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高層建筑結(jié)構(gòu)設計論文范文第1篇

我國當前主要通過常微分方程求解器對高層建筑結(jié)構(gòu)力學進行分析。高層建筑結(jié)構(gòu)力學常微分方程求解器功能強大，自適應求解效果非常好，可以有效滿足對用戶進行預先解答，提高解答的精度，降低解答指定的誤差限。當前我國在高層建筑結(jié)構(gòu)分析通過對常微分方程求解器的應用，有效實現(xiàn)了對高層建筑結(jié)構(gòu)樓板變形時的動力計算、穩(wěn)定計算和靜力計算，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整體分析和處理。建筑人員通過使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在進行高層建筑結(jié)構(gòu)分析時的處理量，降低了高層建筑結(jié)構(gòu)分析中的方程組數(shù)，有效提高運算效果，從本質(zhì)上實現(xiàn)了對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

在對高層建筑結(jié)構(gòu)常微分方程求解器進行深入研究的過程中，清華大學教授包世華和袁駟有效提高了常微分方程求解器的應用，實現(xiàn)了對常微分方程求解器的深化研究。袁駟教授利用有限元技術，對偏微分方程的半離散化進行控制，有效實現(xiàn)了對常微分方程組的求解，提高了對結(jié)構(gòu)線性函數(shù)的應用。通過常微分方程求解器的直接求解，對有限元線進行實際應用，有效對一般力學問題進行計算，在很大程度上提高了一般力學問題的計算效果。而包世華教授對半解析-微分方程求解器方法進行分析深化，有效將半解析-微分方程求解器方法應用到高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)靜力、動力、穩(wěn)定性的分析驗證中，提高了對高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析的效果。

2高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法

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

近年來我國還高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法中對扭轉(zhuǎn)振動進行分析，取得顯著進展。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法能夠有效對高層建筑結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié)進行分析，提高對結(jié)構(gòu)延展性、變形的實際分析效果。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法預計的破壞形態(tài)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(jié)構(gòu)的防震效果。但是當前對高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法的逐漸發(fā)展，越來越多國家在進行高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析的過程中開始對地震波根據(jù)實際情況進行選取，模擬效果大幅提高。

3基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法

基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法主要是通過數(shù)學上的最優(yōu)化理論及計算機技術實現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的一種新方法?；谧顑?yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法有效實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)設計的被動分析道主動設計的轉(zhuǎn)變，提高了高層建筑結(jié)構(gòu)設計的靈活性，對設計具有非常好的促進效果?；谧顑?yōu)化理論的結(jié)構(gòu)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(zhì)量產(chǎn)生最大的剛度。因此，設計人員要對框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻進行充分分析，實現(xiàn)墻體的優(yōu)化布置和數(shù)量選取，提高基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分力學析效果?；谧顑?yōu)化理論的結(jié)構(gòu)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(yōu)化設計，確保建立正確的最優(yōu)化剛度模型，提高基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法的模型實際應用效果。目前我國的基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法發(fā)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(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法仍處於研究和發(fā)展階段。高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析人員要對基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法中的數(shù)學模型進行深入研究，對剪力墻最優(yōu)剛度進行有效分析，從本質(zhì)上提高數(shù)據(jù)分析處理效果，拓寬基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法的應用前景。

4基于分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元的分析方法

在進行分區(qū)的過程中，高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析人員要對有限元進行全面分型。有限元中雜交元和非協(xié)調(diào)元的發(fā)展在很大程度上促進了分區(qū)廣義變分原理的發(fā)展，為分區(qū)廣義變分原理奠定了堅實的理論基礎。清華大學龍馭球教授對分區(qū)廣義變分原理進行研究，實現(xiàn)了對分區(qū)廣義變分原理的深化。龍馭球教授的分區(qū)混合有限元法將分區(qū)廣義變分原理進行拓展，實現(xiàn)了繼位移法、雜交元法之后的改革和完善。分區(qū)混合有限元法對彈性體分類，對勢能區(qū)使用位移單元能量分析，將結(jié)點位移作為基本未知量。而余能區(qū)使用應力單元，將結(jié)構(gòu)應力函數(shù)作為基本未知量，實現(xiàn)對能量項的交界面附加。分區(qū)混合有限元法在滿足位移和力的基礎上保證了位移的連續(xù)和收斂性，有效對總能量泛函駐值分區(qū)混合進行方程選取。分區(qū)混合有限元法適應性非常強，分區(qū)較為靈活，在很大程度上保證了函數(shù)的收斂性，對高層建筑結(jié)構(gòu)力學的分析具有非常好的促進效果。

高層建筑結(jié)構(gòu)設計論文范文第2篇

近年來，國家加大了對建筑行業(yè)的宏觀調(diào)控力度，明確規(guī)范了高層建筑物的安全使用要求，對高層建筑結(jié)構(gòu)設計進行了更多的限制，主要體現(xiàn)在對高層建筑工程項目中可能存在的安全隱患的防控。例如：嚴格要求建筑結(jié)構(gòu)設計中，建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的下層和上層感度比必須控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。國家不斷出臺了新的建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范規(guī)則，并明確指出在建筑結(jié)構(gòu)設計中，不能使用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設計方案。高層建筑結(jié)構(gòu)設計人員在實際的設計工作中，必須嚴格按照新規(guī)范進行設計，避免為高層建筑結(jié)構(gòu)設計埋下安全隱患。

2抗震設計問題

抗震設計規(guī)范明確規(guī)定了抗震設計目標，并針對不同地區(qū)、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(jié)構(gòu)設計時，必須要使結(jié)構(gòu)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?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)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(jié)構(gòu)設計時，必須優(yōu)先選擇輕質(zhì)高強的原材料。在滿足強度和結(jié)構(gòu)變形要求的前提下，綜合考慮經(jīng)濟性因素，盡可能選用質(zhì)量較輕的材料。高層建筑結(jié)構(gòu)設計師要能夠與時俱進，積極應用成熟、可靠的現(xiàn)代化技術和新產(chǎn)品，不斷提高自身設計水平，為建設優(yōu)質(zhì)工程貢獻自己的一份力量，為企業(yè)爭取良好的經(jīng)濟利益。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，利用結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞，造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失將會不可估量。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計時，必須通過為結(jié)構(gòu)施加控制裝置，加強結(jié)構(gòu)減震控制。在地震來臨時，控制裝置和結(jié)構(gòu)自身共同承受地震作用，通過二者的協(xié)調(diào)作用，能夠有效減輕地震反應。基礎隔離是結(jié)構(gòu)減震控制的一種很好的方法，通過安裝隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層，能夠有效延長結(jié)構(gòu)周期，使結(jié)構(gòu)本身處于延性工作狀態(tài)，有效吸收地震能量，減小結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)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(xiàn)象。我國部分城市處于地震高發(fā)區(qū)，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計時，設計師要充分根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)地貌情況，考慮當?shù)氐卣鸢l(fā)生的趨勢。建筑的超高問題嚴重影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，為建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計完成后必須經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(jīng)濟損失，加強審批，有助于避免不必要的經(jīng)濟損失，防患于未然。目前，我國對于高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)高度分類，并嚴格按照相關規(guī)定進行設計，提高高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。

4嵌固端設置問題

目前，大多數(shù)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(jié)構(gòu)設計就要考慮嵌固端設置可能造成的問題。在進行結(jié)構(gòu)計算時，要考慮嵌固端設計對計算參數(shù)的影響，全面考慮其可能造成影響的多種可能，有效協(xié)調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)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(guī)范要求的范圍內(nèi)。此外，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)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(yōu)的設計方案，盡可能避免其在高層建筑結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)安全問題。這樣，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提條件下，有助于促進建筑工程項目的順利完工。

5結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設計論文范文第3篇

關鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；剪力墻；超高；概念設計

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設計的基本特點

與單層或多層建筑的結(jié)構(gòu)設計相比，高層建筑在結(jié)構(gòu)設計中要考慮的因素較多，尤其是如果實現(xiàn)建筑整體美觀性和安全性的協(xié)調(diào)，逐漸成為廣大設計師關注的焦點問題。近年來，在國內(nèi)各地區(qū)頻繁出現(xiàn)高層建筑建設質(zhì)量問題，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)量難以保證。高層建筑結(jié)構(gòu)設計的基本特點，主要表現(xiàn)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(shù)一般在15層以上，其自身重量和使用荷載必然會導致結(jié)構(gòu)中豎向構(gòu)件產(chǎn)生一定的軸力，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之間產(chǎn)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(jié)構(gòu)延性至關重要

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

1.3側(cè)移是主要控制性指標

在高層建筑結(jié)構(gòu)的設計中，側(cè)移是設計師必須考慮的關鍵性問題之一。隨著現(xiàn)代高層建筑層數(shù)的不斷增加，結(jié)構(gòu)在水平荷載的強大作用下，其出現(xiàn)側(cè)向變形的幾率也無形中增加，所以一定要將高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移控制在合理的范圍內(nèi)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計應注意的幾個問題

目前，國內(nèi)在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中雖然積累了一定的經(jīng)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(yè)整體設計水平發(fā)展的主要因素之一。結(jié)合國內(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(guī)范軸壓比的需要，從而為結(jié)構(gòu)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(guī)范限制，軸壓比過大則結(jié)構(gòu)的延性無法得到保證，過小又會造成結(jié)構(gòu)的經(jīng)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(guī)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(tǒng)稱為短肢剪力墻。根據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)量檢驗造成麻煩。

2.3結(jié)構(gòu)的超高問題

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，超高問題是較為突出的，根據(jù)我國《建筑抗震規(guī)范》中的相關規(guī)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(jù)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(jié)構(gòu)設計的措施

在我國高層建筑數(shù)量增多、規(guī)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟性，這也是促進我國建筑行業(yè)發(fā)展的先決條件。針對國內(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)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(jié)構(gòu)設計中，概念設計較為流行，而國內(nèi)則較少采取此方法。所謂的概念設計是指在通過科學的構(gòu)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(jié)構(gòu)設計中，應用概念設計方法時，必須考慮到結(jié)構(gòu)的平面布置與剛度宜，以保證高層建筑的平面布置簡單、規(guī)則，減少凸出或凹進等復雜結(jié)構(gòu)。另外，在概念設計中盡量減少扭轉(zhuǎn)對于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自身抵抗扭轉(zhuǎn)的性能；盡量減少或控制因地震作用而引起的建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題。

3.2選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

總結(jié)國內(nèi)的高層建筑工程實踐經(jīng)驗不難發(fā)現(xiàn)：在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，如果結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性與可靠性，而且會留下較多的安全和質(zhì)量隱患。由此可見，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，選擇合理的結(jié)構(gòu)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(nèi)的高層建筑中主要采用：抗震墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)、板柱一抗震墻結(jié)構(gòu)、框架.抗震墻結(jié)構(gòu)，以及部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)等，每一種結(jié)構(gòu)體系都具有其自身的優(yōu)點的缺點，適用的環(huán)境也有一定的差異，所以設計師一定要結(jié)合工程項目的實際要求進行合理的結(jié)構(gòu)體系選型。

3.3科學進行計算

在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，科學進行各類數(shù)據(jù)的計算是設計師必須掌握的專業(yè)技能。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)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(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)設計的計算中，各種專業(yè)的計算機軟件和工具已經(jīng)得到了廣泛的應用，設計師僅需將各種實地測量數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，就可以在短時間內(nèi)獲取所需的各種專業(yè)數(shù)據(jù)，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(fā)展，而且成為促進國內(nèi)建筑行業(yè)發(fā)展的重要建設項目。但是從高層建筑結(jié)構(gòu)設計的整體質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)計算精確度的基礎上，全面提高設計方案的質(zhì)量，為工程項目的建設提供專業(yè)的工藝和技術依據(jù)。

參考文獻：

[1]張彥彬.試析高層建筑工程的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計[J].黑龍江科技信息，2011，（16）：246.

高層建筑結(jié)構(gòu)設計論文范文第4篇

關鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設計

1高層建筑結(jié)構(gòu)選型設計

1.1高層建筑結(jié)構(gòu)類型分析

高層建筑結(jié)構(gòu)選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見的幾種結(jié)構(gòu)可類型為分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。①框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據(jù)建筑功能的需求，完成對平面框架的布置。框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(wěn)定性高。但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)容易受到平面布局限制，出現(xiàn)質(zhì)心和鋼心不重合的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)過大，可能會出現(xiàn)的安全隱患；③剪力墻結(jié)構(gòu)，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(wěn)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(jié)構(gòu)，在電梯間及建筑布置剪力墻，形成筒體，該結(jié)構(gòu)具有更高的剛度。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素

高層建筑結(jié)構(gòu)選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環(huán)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(guī)則性、平面對稱性、平面質(zhì)量和剛度偏心等組成,立體體型是由結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；④結(jié)構(gòu)抗災水平及現(xiàn)場施工、后期使用、運營維護等。

1.3結(jié)構(gòu)選型實施案例

本章節(jié)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(jié)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(guī)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(jié)構(gòu)，通過合理布置剪力墻，控制結(jié)構(gòu)的整體剛度及側(cè)向位移等，使結(jié)構(gòu)更安全、更穩(wěn)定、更經(jīng)濟。

2建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計

2.1結(jié)合建筑類型進行優(yōu)化

汶川地震震害結(jié)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(jié)構(gòu)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(cè)邊及樓梯間布置剪力墻，以增強建筑結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)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(jù)其典藏書籍及文物的特點，其荷載大，使用空間大，平面不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)進行豎向布置時不必按照傳統(tǒng)9m模數(shù)布置，某項目案列按12m模數(shù)優(yōu)化柱網(wǎng)后，結(jié)構(gòu)截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。

2.2結(jié)合建筑總高度進行優(yōu)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(tǒng)支模難題；可有效控制塔樓標準層室內(nèi)梁高，內(nèi)部凈高高出150～200mm；絕大部分構(gòu)件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產(chǎn)品工業(yè)化水平，大大減少施工現(xiàn)場建筑垃圾；施工工期大大縮短。

2.3結(jié)合建筑荷載進行優(yōu)化

越來越多的企業(yè)在項目建設過程中承受著巨額成本的壓力,地下室優(yōu)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(guī)8.5m×8.5m柱網(wǎng)情況下，荷載越大，采用大板結(jié)構(gòu)，建筑物含鋼量最低，最經(jīng)濟。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中應多方面考慮，對建筑安全、美觀、經(jīng)濟等全面比較，以實現(xiàn)項目效益最大化。

2.4剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在實際工程中運用

（1）在進行結(jié)構(gòu)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?shù)目s減剪力墻的長度，減輕自重，增加高層建筑內(nèi)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(guī)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(wěn)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(xiàn)的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質(zhì)量和安全。（5）剪力墻應自上而下的連續(xù)性布置，減少高層建筑出現(xiàn)剛度突變的情況，保障剪力墻的連續(xù)性。設計過程中適當對剪力墻的厚度和混凝土強度進行調(diào)整，滿足軸壓比的要求。（6）對窗口梁和陽臺梁等截面進行調(diào)整，完成對結(jié)構(gòu)剛度及位移的微整，是結(jié)構(gòu)布置更合理。針對高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設計的基本情況，可完成高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而使得高層建筑的空間效果、結(jié)構(gòu)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(wěn)定性和安全性。

3結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)設計論文范文第5篇

關鍵詞：高層建筑 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu) 設計

1高層建筑結(jié)構(gòu)的相關問題

1.1 結(jié)構(gòu)的超高問題：在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。

1.2 短肢剪力墻的設置問題：在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)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，因此，在高層建筑設計中，結(jié)構(gòu)工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

1.3 嵌固端的設置問題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設置、結(jié)構(gòu)抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

2轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設計原則

2.1轉(zhuǎn)換層設計原則

2.1.1轉(zhuǎn)換層的豎向布置

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可根據(jù)其建筑功能和結(jié)構(gòu)傳力的需要，沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置；也可根據(jù)建筑功能的要求，在樓層局部布置轉(zhuǎn)換層，且自身的這個空間既可作為正常使用樓層，也可作技術設備層，但應保證轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，以防止沿豎向剛度過于懸殊。對大底盤多塔樓的商住建筑，塔樓的轉(zhuǎn)換層宜設置在裙房的屋面層，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中間出現(xiàn)剛度特別小的樓層，減小震害。對部分框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層的位置，7度區(qū)不宜超過第5層，8度區(qū)不宜超過第3層。轉(zhuǎn)換層位置超過上述規(guī)定時，應作專門研究并采取有效措施。 2.1.2轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置

研究得出，底部轉(zhuǎn)換層位置越高，轉(zhuǎn)換層上、下剛度突變越大，轉(zhuǎn)換層上、下內(nèi)力傳遞途徑的突變就越加??；此外，轉(zhuǎn)換層位置越高，落地剪力墻或簡體易出現(xiàn)受彎裂縫，從而使框支柱的內(nèi)力增大，轉(zhuǎn)換層上部附近的墻體易于破壞?？傊?，轉(zhuǎn)換層位置越高對抗震越不利。

底部帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，因此，必須設置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式。由于轉(zhuǎn)換厚板在地震區(qū)使用經(jīng)驗較少，可在非地震區(qū)和6度抗震設計時采用，對于大空間地下室，因周圍有約束作用，地震反應小于地面以上的框支結(jié)構(gòu)，故7，8度抗震設計時的地下室可采用厚板轉(zhuǎn)換層。

2.1.3轉(zhuǎn)換層的抗震設計

為保證設計的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設置在3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按高規(guī)規(guī)定提高一級采用，提高其抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架一核心簡結(jié)構(gòu)和為密柱框架的簡中簡結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大；8度抗震設計時，還應考慮豎向地震作用的影響。

3梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計

由框支主梁承托轉(zhuǎn)換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑多次轉(zhuǎn)換，受力復雜?？蛑е髁撼惺芷渖喜考袅Φ淖饔猛?，還需要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑，為了改善結(jié)構(gòu)的受力性能，提高其抗震能力，在進行結(jié)構(gòu)平面布置時，可以將一部分剪力墻落地，并貫通至基礎，做成落地剪力墻與框支墻與剪力墻協(xié)同工作的受力體系。

3.1轉(zhuǎn)換梁的設計

轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉(zhuǎn)換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數(shù)1．2。當洞口內(nèi)力較大時，可采用型鋼構(gòu)件來加強。

轉(zhuǎn)換梁的混凝土強度等級不應低于C30。

3.2框支柱的設計

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整：抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設計值進行配筋；剪力調(diào)整：框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規(guī)定采用：框支柱的數(shù)目不多于1 0根時，當框支層為1-2層時，每層第根柱承受的剪力應至少取基底剪力的2%；當框支層為3層及3層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%；框支柱的數(shù)目多于10根時，當框支層為l-2層時，每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的20%；當框支層為3層及3層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%；框支柱剪力調(diào)整后，應相應調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整。

4設計實例工程

4.1工程概況

某綜合大廈,總建筑面積為28000m2,地下室1層,地上22層。其中1～4層為商業(yè)樓層,1層層高是5.1m,2～4層層高均是4.2m,5～22層為住宅,層高均為3m。 4層設置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層兼設備層,轉(zhuǎn)換層以上為住宅樓(純剪力墻結(jié)構(gòu)),以下為框架―剪力墻結(jié)構(gòu)。該建筑位于六度抗震區(qū),建筑場地為Ⅱ類。

4.2梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計要點

4.2.1結(jié)構(gòu)平面布局為了提高其抗震能力,改善結(jié)構(gòu)的受力性能,對于有抗震設防要求的建筑,為了改善結(jié)構(gòu)的受力性能,提高其抗震能力,在對有抗震設防要求的建筑進行結(jié)構(gòu)平面布置時,可以將一部分剪力墻落地,并貫通至基礎,做成框支墻與落地剪力墻協(xié)同工作的受力體系。

該工程上部為純剪力墻結(jié)構(gòu),底部為體型規(guī)則、簡單的框架――剪力墻結(jié)構(gòu)。

南北向剛度中心與質(zhì)量中心偏差不超過2米,東西向完全對稱,為了增強抗扭效果,除核心筒外的其余剪力墻應盡量沿周邊均勻、分散布置。

4.2.2結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收,可根據(jù)其建筑功能和結(jié)構(gòu)傳力的需要,沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置;也可以按照建筑功能需要,在樓層局部布置轉(zhuǎn)換層。對于框支剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑7度區(qū)不宜在第五層以上設置轉(zhuǎn)換層,8度區(qū)不宜在第三層以上設置轉(zhuǎn)換層?？拐鹪O計的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。

該工程的豎向布置設計遵循“強化下部,弱化上部”的原則。盡量減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目,控制剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為400mm,其余部分的厚度取為350mm。為了增強底部剛度,在底部增設部分剪力墻,且還要讓核心筒兩側(cè)各有一片剪力墻落地。可選用C50混凝土,以提高底部柱、墻混凝土強度等級。

4.2.3抗震等級的確定抗震等級是根據(jù)建筑物設防烈度和建筑物使用功能的重要性確定的,根據(jù)《建筑抗震設防分類標準》(GB50223)的規(guī)定,建筑工程分為四個抗震設防類別:特殊設防類(甲類)、重點設防類(乙類)、標準設防類(丙類)、適度設防類(丁類)。當剪力墻轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設置在三層以上時,為了保證設計的安全性,框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級應提高一級。另外,在8度抗震設計時,還應考慮豎向地震作用的影響。