超高层结构设计十篇

超高层结构设计篇1

[关键词]：超高层住宅；剪力墙；基于性能的抗震分析

中图分类号：TU241文献标识码： A

1 工程概况

某超高层住宅项目处于大连市东港区，场地北侧为大连万达公馆，南侧与维湾广场隔长江路相望，东临辽宁省检验检疫局。本工程总建筑面积22.96万m2，地上建筑面积18.14万m2，地下建筑面积4.82万m2。共两层地下室，其中地下二层为车库及设备用房，地下一、二层局部为核6、常6级甲类防空地下室，地上建筑包括两栋独栋商业及三栋超高层住宅。超高层住宅首层局部挑空为大堂部分， 2～50层为住宅部分，标准层层高3.3米，建筑总高度为167.10m；塔楼分别在15、27、39层设3个避难层。

2 结构体系

2.1上部结构

本工程地上部分主体结构为50层，室外地面至主屋面高度为167.95m。

主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构。剪力墙墙厚根据计算确定，一般墙肢厚度详见表1。标准层平面结构布置图见图1。

主要墙体厚度 表1

图1标准层平面结构布置图

2.2地基基础设计

根据场地地质勘察报告分析，本工程采用桩筏基础，桩端持力层座落于中风化板岩层，桩型采用机械成孔桩，饱和单轴抗压强度标准值，桩径1.4m，单桩承载力特征值为14000kN，筏板厚度2.4米，基础埋深12.3m。单独地下室部分及独栋商业部分基础坐落于强风化板岩层上，地基承载力特征值fak=400 kPa。裙楼地下室部分采用独立柱基础防水底板，防水板厚0.5m。在塔楼与地下室之间设置施工后浇带以减小二者之间的差异沉降。由于抗浮水位较高，经复核，单独地下室部分结构自重无法满足整体抗浮要求，故在上述区域采用抗浮锚杆以抵抗较大的水浮力。

3上部结构超限情况及性能目标

3.1超限情况

1．高度超限

高度超限，主体高度167.95m，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定的B级钢筋混凝土剪力墙结构适用的最大高度150米的要求，属于超B级高度超限高层。

2．平面不规则

建筑二层楼面局部开大洞，楼板不连续，导致该层平面不规则。

3．扭转不规则

塔楼在地震作用下和风荷载作用下，最大弹性层间位移角与平均层间位移角的比值存在大于1.2但小于1.5的情况，为扭转不规则。

3.2性能目标

参照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）有关结构抗震性能设计的参考方法，本工程具体性能目标设定见表2。

抗震性能设计目标 表2

4 结构设计与计算

4.1 设计参数

本工程结构安全等级为二级；基础设计等级为甲级；抗震设防类别为丙类；抗震设防烈度为7度[1]；设计基本地震加速度值为0.1g；设计地震分组为第二组；水平地震影响系数最大值为0.105（多遇地震作用下）（安评报告提供）；Ⅱ 类场地（场地特征周期为0.35 s）；结构阻尼比： 0.05。剪力墙抗震等级为一级。基本风压为0.65kN/m2（50年重现期），地面粗糙度类别为A类。

4.2 多遇地震下振型分解反应谱法计算分析

本工程采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的SATWE（2011年1月版）和韩国MIDAS IT Inc.公司编制的MIDAS Building（2011版）两种不同的空间有限元分析与设计软件进行了结构整体计算分析。分析按照二层地下室并附带相关联部分结构进行结构嵌固条件分析计算。验算通过后按无地下室模型进行结构整体计算分析。多遇地震作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑5%偶然偏心地震作用下的扭转影响及双向地震作用之最不利作用。

工程计算的整体建筑空间模型见图2，剖面示意见图3。

图2整体空间模型图3剖面图

从整体计算结果（表3）可以看出，各软件计算的结构总质量、剪重比比较接近，满足现行规范的要求。结果说明各程序在计算结构动力特性方面较为精准，程序之间具有可比性。计算主要结果见表4、5。

整体结构总质量、基底剪力比较表 表3

顶点最大位移与层间位移角表5

4.3弹性动力时程分析

弹性动力时程分析采用SATWE进行计算，选用的地震波为场地地震安全性评价报告提供的50年超越概率为63%的一条人工波α63-2和分析软件内存的两条适合本工程场地土的两条地震波XH-1和XH-2，单个波的总地震剪力不小于振型分解反应谱方法计算结果的65%，三条波计算所得的结构基底剪力平均值平均值不小于振型分解反应谱方法计算结果80%，满足规范要求。对于顶部楼层的剪力大于反应谱计算的部分，结构设计时将取用三条时程波的包络值，在反应谱基础上将内力放大调整，进行构件补充计算。

4.4中震弹性和中震不屈服分析

在进行多遇地震弹性计算的基础上，本工程进行了中震弹性验算，计算目标是底部加强区剪力墙受剪保持弹性状态，部分连梁可以进入塑性阶段，并通过调整梁刚度折减，适当增加剪力墙安全度。此外进行了中震不屈服结构验算，计算目标是剪力墙偏拉偏压保持不屈服状态，验算墙肢是否出现全截面受拉，部分连梁可以进入塑性阶段。上述计算均采用特征周期0.35，水平地震影响系数0.23。

4.5 静力弹塑性分析

本工程采用PUSH&EPDA对主体结构进行了X向和Y向推覆计算,荷载加载形式为CQC。其性能点的基底剪力、顶点位移为、阻尼比、最大层间位移角见表6。罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算满足规范1/120要求。X、Y向推覆能力谱与需求谱曲线见图4-5。

结构性能点相关参数 表6

图4X向推覆能力谱与需求谱曲线 图5Y向推覆能力谱与需求谱曲线

4.6结构舒适度验算

按照10年重现期的风荷载计算结构顶点横风向及顺风向的结构顶点加速度，本工程的计算结果为：顺风向0.060 m/s2，横风向0.147 m/s2，满足规范0.15m/s2的限值。

4.7超限加强措施

控制墙肢轴压比不大于0.50，南北窗间墙处按分离框架柱进行补充计算分析，并按两模型包络值进行配筋设计。剪力墙底部加强区取为一层～六层，过渡层取为七层～八层，采用一级抗震等级；对大堂处局部穿层肢墙采取特一级抗震构造措施，并在一、二层增设钢骨加强。在底部中震受拉（拉应力标准值大于ftk）处墙肢增设型钢，以型钢抵抗全部拉力，且型钢配置高于受拉区域二层，并采取特一级抗震构造措施。需构造加强的节点（转角墙、横墙、南北窗间墙，内墙支撑多梁的端节点）的约束边缘构件上延至轴压比0.30处（25层）。在楼板局部不连续处加大两侧板厚，并配置上、下双向通长钢筋，同时周边剪力墙设暗梁，以增大水平刚度。罕遇地震作用时，底部加强区内的部分墙肢进入塑性状态，施工图设计时增加设置型钢或加大配筋等加强措施，以提高墙肢延性及抗倒塌能力。

5结论

通过两个不同软件对整体结构的计算分析，互为验证后，结构的刚度与变形特性满足规范规定的限制要求，按设定的性能目标及相应措施，通过对超高层复杂结构进行弹性、弹塑性分析，实现预期的性能目标，采用比规范要求更高的抗震措施对重要的构件做适当的加强。

参 考 文 献

[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范 [S] 北京：中国建筑工业出版社, 2010。

[2] 孙建超，徐培福，肖从真，等。钢板-混凝土组合剪力墙受检试验研究[J]. 建筑结构，2008，38(6):1-6.

[3] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京：中国建筑工业出版社, 2010

[4] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2005。

超高层结构设计篇2

关键词：超高层；复杂高层；建筑结构；设计要点

1超高层及复杂高层建筑结构设计的要求

（1）科学分析构造。在设计超高层及复杂高层建筑结构过程中，设计人员需要对建筑的整体构造进行合理设计，严格遵循实用性与稳定性的原则，对结构设计细节加以高度重视，加固设计部分应力符合集中的部位。同时设计人员需要综合分析外界的环境因素，如风向风力、温度变化等，以免建筑物出现形变和侧移等问题，确保构造的稳定性[1]。此外，设计人员需要准确把握建筑材料的性能，尤其是材料的形变能力和延展性，以便因材料质量问题而影响建筑构造的使用性能。（2）优选结构方案。结构方案的选择是超高层及复杂高层建筑建设的前提与基础，因此设计人员需要以工程实际情况为依据，科学确定结构方案，在确保结构安全稳定的基础上，协调好建筑成本投入及结构优化之间的关系。同时构建系统科学的评价方案，在评价体系中纳入相关的评价标准，如自然因素、施工工艺、工程材料和设计要求等，然后分析和对比超高层及复杂高层建筑的结构设计方案，优选出最佳方案，保证工程的有序实施。（3）完善计算简图。在结构设计环节，计算简图的目的就是为方案的选择提供数据支撑，达到结构精细化分析的目的。由于计算简图的完善与否直接关系到结构设计的科学合理，因此在实际工作中，设计人员应体现出计算简图的全面性与直观性特征，对结构简图的绘制误差进行科学控制，以便获得关键性的内容，真实准确反映出工程的结构信息，便于工程的顺利开展。

2超高层及复杂高层建筑结构设计的要点

超高层及复杂高层建筑结构设计的要点具体表现为以下几方面：（1）注重概念设计。在超高层及复杂高层建筑的结构设计中，需要高度注重概念设计，适当提高结构的均匀性、完整性、规则性，保证结构抗侧力与竖向的传力路径相对直接与清晰；同时在设计中适当融合节能和环保的理念，构建切实可行的耗能机制，关注材料与结构的利用率，保证结构受力的完整性。（2）加强抗震设计。抗震设计保证超高层及复杂高层建筑安全性的前提与基础，要想做好抗震设计应做好如下几点：①关注抗震结构设计的方法和质量。由于地震作用方向的随机性强，对地震荷载进行准确计算后，需要从构件与结构等方面出发，科学选用抗侧力结构体系，使刚心与形心相重合，提高结构安全性能[2]。②认真考虑抗震设防烈度。抗震设防烈度是建筑结构设计的重要内容，在烈度设计中应以建筑物最大承受强度大小为主，以此增强建筑物的安全性与经济性，有效减少建设误差，保证人们的生命财产安全。③科学选择建材。抗震设计材料应具备材质均匀、高强轻质等特点，并且构件连接应有良好的延性、连续性、整体性，这样才能有效消耗地震的能力，降低地震反应，减少因地震造成的损失。④加强构件强度。为了增强超高层及复杂高层建筑结构的抗变形能力和抗震性能，可以选择强度较大的结构，如钢结构、型钢混凝土结构、混凝土结构等。（3）合理选择结构抗侧力体系。要想保证建筑的安全性，必须要对结构抗侧力体系进行科学选择，但是在选择过程中需要注意几点：①在实际设计环节，应该高度重视相关结构抗侧力构件的联系，使其形成统一和完整的整体。②如果建筑结构中涉及诸多抗侧力结构体系，则需要对其进行认真分析，科学评判其贡献程度，对其效用进行详细考察[3]。③从建筑物实际高度出发，对所学的结构体系进行确定，如建筑物高度不超过100m，框架剪力墙、框架、剪力墙为最佳体系构成；高度保持在100~200m的范围内，剪力墙和框架核心筒为最佳体系构成；盖度在200~300m的范围内，框架核心筒和和框架核心筒伸臂为最佳体系构成；高度低于600m时，衔架、斜撑、组合体、筒中筒伸臂、巨型框架为最佳体系构成。

3结束语

在超高层及复杂高层建筑结构设计过程中，需要对其设计要点进行准确掌握，从施工过程、抗震设防烈度和结构方案等方面处罚，做到科学分析构造、优选结构方案、完善计算简图，并加强抗震设计，注重概念设计，合理选择结构抗侧力体系。这样才能提高材料的利用率，保证建筑结构的稳固性和安全性，增强建筑的整体质量和使用性能，达到良好的设计效果。

参考文献

[1]吴荣德，李国方.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探析[J].住宅与房地产，2015，28：40.

[2]胡先林.试论复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建材与装饰，2016，10：124~125.

超高层结构设计篇3

关键词：框架一核心筒；超限高层；设计

现代城市用地的紧张加快了高层建筑的应用与推广。在现代城市改建、扩建过程中，高层建筑已经成为我国城市建筑设计中首选技术方式。在高层建筑的设计过程中，框架一核心筒结构是较为常用的结构形式。通过框架一核心筒结构的应用提高高层建筑的设计高度，实现高层建筑结构稳定性、安全性、抗震性等性能目标。为了更好的发挥框架一核心筒结构优势、促进我国城市用地使用率的提高，笔者从自身的设计经验出发，以相关文献的收集、整理与分析为重点，分析和论述了框架一核心筒结构在高层建筑的应用要点等问题。

一、框架一核心筒结构技术特点分析

框架一核心筒结构是利用楼梯建筑内的电梯井道、通风井、公共卫生间等构建中央核心筒，同时采用框架形成框架核心简结构。这一结构形式有利于结构的受力、以此提高了楼体结构的抗震性。框架一核心筒结构是目前国际超高层建筑中采用的主流结构形式，而且该结构还能够提高楼体内部的空间、提高空间利用率。框架一核心筒结构的应用利用了核心筒的抗侧向刚度以提高楼体的抗震性能。框架结构更多的承担竖向荷载与少部分水平荷载。框架一核心筒的结构优势在现代超限高层设计中有着重要的应用，这一结构能够利用自身优势在楼层增加的过程中减少框架水平荷载的承担比重，实现建筑使用面积的增加，提高城市土地利用率、提高建筑工程建设投资效益。框架一核心筒结构的优势使得其在现代超限高层建筑中有着极为重要的应用，是目前超高层建筑设计的主流结构形式。

二、框架一核心筒结构在超限高层设计中的应用

1针对现代超限高层设计抗震性能的框架一核心筒结构设计

超限高层框架一核心筒结构中的核心筒结构承担着水平测力抵抗的功能，框架结构承担着竖向荷载与少量水平荷载。在进行超限高层设计过程中，需要考虑核心筒结构与框架结构的不同功能。通过注重铰接节点使核心筒与框架结构间的抗侧力刚度比得到合理分配。避免受力分配不均影响整地抗侧向刚度，提高楼体的抗震性能。在这一设计过程中需要特别注意核心筒刚度与框架结构刚度分配的比例，避免核心筒刚度过度增强导致强震情况下混凝土墙体的开裂。通过科学分配刚度以及相关的计算提高超限高层设计的抗震性能。

在国际上框架一核心筒结构应用中，有一部分国家认为这一结构不适于地震区的高层建筑应用。在对相关资料的收集与整理中可以看出，地震中倒塌建筑多是过度强化核心筒强度，造成框架结构与核心筒结构间刚度分配不合理而造成框架结构裂缝，进而导致框架结构稳定性与抗震能力的降低，导致倒塌事件的发生。而日本本土这一结构应用中，采取了严格的审批制度。其也是针对框架一核心筒结构强震抵抗能力而出台的政策。在我国强震地带的超限高层设计中应谨慎使用这一结构。针对建筑物所在地的地质结构进行框架一核心筒结构的应用，保障建筑物的使用安全。

在我国的抗震设计中，多数地区强制提高抗震等级。这就造成了建筑工程投资建设中经济性不高的问题。而框架一核心筒结构的应用能够从自身结构特点出发，提高工程建设的投资经济性。在实际的应用中，框架结构多采用钢架柱密柱方案，以钢筋混凝土核心筒及钢框架密柱筒中筒结构提高建筑物的抗侧向刚度、有效减少混凝土墙地压应力。通过科学的设计以及多种方式的运用实现超限高层建筑的抗震性能强化，保障建筑物的结构稳定性与抗震性。同时利用框架一核心筒结构优势提高工程建设投资经济性，促进我国建筑行业的健康发展。

2超限高层设计中风荷载与结构设计的分析

超限高层建筑的设计中还要针对建筑物的风荷载水平作用进行分析、计算与论证。利用框架一核心筒混凝土剪力墙结构使结构整体能够在风荷载作用下有效控制建筑物在风荷载下的受力，减少层间位移。针对超限高层风荷载需求进行框架一核心筒结构应力计算，以此保障超限高层建筑物的稳定性。针对超限高层在风荷载作用下的侧向变形、振动等分析风压、风压高度变化系数、风荷载题型系数与风振系数。针对框架一核心筒的结构进行计算，以此实现超限高层抗侧向变形能力的提高。在这一计算过程中还要考虑抗侧向形变与抗震性能需求间的平衡，科学分配框架与核心筒的刚度、应力，以此实现科学的超限高层设计。

三、以框架一核心筒结构设计要点为指导进行超限高层设计

在现代超限高层框架一核心筒结构设计中，设计人员应针对核心简设计、框架设计、框架梁支撑设计、楼盖设计、框架剪力墙等设计工作规范、要求进行相应的设计工作。在核心筒设计中首先确保核心筒应贯通全高。而且，对于超限高层应确保筒体宽度大于全高的1/12。同时注重剪力墙结构的应用。在设计过程中需要针对核心筒设计要求对相关设计要点、连梁等进行计算与设计，确保超限高层的结构稳定性。在框架结构设计中需要注重控制结构的周期与位移，利用墙加大量等方式增强结构抗侧刚度。针对超限高层结构需求进行框架结构设计。另外，超限高层框架一核心筒设计中还应对框架梁支撑条件进行确定。沿梁轴线方向有墙时刚接。核心筒外墙厚度大于0.4Lae（且内侧楼板不开洞，刚接。梁支撑处有柱，刚接。不满足以上条件的梁，铰接。通过设计工作的针对性确保超限高层结构等稳定性、确保超限高层框架一核心筒结构的安全性。

除注重上述规范、要点与设计过程中遵循的基本原则外，超限高层设计过程中还要针对框架一核心筒结构在超限高层应用中楼盖设计要求进行设计。在楼盖设计中应注重核心筒外缘楼板不能开洞口、核心筒内部楼板，厚度≥120mm，双层双向配筋。楼面梁不宜支承在核心筒的连梁上。通过针对框架一核心筒结构特点以及超限高层需求进行超限高层框架一核心筒结构的设计与应用，促进我国城市土地利用率的提高。另外，为了保障超限高层结构的抗震性能，结构设计过程中还需要针对抗震等级要求进行框架剪力墙结构设计与计算，保障超限高层结构的抗震性能。

超高层结构设计篇4

关键词：复杂高层 ；超高层建筑 ；建筑结构 ；设计 ；

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

我国复杂高层及超高层建筑不断崛起，建筑企业为了提高自身企业在建筑市场中的竞争力，对复杂高层及超高层建筑结构设计也有了更高的要求。复杂高层及超高层建筑结构设计中包含了诸多设计方面及影响因素，在设计施工前要根据高层建筑规范要求及实际情况进行科学合理的设计分析，确保建筑结构设计施工的科学性合理性，从而提高复杂高层及超高层建筑的安全性能，促使建筑企业走向一个新的里程碑。

复杂高层及超高层建筑结构设计中的抗震设计分析

复杂高层及超高层建筑相对于普通建筑而言，具有一定的特殊性，复杂高层及超高层建筑结构较为繁杂，且具有一定的高度，若出现紧急情况或者是地震自然灾害等不易救援，在这种情况下在复杂高层及超高层建筑中进行抗震设计就显得尤为必要。评价一个复杂高层建筑或者是超高层建筑结构抗震设计是否合格，可以从以下两方面进行分析：

1.抗震设计时要保证其为弹性状态

复杂高层建筑及超高层建筑倘若出现地震自然灾害由于其海拔过高必然会影响到周围的建筑物，给城市带来一定高的灾害，对其进行抗震设计是防患于未然的一种措施，在抗震设计中保持其为弹性状态，能够降低地震对建筑物的损坏率。

抗震倒塌设计

在复杂高层建筑及超高层建筑结构抗震设计中，要对建筑所能承受的地震振动侵害的大小，对其最大地震振动进行计算分析，能够在一定程度上降低地震灾害的侵害程度。其次，对于地震结构设计中的延性构件进行合理设计，其非弹性变形的能力不得超过其本身的变形能力，而对于非延性构件，其承受地震自然灾害的抗压力应该大于其本身建筑所能承受的压力，不论是复杂高层建筑结构设计还是超高层建筑结构设计，都要对其构件进行合理的控制，保持抵抗地震自然灾害的弹性。

复杂高层及超高层建筑结构设计要点分析

复杂高层及超高层建筑在建筑施工中相比普通建筑而言，具有一定的难度，其工程量较大，楼层较高，所以在建筑结构设计中要遵循一定的施工要求，准确把握施工要点，这样才能提高施工质量，保证复杂高层建筑及超高层建筑的安全性及稳定性，以下笔者根据诸多建筑企业进行复杂高层及超高层建筑结构设计施工中所总结的建筑结构设计要点：

重视建筑结构概念设计，着眼整体

复杂高层及超高层建筑其施工程序较为繁杂，在对其进行施工设计时，需要全面把握其结构概念，重视复杂高层及超高层建筑结构的概念设计，要做好复杂高层及超高层建筑结构概念设计，首先，应该从建筑的规则性及均匀性着手，在实际施工中要重视建筑施工中的对称性，保证建筑整体的美观；其次，结构设计中需要多个施工人员的配合，所以在建筑结构概念设计中要注重传力途径的建设，要保证施工中有一条清晰直接的通道实现传力，在传力途径建设中主要从结构竖向传力及抗侧立传力两方面出发；再者，在建筑结构设计施工中，要把握好复杂高层及超高层建筑的整体性，它在一定意义上直接体现了建筑企业的施工水平，另外我国提倡节能减排，建筑企业要想适应这一形势，在超高层建筑结构设计施工中就要融入节能减排的理念，在建筑物内部安装节能设备。

合理选择抗侧力结构体系

抗侧力结构设计是复杂高层及超高层建筑结构设计中的重要组成部分，良好的抗侧力结构设计能够提高复杂高层及超高层建筑的安全性能，为用户提供良好的居住或办公环境，因此在建筑结构设计施工中一定要合理选择抗侧力结构体系。选择合理的抗侧力结构需要了解建筑的实际高度进行科学的分析选择，另外在整个结构设计中要尽量使抗侧力结构体系中的各构件紧密连接在一起，保证其内部构件的整体性。结合建筑实际状况对每种抗侧力结构体系进行分析，了解其在建筑结构设计中所发挥的作用，根据复杂高层及超高层建筑的不同特点及当地的地理环境从而选择正确的抗侧力结构设计方法。

注重抗震设计各个环节的把握

抗震设计是复杂高层及超高层建筑结构设计的重中之重，它直接关系着建筑整体的安全性及稳定性，是确保建筑安全的重要环节，因此在复杂高层及超高层建筑结构设计中一定要严格把控抗震设计中的各个环节，提高抗震设计各个环节的合理性与科学性。在抗震设计中对抗震材料的选择是十分重要的，它在一定程度上直接影响了抗震设计的抗震性能，选择抗震材料要根据复杂高层或者是超高层建筑的特点进行购买，针对不同的高度选择抗震性能等级不同的材料。在建筑结构抗震设计施工前，要拟定行之有效的设计方案，确定建筑结构的变形弹性，在抗震施工中对其变形弹性的把控需要符合地震预期要求，另外还需要合理控制地震作用下的层间位移，进行层位位移在一定程度上能够降低地震给建筑带来的侵害。

全面了解所要设计的建筑结构特点才能准确把握结构设计的要点，在抗震设计中要科学对建筑结构的变形及结构位移进行科学的研究分析，精确两者之间的连带关系，从而更好的进行抗震结构设计，提高复杂高层及超高层建筑的安全性能，延长复杂高层及超高层建筑的使用寿命。倘若该建筑处于地震灾害的常发地区，应该进行多方面抗震设计，提高其抗震延性，增强复杂高层及超高层建筑的抗压力，减少因地震灾害而出现建筑倒塌事件的发生。

建筑结构抗震设计的质量及方法从一定意义上来讲直接决定了其抗震能力及效果，在整个建筑结构抗震设计中，设计人员一定要按照高层抗震设计的相关规定，而后再结合超高层及复杂高层建筑所在的具置，周边环境进行分析，从而制定出符合建筑结构施工要求的抗震设计方案，以便后期施工人员抗震结构设计施工的顺利进行。抗震设计对复杂高层及超高层建筑结构设计具有重要的意义，良好的抗震性能能够降低降低地震自然灾害对建筑的侵害，确保建筑的安全，从而保证住户的人身安全。

总结

复杂高层及超高层建筑与普通建筑相比，施工难度大，注意事项较多，所以要做好复杂高层及超高层建筑结构设计，要结合复杂高层建筑或者超高层建筑所在的地理位置及特点进行全方位的结构概念设计，制定科学合理的设计方案，从而保证设计人员顺利进行结构设计施工建设，提高复杂高层及超高层建筑的结构设计水平，从而确保整个建筑的安全质量，为住户或者办公者提供良好的建筑环境。

参考文献：

[1]陈惠信.对超高层建筑结构设计技术要点的探讨[J].中国建筑工业出版社，2012,10（5）：116-118

[2]陈天虹;林英舜;王鹏种.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术，2011,10（5）：357-359

[3]黄鹤.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J].才智，2012,6（12）：45-48

超高层结构设计篇5

关键词：B级高度框架核心筒超限高层抗震性能设计

中图分类号： TU352.1文献标识码： A

1. 工程简介

本项目位于江苏省南通市新城区核心位置，毗邻中央CBD中南世纪城，地上建筑共分为6栋楼（1#~6#），包括综合商业、超高层酒店、高层商办、文化产业、超市及地下车库。项目总建筑面积约24.15万平方米（地上约18.85万，地下约5.3万）；2号楼超高层酒店地上单体总建筑面积约5.6万平方米，位于整体大地下室之上，抗震设防烈度为7度（南通为6度设防区域，因本工程为大型公建，故按7度设防）；抗震设防类别为标准设防类(丙类)；结构形式为框架核心筒结构；框架及核心筒抗震等级均为一级。

2．超高层酒店结构基本形式

本工程由裙房与塔楼构成，二者连为整体，无抗震缝。塔楼部分采用框架-核心筒结构，重力荷载主要由钢筋混凝土楼盖传到核心筒以及周边的框架上，然后由核心筒、框架把重力荷载传到基础。

裙房部分较低，采用仅设置框架柱即可满足计算要求。

侧向荷载：地震作用和风荷载由外框架和核心筒把作用力和荷载传到基础。

裙房层平面：平面长x宽=100.6mx 30.0m。

标准层平面：平面长x宽=46.9mx 30.0m。

核心筒长20.6m，宽9.6米，核心筒的总高与宽度的比值为148.6/9.6=15.5；Y向刚度相对较弱，如何加强Y向刚度为主要控制要点，针对这一不足，根据核心筒墙体的布置特点，采取了适当增加翼墙厚度，充分发挥组合墙体整体效应，提高核心筒在Y向的抗侧刚度；

Y向边榀框架不连通，对Y向位移控制不利；框架柱的截面变化尽量有利于Y向位移控制，X向收进；

裙房高度主屋面高度15.7m，为塔楼高度的0.106

上部塔楼质心与裙房底盘质心偏差约为11m，为底盘长度的11%

3．结构布置特点

3.1 底部平面尺度狭长： 2#底部商业单体长宽约为100mX30m，长方向超过规范限值较多，对单体长度超长的结构设计，需采取有效措施防止由于混凝土收缩和温度应力造成的建筑物开裂；板面设置贯通温度钢筋，单层单向配筋率不小于0.15%，加强楼板防裂性能，施工期间在适当位置设置施工后浇带，后浇带内板钢筋均按搭接处理，以释放混凝土早期收缩应力，选择合适的温度条件封闭后浇带，尽量减少温度应力对正常使用的影响；适当加强受温度应力影响较大的构件配筋。

3.2B级高层：酒店总高度约148.65m,采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，根据《南通市建设工程抗震设防管理办法》的相关规定，此结构单体应按七度标准抗震设防，按规范的相关规定，属于B级高度的高层建筑；根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（建质〔2010〕109号）》的相关规定，属需进行“超限高层抗震专项审查”的超限高层建筑。

3.3 立面收进变化大：底部商业大部分为三层，局部四层，收进尺度较大，但收进部分高度与房屋高度之比不大于0.2，不属于结构竖向不规则；大底盘的偏心率不大于15%，不属于竖向不规则范围。

3.4 局部开洞：酒店入口设置二层通高大堂，局部开洞，形成二根穿层柱，设计时应核对穿层柱的计算长度系数，柱配筋应满足长度系数修正后计算结果。

3.5 大量短柱：建筑总高度较高，单柱荷载较大，大量框架柱的柱净高与截面高度之比不大于4，柱箍筋应按规范要求全高加密。

4．结构设计分析

4.1 计算程序及主要参数：主体结构采用由中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2010版）进行整体分析，北京迈达斯技术有限公司开发的《三维建筑结构分析与设计软件MIDAS》（版本号：V2011）进行补充计算，其中小震反应谱计算采用SATWE和MIDAS，小震弹性时程计算采用SATWE。多遇地震下参数选取按规范参数与安评参数计算的基底剪力较大者采用，经比较安评参数基底剪力较大，故多遇地震动参数按安评采用。

主要计算参数详见下表：

4.2SATWE与MIDAS计算结果汇总：

4.2.1 结构质量分布：

SATWE：结构总质量10.88万吨，恒载9.97万吨，活载0.91万吨，平均每平方米恒载1.588吨，每平方米活载0.122吨。

MIDAS：结构总质量10.88万吨，恒载9.97万吨，活载0.91万吨，平均每平方米恒载1.588吨，每平方米活载0.122吨。

4.2.2 结构周期及位移指标：

周期指标：

4.3 小震弹性时程分析结果

根据建筑抗震设计规范GB50011-2010第5.1.2条规定，本建筑为一般不规则高层结构，应进行弹性动力时程分析。计算分析时采用由PKPM提供的2条天然波和1条人工波，分别为RH3TG055（人工波），TH3TG055（天然波），TH4TG055（天然波），三条地震波均包括X，Y两个方向的输入分量，主次方向峰值加速度比值为1：0.85。

时程法结构地震响应计算结果：

地震波时程特性与CQC对比结果：

结果表明，结构体系无明显薄弱层，且每条时程曲线计算得到的结构底部剪力均大于CQC法的65%，三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于CQC法计算得到的底部剪力的80%，弹性时程分析结果满足规范要求。

5． 构件抗震设计性能目标

针对不同结构部位的重要程度，设计采用了不同的抗震性能目标，如下：

6．结构超限设计及计算措施

1）、地震参数选取按“安评参数”及“规范参数”计算后基底剪力大者取用。

2）、严格按规范要求控制剪力墙、框架柱的轴压比（剪压比），保证剪力墙、框架柱的延性，从而提高整个结构的变形能力。

3）、裙房屋面层楼板按规范要求加厚，并采用双层双向配筋加强。

4）、底部加强区墙体中震受拉，钢筋配置按中震不屈服控制，钢筋连接采用机械“A”级接头予以加强。

5）、穿层柱采用全高设置箍筋增强其延性设计，满足中震弹性。

6）、内隔墙采用轻质填充墙，尽量减轻结构的自重，减小地震作用。

7）、对裙房层顶层楼板补充应力计算，并根据计算结果采取中震不屈服进行加强。

8）、对穿层柱的设计剪力和弯矩取值不小于该层其它柱的剪力和弯矩设计值。

9）、对关键构件进行抗震性能化设计，满足抗震性能目标要求。

10）、采用PUSH对结构进行罕遇地震下的弹塑性静力时程分析，以考察结构在罕遇地震下的抗震性能，对分析中发现的薄弱部位采取相应的加强措施，保证重要部位不屈服，并控制整体结构的塑性变形满足规范1/100要求。

7．结语

本文概述了对该B级高度塔楼结构体系的研究、线弹性分析、弹性时程分析及构件的验算。各层面的分析结果表明目前的结构方案可以满足本文中所制定的目标，各项性能指标均符合国家现行规范要求，该工程结构体系成立，是安全可行的。主要的分析结论如下：

（1）该结构整移指标为地震荷载控制，小震作用下的最大层间位移角为1/902，风荷载下的最大层间位移角为1/1412，均满足规范小于1/800的要求；大震作用下最大弹塑形层间位移角为1/228，满足规范小于1/100的要求。

（2）筒体剪力墙满足中震抗剪弹性、中震抗弯不屈服及大震作用下截面限制的要求。

（3）跃层的框架柱满足中震抗剪弹性、中震抗弯不屈服的要求。

参考文献：

1.《南通市建设工程抗震设防管理办法》（通政发〔2009〕39号）

2.《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109号）

3. 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)

超高层结构设计篇6

关键词：超限高层 结构分析 弹性时程分析 不规则 弹性楼板 构造措施

1 工程概况

该高层为广西医科大学图书馆二期工程，建设地点位于南宁市双拥路广西医科大学中央教学区内。最高层数11层，地下1层，总用地面积19889.8m2，建筑总面积35585.7m2。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，设计特征周期为0.35s，水平地震影响系数最大值为0.04，场地类别为II类。

本工程主楼主体高度为47.7m，在A级设计限值以内，故抗震设防类别为A级高度丙类。结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地面粗糙度为B类，基本风压按50年一遇取值。地基基础设计等级为乙级，地下室防水等级为二级。

根据建筑物的平面形状及功能要求，本工程采用了二道抗震缝将建筑物从地下室顶板面起分为三幢单体，缝宽均满足规范要求。地下室作为三幢单体的嵌固层，这样三幢单体可以独立计算地震作用而不需作为复杂高层大底盘多塔楼模型考虑。一幢单体为3层多功能演讲厅，一幢为6层楼图书馆，总高度小于22.5米，该两幢单体均不属于高层范畴，故在此不予以分析。

2 规则性分析

中间1幢单体为11层47.7m高的主体，其结构体系为框架—剪力墙结构。天面构架出屋面7.65m。剪力墙与框架部分的抗震等级分别为三级和四级。下面分析该主体结构的规则性。

1）、平面规则性分析

该主体平面布置为T型，突出部分长度t与总宽度之比大于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.3条规定的0.35。， ，高宽比为。该平面布置的突出部分太多，大于0.35，属于平面不规则。平面形状尺寸见右图1。

二、三、四层有中庭及楼梯开洞，开洞面积比率为15%，小于《高规》4.3.6条规定的35%，楼板在开洞处的净宽度为9.2m>5m，且开洞后的最小楼板净宽为4.3m>2m。均满足《高规》4.3.6条规定，但在设计中予以弹性楼板补充计算及采取构造措施加强开洞处附近梁板。

2）、竖向规则性分析

在4~6层平面逐层收进，收进后的，大于《高规》4.4.5条的75%，收进后的面积比收进前的为75.3%，满足《高规》4.4.2条，综合判断为竖向规则。

3）、结构布置

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程属于高度不超过规定，但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高规》规定的高层建筑工程。为一项平面不规则，竖向规则结构体系。

该超限单体采用电梯间，楼梯间等垂直交通通道形成的相对集中的剪力墙筒作为结构体系的主要抗侧力构件，通过加设抗震剪力墙来调整整个结构的抗侧刚度，使用周期，位移满足规范要求。

3、结构分析及主要结果

结构整体计算采用中国建筑科学研究院开发的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）及PMSAP（广义墙元模型）两个相互独立的可资相互对比的高层结构分析软件进行，计算时均考虑偶然偏心，地震作用下的扭转影响，用SATWE进行结构的弹性动力时程分析。图书库的活荷载较大，故考虑活荷载不利布置影响。周期折减系数为0.75，结构的阻尼比为0.05。

主要计算结果如下。

1）、周期

⑴ SATWE计算

以扭转为主的第一自振周期Tt（T3）与以平动为主的第一周期之比为：

X向：，Y向：，满足《高规》4.3.5条。说明结构已经具有足够的抗扭刚度。

⑵ PMSAP计算

X向：，Y向：，与SATWE计算结果相近。

2）、基底剪力

⑴ SATWE计算

活荷载产生的总质量（t）：7411.915t，恒荷载产生的总质量（t）：46104.063t，结构的总质量（t）：53515.977t。其他结果见表1。

X向

Y向

剪重比

1.20%(>0.80%)

1.04%(>0.80%)

振型有效质量系数

93.20%(>90%)

92.82%(>90%)

基底剪力(kN)

超高层结构设计篇7

关键词： 超限高层，钢管混凝土柱，钢筋混凝土斜柱

中图分类号：TV331 文献标识码： A

1工程概况

某工程由居中的主塔楼，西侧的海洋创业服务大厦，东侧的海洋经济总部基地及附属裙房组成，其中裙楼5层，建筑总高度28米；主塔楼45层，建筑总高度192.1米；东西两侧的海洋经济总部基地、海洋创业服务大厦均为22层，建筑总高度95.5米，建筑总占地1.7万平方米，总建筑面积约31.76万平方米。其中地上建筑面积为23.92万平方米，地下共2层，地下建筑面积为7.8万平方米。本文介绍主塔楼超限高层结构设计。

2结构设计

2.1风荷载

根据《建筑结构荷载规范》[1]及《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]，本工程基本风压按50年重现期的风压值采用， KN/m2，地面粗糙度为B类，主塔楼风荷载按华南理工大学土木与交通学院提供的风洞实验的结果采用。

2.2设计地震动参数

1、根据《建筑工程抗震设防分类标准》[3]及《建筑抗震设计规范》[4]，本工程属丙类建筑，按本地区设防烈度计算及采取抗震措施。抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别Ⅲ类，地震分组第一组，特征周期Tg=0.55（安评小震反应谱）。

2、根据安评报告，工程场地地表设计地震动参数由表1 列出，常遇地震及罕遇地震反应谱曲线和安评曲线对比见图1和图2。

表1 工程场地地表设计地震动参数（阻尼比5%）

经计算，规范反应谱均小于安评报告提供的反应谱，因此小震设计采用安评报告提供反应谱进行计算分析。中震计算时仍按照规范反应谱计算。大震弹塑性分析则采用安评报告提供的时程波数据。

2.3结构体系及构件的主要尺寸

主塔楼地面以上45层，结构高度192.1m，采用框架-核心筒结构。机房顶的直升机平台结构标高为203.1m。建筑平面呈双轴对称的花瓣形，建筑立面略呈橄榄形，底层长、宽约为42.5m，中部最宽处长、宽约为45.5m，顶部45层长、宽约为37.3m。35层以下设置16根竖直的钢管混凝土柱，35层及以上转换成钢筋混凝土斜柱，斜柱倾角约为3.1°，利用35层梁板对称传递拉力至核心筒。其中2层、43层、45层由于周边局部楼板缺失，形成部分穿层柱，柱高为相邻两层层高之和。核心筒尺寸为20.8×20.8m，外墙厚度从500mm变化至300mm；内墙从300mm变化至200mm。整体结构图、主要抗侧力构件图，如图3、图4所示。

竖向构件：核心筒剪力墙厚度为500～300，核心筒内部剪力墙厚度为300～200；连梁高度一般为700，宽度同墙厚；钢管混凝土柱截面为1100×25～800×18，首层钢管混凝土柱截面为1400×25，钢筋混凝土斜柱截面为900～800。

水平构件：主梁一般为300×600、350×700，次梁一般为200×500、250×600；钢筋混凝土框架梁与钢管混凝土柱的连接节点采用钢筋混凝土环梁，环梁宽度一般为400。楼板厚度：核心筒外一般为110、设备层及核心筒内一般为150，板跨较大处适当提高板厚。

3 结构超限情况

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（2010年9月），本工程主塔楼部分超限情况如下表2。根据《建筑抗震设计规范》[4]第3.4.1条条文说明，主塔楼属于不规则的超B级高度的高层建筑。

表2 结构超限情况

4结构分析

采用SATWE与MIDAS Building两个程序 对整体结构进行对比分析，采用Perform-3d对整体结构进行静力弹塑性推覆（ pushover） 分析。

4.1结构计算主要参数

结构计算参数见表3

表3 计算参数

4.2结构弹性分析

表4周期

表5最大层间位移角

工程主要指标计算结果见表4、表5。根据整体分析结果得到如下结论：

1）SATWE与MIDAS Building两个程序的计算结果没有出现原则性冲突或矛盾的结果。2）本工程除了二层部分楼板缺失造成首层、二层最大位移比超过1.2，属扭转不规则，其他楼层的位移比均小于1.2，第一、二振型均为平动振型，扭转因子为0.0，第三振型为扭转振型，扭转因子为1.0，表明结构的质量与刚度分布基本对称、均匀，无扭转耦联效应。仅需计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心。3）本工程计算得到刚重比：X方向，1.4

4.3弹性动力时程分析

根据规范规定，采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不少于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。本工程采用了弹性时程分析法进行了补充计算，计算结果见图5、图6、图7和表6。

超高层结构设计篇8

[关键词] ：超限高层；性能设计；超B级高度； 扭转不规则；楼板不连续；跨层柱

[Abstract ]: This article mainly introduces the Guangzhou Pearl River Metro a high-rise structure design and analysis, aimed at the limit condition, put forward the corresponding technical measures and solutions.

[ Key words]: tall; performance design; super B height; irregular torsion; discontinuous floor; cross layer column

中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1 工程概况

珠江新城商务区某超限项目地下4层，地上35层,首、二层为商业裙房，标准层平面尺寸23.75~28.5m x60m，塔楼建筑面积约41300 m2；首层层高8m，二层层高6m，标准层和避难层层高4.2m，顶层为办公会议空间，层高8.4m，主体结构屋面标高156.8米（建筑机房屋面163.8m，构架顶高度为171.4m），高宽比6.9。该区域地震基本烈度为7°，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组为第一组，场地类别为II类。根据抗震设防分类标准，本工程属标准设防类（丙类）建筑，多遇水平地震影响系数采用抗规规范谱和场地地震安全性评价报告谱的最大值0.084，设防地震和罕遇地震影响系数采用规范谱。结构安全等级为二级，设计使用年限为50年

2 基本结构布置

本工程为框架-剪力墙结构体系，在建筑中部左侧楼梯、电梯位置设置剪力墙筒体，楼盖采用现浇钢筋混凝土楼板，结构整体性良好；首层夹层和顶层办公会议空间局部做框架梁但无楼板的结构架空层；塔楼主要结构布置平面详塔楼剖面图和标准层（a）和（b），标准层每4层设置一个完整平面（如标准层a），其它3层局部楼板开大洞（如标准层b）；塔楼板厚一般为100mm，标准层平面洞口周边（阴影部分）楼板加强，采用140mm；主要框架梁尺寸为300~500x800，主要次梁尺寸为250x700，主要框架柱截面尺寸为1500x2600~800x800，剪力墙厚600~200mm；全楼竖向构件混凝土强度等级C60~C30，梁板为C30。

3 结构超限情况

本工程采用框架-剪力墙结构，房屋高度为156.8m（室外地面到主要屋面）超过高规规定的B级高度（140m，框架-剪力墙结构）；结构扭转为主的第一自振Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值小于0.85，考虑偶然偏心的地震作用下，楼层的最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移平均值的比值最大值为1.30，属Ⅰ类扭转不规则；结构平面呈矩形（局部外凸4.75m），L/B＝2.56，外凸尺寸l/b＝0.35，满足规范的凹凸规则性；结构在局部楼层楼板开大洞（办公大堂高度为2层层高），部分楼层存在楼板开洞宽度大于楼层宽度50％的情况，首层夹层和顶层仅有框架梁无楼板，因此属楼板局部不连续；塔楼各层均满足高规抗侧刚度比要求，属侧向刚度规则结构；塔楼竖向抗侧力构件连续；经计算层间受剪承载力能满足高规不应小于75％（B级高度）的要求，因此不属于楼层承载力突变。

综合上述，本工程存在扭转不规则（Ⅰ类）、楼板局部不连续情况，属超B级高度的一般不规则高层建筑。

4 计算分析结果

结构分析采用SATWE和ETABS两个基于有限元的不同三维空间分析软件进行对比分析，并补充多遇地震下的弹性时程分析。按性能目标水准D，对结构底部加强区的关键构件（框架柱和剪力墙）采用设防地震烈度和罕遇地震烈度下的不屈服计算，并进行罕遇地震静力弹塑性PUSHOVER推覆分析。

分析结果表明，两个程序结算结果比较接近，没有出现原则性冲突和矛盾的结果。其中SATWE计算结构扭转周期比Tt/T1=0.785，在水平地震作用下最大层间位移角为1/971（x向），满足规范要求。罕遇地震下PUSHOVER分析最大层间位移角为1/120（x向）。塔楼底部加强区的框架和剪力墙抗震等级为特一级，底部加强区以外的为一级，按高规控制竖向构件轴压比框架柱为0.75、剪力墙0.5。同时结构剪重比、刚重比、楼层侧向刚度比、受剪承载力比、框架柱抗倾覆力矩比均满足规范要求。

同时对结构优化分析表明，弱化中部剪力墙和框架柱之间的连梁刚度能有效减少考虑偶然偏影响的水平地震作用下结构的扭转位移比，并降低X向框架柱承担的抗倾覆力矩比值。

5 针对结构特点采取的相应措施

（1）针对本塔楼为超B级高度超限高层建筑，高宽比为6.59，采用性能化设计对结构底部加强区剪力墙进行验算，提高剪力墙水平钢筋的配筋率，一般墙的配筋率为0.4％，外侧墙肢的配筋率为0.5～0.6％；剪力墙端约束边缘构件纵向钢筋的配筋率1.2％～1.6％。底部加强区高度的框架柱，控制轴压比以提高其延性，并根据验算配置纵筋和箍筋；

（2）分别采用两个不同力学模型的空间结构分析程序，并考虑楼板的实际刚度和平扭耦联影响，对两种程序计算的结果加以判断和采用；按《地震安全性评价报告》所提供的场地人工地震波和两组实际地震记录做弹性时程分析，结构构件设计时取包络内力；

（3）根据静力弹塑性分析，核心筒处的剪力墙在罕遇地震下，底部加强区出现受拉裂缝，少量受剪裂缝，除加强水平钢筋外，也提高该部分墙身的纵向钢筋配筋率或增加墙厚，满足罕遇地震下剪力墙不出现剪切破坏；

（4）塔楼标准层隔层开洞，存在楼板局部不连续，在整体计算分析时按全楼弹性膜计算，开洞范围周边及筒体内的楼板厚度取140mm，板双层双向钢筋布置，楼板最小配筋率取0.25％，并用有限元分析应力结果复核配筋；

（5）塔楼首层夹层存在仅有框架梁无楼板的情况，补充首层层高8m的计算分析，首层剪力墙、柱按两个模型包络设计；针对全楼局部楼层仅有框架梁无楼板的情况，框架梁按弹性板的模型结果设计，并加强框架梁的抗扭纵筋配置；并补充二层跨层柱的稳定验算。

6 结语

通过调整结构布置及构件截面，减少本结构的不规则项及不规则程度，保证了结构抗震的合理性。在地震和风荷载作用下，结构具备较好的承载和变形能力，结构整体和各构件的抗震性能均能达到设计的预期目标。本工程竖向抗侧力构件连续，结构在多遇地震作用时的层间位移角、扭转位移比、抗侧刚度比、楼层层间受剪承载力比均满足规范控制指标；

根据抗震性能目标，对结构构件抗震等级、内力调整、剪压比、结构材料等方面采取了加强措施，剪力墙、框架柱等重要构件满足罕遇地震作用下不出现剪切破坏，结构层间位移角小于1/100，因此本工程结构体系在地震作用下，能达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。

7 参考文献

[1] JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程

[2] GB 50011-2010,建筑抗震设计规范

超高层结构设计篇9

关键词：超高层结构；抗震设计；研究

1 引言

为保证超高层结构的抗震安全性能，设计者们需要进行中震和大震水准下的抗震分析，这样的话就能更加细致地了解结构和构件在各种地震水准下的受力和变形情况，从而提高高层结构的可靠度。

2 超高层抗震结构的设计原则

首先，结构构件应该具备必要的性能，比如稳定性、承载力、延性等等。结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱”的原则，对于比较薄弱的结构环节要尽可能的提高其抗震能力。其次，设置多道抗震防线联合抗震，抗震防线应该不是单独的，应该设置多道防线，然后将这些防线组合成一个抗震结构体系，使得其抗震整体水平加强。最后，对可能出现的薄弱部位，应尽可能提高其抗震能力。在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

3 超高层结构的抗震控制技术

3.1 抗震性能设计方法

抗震中的性能是个广义的概念，在实际中要用位移、力等结构的物理反应参数来表示，因此针对不同的性能就会有不同的设计方法，其中主要有下面两种：一种是针对抗震强度的设计方法，它的原理是先进行抗震强度设计，接着讲参数进行变形验算，但是要将结构性能水平进行更加明确的量化。另一种是针对位移的抗震设计方法，它的原理主要是将整个抗震设计过程的起点用位移来表示，然后假设位移是超高层结构中抗震性能的主要决定因素，只有当位移达到要求后才能进行承载力的验算，这种位移的抗震设计方法有两个好处，一个是可以在设计的开始阶段就能够知道结构性能水平并且让它达到预期目标，另一个是可以避免重复设计。这两种方法的不同之处在于结构地震破坏准则的选取是不一样的，因为地震作用分量和高层结构是不一样的，这样就会使得结构地震破坏模式不一样，从而使得结构破坏准则无法统一起来。但是在实际设计中，工程师们都会把力和位移同时考虑进行，以此来优化结构设计，从而达到最佳效果。在现阶段中，第一种是工程师比较常用的方法，第二种还在研究中。

3.2 时程分析法

时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由时程分析可得到各质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应，并进而可计算出构件内力的时程变化关系。由于此法是对运动方程直接求解，又称直接动力分析法[1]。直接动力分析包括确定性动力分析与非确定性动力分析两大类，即确定性动力分析中的时程分析法与非确定性分析的随机振动分析法，这里主要介绍时程分析法。《抗震规范》规定，重要的工程结构，例如：大跨桥梁，特别不规则建筑、甲类建筑，高度超出规定范围的高层建筑应采用时程分析法进行补充计算。时程分析的意义在于：我国规范规定的抗震计算是以反应谱理论为基础、时程分析方法为补充的。对超高层结构进行时程分析的目的在于了解结构在地震过程中的受力和位移变化情况观察以及观察结构是否存在薄弱环节，从而可以针对振型分解反应谱方法中的不足进行加强并且增加结构抗震设计的安全性。在此基础上要注意的是不要采用太强烈的地震波，因为如果使用太强烈的地震波就会提高结构的设防水准，从而失去时程分析作为反应谱方法补充计算的意义。

3.3 底部剪力法

高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。底部剪力法适用于基本振型主导的规则和高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足工程设计精度的要求。底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。

3.4 反应谱分析方法

从概念上讲，反应谱是在特定的地震波作用下，单自由度体系的某一响应量值与自振周期的关系曲线。这里注意两个概念，一是单自由度，二是特定的地震作用。其实，反应谱可分为地震反应谱和设计反应谱两种，工程上用得最为广泛的是设计反应谱，是根据多条地震反应谱由统计的方法取平均或取包络并通过人为调整最终得到的，存在一些人为的调整因素。反应谱与以下几个因素有关，首先，设防烈度决定反应谱曲线地震响应的最大值；其次，设计地震分组和场地类别决定了特征周期。也许不少人对特征周期这个概念比较含糊，不知道究竟是什么。其实，我的理解，特征周期就是设计反应谱曲线下降段对应的结构周期值，很大程度上属于人为定义的概念。当特征周期取得大一些，我们会发现设计反应谱曲线对应数值一般将变大。这就是为什么01抗震规范较89抗震规范不同，在特征周期上就做了调整使之增大，从而人为加大了地震作用的计算值，从某种意义上加大了结构的抗震安全储备。再次，设计反映谱还和结构的阻尼比有关。结构的阻尼比越小，反应谱曲线的数值一般就越大。这是因为阻尼是阻碍结构振动的一种能量削弱，因此从结构概念上讲，阻尼越大对结构越有利。这就是为什么现在耗能减震技术在抗震领域非常有用的一个原因。虽然振型分解反应谱法仅适用于线弹性结构，但这种方法仍是工程界最为广泛使用的地震作用方法，其概念明确，而且计算精度能满足工程要求，且软件操作便捷易懂，便于工程技术人员掌握。

3.5 随机地震反应分析法

这种方法指的是通过对随机地震动加速度的观察记录，并将这些记录数据积累起来，从而发现它的随机性和特殊性，这样的话就可以采用随机过程理论对地震动进行描述以及对结构的地震反应进行分析。这种分析方法将地震动与结构地震反应看做是随机现象，所以我们可以求出其统计特性，或者是得出其出现概率意义上的最大反应。对于反应谱分析法中的振型组合问题这种方法可以较好的解决，使抗震设计从安全系数法向概率理论过度。其实，随机地震反应分析法和反应谱法是同时进行的，只是前者是从随机的观点出发来处理地震引起的结构反应。

4 结束语

综上所述，在超高层结构的设计中，抗震的设计尤为重要。如果在这一环上没有控制好，就会造成严重的灾难。在本文中分析了基于性能的抗震技术，基于性能的抗震设计是抗震设计发展的一种趋势，我国的超限高层建筑设计也开始应用，并取得了一定进展，相信这种技术会越来越得到发展。

参考文献：

[1]徐培福，戴国莹.超限高层建筑结构基于性能抗震设汁的研究[J].土木工程学报，2005，38（1）：1-10.

超高层结构设计篇10

关键词：超限高层；静力弹塑性分析；弹性时程分析；构造加强措施

Abstract:In this paper,the research on some exceeding high-rise residential building,which locates in Guangzhou,is discussed.The code exceeding status and the structural reinforcing measures are introduced.Two types of software,SATWE and Midas,were used for the global analysis,and PKPM was used for pushover analysis and elastic time-history analysis.The results shows that the structure is in ductile stage under rare earthquake,the seismic performance of the structure can satisfy the code requirements.

Key words: code exceeding high-rise building；pushover analysis；elastic time-history analysis；structural reinforcing measures

中图分类号；TU2文献标识码：A 文章编号：

工程概况

1.1基本情况

本项目位于广州市番禺区，用地面积为35525.81平方米，总建筑面积241959平方米，地上建筑面积180332平方米，地下建筑面积61627平方米。设有三层地下室，地面建筑群体由五栋超高层住宅、1栋会所及1栋幼儿园组成,建筑使用性质为住宅。

1.2工程概述

其中一栋超高层住宅地上为52层，主要高度159米（超B级高度高层建筑）。各层层高分别为：地下三层3.6m，地下二层3.6m，地下一层4.75m，首层6.8m，标准层均为3m。平面长宽为39.6x31.6，高宽比(窄向)为5.0。本文将针对这栋超高层住宅的计算展开讨论。

1.3结构选型

本工程根据标准层为高档住宅的特点，考虑采用剪力墙结构体系。剪力墙作双向布置，单体中部设置核心筒，所有剪力墙直接落地(标准层平面见图1)。

图1 标准层平面

3 设计参数

3.1工程场地安全性评价

根据有关报告得出结论如下：

工程场地覆盖层厚度19.30~43.60m，等效波速144.03~168.05 m/s，场地土类型中软土，场地类别为Ⅲ类。

工程场地63%、10%和2%的地震烈度及基岩加速度峰值PGA如表3.1.1所示。

表3.1.1

根据《中国地震峰值加速度参数区划图GB18306-2001》，地面峰值加速度的复核应由50年超越概率水平10%的基岩峰值加速度，应根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》中地震动峰值加速度（中硬场地）与基岩场地地震动峰值加速度的对应关系。得出本场地地震峰值加速度为96.54cm/s2，换算成0.0985g。

设计地震动参数及其与规范值的对比情况如下表3.1.2所示。

表3.1.2 安评报告与规范地震参数对比

场地稳定性评价：地震孔仅DZ5存在砂层，根据《建筑物抗震设计规范（GB50011-2010）》计算，出现砂土液化，液化指数为0.68，液化程度为轻微。根据地震孔，本场地存在软弱层，厚度大约为17m，应注意软土震陷的影响。本场地地势较平坦，属河流冲积地貌类型。在钻孔揭露范围内未见塌陷、土洞、地裂缝等不良地质作用。根据区域地质构造和本次地震孔钻探资料，场地未见断裂构造迹象，场地地震稳定性较好。

3.2超限分析主要的荷载作用

3.2.1地震作用

3.2.1.1本工程考虑地震作用的相关参数

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）、《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）以及工程场地地震安全性评价报告，本工程结构进行地震作用分析时，按规范采用的相关参数及各部位构件的抗震等级详见表3.2及图3.2。

表3.2 结构的相关参数

3.2.1.2 安评报告的地震反应谱曲线与抗震规范的相应比较

工程场地地震安全性评价报告提供的场地地面设计地震动参数与抗震规范的相应参数比较详见表3.1.2；相应的小震反应谱曲线对比详见下图。从图中能判断出安评报告的曲线能包络规范的反应谱曲线。为进一步的分析比较，使用pkpm软件，直接输入地震反应谱，将按安评报告输入的地震反应谱曲线计算所得的地震作用剪力与按规范的地震反应谱曲线计算所得的数值列表比较见图3.2，结果表明，小震作用下，按规范反应谱计算的基底剪力大于安评报告的结果，因此小震作用按照规范反应谱的地震反应谱曲线进行计算。中震、大震的地震动参数根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定按规范提供的数值取用。

图3.2地震响应曲线曲线图-安评报告及规范参数比较

3.2.2 风荷载

在计算风荷作用下结构水平位移时，基本风压值Wo=0.50kN/m2（n=50年），结构构件承载力计算时，按基本风压1.1倍采用，地面粗糙度B类，建筑体形系数μs=1.40。

4 结构抗震设计性能化目标

4.1抗震设防的基本目标

本工程按7度抗震设防、Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g。综合考虑抗震设防分类、设防烈度、场地类别、建造费用，本工程结构抗震性能目标定为C级。性能水准如下：

（1）在多遇地震作用下，所有结构构件按弹性设计，完好无损，达到性能水准1的要求。

（2）在设防烈度地震作用下，剪力墙正截面满足《高规》3.11.3-2要求，抗弯不屈服；普通框架梁、连梁受剪承载力满足《高规》3.11.3-2要求，抗剪不屈服；水平长悬臂梁正截面承载力满足《高规》3.11.3-3，抗弯不屈服，其受剪承载力满足《高规》3.11.3-1要求，抗剪弹性，达到性能水准3的要求。

（3）在预估罕遇地震作用下，结构弹塑性变形满足《高规》3.7.5要求，剪力墙受剪截面符合《高规》3.11.3-4要求；水平长悬臂梁受剪承载力满足《高规》3.11.3-3的要求，抗剪不屈服，达到性能水准4的要求。

4.2 抗震等级

构件抗震等级如下：

4.3结构各关键部位性能目标

针对本工程结构的特点和超限内容，按《高层建筑混凝土结构技术规程》本工程各构件性能化设计指标见下表4.3.1：

表4.3.1结构各关键部位性能目标及验算结果汇总

5 结构分析

5.1小震及风作用下的弹性整体计算

选用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE软件对主体结构进行小震及风作用下的弹性整体计算分析，并用Midas软件进行校核对比分析。

5.1.1 基本假定及主要参数取值

（1）嵌固层取为地下室顶板，结构整体指标计算时取地下室以上部分计算。

（2）考虑了平扭耦联计算结构的扭转效应。控制振型数使振型参与质量不小于总质量的90％。共采用18个振型组合。

（3）计算层间位移、层侧向刚度比和位移比时，采用刚性楼板的假定；在进行楼板应力计算时对相应的楼层采用弹性膜模型。

（4）主要参数取值如下：考虑偶然偏心；考虑双向地震作用；考虑P-Δ效应；考虑周期折减系数取0.90；中梁刚度增大系数按2010规范取值，连梁刚度折减系数0.7。

5.1.2计算结果汇总及对比分析

结构的整体计算结果见下表5.1.1。

表5.1.1 整体电算结果(多遇地震)

根据上述计算结果，两个软件风荷载及地震作用计算值有些差异，但差异不大，在合理的范围之内。结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，可以得出如下结论：

第一扭转周期与第一平动周期之比均小于0.85，满足“高规”3.4.5条要求。

在考虑偶然偏心的规定水平地震作用下，楼层的最大扭转位移比大于1.2,但均小于1.3，相应“地震作用下的层间位移角”大于1/2000,属扭转Ⅰ类不规则平面；

X，Y向有效质量系数均大于90％，所取振型数满足要求。

按广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定中3.5.1，T3栋层间有害位移值均小于层间位移值的50%，建筑物高度在150~250m间可在1/800~1/500间线性插值，本工程按159m插值，层间位移角限值u/h=1/759，经分析计算主体塔楼在地震荷载作用下及风荷载作用下层间位移角均满足规定的要求。

各层侧向刚度满足《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》表二的要求，表明本工程的侧向刚度规则。

剪力墙的最大轴压比均小于0.5，满足“高规”轴压比限值要求。

刚重比最小值小于2.7，但大于1.4，能满足高层建筑结构整体稳定的要求（“高规”5.4.4条），但需要考虑P-Δ效应的影响。

各楼层层间抗侧力结构的受剪承载力与其上一层受剪承载力比值最小值均≥0.75，满足《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》中表二的要求，不属楼层承载力突变。

5.2结构小震下的弹性时程分析补充验算

 根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中5.1.2条表5.1.2-1规定，采用SATWE程序对各栋塔楼结构进行小震下的弹性时程分析的补充验算。弹性时程分析采用工程场地地震安全性评价报告提供的7条地震波，其中user1、user2、user3及user5为天然波，user8、user9及user11为人工模拟的加速度时程曲线。

七条地震波作用下结构弹性时程反应（平均反应＝(user1＋user 2＋user 3+ user 5+ user 8+ user 9+ user 11)/7 ）与规范反应谱法计算结果比较如图5.2.1所示：

表5.2.1时程分析计算参数和结果摘要

弹性时程分析结论：

a. 时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80％，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65％的条件；

b. 由上述计算结果对比可见，弹性时程分析的楼层反力和位移平均值小于规范反应谱结果，反应谱分析结果在弹性阶段对结构起控制作用。

c．楼层位移曲线下部以弯曲型为主，上部以剪切型为主，位移曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀。

d．各条时程地震波下的层间位移角曲线形状均较相似。

e. 计算地震作用效应时，时程分析结果的平均值做补充验算。

5.3罕遇地震（大震）作用下静力弹塑性（Pushover）分析及结构抗震性能评价

为了解结构在罕遇地震作用下由弹性到弹塑性的全过程行为；判断该结构在罕遇地震作用下是否存在薄弱区，并评价薄弱区的薄弱程度。评价本工程结构在罕遇地震作用下的抗震性能，从而进一步判断该结构在大震作用下是否满足不倒塌的抗震性能要求。本工程采用PPUSHOVER分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。

PUSHOVER分析中控制性参数选取：目标位移为1.59m[为楼高(从地下室顶板面起算)的1/100],侧向荷载模式为倒三角模式,不考虑P—效应,考虑初始重力荷载,计算X与Y向地震作用。

5.3.1 PUSHOVER分析结果

(1) PUSHOVER分析结果如下：

图5.3.1X向大震作用下能力谱-需求谱曲线

图5.3.2Y向大震作用下能力谱-需求谱曲线

图上可以看出，结构在X方向需求层间位移角为1/148，需求点对应的总荷载步号为102；Y方向需求层间位移角为1/146, 需求点对应的总荷载步号为89；均满足罕遇地震下规范规定变形要求。

（2）大震性能需求点处的结构性能分析。

结构的安全评估将从结构整体性能和构件塑性变形程度两个方面来考察。整体性能的情况通过弹塑性层间位移角、剪重比、结构顶部位移、底部剪力、结构塑性发展的过程及塑性发展的区域来评估。构件则通过构件的塑性发展程度来评估。

性能控制点处结构的内力和变形数据见下表。

5.4 其它分析内容

本工程还进行如下分析计算：

利用satwe对结构进行中震不屈服验算；计算结果得知，剪力墙加强部位、标准层竖向构件及主要框架梁均能满足要求，除部分较短连梁外，大部分抗震构件能达到不屈服的抗震性能目标。

2）小震及中震下的标准层楼板应力分析；利用PMSAP进行楼板应力分析结果表明，在小震作用和中震作用下，标准层楼板薄弱部位处剪力最大值为20KN/m，偏于安全的以小震作用下最大剪应力乘上放大系数0.50/0.08＝6.25作为罕遇地震作用下的剪应力，薄弱部位处楼板剪力积分为125kN/m,楼板配Φ10@150双层板筋(该段楼板抗剪承载力为193 kN/m)，即能满足楼板的抗剪承载力要求。

6 结构超限的主要措施

1、本工程的剪力墙是主要的抗侧力构件，提高剪力墙墙肢的延性，可以有效的提高结构的抗震性能。针对提高剪力墙的延性，采取了以下措施：

(1)底部加强区抗震等级提高至特一级，底部加强部位的墙身水平和竖向分布筋配筋最小配筋率0.5%；约束边缘构件竖筋最小配筋率为1.5％，体积配箍率不小于1.5%；

(2)按中震正截面、剪切均不屈服的性能目标进行设计；

(3)根据罕遇地震下的pushover的计算结果，对薄弱处的剪力墙进行加强，避免其出现剪切特征的破坏。

2、采用抗震性能化设计，根据实际需要，针对整个结构、结构的局部部位或关键部位、结构的关键部件、重要构件、次要构件采取不同的性能目标。

3、提高楼板薄弱处在地震作用下的承载力：各栋细腰处及电梯井洞周边的板均为160mm厚，双层双向Φ10@150配筋；并适当参考小震及中震下楼板的应力分析结果，对楼板应力较大处进行加强。

4、结合竖向地震的计算结果，并适当加强大悬挑处（悬挑达4m）的悬挑梁的端部钢筋，提高此处结构的安全富余度，同时加强与悬臂梁相连处的剪力墙配筋（含分布钢筋及端部暗柱的钢筋），提高此处剪力墙在地震作用下的延性。

结论

综上所述，本工程虽然为超B级高层建筑适用高度，结构形式复杂，存在多项不规则，但在设计中采用概念设计方法，根据抗震原则及建筑特点，首先对整体结构体系及布置进行仔细的考虑并作优化，使之具有良好的结构抗震性能。在抗震设计中，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还补充了主要构件在中震下表现的性能要求，再采取多种计算程序进行了弹性、弹塑性的计算，计算结果表明，多项指标均表现得较为良好,基本满足规范的有关要求；使可控制的不规则程度得到基本有效控制。同时又通过概念设计及各阶段的计算程序分析结果，对关键和重要构件作了适当加强，在构造措施方面亦相应作了处理。总的来说，可以认为本工程除能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，亦满足小震不坏，中震下主要构件不屈服、震后可以修复，大震不倒塌的抗震设防目标，因此认为结构是可行且安全的。

参 考 文 献

[1] GB50011-2010建筑抗震设计规范.