高层建筑结构分析

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高层建筑结构分析:高层建筑结构抗震性能和抗震设计研究

摘要:为了缓解城市人口与土地面积紧张的局面，各地大规模建设高层建筑。我国位于环太平洋地震带上，地震活动频繁。地震发生时对建筑造成侵害，导致建筑倒塌等安全事故。为了确保高层建筑的安全和稳定性，必须重视高层建筑结构抗震设计。本文主要对高层建筑结构基于性能抗震设计与常规抗震设计进行比较，并分析了超限高层建筑结构的抗震性能目标，希望能提高高层建筑抗震性能。

关键词:高层建筑；抗震设计；结构设计

引言

随着建筑行业的快速发展，我国建筑逐渐向高层建筑和超高层建筑结构发展。高层建筑的结构复杂，层数比较高，建筑地基承受的荷载比较大。地震发生时，震源对高层建筑结构会产生冲击力，容易造成建筑梁、柱断裂，建筑倒塌等现象，严重威胁到人民群众的安全。我国是地震灾害比较频繁的国家，高层建筑抗震设计一直是社会关注的重点，抗震设计的好坏直接关系到高层建筑的质量。因此高层建筑抗震设计的时候要根据高层建筑的实际情况，提高建筑结构抗震性能。

1超限高层建筑结构基于性能抗震设计与常规抗震设计的比较

1.1基于性能的抗震设计的概念

概念设计是目前一种比较先进的设计理念，与传统建筑设计相比，概念设计不需要精准的计算或参考建筑设计规范相关的目录，而是设计者根据实践经验，按照建筑结构体系的力学关系、结构破坏机理，从建筑结构整体进行把握设计。传统的建筑设计思想无法满足人们对建筑结构抗震功能的要求,为了提高建筑结构抗震安全性能要求,抗震设计已经发生了较大变化。比如建筑结构以力分析为主并兼顾力与变形，考虑到建筑结构变形、耗能和损失，以及非线性分析和可靠性分析。基于性能的抗震设计是20世纪90年代美国建筑设计师提出来的一个全新的设计理念。它的主要核心是将抗震设计从保护居民生命财产安全为基本目标转移到不同风险水平地震作用力下满足人们对建筑的性能要求，通过多层次、多目标的抗震安全设计，保障建筑安全，最终实现经济效益和投资效益的平衡，满足人们对建筑的个性需求。

1.2我国常规抗震设计方法

当前大部分国家的抗震设计规范为“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，我国采用二阶段抗震设计方法满足工业建筑和民用建筑实现以上三个原则的抗震要求，并在这个基础上根据建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四类建筑物，根据建筑物的类别设置相应的抗震防烈要求。二阶段抗震设计方法如下:第一阶段是对建筑结构强度进行验算，也就是小震的地震洞参数，通过弹性模量计算建筑结构的弹性地震作用力,并与建筑物风荷载、雪荷载、水平荷载等进行组合，计算建筑结构截面的抗震承载力，确保建筑结构的强度，并通过合理的平面结构布置，确保建筑结构的抗拉力。第二阶段则是验算建筑结构的弹塑性，也就是对地震作用下很容易倒塌的建筑结构按照大震标准进行设计，处理好建筑结构的薄弱环节，以免地震发生时首先冲击建筑结构的薄弱环节，影响到整个建筑结构的安全性和稳定性。

1.3常规抗震设计方法与基于性能抗震设计方法的比较

基于常规抗震设计方法与基于性能抗震设计方法在设防目标、设计实施方法和检验方法、实现性能和工程应用方面都有所不同，具体见表1。通过比较发现，基于性能抗震设计方法是未来建筑抗震设计的发展方向，它适应了社会新技术和新工艺发展需求，能够满足建筑业务单位和使用单位对建筑结构安全性、经济性等相关要求。

2超限高层建筑结构的抗震性能目标

某酒店塔楼的高度是168.9m，结构计算高度为176m，建筑结构为B类钢筋混凝土高层建筑。建筑场地类别为III类，建筑抗震等级为二级。

2.1结构的抗震性能水准

按照相关规定，酒店的塔楼高度、平面扭转不规则等不能超限，所以在第一、二阶段抗震设计过程中，必须采取有效的方法满足建筑工程国家以及地方相关的标准，并将基于性能抗震设计目标概念进行设计。按照《建筑抗震设计规范》给出的抗震性能设计方法以及《高层建筑混凝土结构技术规范》中的相关规范进行设计，确定该酒店的性能水准为C类，具体控制目标如下:

2.2建筑结构的性能目标

超限高层建筑结构规则性、高度等方面超出了建筑工程规范中的适用限值，使得抗震设计缺乏相应的参考依据。基于性能目标设计方法在设计的时候，需要综合考虑到建筑场地实际设防裂度、超高限值以及建筑结构不规则等经济因素，对超高建筑的薄弱环节、主抗侧力构件等结构变形能力和抗震承载能力有具体的性能目标。按照建筑工程设计中相关内容，建筑结构关键构件由建筑结构工程师根据工程实际情况分析。比如水平转换构件和支撑竖向构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、长短柱在同一楼层的数量相当于在该层各个长短柱等要求。这其实是将过去常规抗震设计中的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则进行量化和细化。比如将A级性能目标设计要求建筑结构小震不坏、中震和大震不坏，就是要求建筑结构在中震和大震中依然保持一定的弹性。

3结语

随着建筑行业的快速发展，常规的建筑工程抗震设计方法已经无法满足当下建筑设计的要求，基于建筑结构性能抗震设计理念对抗震结构的目标进行量化，明确抗震目标性能，能够提高建筑结构抗震性能，必将成为建筑行业的发展趋势。

作者：蓝天 单位：厦门紫金工程设计有限公司

高层建筑结构分析:高层建筑结构概念设计问题研究

【摘要】随着社会生产力的提高，社会大众对于人类活动有更高的要求，建筑行业作为人类生活中必不可少的一部分。在商业化、工业化以及城市化趋势下朝着高层建筑结构理发展，全新的施工技术不断呈现，高层建筑结构已经有了设计与发展的物质基础以及技术条件，本文就高层建筑结构的几个设计概念中蕴含的几个问题进行了探究，提出了几点建议。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题

1高层建筑结构设计中应当遵守的几个概念

1．1高层建筑结构概念设计中应当合理选择设计方案

随着城市化建设进程的加快，高层建筑在城市中成为随处可见的风景，也是未来城市建设的发展方向。在进行高层建筑设计的时候，需要重点考虑高层建筑的外形、安全性以及可实用性，在建筑施工之前要优先完善建筑工程设计的方案，在高层设计的时候，提出的建设方案一定要是科学、合理的，包括了高层建筑设计的基础方案、结构方案以及施工方案，就在出台结构方案之前，要对高层建筑的施工现场进行全面的调查，对周围的环境、气候条件以及地质结构进行准确地考察，确保高层建筑在日后的施工以及使用中不会受到外界客观因素的影响。在结构设计的基础上，综合高层建筑施工所需要的建筑材料、未来用户的居住使用需求等等进行后续的基础建设方案的完善以及优化，择优而选，使得未来建筑工程在施工结构方面表现出合理性、可行性以及可靠性。

1．2高层建筑的设计施工要合理计算施工简图

总结多年的建筑工程施工经验，所有的建筑计算简图在实际施工的过程中都有一定的差异，必然会存在一定的误差。为了有效的改善这一误差带来的施工危害，要合理地控制误差的范围，在误差较大的时候要及时重新计算和处理，提高计算简图的精确性，有效地规避计算简图误差较大带来的安全事故。在计算建筑优化的时候，需要高层建筑的设计人员重点关注，提高高层建筑的设计科学性和合理性。

1．3高层建筑的结构设计要正确地分析设计计算的结果

在高层建筑结构设计的阶段，对于测量和计算的结果是有较强依赖性的。随着计算机技术以及软件技术在建筑行业内的广泛应用，建筑结构设计中使用信息技术来提高对高层建筑的施工以及设计数据的计算和分析的准确性，设计人员在完善高层建筑设计概念的时候，需要精准地对计算机软件计算得出的数据结果，结合自己丰富的建筑设计经验，对计算结果进行分析和判断，确保高层建筑设计的时候能够科学地参考这些数据，提高高层建筑设计方案的质量。

2高层建筑结构设计种常见的几个设计问题

2．1高层建筑结构底部嵌固部位的结构概念设计

高层建筑在实际设计以及建造之前，首先应当对建筑的嵌固结构进行确认，嵌固结构主要指的是高层建筑中预期塑性铰时可能出现的部位，嵌固结构关系到结构中某些构件的内力分配准确性，还会间接地影响高层建筑结构是否会产生侧移的真实性，使得整个高层建筑的局部结构呈现出经济性。在高层建筑嵌固端结构设计面临着许多不同的情况，例如高层建筑的地下室设计的时候需要对地下室的层数以及基础形式进行确认。例如:在设计高策建筑的地下室的时候，通常采用的结构形式是基础持力层较浅的情况，但是这样结构的抗震性能是较差的。因此在高层建筑地下室设计的时候需要采用基础面作为结构嵌固端，在标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁做连接，在此基础上层层建设。如果基础面标高与首层标高之间具有一定的距离，基础梁之间的梁结构以及刚度较小，地面标高在无法实现刚性地面的性能，上部无法形成嵌固端，在高层结构设计的时候是无法实现安全的。如果高层建筑的地下室是单层的，需要充分利用基础无限的刚度，为首层楼面的灵活结构下选型创造条件，即便是首层楼面的留有大洞，或者选用无梁楼盖结构，都不会影响高层建筑的计算准确性。如果高层建筑的地下室是多层的，要将高层建筑地下室的上部结构的嵌固部位设在地下室的且顶板，使得地下室的顶板标高与室外的地坪的高度差不能太大，小于地下一层层高的三分之一，但是此时需要注意的是多层的地下室不能有很大的孔洞，楼面框架的抗弯刚度要足够的大，楼板的厚度也要注意小于180mm。

2．2高层建筑结构楼层平面刚度的结构设计

高层建筑的结构设计整体都是按照电算程序进行的，整个程序在运行的时候要重点考量楼层平面是否变形，将高层建筑的大部分楼层都假设为刚性楼面，当楼板的自身平面内刚度无限扩大之后，楼面是不会发生弯曲以及剪切变形的，仅仅刚性运动是无法在楼面内两个方向平移，基于上诉假设，高层建筑的楼层平面设计需要考虑结构的真实受力情况，按此结构确定建筑物具有很强的稳定性，高层建筑物的稳定性也是适度的。尽管程序的编程在楼面设计的时候无法准确地判断楼板的变形程度，但是计算机算法给楼板变形程度带来具有科意义的参考标准，让高层建筑的设计人员在结构设计过程中找到安全的参考标准，确定高层建筑的部位结构以及构件安全储备，为高层建筑的柔性楼面设计奠定基础。

2．3高层建筑利用防震缝解决平面中不规则的复杂结构超限问题

高层建筑的平面型状比较复杂，在完善高层建筑的防震功能的时候，要考虑到各个房屋在区域内可能产生的侧移差异，进而造成高层建筑的扭转振动以及复杂性，为了预防房屋各翼段的连接部位以及阴角部位的楼盖产生严重的破坏，要在高层建筑物内的规则结构方面进行均匀的变化，突出建筑局部上的突出情况，改进高层建筑结构中的收进、质量、刚度以及强度，使得高层建筑的质量结构分布均匀，使得高层建筑的各个质量中心和刚度中心基本重合，大体在同一个竖轴线上。在实际高层建筑施工的时候，往往存在更为复杂的平面结构，使用防震缝的方法将不规则的结构分解成为多个基本规则的机构单元，解决高层建筑设计中超限问题，使得高层建筑的结构设计变得较为简单，使得高层建筑的设置就在刚心与质心最大限度地靠近，为高层建筑设计选定正确的周期比、位移比以及刚度比等等计算参数创造了强而有力的条件，使得高层建筑的设计出更加简单地结构，更好地解决高层建筑存在的问题，使得高层建筑的设计更加地灵活，安全性得到大大的提高。

3结语

随着城市化建设进程的加快，高层建筑的建设数量在城市内逐渐增多，如何优化高层建筑的建设质量，使得建筑行业朝着更加健康的方向发展，为了切实地保障高层建筑的使用安全，本文探究了高层建筑结构设计理念，在高层建筑结构设计的时候完善高层建筑的建设质量。本文探究了高层建筑设计中需要重点注意建设中的一些设计，重视高层建筑的定量计算分析以及结构概念，使得设计人员掌握建筑结构的宏观控制以及作出正确的定性判断，使得高层建筑的结构安全度以及设计合理性得到很大的提高，使得未来高层建筑朝着更加健康长远的方向成长，切实满足社会大众的生活需求，为社会中建筑行业的秩序完善奠定良好的基础。

作者：雷鹰 单位：中核建中核燃料元件有限公司

高层建筑结构分析:钢筋混凝土超高层建筑结构的抗震设计

【摘要】随着我国经济的不断发展，我国的超高层建筑设计不断完善，其中钢筋混凝土框架结构由于具有良好的刚度、延性及较强的整体性，发展成为主要的结构形式。然而，由于我国处于地震带，对钢筋混凝土超高层框架结构建筑的抗震性能提出了要求，本文从当前钢筋混凝土结构抗震设计中存在的问题入手，简要概述抗震概念设计遵循的基本原则，并对超高层混凝土建筑抗震结构设计的方法进行逐一分析总结，希望对钢筋混凝土超高层建筑结构抗震设计研究有一定的借鉴作用。

【关键词】超高层建筑；钢筋混凝土；抗震设计

前言

随着我国社会经济的不断发展，我国的建筑业得到迅猛发展，超高层、超高层建筑越来越多，建筑结构造型和功能也越来越美观与先进，许多建筑采用底部大裙房、上部多座塔楼的建筑形式。然而这些复杂的建筑形式的出现也会带来一些问题，其中最重要的就是其结构造型给抗震分析以及抗震设计带来诸多新的问题。国外对钢筋混凝土超高层建筑结构抗震设计有了较为成熟的研究，也有许多建筑案例（如图1）。国内虽然经过数十年的研究分析，也已经出现包括分析软件TBSA和TAT等在内的超高层建筑设计分析软件，这些软件能够帮助建筑设计师或工作人员对建筑的抗震性能进行一定的研究，但设计中还经常会遇到许多程序、规范不能解决的问题，存在一定的局限性。这就需要结构工程师依据概念设计把复杂的问题通过科学分析简化。以适应社会发展的需要，同时也为结构工程师提供更多关于抗震设计的有参考价值的设计依据。

1超高层建筑结构抗震设计要点

1.1平面规则性超高层建筑结构抗震设计特点

平面规则性超高层建筑具有以下的特征：楼板的形状不规则且凹凸不平，楼板之间没有较强的联系、楼板的局部之间断断续续，结构扭转效应明显等。针对上述特点，这类的建筑结构的抗震设计需要注意以下几点：（1）如果楼板的形状凹凸不规则或楼板局部断断续续，则可以采用弹性楼盖模型，使其符合楼板平面内的实际刚度变化，或者按照分块刚性楼板与局部弹性板的原则进行计算，当然，扭转藕联效应也需要考虑进去。（2）对于楼板中应力集中部位以及连接较弱的楼板，可以适当加大楼板的厚度，具体的方法有双层双向配筋、配置45°斜向钢筋、配置集中配筋的边梁。（3）如果楼板之间没有较强的联系或者平面过于不规则，或建筑物过长，则可以通过调整变形缝来把其结构切成若干个子结构。如果一些超限高层的建筑物有明显的结构扭转效应，则应该尽量保证抗侧力构件在平面布置中的对称性，同时应该尽量加大外围竖向构件的抗侧刚度和强度。

1.2竖向规则性超高层建筑结构抗震设计特点

竖向规则性超高层建筑具有以下的特征：在立体上建筑呈现收进的状态，其主要存在形式为连体建筑，建筑内部转换层结构，大底盘多搭楼等，针对上述特点，这类的建筑结构的抗震设计需要注意以下几点：（1）当超高层建筑的立面收进超过一定限度时，应该保证结构的层受剪承载力大于相邻上一楼层的80%，并且合理控制结构的扭转效应。同时应该加强收进部位、竖向构件以及建筑内部的楼板。一旦立面收进产生偏差，建筑底部的结构就会因为扭转而产生较大内力，这就要求建筑底部结构的周边构件的配筋强度足够大。通常情况下，建筑设计师会采用台阶形多次内收的立面来改善这一困难。（2）对于连体建筑来说，其周边以及连接部位应该按照弹性板来计算，连接体与主体宜采用弱连接，并尽可能减少其重量，同时，钢结构可以优先考虑。连接体及与主体相邻的结构构件的抗震等级应尽量提高其等级。（3）对于带转换层结构的超高层建筑，应该尽量保持其上下主体的竖向结构连续贯通，并对其下部主体结构的刚度进行加强，而对其上部主体结构的刚度进行弱化，通过相应的措施来对转换层上下的等效刚度比进行合理的控制，同时，为了提高框支层的抗震能力与延展性，应该将框支柱承担地震剪力的比例进行增大。而为了减少转换层上下的等效刚度比，可以将上部各层刚度适当减小。一般来说，高振型影响与转换层的高度呈正比关系，即转换层越高，高振型影响越大，转换层上下层间位移角及内力突变也越明显，因此，需要合理控制转换层的高度。（4）在设计大底盘多塔楼的时候，应该尽量提高其底盘的承载力，其目的是防止结构在底部首先屈服。对于连接各塔楼的裙房屋面来说，要适当加大其刚度，其目的是使底部的裙房与上部的塔楼共同振动。然而，当底部加强时，薄弱层会发生上移，从而增大上部结构的位移，因此底盘承载力的的提高需要掌握好其度。在设计塔楼的薄弱部位的时候，应该全高加密该层柱箍筋，并增大箍筋的直径与剪力墙的水平钢筋。

2超高层混凝土建筑抗震影响因素

2．1建筑扭转效应

在对超高层混凝土建筑结构进行抗震设计过程中，为保证混凝土整体位移一致，同时得到最小和最大的位移结构刚度，应该对建筑物垂直向力及横向力进行防护，提高扭转力作用。因为地震的发生具有突发性和随机性，所以对地震发生的时间、强度难以预测准确，因此在分析建筑整体的抗震性能同时，要及时检查出建筑物内部的抗震隐患，科学分析，及时纠正，保证超高层混凝土建筑的抗震性能。

2．2建筑物建设位置

合理选定超高层混凝土建筑的建设位置是极其重要的，因为我国地处地震频发地带，所以在选址之前，要合理科学对建筑项目所在地的地质情况进行彻底的综合性分析，减少超高层混凝土建筑遭受地震的危害的几率，同时良好的建筑土质也能提高超高层混凝土建筑具有较强的抗震性能。所以为避免建筑位置为松软土质，也应该尽量远离电厂、变电所等工厂。

2.3抗震加固环节

超高层混凝土建筑结构在设计过程中，对建筑物进行抗震加固是非常有必要的，因为这样的设计可以满足建筑延伸性及刚度的要求。在实际的建筑施工过程中，由于超高层建筑物的钢筋混凝土重量大，所以底部柱轴力应该与建筑的高度呈正比关系，只有这样建筑主要构件才能有很好延伸性，在遇到强震时可以减少剪切性对墙体的破坏，这体现了对超高层混凝土建筑结构进行抗震加固设计的重要性。在实际设计过程中，建筑设计师会以强柱弱梁限值为依据，综合考虑框架柱的强剪弱弯和剪压比，才能使设计的柱子顶端的抗弯能力达到合格的质量标准。与此同时，螺旋复合箍筋的使用可以提高柱子的抗冲剪能力和短柱抗震性能，在地震强度不是很强时，保证短柱不对地震剪切力破坏。因为建筑的短柱具备的抗剪性能力低于抗弯能力，所以设计过程中要保障短柱承受抗弯的屈服强度。

3隔振、减振在超高层建筑结构抗震设计中的应用

隔振、减振是在超高层建筑工程上防止振动危害的主要手段。其中减振可分为主动减振和被动减振。在实际的生产生活中，相关设计工作人员会根据隔振、减振的原理，采用以下几种办法实现超高层建筑结构的有效抗震。

3.1粘弹性阻尼结构

通过大量试验和数据分析表明，粘弹性阻尼结构可以有效的将超高层建筑的地震反应减小40～80％，这在很大程度上可以保证建筑主体结构强震中的安全性，是高层结构的舒适度控制在科学合理的范围之内。粘弹性阻尼结构见图2。

3.2吸能减震

吸震减震是隔振减振在超高层建筑结构抗震的又一方法，这种方法的最大特点是，使建筑结构的震动在合理的范围内，发生一定的位移，从物理学角度来讲，就是使建筑结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，以此达到减小结构震动的效果。当前，有许多吸震减震的装置运用于超高层建筑的抗震设计中：调谐质量阻尼器，调液（柱）阻尼器、悬吊质量摆阻尼器记忆质量放大器等。

3.3金属阻尼器

金属阻尼器能够起到抗震效果，主要是通过在框架中加屈曲约束支撑，在合理的荷载力下，对建筑物实现支撑的作用，当地震发生时，金属支撑能以自身的塑性变形来消耗地震的能量，从而对超高层建筑主体结构起到良好的作用。

4总结

在经济高速发展的今天，人们的居住水平不断提高，超高层建筑越来越多，而在对超高层混凝土建筑结构设计时，其抗震结构的设计就显得尤为重要。要以科学合理的方式增强建筑的抗震能力，切实保障公民的生命与财产安全。本文从我国目前钢筋混凝土结构抗震设计存在的问题与现状入手，简要概述超高层建筑结构抗震设计要点，并重点对隔振、减振在超高层建筑结构抗震设计中的应用进行分析，希望对钢筋混凝土超高层建筑结构抗震设计研究有一定的借鉴作用。

作者：毛俊义 单位：深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司毛俊义 深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司

高层建筑结构分析:带结构转换层高层建筑结构设计研究

摘要：社会的快速发展和城市化建设进程的不断深入，为建筑行业的发展创造了有利条件，在这样的情况下进行高层建筑的带结构转换层设计，相关工作人员不仅要很好的掌握转换的专业知识，还要对相关施工技术有一定程度的了解，这样才能根据实际建筑要求设计出科学、合理的带结构转换层的高层建筑。本文首先分析了带结构转换层的高层建筑结构设计的主要内容，然后进一步分析了带结构转换层的高层建筑结构的设计方案。

关键词：带结构转换层；高层建筑；结构设计

高层建筑施工技术的全面发展提高了建筑的整体质量，同时也为人们创造了良好的生活环境。然而，在人们对生活品质要求不断提升的当下，人们不仅对房屋建筑质量提出了更高要求，也更加重视高层建筑的功能性。为了更好地满足人们的需求，设计人员在进行设计时必须要融入多元化的设计元素。基于此，在进行高层建筑结构转换层设计的过程中，设计人员必须要深入研究高层建筑的整体空间结构和结构特点，然后根据建筑需求对结构转换层进行优化。

1带结构转换层的高层建筑结构设计的主要内容

1．1作用

高层建筑结构受力特点与普通建筑结构设计不同，设计人员要综合考虑各种因素来提升高层建筑结构设计的科学性、规范性、安全性。高层建筑下部和中部的受力强度较大，越是处于较高位置的楼层受力越小，不同的楼层的受力情况存在较大的差异。因此，设计人员在进行下部结构和中部结构的设计时，不仅要提升柱和横梁的稳定性和坚固性，还要不断增加结构的刚度。当楼层高度越高时，设计人员就需要根据实际的情况减少楼层当中的柱和墙的数量。这样不仅能够有效的节省高层建筑设计和施工的成本，同时还能最大限度的发挥中部和下部结构的整体支撑效果。设计人员在进行高层建筑结构转换层的设计过程当中，应扩大中、下层建筑的结构空间。因此，就必须要转变传统的结构转换层设计思路和理念，打破传统常规建筑设计的局限，提升高层建筑结构转换层设计的质量。

1．2类型

设计师需要考虑高层建筑的使用要求，根据高层建筑的不同用途选择不同的结构转换层。不同的转换层的设计方案和施工技术存在着一定的差异，因此，必须充分考虑多方面因素全面分析结构转换层。设计中经常使用的高层建筑结构转换层主要有：板式结构转换层、框架结构转换层、梁式结构转换，如图1所示。（1）在高层建筑上下层的设计中，为保证建筑的稳定性和坚固性，全面提升建筑的整体施工成效和施工效果，设计师往往会设计数量较多的柱网。为了使各层之间的受力稳定，需在设计中融入板式结构转换层，提升高层建筑的抗剪切性能。所设计的板式结构转换层的厚度必须小于2．8m，且设计人员需要根据情况选择灵活多变的设计方案。与此同时，施工中应选择高质量的辅助材料，以提升版式结构转换层的整体质量。（2）设计人员往往会选择框架结构转换层来提升高层建筑的整体抗震性能。在这种结构的设计过程中，主要是通过巨型柱来构建系统的转换结构，合理控制结构内部各部分的受力情况。工作人员需要根据实际情况选择适合的加固装置加固下层结构的框架柱体。这种框架结构转换层能够取得较好的固定效果，且施工工艺相对简单，因此，广泛应用于各种高层建筑结构转换层设计中。（3）在进行高层建筑结构设计时，为了能够完成垂直转换层的施工，须在设计中增加梁式结构转换层。这种转换层具有传递楼层作用力的特点，通过设计可以将高层建筑当中的上层墙体受力传递到下层柱体结构中，提升高层建筑整体的坚固性、稳定性、耐久性。梁式结构转换层的高度控制在0．8～6m范围内。另外，这种转换层结构在施工过程当中的成本较高，设计师在选择时需要考虑多方面的情况后才能使用。

2带结构转换层的高层建筑结构的有效设计方案

2．1全面降低竖向结构刚性差异

高层建筑中的结构转换层，存在竖向结构刚度低的问题，这不仅会严重降低高层建筑的稳定性和质量，同时还会大大提高结构转换层的使用风险。因此，设计人员必须采取有效措施，解决上层和下层的双向结构转换过程中存在的差异。在结构当中设置具有较高安全系数的补偿剪力结构，根据实际情况增加落地墙的厚度和数量，以便于提升高层建高层建筑空间的结构刚度。设计中还需考虑落地构件的截面、尺寸和设计均匀，尽可能选择质量较好、刚度较大的混凝土作为施工材料。这样不仅能够使落地构件能够达到相关的抗弯设计要求，同时也能增加落地构件的抗侧力性能。

2．2科学合理的设置建筑剪力墙

在进行高层建筑结构转换层中的剪力墙设计时，设计人员必须考虑建筑的实际情况，根据设计要求，合理地设置剪力墙的数量和位置。这样不仅能够提升结构转换层设计的效率，同时还极大地发挥结构转换层在高层建筑当中的作用。如图2所示，设计人员需要考虑剪力墙中的框架结构疏密，通过计算确定位剪力墙的位置，并且根据楼层的受力情况设置适量的剪力墙。为了提升结构转换层的设计水平，增加高层建筑空间布局设计的有效性，设计师还需要在剪力墙当中增加一定数量的钢筋。对于剪力墙当中不平的部分，必须选择相同的材料进行找平施工。设计人员在进行转换大梁的设计时，还需要对结构梁两端部分的结构进行一系列的优化，这样才能有效地控制短肢墙内力和结构承受应力。

3结语

为不断地提升高层建筑的质量和功能性，施工人员需要采用有效的施工方案，每个环节都选择高效快捷的施工技术。在施工前，设计人员首先要了解高层建筑的工程概况，要分析高层建筑的结构，了解相关的设计要求和结构转换层的相关数据。然后再根据高层建筑的结构性能和结构框架要求，采取有效的设计方案进行结构转换层的设计，最大限度地提升结构转换层设计方案的科学性、可靠性、规范性、可行性，从而为带结构转换层的高层建筑结构设计水平的全面提升奠定基础。

作者：徐铁山 刘华丽 单位：咸宁市勘察建筑设计院

高层建筑结构分析:设计方法在超限高层建筑结构的应用

摘要:超限高层结构随着经济建设的发展不断增多，不仅提供了舒适的生活环境，节约了土地资源，也带来了结构抗震的诸多研究课题。关于超限高层建筑工程抗震设防的研究，在我国已经拥有了较为完善的管理体系，而且新的抗震设计思想也层出不穷。本文围绕基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用展开论述，主要涉及基于性能抗震设计的原理和方法，诸如静力弹塑性分析的实施等，结合超限高层建筑结构实际案例，提出抗震设计思想的改进方法，力图为工程建设中的抗震设计提供有针对性的建议，为今后的超限高层建筑的实际工程建设提供参考资料。

关键词:超限高层结构;抗震设计;改进方法

1超限高层结构中基于性能的抗震设计思路

超限高层结构基于性能的抗震设计思路，是本着确保人们的生命和财产安全为目标的。在我国的抗震规范设计思路上，要求结构要具有对抗小震的强度验算及对抗大震的薄弱层控制的技术和方法，做到小震不坏，中震可修，大震不倒。因此，遵照这个原则，基于性能的抗震设计方法有了大量的研究和实践成果。基于性能的超限高层结构设计，主要包括的内容有结构的设计原则、结构的布置、结构的质量把握、维修维护等内容。具体落实包括从设计到可行性研究、施工质量管理等各个环节［1］。基于性能的结构抗震性能水平指的是对结构的破坏程度进行预期的评估，根据评估出来的构件可能遭到的破坏以及内部设施能够用于地震设防的作用等进行全面的考虑，将被破坏的状态、经济影响因素等加以预估，以保证人们的人身和财产安全得到最大程度的保护。关于结构抗震性能的规定从2011年就开始进入实施阶段，内容囊括了结构抗震性能的设计，其中包含了四个等级的结构抗震目标的划分以及五个结构抗震性能水准设定。新规定克服了旧有规范在抗震设计思想中的种种不足，引进了新结构体系、设计方法以及材料的应用，使得超限高层建筑的构件的承载力和变形等要求有了更加合理的参照标准和规范［2］。如对于超限高层结构的抗震性能水准的规定包括:在地震作用下，结构应保持基本完好，人员不会受到伤害;结构的个别构件如果发生损伤，可以经过修复后继续使用;结构中的薄弱环节和部位能够保持完好，如果个别部位发生微裂缝等问题，则通过修复可以恢复使用;在强震作用下，构件发生中等程度以上的损坏后，结构可能会发生严重的损伤，但是不能对人造成伤害，不允许局部和整体发生倒塌。

2工程案例

重庆市某超高层建筑(见图1)，占地面积11346m2。分为地下5层和地上48层，采用框架剪力墙结构。该建筑所处地段频临江边，地理位置优越，沿江部分采用斜向45°的剪力墙作为转换层的正交布置。标准层和转换层的平面布置严格按照高层建筑混凝土结构的技术要求施工。该设计理念使结构的布置不规范，转换层的结构包含了主次梁的转换，整个工程属于较为复杂的超限高层的建筑，具有竖向凹凸不规则、楼板局部不均匀、竖向不连续等超限问题［3］。根据该工程的特点，应业主要求，在施工中针对不同水平的地震作用进行了预估计，对地震作用下的性能指标进行了设计。在地震作用下的结构构件弹性的设计，按照行业规则，首先对荷载组合中最不利的部分进行了设计，主要设计的内容包括了承载力的要求、构件的系数调整、内力的增大等。见表1。除了楼板等结构构件的承载力之外，根据建筑中抗震性能的类型进行了相关荷载组合的设计，考虑的因素主要包括构件内力的增大、系数的调整等。对于罕见强震的结构构件中的竖向、转换构件以及首层以及转换层的薄弱部分、地基承载力的荷载等的设计［4］。见表2。1)地震作用下的设计参数分析。该工程在抗震防烈度上被设计为6级，按照地震的加速度值进行了分组，场地类别为II级。在对地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。见表3。对于地震作用下的结构设计，该工程采用了中科院的结构抗震设计软件进行了计算，计算的内容包括地震周期、作用、折减系数、刚度影响等。经过计算，结合实际，只要结构设计符合地震作用下的抗震规范要求，能够使得剪力的平均值小于震型分解反应中的结构内力要求，就可以保证建筑结构对抗地震的破坏。2)建筑结构在遇到罕遇地震的结构分析。根据建筑结构的弹塑性静力分析，建筑结构的非线性可以按照弹塑性动力时程的原理进行计算。例如本工程中的自由度高柔体系为5S，那么弹塑性静力推覆可能需要的周围不能大于2S，因此，根据有关结构弹塑性动力分析的规定，结构构件中的内力和变形、位移等，需要采用弹塑性动力分析的方法对震波进行研究。将地震波最终计算得到的结构的平均值作为设计的依据，按照弹塑性实程的方法，对结构的抗震性能进行设计。工程中结构平面的45°斜向正交布置的结构方法，使得弹塑性时程分析要对结构地震相应地进行地震波的分析、补充验算。得到的结论是，当结构在45°的地震作用下，结构的响应度应保持在0°和90°为最佳设计思路［5］。因此，根据计算的分析，工程选用了两种度数作为主要分析的方法，将最大层间的位移角和转换层的层间位移角的抗震性能以及目标进行了设计，针对罕遇地震作用的剪力和倾覆弯矩的设计能够对抗大型的地震，使得结构进入了弹塑性极端。3)工程的主要构件的抗震性能的分析。楼板的抗震性能通过地震增大系数法，对于地震作用下的楼板应力进行了分析。首先是得出在弹性大地震作用下的转换层楼板的应力计算图，得到转换层在地震作用下不屈服的性能指标，然后根据标准层薄弱部分的截面法的分析结果，得到楼板的合成剪力、转换层对框、支柱、加强区的剪力墙等部位的内力分析结果。见表4。

3结语

关于超限高层建筑的抗震设计思路，随着科学技术水平的不断提高，已经实现了以实际震害为背景的抗震设计，而且随着国际研究领域的重视程度的提高，在充分把握结构、变形、受力等特征的基础上，不断注重结构整体抗震性能的设计目标的整体分析和优化［6］。当今的结构设计已经在结构弹性分析和弹塑性分析的基础上，能够整体确立结构的基本特征，布置结构平立面，验算出结构构件在地震反应下的性能目标，给予设计准确的计算结构的指导，同时经过振动台的实验给予论证，高层建筑结构设计的思路还将不断得到扩展。

作者：吕杨 单位：重庆雅凯斯凯建筑设计有限公司