連接較弱的樓板，可以適當加大樓板的厚度，具體的方法有雙層雙向配筋、配置45°斜向鋼筋、配置集中配筋的邊梁。（3）如果樓板之間沒有較強的聯系或者平面過于不規則，或建筑物過長，則可以通過調整變形縫來把其結構切成若干個子結構。如果一些超限高層的建筑物有明顯的結構扭轉效應，則應該盡量保證抗側力構件在平面布置中的對稱性，同時應該盡量加大外圍豎向構件的抗側剛度和強度。

1.2豎向規則性超高層建筑結構抗震設計特點

豎向規則性超高層建筑具有以下的特征：在立體上建筑呈現收進的狀態，其主要存在形式為連體建筑，建筑內部轉換層結構，大底盤多搭樓等，針對上述特點，這類的建筑結構的抗震設計需要注意以下幾點：（1）當超高層建筑的立面收進超過一定限度時，應該保證結構的層受剪承載力大于相鄰上一樓層的80%，并且合理控制結構的扭轉效應。同時應該加強收進部位、豎向構件以及建筑內部的樓板。一旦立面收進產生偏差，建筑底部的結構就會因為扭轉而產生較大內力，這就要求建筑底部結構的周邊構件的配筋強度足夠大。通常情況下，建筑設計師會采用臺階形多次內收的立面來改善這一困難。（2）對于連體建筑來說，其周邊以及連接部位應該按照彈性板來計算，連接體與主體宜采用弱連接，并盡可能減少其重量，同時，鋼結構可以優先考慮。連接體及與主體相鄰的結構構件的抗震等級應盡量提高其等級。（3）對于帶轉換層結構的超高層建筑，應該盡量保持其上下主體的豎向結構連續貫通，并對其下部主體結構的剛度進行加強，而對其上部主體結構的剛度進行弱化，通過相應的措施來對轉換層上下的等效剛度比進行合理的控制，同時，為了提高框支層的抗震能力與延展性，應該將框支柱承擔地震剪力的比例進行增大。而為了減少轉換層上下的等效剛度比，可以將上部各層剛度適當減小。一般來說，高振型影響與轉換層的高度呈正比關系，即轉換層越高，高振型影響越大，轉換層上下層間位移角及內力突變也越明顯，因此，需要合理控制轉換層的高度。（4）在設計大底盤多塔樓的時候，應該盡量提高其底盤的承載力，其目的是防止結構在底部首先屈服。對于連接各塔樓的裙房屋面來說，要適當加大其剛度，其目的是使底部的裙房與上部的塔樓共同振動。然而，當底部加強時，薄弱層會發生上移，從而增大上部結構的位移，因此底盤承載力的的提高需要掌握好其度。在設計塔樓的薄弱部位的時候，應該全高加密該層柱箍筋，并增大箍筋的直徑與剪力墻的水平鋼筋。

2超高層混凝土建筑抗震影響因素

2．1建筑扭轉效應

在對超高層混凝土建筑結構進行抗震設計過程中，為保證混凝土整體位移一致，同時得到最小和最大的位移結構剛度，應該對建筑物垂直向力及橫向力進行防護，提高扭轉力作用。因為地震的發生具有突發性和隨機性，所以對地震發生的時間、強度難以預測準確，因此在分析建筑整體的抗震性能同時，要及時檢查出建筑物內部的抗震隱患，科學分析，及時糾正，保證超高層混凝土建筑的抗震性能。

2．2建筑物建設位置

合理選定超高層混凝土建筑的建設位置是極其重要的，因為我國地處地震頻發地帶，所以在選址之前，要合理科學對建筑項目所在地的地質情況進行徹底的綜合性分析，減少超高層混凝土建筑遭受地震的危害的幾率，同時良好的建筑土質也能提高超高層混凝土建筑具有較強的抗震性能。所以為避免建筑位置為松軟土質，也應該盡量遠離電廠、變電所等工廠。

2.3抗震加固環節

超高層混凝土建筑結構在設計過程中，對建筑物進行抗震加固是非常有必要的，因為這樣的設計可以滿足建筑延伸性及剛度的要求。在實際的建筑施工過程中，由于超高層建筑物的鋼筋混凝土重量大，所以底部柱軸力應該與建筑的高度呈正比關系，只有這樣建筑主要構件才能有很好延伸性，在遇到強震時可以減少剪切性對墻體的破壞，這體現了對超高層混凝土建筑結構進行抗震加固設計的重要性。在實際設計過程中，建筑設計師會以強柱弱梁限值為依據，綜合考慮框架柱的強剪弱彎和剪壓比，才能使設計的柱子頂端的抗彎能力達到合格的質量標準。與此同時，螺旋復合箍筋的使用可以提高柱子的抗沖剪能力和短柱抗震性能，在地震強度不是很強時，保證短柱不對地震剪切力破壞。因為建筑的短柱具備的抗剪性能力低于抗彎能力，所以設計過程中要保障短柱承受抗彎的屈服強度。

3隔振、減振在超高層建筑結構抗震設計中的應用

隔振、減振是在超高層建筑工程上防止振動危害的主要手段。其中減振可分為主動減振和被動減振。在實際的生產生活中，相關設計工作人員會根據隔振、減振的原理，采用以下幾種辦法實現超高層建筑結構的有效抗震。

3.1粘彈性阻尼結構

通過大量試驗和數據分析表明，粘彈性阻尼結構可以有效的將超高層建筑的地震反應減小40～80％，這在很大程度上可以保證建筑主體結構強震中的安全性，是高層結構的舒適度控制在科學合理的范圍之內。粘彈性阻尼結構見圖2。

3.2吸能減震

吸震減震是隔振減振在超高層建筑結構抗震的又一方法，這種方法的最大特點是，使建筑結構的震動在合理的范圍內，發生一定的位移，從物理學角度來講，就是使建筑結構的振動能量在原結構與子結構之間重新分配，以此達到減小結構震動的效果。當前，有許多吸震減震的裝置運用于超高層建筑的抗震設計中：調諧質量阻尼器，調液（柱）阻尼器、懸吊質量擺阻尼器記憶質量放大器等。

3.3金屬阻尼器

金屬阻尼器能夠起到抗震效果，主要是通過在框架中加屈曲約束支撐，在合理的荷載力下，對建筑物實現支撐的作用，當地震發生時，金屬支撐能以自身的塑性變形來消耗地震的能量，從而對超高層建筑主體結構起到良好的作用。

4總結

在經濟高速發展的今天，人們的居住水平不斷提高，超高層建筑越來越多，而在對超高層混凝土建筑結構設計時，其抗震結構的設計就顯得尤為重要。要以科學合理的方式增強建筑的抗震能力，切實保障公民的生命與財產安全。本文從我國目前鋼筋混凝土結構抗震設計存在的問題與現狀入手，簡要概述超高層建筑結構抗震設計要點，并重點對隔振、減振在超高層建筑結構抗震設計中的應用進行分析，希望對鋼筋混凝土超高層建筑結構抗震設計研究有一定的借鑒作用。

作者：毛俊義 單位：深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司毛俊義 深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司

高層建筑結構分析:帶結構轉換層高層建筑結構設計研究

摘要：社會的快速發展和城市化建設進程的不斷深入，為建筑行業的發展創造了有利條件，在這樣的情況下進行高層建筑的帶結構轉換層設計，相關工作人員不僅要很好的掌握轉換的專業知識，還要對相關施工技術有一定程度的了解，這樣才能根據實際建筑要求設計出科學、合理的帶結構轉換層的高層建筑。本文首先分析了帶結構轉換層的高層建筑結構設計的主要內容，然后進一步分析了帶結構轉換層的高層建筑結構的設計方案。

關鍵詞：帶結構轉換層；高層建筑；結構設計

高層建筑施工技術的全面發展提高了建筑的整體質量，同時也為人們創造了良好的生活環境。然而，在人們對生活品質要求不斷提升的當下，人們不僅對房屋建筑質量提出了更高要求，也更加重視高層建筑的功能性。為了更好地滿足人們的需求，設計人員在進行設計時必須要融入多元化的設計元素。基于此，在進行高層建筑結構轉換層設計的過程中，設計人員必須要深入研究高層建筑的整體空間結構和結構特點，然后根據建筑需求對結構轉換層進行優化。

1帶結構轉換層的高層建筑結構設計的主要內容

1．1作用

高層建筑結構受力特點與普通建筑結構設計不同，設計人員要綜合考慮各種因素來提升高層建筑結構設計的科學性、規范性、安全性。高層建筑下部和中部的受力強度較大，越是處于較高位置的樓層受力越小，不同的樓層的受力情況存在較大的差異。因此，設計人員在進行下部結構和中部結構的設計時，不僅要提升柱和橫梁的穩定性和堅固性，還要不斷增加結構的剛度。當樓層高度越高時，設計人員就需要根據實際的情況減少樓層當中的柱和墻的數量。這樣不僅能夠有效的節省高層建筑設計和施工的成本，同時還能最大限度的發揮中部和下部結構的整體支撐效果。設計人員在進行高層建筑結構轉換層的設計過程當中，應擴大中、下層建筑的結構空間。因此，就必須要轉變傳統的結構轉換層設計思路和理念，打破傳統常規建筑設計的局限，提升高層建筑結構轉換層設計的質量。

1．2類型

設計師需要考慮高層建筑的使用要求，根據高層建筑的不同用途選擇不同的結構轉換層。不同的轉換層的設計方案和施工技術存在著一定的差異，因此，必須充分考慮多方面因素全面分析結構轉換層。設計中經常使用的高層建筑結構轉換層主要有：板式結構轉換層、框架結構轉換層、梁式結構轉換，如圖1所示。（1）在高層建筑上下層的設計中，為保證建筑的穩定性和堅固性，全面提升建筑的整體施工成效和施工效果，設計師往往會設計數量較多的柱網。為了使各層之間的受力穩定，需在設計中融入板式結構轉換層，提升高層建筑的抗剪切性能。所設計的板式結構轉換層的厚度必須小于2．8m，且設計人員需要根據情況選擇靈活多變的設計方案。與此同時，施工中應選擇高質量的輔助材料，以提升版式結構轉換層的整體質量。（2）設計人員往往會選擇框架結構轉換層來提升高層建筑的整體抗震性能。在這種結構的設計過程中，主要是通過巨型柱來構建系統的轉換結構，合理控制結構內部各部分的受力情況。工作人員需要根據實際情況選擇適合的加固裝置加固下層結構的框架柱體。這種框架結構轉換層能夠取得較好的固定效果，且施工工藝相對簡單，因此，廣泛應用于各種高層建筑結構轉換層設計中。（3）在進行高層建筑結構設計時，為了能夠完成垂直轉換層的施工，須在設計中增加梁式結構轉換層。這種轉換層具有傳遞樓層作用力的特點，通過設計可以將高層建筑當中的上層墻體受力傳遞到下層柱體結構中，提升高層建筑整體的堅固性、穩定性、耐久性。梁式結構轉換層的高度控制在0．8～6m范圍內。另外，這種轉換層結構在施工過程當中的成本較高，設計師在選擇時需要考慮多方面的情況后才能使用。

2帶結構轉換層的高層建筑結構的有效設計方案

2．1全面降低豎向結構剛性差異

高層建筑中的結構轉換層，存在豎向結構剛度低的問題，這不僅會嚴重降低高層建筑的穩定性和質量，同時還會大大提高結構轉換層的使用風險。因此，設計人員必須采取有效措施，解決上層和下層的雙向結構轉換過程中存在的差異。在結構當中設置具有較高安全系數的補償剪力結構，根據實際情況增加落地墻的厚度和數量，以便于提升高層建高層建筑空間的結構剛度。設計中還需考慮落地構件的截面、尺寸和設計均勻，盡可能選擇質量較好、剛度較大的混凝土作為施工材料。這樣不僅能夠使落地構件能夠達到相關的抗彎設計要求，同時也能增加落地構件的抗側力性能。

2．2科學合理的設置建筑剪力墻

在進行高層建筑結構轉換層中的剪力墻設計時，設計人員必須考慮建筑的實際情況，根據設計要求，合理地設置剪力墻的數量和位置。這樣不僅能夠提升結構轉換層設計的效率，同時還極大地發揮結構轉換層在高層建筑當中的作用。如圖2所示，設計人員需要考慮剪力墻中的框架結構疏密，通過計算確定位剪力墻的位置，并且根據樓層的受力情況設置適量的剪力墻。為了提升結構轉換層的設計水平，增加高層建筑空間布局設計的有效性，設計師還需要在剪力墻當中增加一定數量的鋼筋。對于剪力墻當中不平的部分，必須選擇相同的材料進行找平施工。設計人員在進行轉換大梁的設計時，還需要對結構梁兩端部分的結構進行一系列的優化，這樣才能有效地控制短肢墻內力和結構承受應力。

3結語

為不斷地提升高層建筑的質量和功能性，施工人員需要采用有效的施工方案，每個環節都選擇高效快捷的施工技術。在施工前，設計人員首先要了解高層建筑的工程概況，要分析高層建筑的結構，了解相關的設計要求和結構轉換層的相關數據。然后再根據高層建筑的結構性能和結構框架要求，采取有效的設計方案進行結構轉換層的設計，最大限度地提升結構轉換層設計方案的科學性、可靠性、規范性、可行性，從而為帶結構轉換層的高層建筑結構設計水平的全面提升奠定基礎。

作者：徐鐵山 劉華麗 單位：咸寧市勘察建筑設計院

高層建筑結構分析:設計方法在超限高層建筑結構的應用

摘要:超限高層結構隨著經濟建設的發展不斷增多，不僅提供了舒適的生活環境，節約了土地資源，也帶來了結構抗震的諸多研究課題。關于超限高層建筑工程抗震設防的研究，在我國已經擁有了較為完善的管理體系，而且新的抗震設計思想也層出不窮。本文圍繞基于性能的設計方法在超限高層建筑結構設計中的應用展開論述，主要涉及基于性能抗震設計的原理和方法，諸如靜力彈塑性分析的實施等，結合超限高層建筑結構實際案例，提出抗震設計思想的改進方法，力圖為工程建設中的抗震設計提供有針對性的建議，為今后的超限高層建筑的實際工程建設提供參考資料。

關鍵詞:超限高層結構;抗震設計;改進方法

1超限高層結構中基于性能的抗震設計思路

超限高層結構基于性能的抗震設計思路，是本著確保人們的生命和財產安全為目標的。在我國的抗震規范設計思路上，要求結構要具有對抗小震的強度驗算及對抗大震的薄弱層控制的技術和方法，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。因此，遵照這個原則，基于性能的抗震設計方法有了大量的研究和實踐成果。基于性能的超限高層結構設計，主要包括的內容有結構的設計原則、結構的布置、結構的質量把握、維修維護等內容。具體落實包括從設計到可行性研究、施工質量管理等各個環節［1］。基于性能的結構抗震性能水平指的是對結構的破壞程度進行預期的評估，根據評估出來的構件可能遭到的破壞以及內部設施能夠用于地震設防的作用等進行全面的考慮，將被破壞的狀態、經濟影響因素等加以預估，以保證人們的人身和財產安全得到最大程度的保護。關于結構抗震性能的規定從2011年就開始進入實施階段，內容囊括了結構抗震性能的設計，其中包含了四個等級的結構抗震目標的劃分以及五個結構抗震性能水準設定。新規定克服了舊有規范在抗震設計思想中的種種不足，引進了新結構體系、設計方法以及材料的應用，使得超限高層建筑的構件的承載力和變形等要求有了更加合理的參照標準和規范［2］。如對于超限高層結構的抗震性能水準的規定包括:在地震作用下，結構應保持基本完好，人員不會受到傷害;結構的個別構件如果發生損傷，可以經過修復后繼續使用;結構中的薄弱環節和部位能夠保持完好，如果個別部位發生微裂縫等問題，則通過修復可以恢復使用;在強震作用下，構件發生中等程度以上的損壞后，結構可能會發生嚴重的損傷，但是不能對人造成傷害，不允許局部和整體發生倒塌。

2工程案例

重慶市某超高層建筑(見圖1)，占地面積11346m2。分為地下5層和地上48層，采用框架剪力墻結構。該建筑所處地段頻臨江邊，地理位置優越，沿江部分采用斜向45°的剪力墻作為轉換層的正交布置。標準層和轉換層的平面布置嚴格按照高層建筑混凝土結構的技術要求施工。該設計理念使結構的布置不規范，轉換層的結構包含了主次梁的轉換，整個工程屬于較為復雜的超限高層的建筑，具有豎向凹凸不規則、樓板局部不均勻、豎向不連續等超限問題［3］。根據該工程的特點，應業主要求，在施工中針對不同水平的地震作用進行了預估計，對地震作用下的性能指標進行了設計。在地震作用下的結構構件彈性的設計，按照行業規則，首先對荷載組合中最不利的部分進行了設計，主要設計的內容包括了承載力的要求、構件的系數調整、內力的增大等。見表1。除了樓板等結構構件的承載力之外，根據建筑中抗震性能的類型進行了相關荷載組合的設計，考慮的因素主要包括構件內力的增大、系數的調整等。對于罕見強震的結構構件中的豎向、轉換構件以及首層以及轉換層的薄弱部分、地基承載力的荷載等的設計［4］。見表2。1)地震作用下的設計參數分析。該工程在抗震防烈度上被設計為6級，按照地震的加速度值進行了分組，場地類別為II級。在對地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。見表3。對于地震作用下的結構設計，該工程采用了中科院的結構抗震設計軟件進行了計算，計算的內容包括地震周期、作用、折減系數、剛度影響等。經過計算，結合實際，只要結構設計符合地震作用下的抗震規范要求，能夠使得剪力的平均值小于震型分解反應中的結構內力要求，就可以保證建筑結構對抗地震的破壞。2)建筑結構在遇到罕遇地震的結構分析。根據建筑結構的彈塑性靜力分析，建筑結構的非線性可以按照彈塑性動力時程的原理進行計算。例如本工程中的自由度高柔體系為5S，那么彈塑性靜力推覆可能需要的周圍不能大于2S，因此，根據有關結構彈塑性動力分析的規定，結構構件中的內力和變形、位移等，需要采用彈塑性動力分析的方法對震波進行研究。將地震波最終計算得到的結構的平均值作為設計的依據，按照彈塑性實程的方法，對結構的抗震性能進行設計。工程中結構平面的45°斜向正交布置的結構方法，使得彈塑性時程分析要對結構地震相應地進行地震波的分析、補充驗算。得到的結論是，當結構在45°的地震作用下，結構的響應度應保持在0°和90°為最佳設計思路［5］。因此，根據計算的分析，工程選用了兩種度數作為主要分析的方法，將最大層間的位移角和轉換層的層間位移角的抗震性能以及目標進行了設計，針對罕遇地震作用的剪力和傾覆彎矩的設計能夠對抗大型的地震，使得結構進入了彈塑性極端。3)工程的主要構件的抗震性能的分析。樓板的抗震性能通過地震增大系數法，對于地震作用下的樓板應力進行了分析。首先是得出在彈性大地震作用下的轉換層樓板的應力計算圖，得到轉換層在地震作用下不屈服的性能指標，然后根據標準層薄弱部分的截面法的分析結果，得到樓板的合成剪力、轉換層對框、支柱、加強區的剪力墻等部位的內力分析結果。見表4。

3結語

關于超限高層建筑的抗震設計思路，隨著科學技術水平的不斷提高，已經實現了以實際震害為背景的抗震設計，而且隨著國際研究領域的重視程度的提高，在充分把握結構、變形、受力等特征的基礎上，不斷注重結構整體抗震性能的設計目標的整體分析和優化［6］。當今的結構設計已經在結構彈性分析和彈塑性分析的基礎上，能夠整體確立結構的基本特征，布置結構平立面，驗算出結構構件在地震反應下的性能目標，給予設計準確的計算結構的指導，同時經過振動臺的實驗給予論證，高層建筑結構設計的思路還將不斷得到擴展。

作者：呂楊 單位：重慶雅凱斯凱建筑設計有限公司