超高层建筑结构设计精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇超高层建筑结构设计，期待它们能激发您的灵感。

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[关键词]超高层建筑；结构设计；基础设计

[中图分类号]F407.9 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0252-01

前言

随着我国经济的进步，高层建筑已经无法满足社会发展的需求，超高层建筑就逐渐出现在人们的视线中，并且大范围的扩展，在我国的各个城市的角落，都能看到超高层的建筑。超高层建筑之所以发展的如此的迅速，有两个方面的原因，一是由于城市的发展的需要，需要超高层建筑作为城市的形象，另一个最主要的原因，还是由于土地资源的紧张，从而不断的研究建筑物的高度缓解土地短缺的压力。因此，本文重点介绍了有关超高层建筑结构设计的相关的问题。下面就对超高层结构设计进行具体的分析。

1 超高层建筑与高层建筑结构设计中的区别分析

首先，在建筑物高度的设计上，一般超高层建筑的高度超过100m到几百米之间，而高层建筑的高度一般在100m之内。超高层建筑物的结构类型比高层建筑物的结构类型要多。超高层建筑物的平面形状一般为方形，而高层建筑物的平面形状的选择比较多。超高层建筑物的基础形式一般为等厚板筏基和箱基，而没有高层建筑物所用的梁板筏基。超高层建筑物一般不采用复合地基，而高层建筑基本上采用的是复合地基。在对超高层建筑物进行设计的时候如果建筑物超过200m需要满足在风荷作用下的舒适度的相关要求，而对高层建筑物的设计一般不考虑上述的因素。

2 超高层建筑结构设计中主要考虑的因素分析

在进行超高层结构设计中对于结构类型的选择需要充分的考虑当地地质条件及其对抗震目标的设定等。对于地质的条件，在拟建筑基地需要具备能够采用天然地基的条件，并且具有抗震设防烈度较低的特点。因此，在建筑结构上，可以优先的考虑钢筋混凝土的结构。如果在地震高发区应该优先考虑钢结构及其混合结构。对于抗震方面的考虑主要是要确定抗震性能的目标。要求超高层建筑物的竖向构件承载力需要达到在中震的时候能够不被破坏，在这样情况下，钢筋混凝土结构很难达到抗震的目标，因此，需要钢结构或者混合结构；另外对于结构类型的选择上，需要充分的考虑经济条件。在一般的工程建筑中，钢筋混凝土结构类型造价比较低，全钢的结构类型是最贵的，因此，应根据超高层建筑物的经济上的条件进行合理的选择。现在超高层建筑结构多采用钢筋混凝土柱、钢筋混凝土核心筒这种混合型的结构。因其这种混合结构与全钢结构造价要便宜，与钢筋混凝土结构刚度要好，因此，被广泛的应用与超高层建筑结构设计中。

3 超高层建筑结构中的基础设计

在超高层建筑物，一般有多层地下室，超高层建筑物基础埋置的深度需要满足稳定性的要求。而对于一些地区的基岩埋藏较浅的特点，无法建构多层的地下室，需要设置嵌岩锚杆进而满足稳定性的要求。超高层建筑物的地基基础的形式需要根据建筑场地工程地质的条件，在满足其稳定性的要求的情况下，还需要满足其沉降和变形设计的要求。当超高层建筑物的基底砌置在黏性土层或者海沉积的土层的时候，而这种土层的地基承载力不能够满足变形设计的时候，需要应用合理的用桩基方案。当超高层建筑物在40层以上的时候，而基底砌置在厚度较大的卵石层的时候，这种基底的承载力特征值以及压缩模量都比较高，因此，需要考虑天然地基的方案。如果基底砌置在中风化以及微风化基岩上的时候，都需要采用天然地基的方法。

3.1 天然地基基础

在卵石层或者微风化基岩上的地基都需要天然地基的方法。但是其基础的形式是不同的，当基底是卵石层的时候，一般采用等厚板筏形的基础。等厚板筏基在板厚的要求上，应该具有非常大的刚度，从而使基底的压力能够均匀的分布，从而减小外框以及内筒的沉降变形，在设计时，等厚板筏基的板厚取外框以及内筒之间的跨度应该保持在四分之一左右。超高层建筑物的结构设计中对于基底砌置在微风化的基岩上，这种基岩承载力的特征值是比较高。因此，外框柱应该采用立基础，内筒应该采用条形基础或者等厚板筏形的基础。并且，由于微风化基岩的刚度非常的大，在荷载作用下沉降以及变形比较微小，因此，在地下室的底板厚应该按照构造的设置以及按照岩石裂隙水有关的水浮力进行计算。在基岩上独立柱的基础，通常情况下，为了使施工不破坏基岩达到整体性的效果，一般采用人工挖孔桩的方式进行开挖。

3.2 桩基础设计

对于超高层建筑物桩基础的设计，主要考虑桩基底承受的压力比较大，从而要求单桩竖向能够承载很高的压力。因此，我们在对超高层建筑物的桩基础设计的时候一般采用大直径钻孔灌注桩以及采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。对于选择桩端持力层上，最主要的是应该充分的考虑层厚较大以及密实的卵石层或者微风化基岩，从而减少桩端的沉降和变形。在对超高层建筑物桩基础设计的主要的原则是，应该集中布于柱下及墙下。如果在进行桩基础设计的时候采用的是端承桩或者摩擦端承桩，因为单桩竖向的承载力特征值比较高，因此，需要的桩数比较少，可以布于柱下以及墙下。如果对桩基础的设计采用的是端承摩擦桩或者摩擦桩，因为单桩竖向承载力的特征值比较低，因此需要整个基底都采用满布桩才能够满足其稳定性和不变形的要求。对于上述所探讨了不同的布桩形式，桩承台板的厚度上是不同的，满布桩于柱下以及墙下承台厚度需要冲切进行确定。并且超高层建筑物的地下室底板的厚度可以小于外框和以及筒承台的厚度。对于满布桩承台的厚度需要和天然地基基础的等厚板筏基的要求一样，承台板应该具有很大的刚度，从而以便基底承台桩能够承受相当大的压力。由此可见，一般承台板的厚度并不是由冲切所决定的。有关满布桩等厚板承台内力方面的计算，可以根据单桩竖向的承载力及其平均反力进行计算，这样计算出来的结果比较符合工程受力的实际情况。另外，对于钻孔灌注成孔的方法，在以往，一般采用的反循环钻机进行施工，但是现在对于桩长一般采用的是旋挖钻机，其施工的速度比较快，尤其是桩端沉渣厚度很小，进而能够确保钻孔桩的施工质量。这种钻机在实际的工程实施中，凡是有条件的都应该优先采用这种钻机。

4 结束语

本文对超高层建筑结构设计进行了相关方面的研究与探讨，通过了解超高层建筑与高层建筑在实际的设计中的区别，从而能够更加的清楚在超高层建筑结构设计中应该针对于高程建筑设计的不同点。通过分析在超高层建筑结构设计中的需要考虑的因素，进一步了解了超高层建筑结构设计中应该把握哪些重点的问题。并且具体的分析了超高层建筑结构设计中的基础设计，全面了解其基础设计中的设计要点。通过本文的分析，能够为日后的超高层建筑结构设计提供一些理论性的参考价值，进一步促进超高层建筑结构设计能够更加的科学和合理。

参考文献

[1]陈天虹，林英舜，王鹏罛，超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J]，建筑技术，2006（05）

[2]陈天虹，林英舜，徐琎，高层建筑结构楼板设计方法探讨[J]，浙江科技学院学报，2008（01）

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关键词：超高层建筑；结构设计；抗震

超高层建筑不仅可以为用户提供舒适的工作和生活环境，还可以很好地缓解大中城市由于人口增长带来的用地紧张的局面；同时，超高层建筑可以凭借其高度高、外形美观的特点而成为该地区的标志性建筑。现根据在超高层建筑结构设计中的实践，就超高层建筑的特点、结构方案选择的主导因素以及混合结构的设计等方面的内容与同行探讨。

1超高层建筑的特点

（1）超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证发生火灾时人员能够安全地疏散。由于机电设备使用的要求，还需要设置设备层。一般超高层建筑是两者兼顾，设备层与避难层并做一层。而对于更高的有较多使用功能要求的超高层建筑，除每15层设一个避难层兼设备层以外，还需要设有专门的机电设备层。为提高结构的整体刚度，可以将设备层或是避难层设置为结构加强层。

（2）超高层建筑的平面形状多为方形或近似方形，其长宽比多小于2。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。

（3）超高层建筑在基岩埋深较浅时，可选择天然地基作为基础持力层，采用筏基或者箱基，若基础持力层较深时，可采用桩基。较少采用复合地基。

（4）房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足风荷载作用下舒适度要求，结构顶点最大加速度的控制应满足相关规范要求。

（5）超高层建筑结构设计一般都需要进行抗震设防专项审查，必要时还须在振动台上进行专门的模型震动试验，才能确保工程得到合理地设计和建造。

2超高层建筑结构方案确定的主导因素

2.1建筑方案应受到结构方案的制约

超高层建筑方案的设计与实施应有结构专业在方案阶段的密切配合，保证结构方案实施的可行性。另外，在与建筑方案设计的协调配合过程中，结构方案设计应力求做到有所创新，能获得良好的经济效益和社会效益。

2.2结构类型的选择应综合考虑

（1）应考虑拟建场地的岩土工程地质条件

一个拟建在基岩埋藏极浅场地上的超高层建筑，具有采用天然地基的条件。一般这样的场地其场地类别为Ⅰ类或Ⅱ类，在该地区抗震设防烈度较低的情形下，其所采用的结构体系可优先采用钢筋混凝土结构。而对于在第四纪土层上的抗震设防烈度为7度或8度区的超高层建筑，为降低地震作用，结构选型应考虑采用结构自重较轻的混合结构或钢结构。

（2）应考虑抗震性能目标

一般抗震设计的性能目标要求竖向构件承载能力较高，达到中震不屈服；剪力墙底部加强区达到抗剪中震弹性。显然，在抗震设防烈度7度区，尤其是8度区，钢筋混凝土结构就很难满足这一条件。所以，为减小结构构件在地震作用下产生的内力，应优先考虑选用混合结构或钢结构，这样可以基本由型钢承担地震作用下产生的构件剪力和拉力。若是采用全钢筋混凝土结构，竖向构件则会因截面计算配筋量太大，导致钢筋无法放置；单纯增大构件截面则会使结构自重加大，同时地震作用产生的结构内力也会相应增加，截面配筋率仍得不到很好控制。

（3）应考虑经济上的合理性

通常从工程造价上比较，钢筋混凝土结构最低，其次是混合结构，最高则是全钢结构。所以，超高层结构方案的选用应着重考虑工程造价的合理控制。另外，超高层建筑中的竖向承重构件由于截面积大而会使建筑有效的使用面积减小。采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱作为主要承重构件可较大提高主体结构的承载能力，而且使整个结构有较好的延性，柱截面比单纯采用钢筋混凝土柱减小近50%，增大了建筑有效使用面积。即使采用钢筋混凝土结构方案，为减小柱截面，也可在一定标高框架柱内设置型钢，可获得较好的经济效益。

外框架采用型钢混凝土柱或圆钢管混凝土柱，混凝土核心筒构件内设型钢；类似于这种混合结构，正普遍运用于超高层建筑结构设计。此种结构相对全钢筋混凝土结构自重要小，尤其具有较大的结构刚度和延性，在高烈度地震作用下易于满足设计要求，同时具有良好的消防防火性能，其综合经济指标较好。

（4）应考虑施工的合理性

众所周知，房屋高度愈高，施工难度愈大，施工周期也愈长。一般钢筋混凝土结构高层建筑出地面以上的楼层施工进度约每月4层；混合结构（型钢混凝土框架+钢筋混凝土核心筒，内外框梁为钢梁）约每月5层～6层；全钢结构约每月7层。因此，在结构设计当中，应根据不同的房屋高度和业主对工程施工进度的要求，综合考虑选择合理的结构类型。

另外，由于超高层建筑施工周期长，从文明施工和尽量减少对城市环境不良影响的角度考虑，应尽量减少现场混凝土的浇捣量，使部分结构构件能放在工厂加工制作，运到现场即可安装就位。同时在楼盖结构设计中考虑尽量减少模板作业，采用带钢承板的组合楼盖，这对于保证工程施工质量和加快施工进度是极其有效的措施。

3.超高建筑结构类型中的混合结构设计

3.1型钢混凝土和圆钢管混凝土柱钢骨含钢率的控制

一般设计中，混合结构构件的钢骨含钢率中都是由构造控制，目前国内相关的设计规范和技术规程的规定各不相同，但有一个共同点是框柱中钢骨的含钢率不宜小于4%，这是型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱区别的一个指标。在混合结构设计过程当中，设计者可根据计算结果来设计柱纵筋和箍筋，并设置大于4%的含钢率的型钢截面即可。

3.2钢筋混凝土核心筒的型钢柱的设置

在地震作用或风荷载作用下，钢筋混凝土核心筒一般要承受85%以上的水平剪力；同时筒体外墙还要承受近楼层面积一半的竖向荷载。所以，在筒体外墙内设置型钢柱既可保证筒体与型钢混凝土外框柱有相同的延性，还可以减小两者之间竖向变形差异。同时，筒体墙内设置型钢柱，可使剪力墙开裂后承载力下降幅度不大。尤其在抗震设防的高烈度区，剪力墙底部加强区的抗震性能目标要按中震弹性或中震不屈服设计，其地震作用下剪力、弯矩很大，更需在墙体内设置型钢柱。否则，内筒边缘构件配筋面积太大，增加了设计和施工的难度。通过设置型钢柱，可取代边缘构件内的纵筋。

3.3关于结构的抗侧刚度问题

超高层建筑混合结构的钢筋混凝土核心筒体是整个结构的主要抗侧构件，所以筒体的墙厚尤其是外侧墙厚，主要是由抗侧刚度要求决定。因此，外框柱截面的设计除满足承载力和轴压比要求外，其刚度在整体结构刚度设计中应予以充分考虑。

在超高层建筑结构设计中，由于框架-核心筒或筒中筒结构（钢筋混凝土或混合结构）的结构抗侧刚度有时不能满足变形要求，需要利用避难层或设备层在外框或外框筒周边设置环状桁架或同时设置水平伸臂桁架。采用这种桁架式的加强层可使外框架或外框筒与核心筒紧密连接成一体，增大结构的抗侧刚度和扭转刚度，满足结构的变形（层间位移）要求。对于外框柱与筒体的剪力墙间设置的水平伸臂桁架，应使设置水平伸臂桁架处筒体的墙定位与外框柱相对应，水平伸臂桁架平面应与内筒体墙刚心和重心重合，方能形成较好的结构整体抗侧刚度。

4结语

结构设计是基于建筑的表现，以实现建筑优美的外观和良好的内部空间。因此在设计过程当中需要建筑表现和结构方案的完美统一，这就必须依靠建筑师与结构工程师在整个设计过程中相互密切配合，综合考虑结构总体系与结构分体系之间的传力路线关系，并充分考虑结构材料选用、施工的可行性和经济性，避免施工图设计中产生不合理的结构受力体系。

参考文献：

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关键词：复杂高层；超高层建筑；结构设计要点

1前言

由于复杂高层与超高层建筑建设难度相对较大，为保证人们居住的安全性，相关建筑结构设计人员就应该以提高建筑结构安全性为主要目标，找出更有利于高层建筑建设的结构设计措施，从而在促进建筑行业发展的同时，保证复杂高层与超高层建筑建设能够具有合理性、抗震性，提高人们居住的舒适度与安全性。

2高层建筑整体结构设计特点

高层建筑整体结构设计特点主要体现在以下几方面：一是由于高层建筑相对较高，建筑水平荷载对建筑整体会产生一定的竖向轴应力，并在水平上受到自然灾害、风力等因素影响。因此在设计高层建筑整体结构时，除需要考虑到建筑竖向荷载外，也应该深入考虑到建筑水平荷载。二是由于高层建筑顶部压力相对较大，建筑在后期使用过程中，会出现轴向变形的问题，从而影响建筑梁弯距。因此为了保证高层建筑整体安全性，在结构设计时就应该加强对建筑梁弯矩的重视，避免发生高层建筑轴向变形问题[1]。三是对高层建筑整体抗震性的要求。高层建筑在设计过程中应该重视其结构延性，保证高层建筑能够更好的抵抗地震灾害，从而保证居住人们的生命安全。

3复杂高层与超高层建筑结构设计要点

3.1提高对建筑结构设计的重视，优化结构设计方案

复杂高层与超高层建筑结构设计方案直接决定了建筑结构后期应用的安全性。基于此，在进行结构设计时，相关人员就应该提高对建筑结构设计的重视，从而能够结合建筑工程周围实际情况，优化已经研制出的结构设计方案。首先，复杂高层与超高层建筑结构设计人员应该重视概念设计，在前期设计阶段需要坚持结构设计规则性、整体均衡性等原则，保证建筑结构各个部分都能够发挥出更有力的支持作用；其次，在完善复杂高层与超高层建筑结构设计时，结构设计人员应该加强与工程施工人员的沟通，从而在外观效果、施工效果的角度上实现对建筑结构设计方案的优化，避免建筑结构出现后期转换的问题[2]。最后，由于计算机技术在结构设计过程中发挥了重要的作用，因此相关人员还应该积极采取有效的计算机软件，实现对结构设计方案更科学的优化。

3.2深入分析建筑结构设计指标，提高结构设计的合理性

建筑结构设计指标不仅是复杂高层与超高层建筑结构设计人员应该遵循的指标，也是保证复杂高层与超高层建筑结构设计合理性的重要因素。因此在设计建筑结构时，相关人员就应该加强对以下几点内容的重视，从而提高复杂高层与超高层建筑结构设计的合理性。一是地震荷载指标：在研究人员的深入分析下，发现超高层建筑结构自震周期在6秒至9秒之间，因此在地震荷载指标的影响下，建议复杂高层与超高层建筑结构设计中直线倾斜下降时间控制在十秒左右。同时在分析该项技术指标时，也要全面结合建筑周围的实际情况，从而保证评估结果能够满足建筑结构合理性的要求；二是风荷载指标：由于复杂高层与超高层建筑主要会受到地震以及风力的影响，因此相关人员还应该遵照当前所提出的风荷载指标对建筑结构设计进行全面评估，从而实现对建筑变形的控制，提高建筑居住的安全性。

3.3根据相关建筑结构设计规范，保证结构设计的抗震性

由于建筑结构直接影响着人们的生命安全，因此在建筑行业快速发展的背景下，国家制定了科学、合理的建筑结构设计规范。针对复杂高层与超高层建筑提出的设计规范，有以下两种：《高层建筑混凝土结构技术规程》和《高层建筑抗震规程》。要想保证复杂高层与超高层建筑结构设计更加合理，能够更好的满足建筑抗震性要求，相关人员在设计复杂高层与超高层建筑时，就要严格按照相关建筑结构设计规范进行设计工作。同时也要全面考虑到当前建筑项目所处的外部环境、需求的抗震类别以及施工条件，以保证复杂高层与超高层建筑结构设计抗震能力为建设目标。在按照相关规范设计后，利用相关分析方法对复杂高层与超高层建筑进行结构抗震性的深入分析。

3.4重视后期居住的舒适性，保证建筑结构设计的科学性

在复杂高层与超高层建筑结构设计中，除需要重视上述设计要点外，还需要考虑到后期人们居住的舒适性。一方面，这是当今社会人们生活水平提高后对建筑结构提出的要求，另一方面，也是复杂高层与超高层建筑必须达到的建设目标。由于复杂高层与超高层建筑竖向荷载相对较大，因此在前期施工以及后期居住中，都会出现一定的压缩变形问题[3]。基于此，为了保证后期人们能够居住的更加舒适，在进行建筑结构设计及施工过程中，就应该积极采取预变形技术，并通过计算机软件进行详细的模拟演练，从而保证建筑结构设计能够更加科学合理，更好的满足人们居住要求。

4总结

综上所述，相关结构设计人员在设计复杂高层与超高层建筑时，要深入分析建筑结构设计指标、相关建筑结构设计规范以及居住的舒适程度，从而保证设计人员能够设计出结构更加合理、抗震性能更高、科学性更高的复杂高层与超高层建筑结构方案，保证复杂高层与超高层建筑使用寿命与安全性，为人们居住、工作提供更安全的环境。

参考文献：

[1]刘国荣.试论超高层建筑结构的抗震性设计[J].中国新技术新产品,2015(11):118.

[2]关伟,于连友,贾国熠.关于超高层建筑的相关结构设计讨论[J].门窗,2013(2):215～216.

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【关键词】：高层；超高层；建筑；结构；设计；

中图分类号：TU97 文献标识码：A

一．引言

目前我国复杂高层建筑与超高层建筑的蓬勃发展,从一定程度上反映了我国的建筑事业在向前发展。复杂高层建筑与超高层建筑能够发展的如此迅速，也是经济发展和建筑事业发展的必然结果。原因一方面是有些城市希望拥有一栋栋的高大的形象建筑，除此之外，还应该是因为高层和超高层建筑可以在有效面积的土地上发挥出最大的使用效益。建造高层建筑以及超高层建筑需要的费用要比一般建筑高很多。尽管如此，依然不会阻挡我们高层建筑的前进步伐，因为我国的建设发展需要它们。它们可以让土地使用率提高，因此高层建筑发展速度快就成为必然的现象。

二． 超高层建筑结构设计方法

（一）设计方略

1.超高层建筑设置避难层是消防的必然要求和选择，这样可以保证遇到火灾时人员得到及时的疏散。与此同时设置设备层也是对于机电设备使用的要求。一般超高层建筑要求是说可以两者兼而使用，但是对于更高的多功能使用的超高层建筑，要求不一样了。必须每15层设一个避难层兼设备层。当然了，还需要设有机电设备层。这就是说不但要考虑实际的荷载情况之外，还需要对设备的振动对相邻楼层使用的影响进行合理科学的考察。楼层的结构设计很重要,我们可以通过设置结构加强层，以此来提高结构的整体刚度。

2.超高层建筑的结构类型选择上要广泛选择，也就是说除了钢筋混凝土结构外，全钢结构和混合结构也是包括在内的重要结构内容。

3.超高层建筑的平面形状多为方形或近似方形，对于矩形平面其长宽比也要在要求之内，抗震设防的高烈度地区更要注意，应该采用规则对称平面。要不然的话会出现地震时候的扭转效应，效应太大，会直接影响建筑结构。

4.超高层建筑的基础形式包括等厚板筏基和箱基，一般不存在高层建筑中的梁板筏基。我们都知道，基底压力很大，这就要求建筑有很高的地基承载力，一般情况下基岩埋藏较浅。也就是说可以选择可选择天然地基，其他的一般均采用桩基。

5.房屋高度超过150m的超高层建筑结构要有良好的使用条件，这为了满足风荷作用下舒适度要求，结构顶点最大加速度的控制满足相关规定要求。

（二）注意事项

1.提高结构的抗震性能

抗震设防烈度与结构体系的选用密切相关的。要满足三个水准的设防性能目标，原因是地震作用太大，导致结构构件截面尺寸大，用材指标要求变高了。这就会导致工程造价也增加。对于超高层建筑房屋住宅必须要经抗震设防专限审查批准后方可进入正式设计。

2.根据建场地的岩土工程地质条件和抗震性能目标的确定进而来选择出合适的超高层建筑结构体系。同时还要考虑经济的合理性，总之综合考虑是关键。

3.建筑与结构的关系协调好。才能选择出合理的结构布置设计工作。

4.风作用水平力的降低 。

4.1迎风面积正方形平面形式要减小，最小的就是横向迎风面；我们在计算对角线方向的迎风面宽时候，圆形平面是最小的一面；风力降低最直接的方式就是在立面上适当位置开洞泻风。

4.2风力形心降低很关键。下大上小的立面体型要学会采用，也就是说要学会减小高风压迎风面积，特别指的是在高处的。这样可以使得重心降低，降低风的作用，可以做到减小建筑物底部的倾覆总弯矩。不仅如此还可以增大抵抗矩。这说的就是下大上小的立面体型对建筑底部的影响，可以让其稳定性得到提高，如巴黎的埃菲尔铁塔。

4.3 建筑平面形状可以选用体型系数较小的。圆形平面正多边形平面正方形平面，这属于体型系数从小到大可选择下列平面顺序。外形是采用流线光滑，避免建筑形式变得凹凸多变，体型系数可以减小整体和局部风压。

4.4 震动减小，输入能量耗散是重要的。采用阻尼装置是可行的，还可以加大阻尼比，降低震动影响，如台北国际金融中心大厦。

4.5剪重比。现在超高层建筑设计中对于剪重比的要求越来越严格，在实践重要的超高层建筑，剪重比的要求甚至还要更高。一方面，对6度区的最小剪重比要求是新增加的，然而严格的一刀切剪重比要求，也会存在一些问题。

4.6剪力墙的稳定性，新的高规征求意见稿对于墙体最小厚度要满足稳定性的要求强调了，但是规定的分析方法不够细致，墙体的水平无支长度是首先要考虑的问题，但是它并没有考虑到这里，也没有考虑到一边有翼墙，另一边没有的情况；只考虑了层高的楼层约束，是相对于沿着层高方向来的。还没有更好的考虑核心筒内部墙肢，可能几十层都没有楼板约束的情况，特别是当两边都是电梯井时。对于体稳定的简化计算公式无法涵盖这些情况的特殊性。

5.结构材料选用

超高层建筑结构材料的首选是要求：更轻、更强、更具有延性的材料。可以作为结构构件的主要材料包括钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土和纯钢材；而玻璃幕墙、铝合金幕墙钢塑复合板材等是用于外墙维护的；轻质隔断是属于内部隔墙用的；楼层面常选用压型钢板加混凝土面层，并在的钢承重构件表面加涂防火涂料。 其实，现如今超高层建筑的不断向前发展，这就说明我国的复杂高层已经超高层建筑设计技术有了很大提高，可以说已经走在了世界前沿水平。 三 如何做好高层建筑结构设计

合理选择构方案

一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，一个切实可行的结构形式和结构体系是关键。受力明确，传力简捷是结构体系要做到的。不同结构体系在同一结构单元不可以混用，地震区应做到平面和竖向规则的注意。总之，各种情况都要进行综合分析，充分协调很重要，在只有这样才能选择好结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

四．结束语

我国国民经济的在不断的向前发展，我国的高层建筑以及超高层建筑的发展也是时代的要求和必然选择。复杂高层建筑与超高层建筑的发展已经取得了显著的成果，建筑工程设计者们在为这样的成果高兴的同时，还应该不断的努力提高技术水平，减少同发达国家的差距，争创更优秀的成果。为共同提高超高建筑结构的设计水平而奋斗。

高层建筑物结构设计的合理性非常之重要，在实际的设计的过程中，工程师们应该要重视概念设计，并且能够制定出一套合理可行的结构方案，安全性与经济性并存。采取技术措施要有针对性，应保证结构分析计算准确性和设计指标的合理性，让中震和大震下的结构安全性能得到重视。总而言之结构设计是个全面的系统性工作。需要扎实的理论知识，灵活创新的思维。在工作态度上要做到严肃认真负责的。千里之行始于足下，建筑工程设计人员在设计的过程中应该从一个个基本的构件做起，深刻理解规范和规程的意义，只有这样我们的建筑事业才会更美好 ！

参考文献：

[1]范绍芝.侯家健.连体高层建筑结构研究综述.建筑结构.2009年8月

[2]苏健.高层结构体系弹性整体稳定性研究.浙江大学.2012年4月

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关键词：复杂高层；超高层；结构设计；设计要点

在高层和超高层建筑的结构设计工作中，面临的问题十分复杂，与普通建筑相比，高层和超高层建筑的结构设计工作难度更高。为了解决高层及超高层建筑结构设计的难题，有必要对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行探讨研究，这对我国城市发展以及建筑行业的发展都将起到重要的意义。

1、复杂高层和超高层建筑与普通建筑在结构设计上的区别

复杂高层和超高层建筑与普通建筑在结构设计上具有很大的不同，普通高层建筑的高度一般不超过200m，而复杂高层和超高层建筑的高度通常在200m以上，甚至可达到上千米。另一方面，普通高层建筑大多为钢筋混凝土结构，而复杂高层和超高层建筑通常采用混合结构或钢结构。此外，在复杂高层和超高层建筑的结构设计工作中，需要面对抗震要求、风荷载、舒适度、避难层、机电设备层、施工因素等一系列难题，可见复杂高层和超高层建筑的结构设计难度要远大于普通高层建筑。

2、进行复杂高层建筑与超高层建筑的结构设计时需考虑的问题

2.1设计方案方面的问题

在对建筑结构进行设计的时候第一步就要对建筑物的结构方案问题进行重要的思考。特别是对于那些复杂高层与超高层建筑来说，如果因为在选择结构设计方案的时候没有恰当的选择，那么就很容易引起整个结构设计方案大幅度的调整。正因如此，设计单位在对建筑物进行设计方案的制定时，不仅仅要把专业的东西结合进去，还要对去其他地区的实例进行考察，结合多方面的东西，来对方案进行有效的确立。

2.2建筑结构类型方面的问题

对复杂高层建筑与超高层建筑在展开选择结构类型的时候，结构设计工作者不仅仅要对建筑所在的地区的抗震度进行充分的考虑，还应该对建筑地区的外部环境的地质进行合理有效的分析。不仅如此，在一个方面还应该大量的减少建筑成本，对建筑工程造价问题进行充分合理的考虑，如果条件一样的话尽量选择成本比较低的借建筑结构。

3、复杂高层与超高层建筑结构设计要点

3.1严格选择合理的结构抗侧力体系

不同高度的高层建筑物，所采用的结构抗侧力体系也各不同，不同高度建筑物常用的结构抗侧力体系也不尽相同。在建筑结构设计上，要保证结构抗侧力构件能有效结合为一个整体，在复杂高层和超高层建筑结构体系设计过程中，如果采用多层抗侧力结构体系，那么应分析每种抗侧力结构体系的作用，要根据其作用的不同，对抗侧力构件进行科学的布置。在条件允许时，复杂高层和超高层建筑结构的抗侧力构件应该尽量做到相互连接，增强结构整体性，如可以通过伸臂桁架将核心筒和框架柱相互组合，例如广州东塔及其组合抗侧力体系，该建筑在结构设计中，就是通过伸臂桁架将核心筒和框架柱相互连接。另外也可以将通过环带桁架、巨型斜撑将框架柱组合成整体，进而形成巨型框架，此外还有深圳平安大厦及其组合抗侧力体系，该建筑在结构设计中，就是通过环带桁架、巨型斜撑将框架柱组合成整体。此外，也可以将纵横向墙体相互组合，形成组砼筒体或者组合墙，此抗侧力体系均可用于复杂高层和超高层建筑。

3.2概念设计的重要性

从以往的建筑工程中得出的经验，对于复杂高层和超高层建筑，应重视在其结构概念设计上的重要性，主要应重视以下几点：

（1）控制好建筑结构的均匀性和规则性，保证建筑结构的稳定性。

（2）保证建筑结构竖向和抗侧力有直接且有效的传力途径。

（3）保证建筑工程结构的整体性。

（4）在结构设计上，要保证绿色环保、节约能源。

建筑工程的结构设计要想满足以上几点，需要结构工程师和各专业设计之间的共同努力协作，只有协作好才能达到设计标准，保证工程质量。

3.3控制结构设计指标及计算结果的合理性

（1）合理选择分析软件

在建筑结构设计工作中已经普遍采用了信息化技术，目前计算机软件的种类十分繁多，各个软件的侧重点也不尽相同，因此，设计人员应该对各种软件有所了解，根据工程项目的实际情况，选择科学适用的计算机软件。

（2）充分考虑荷载作用

1）地震荷载

在复杂高层和超高层建筑进行结构设计时应考虑地震荷载的问题。对建筑施工场地进行地震安全性评价，结合安评内容并与规范规定采用的地震力合理对比，小震时应进行包络设计，同时根据规范要求合理选用地震波。

2）风荷载

在复杂高层和超高层建筑结构的设计过程中，风荷载对建筑物的影响很大，随着建筑物高度的增加，其风荷载也在不断的增加，对于建筑高度超过200m以上的建筑物，应进行风洞试验。

（3）合理控制关键设计指标

一定要合理控制各项关键设计指标，包括剪重比、自振周期、位移比、层间位移角、侧向刚度比与抗剪承载力比、核心筒和框架部分剪力与弯矩分配、单位面积下的重力荷载代表值、整体稳定性验算等等。

3.4结构性能优化分析

（1）在进行方案设计时，必须有结构专业的人员参与其中。

（2）复杂高层和超高层建筑在选择结构类型时，一定要充分考虑工程所建地的工程地质情况。

（3）要考虑工程的造价成本问题，在保证安全、质量的前提下，应尽可能选择造价较低的结构类型。

（4）要重视抗震设计，在复杂高层和超高层建筑的抗震方案设计过程中，要慎重的选择建筑结构的抗震材料，应有效控制地震发生时楼层间的位移限值，通过对发生改变的建筑构件和建筑层间的位移进行分析，得出构件的变形值，合理选择建筑结构的抗震方案。

3.5工程施工过程对设计的要求

在进行设计的过程中一定要充分考虑施工因素的影响，如在复杂高层和超高层建筑中，竖向构件的压缩变形会使建筑物的外形发生改变，而且影响建筑的内力分布。因此，为了避免建筑的外形发生改变，提高建筑结构设计的合理性，保证施工过程的安全，应对复杂高层和超高层建筑进行施工过程模拟和预变形演练。另外，在结构设计时，一定要注意复杂节点部位钢筋及钢材传力的可靠性，同时要考虑现场施工的可实施性。如在型钢混凝土梁柱节点中主筋与型钢相交时，通常采取以下4种处理措施：型钢表面焊接钢筋连接套筒；钢筋绕过型钢；钢筋与型钢表面加劲板相焊连；钢板上开洞穿钢筋等。在实际设计中，一定要合理选择处理措施，保证现场施工的可实施性。

4、结束语

综上所述，复杂高层和超高层建筑的结构设计特别关键，它直接关系到建筑物的质量和安全。所以我们在进行结构设计过程中，一定要综合考虑建筑物的抗侧力性，只有确保建筑结构体系的稳定才能保证建筑的安全。概念设计在复杂高层和超高层建筑结构设计中，占有很重要的比重，概念设计是否合理决定着高层建筑结构设计的好坏。在进行结构设计时，每个环节的设计都应高度重视，从而使建筑结构体系达到安全稳定，满足人们的使用功能要求。本文主要对复杂高层与超高层建筑结构设计要点提出几点建议，希望对相关设计工作有所帮助。

参考文献：

[1]董兴明.复杂高层建筑结构设计要点分析[J].中原建筑，2014（9）：70-72.

[2]辛晓宇.复杂高层、超高层建筑设计要点分析[J].科技创新与应用，2012（5）：219-220

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关键词:钢管混凝土组合柱剪力墙平面外连梁

Abstract: this paper introduces tall building structural design, structural type selection and overrun measures, concrete filled steel tube column and combination of the reinforced concrete beams node approach, the shear wall outside the girder ends of plane embedded solid function and treatment methods, such as calculation and analysis of coupling beam design method.

Keywords: steel tube concrete composite column shear wall outside the plane of coupling beam

中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：

1 工程概况

该工程由一栋30层写字楼（含两个避难层）、一栋2层商业附楼和3层地下室组成，总建筑面积90149m2，屋面结构高度132.80m，停机坪结构高度143.20m。

2 结构设计总体构思

2.1 结构选型

本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构竖向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高10.0m、结构高度超限及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。

承载力和水平位移计算时，基本风压均按重现期为100年的0.90kN/m2取值。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第30层利用建筑避难层，设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层，结构加强层是一把双刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。

2.2 超限措施

本工程结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通（见图示1），除结构高度超过适用限值外，其它指标通过调整后均达到未超限。

由于结构高度超限、而且首层层高10.0m，超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：1~15层框架柱采用钢管混凝土组合柱（钢管混凝土叠合柱结构技术规程CECS188：2005）、1~2层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。

3 钢管混凝土组合柱的梁柱节点

在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接节点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等，本工程采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。

3.1 钢管开小孔的连接节点构造（见图示2）

钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下：

（1）钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距=3×D，小孔垂直间距=2×D。

（2）钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65～100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm（t为钢管壁厚）。

（3）钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽-15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间。

（4）梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。

3.2 钢管开小孔连接节点的优点

（1）钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。

（2）梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。（钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型钢，使得梁刚度急剧变化）。

（3）在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求。

（4）现场施工较方便，即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过。

（5）节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低。

为进行钢管开小孔后分析研究，1996年中国钢结构协会钢-混凝土组合结构协会做了1：5模型的四组共九个试件模型试验，并通过多个工程实践证实该方法的可靠性和可行性。

4 剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析

对于框架-核心筒结构，部分框架梁要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用究竟如何，其研究文献较少，设计标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施如下：

（1）采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度。

（2）采用增加墙边框梁方法（见图示3），用以增加墙平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于0.4倍梁纵筋锚固长度，墙边框梁截面高度应大于楼面梁截面高度，为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡。

图3 墙边框梁的设置

（3）为保证梁正截面设计更加符合实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用“调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后，配筋时再局部手算调幅。“调幅再调幅”时，应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。

5 核心筒外墙的连梁设计

核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高规》对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。

《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截面假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。

按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。

本工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。

6 结束语

（1）钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱有卓越的承载能力和变形能力，还可弥补钢管混凝土柱的防腐和防火材料造价较高及时效性方面的缺陷。

（2）钢管按一定的构造要求开穿钢筋小孔，对钢管截面损伤不大，梁钢筋直接穿过钢管，使得梁内力可以可靠的传递。适当设置水平加强环和竖向短加劲肋，钢管混凝土柱的承载能力和变形能力不会降低，节点刚性得以保证。模型试验已经证实该方法的可靠性，工程实践已经证实该方法的可行性。大大节约梁柱节点所用钢材，施工方便。

（3）影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。为加强墙平面外对梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋方法、增加墙边框梁方法，梁端弯矩可采用“调幅再调幅”方法。

（4）连梁属于深弯梁和深梁的范畴，正截面承载力计算时，不能按杆系模型计算。

参考文献

[1] 蔡绍怀：《钢管混凝土结构的计算与应用》．中国建筑工业出版社1989．

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关键词：超高层建筑 结构设计 基础设计

一、超高层建筑定义

1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。

第一类高层建筑：9-16层（高度到50米）；

第二类高层建筑：17-25层（高度到75米）；

第三类高层建筑：26-40层（最高到100米）；

超高层建筑：40层以上（高度100米以上）。

在我国，民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定：

1 住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅；

2 除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）；

3 建筑高度大于等于1OOm的民用建筑为超高层建筑。

二、超高层建筑的结构设计特点

超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比，超高层建筑的结构设计显得十分重要。不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。

（一）超高层的建筑结构设计的特点

1.水平力的主要因素

楼房的自重与楼面的载荷在竖向放人构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比，但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。因此在超高层的建筑设计中，水平力是设计主要因素，风荷载大部分情况成了水平力主导作用。

2.轴向变形的因素

由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形，会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小，从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。

3.侧移做为控制指标

超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大（侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系），所以控制结构侧移是超高层建筑结构设计的关键指标。

4.抗震设计的要求更高

超高层的建筑属于重点设防，抗震措施须按相应的规范要求加强。

（二）造型设计

建筑造型现代、简洁。主楼在进深方向上分解为三部分，通过实、虚、实的组合使楼体形体感增强，同时建筑元素以竖向线条为母题，使楼体感觉更为挺拔。裙房延续主楼的竖向线条，与主楼在建筑语汇上统一。

三、总体结构设计

（一）结构选型

在实际工程中多采用钢筋混凝土框架一核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构竖向抗侧力构件的转换。由于很多情况结构侧向位移难满足限值要求，可利用建筑避难层，设置钢筋混凝土桁架的结构加强层。结构加强层是一把双刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。

（二）超限措施

在工程结构平面形状宜规则、刚度和承载力分布宜均匀，竖向体型也宜规则和均匀、结构抗侧力构件宜上下连续贯通。

由于结构高度超限、而且首层层高较高，超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：下部多层框架柱采用钢管混凝土组合柱，底部几层根据要求核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，首层抗震等级提高一级。钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。

四、钢管混凝土组合柱的梁柱节点

在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接节点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等。现介绍在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。

（一）钢管开小孔的连接节点构造。钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下：

1.钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距：3×D，小孔垂直间距=2×D；

2.钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65～100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm（t为钢管壁厚）；

3.钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽一15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间；

4.梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。

（二）钢管开小孔连接节点的优点

1.钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。

2.梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。

3.在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求。

4.现场施工较方便，即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过；

5.节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低。

五、剪力墙平面外对梁端嵌固作用分析

框架一核心筒结构，部分框架粱要支撑在剪力墙平面外方向。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对粱端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值。

六、核心筒外墙的连梁设计

核心筒外墙的连粱纵筋计算超筋是非常普遍的情况。《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，连梁属于深弯粱和深粱的范畴，其正截面承载力计算时，已不符合平截面假定，不能按杆系考虑。《高规》对连梁设计的具体要求是“强墙弱梁”和“强剪弱弯”，但实际施工中还要取决于设计者的理解和经验。工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线’和“强墙弱梁”的要求。

七、结束语

超高层建筑物合理的结构设计至关重要。在达到高层建筑结构的安全性及经济性。重视概念设计，确定合理的结构方案，采取有针对性的技术措施，应保证结构分析计算准确性和设计指标的合理性，重视中震和大震下的结构安全性能。

参考文献：

《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

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《高层民用建筑钢结构结构技术规程》JGJ99-98

《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）

篇8

本工程位于天津津滨新区中心商务商业区响锣湾商务区，场北道、西场道与滨河路间。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，III类场地土。本工程包括A座177.3m(46层)和B座99.6m((25层)，3层地下室。A，B座在地面(1层)以上完全分开，地下室连在一起。由于本工程B座体型规则，且高度为99.70m，所以本工程B座不超限。本文仅介绍A座相关情况。本建筑物A座塔楼共46层，其中2～4层为大堂、办公、小部分商业及餐饮，5~15层为酒店，16、32层为避难层，17～39层均为酒店式公寓，40～46层为办公。其中1层层高5.5m，2层、4层层高4.15m，3层及5～25层层高3.9m，26～39层层高为3.6m，40层及以上层高3.9m。

2结构布置及其选型

本项目A座平面呈斜边倒梯形，建筑物高宽比约5.96。在整个平面中间设一大核心筒，大核心筒内部左右两边各设一个核心筒，两核心筒之间有掏空中庭，两核心筒之间及核心筒下部设置局部剪力墙(小筒)以增强整体结构刚度。根据建筑平面，本工程拟采用钢管组合柱框架-核心筒结构。核心筒作为抗侧力体系的第一道防线，为增强核心筒的抗震性能，在关键部位剪力墙及核心筒部分剪力墙边缘构件内设置工字钢。钢管组合柱框架形成结构的第二道抗侧力体系。框架梁的选型经过综合比较后拟采用普通钢筋混凝土梁。结构设计本着简洁至上的原则，在满足预期性能目标前提下，尽可能避免局部楼层的刚度及强度的突变，以避免结构薄弱层的产生[1]。通过分析比较，本工程未设刚性加强层(Outriggers)，仅在避难层通过加大梁截面形成所谓的有限刚度加强层。本工程A座建筑高度177.3m，根据《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》（CECS188:2005）第5.1.6条的规定，本建筑高度小于该条180m的框架—核心筒高度限值。因此，A座建筑不属于高度超限。根据计算，本工程A，B座建筑考虑偶然偏心后均属于扭转不规则，但不存在扭转超限(楼层扭转位移比小于1.40)，同时本工程不存在平面不规则、竖向不规则。平面标准层均在中间设置了中庭，其中A座中庭面积约102m2，B座中庭面积约125m2，综合开洞面积均小于30%，开洞面积及有效楼板宽度都满足高规关于楼板开洞的要求，无其余不规则项。

3基于性能的结构抗震分析

针对本工程的特点，对结构进行计算和分析时，除需考虑常规的竖向荷载、小震作用及顺风向风荷载作用外，尚以高于现行规范的标准，采用基于性能的抗震设计方法，对结构进行中震作用下的屈服分析、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，来使结构达到规范要求的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标[2]。

3.1结构整体分析

本工程使用中国建筑科学研究院PK.PMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2006年10月版）进行结构分析。为体现指标的合理性，计算采用A，B座单独计算，整体计算作为内力和配筋计算用。由于A座建筑高度较高，作为对比分析，采用韩国MIDAS（730版本）软件作补充。

3.2多遇地震时程分析

根据《建筑抗震规范》（GB50011—2010）5.1.2条的要求，本工程A座应进行多遇地震的时程分析。本工程地震时程采用2条天然波和1条人工波（7度、III类场地），多遇地震的最大加速度为55cm/s2。计算结果表明，3条波均满足不小于振型分解反映谱法计算结果的65%，且3条平均值为振型分解反映谱法计算结果的84.8%（0°），87.7%（90°）。基本符合抗震规范的选波要求。根据时程分析的结果，结构上部约1/3范围内的地震剪力略大于振型分解反映谱法计算结果，施工图设计中，适当放大此范围的反应谱计算结果。

4中震弹性分析

考虑到本工程竖向构件是整个结构抗震中十分重要的构件，对其进行了中震作用下的弹性验算，以判别其是否达到了中震弹性的抗震性能目标。即在中震不屈服计算的基础上，将荷载分项系数恢复为正常值，材料的强度取设计值，抗震承载力调整系数取1.0，不考虑地震作用的内力放大调整，不考虑风荷载，这时构件的地震作用组合效应不大于按强度设计值计算的抗震承载力。验算结果表明，竖向构件在中震作用下均不屈服，基本处于弹性阶段，不会出现塑性损伤。

5罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析

对本工程非线性时程分析采用SATWE系列软件的EPDA程序，地震动的输入本工程采用中国地震局第一监测中心提供1条大震人工波和2条大震人工波共3条地震波。加速度最大值取310cm/s2(0.31g)，阻尼比0.04。图2和图3给出了弹塑性时程分析X方向和Y方向的层间位移角。计算结果表明，在罕遇地震作用下，结构X方向的最大层间位移角为1/188,Y方向的最大层间位移角为1/123。均满足1/100的限值要求。计算结果表明，21层、39层，其层间最大有害位移角相对稍大，说明该部位为薄弱位置。设计中拟对该部位作加强。罕遇地震作用下，X方向的最大底部剪力为126164kN，约为重力荷载代表值的10.1%;Y方向的最大底部剪力为130027kN，约为重力荷载代表值的10.6%，分别为多遇地震反应谱计算所得底部剪力的4.85倍和4.62的倍。

6结构抗震加强措施

通过对本工程的弹性、塑性分析，本工程结构体系合理，刚度、承载力分布均匀，具有多道防线，能满足性能设计的预期目标。针对本工程接近高度超限情况，拟在施工图设计中采用如下的技术条件和加强措施，以满足性能设计的预期目标。1）对框架柱、剪力墙的加强措施。本工程因为高度接近超限，而且地震设防烈度为7.5度、III类土区域，结构设计时框架柱、剪力墙构造按照特一级控制。为加强核心筒抗震性能，尤其是抗剪承载力的提高，避免剪力墙的剪切破坏，核心筒剪力墙采用钢管组合剪力墙，相关规范参见《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》框架柱的轴压比不大于0.65，剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比≤0.45。竖向构件按照中震不屈服进行设计;水平构件的抗剪能力也按中震不屈服设计。适当加强墙、柱的配筋，墙、柱在构造上按特一级控制。底部加强区剪力墙分布筋的最小配筋率为0.4，其余部位剪力墙的最小配筋率为0.3，以保证剪力墙在罕遇地震作用下不出现剪切铰，具有良好的延性。钢管混凝土柱套箍指标≥0.60，含管率≥4%。2）增强结构刚度。在避难层加高主梁高度，形成有限加强层，增强全楼的整体刚度，适当加厚楼板及板配筋,以加强在地震作用下可靠传递水平剪力。3）由于局部开洞，验算罕遇地震作用下楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度并保证其满足强度要求(验算时荷载分项系数取1.0，材料强度取标准值)，以确保在罕遇地震作用下楼板仍能作为刚性隔板可靠传递水平剪力。

7结语

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关键词：超高层建筑；建筑结构；结构设计

1 超高层建筑

1.1 高层建筑，超过一定高度和层数的多层建筑。世界各国对高层建筑的高度和层数界限的规定并不一致。在中国，旧规范规定：1）8层以上的建筑都被称为高层建筑，而目前，接近20 层的称为中高层，30 层左右接近100m 称为高层建筑，而 50 层左右 200m 以上称为超高层。

2）在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）里规定：10 层及 10 层以上或高度超过 28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。3）1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4 类：第 1 类为 9～16 层（最高 50m），第2 类为 17～25 层（最高 75m），第 3 类为 26～40 层（最高 100m），第 4类为40 层以上（高于 100m）。4）中国的房屋 6 层及 6 层以上就需要设置电梯，对10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此中国的《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）将10 层及 10 层以上的住宅建筑和高度超过24m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。由于超高层建筑安全性差，所以较少见。

1.2 超高层建筑由于其体型巨大，功能复杂，容纳人员众多，投资十分庞大。通常由于它特殊的地位，成为一个地区的地标式建筑。近年，对这类建筑物称之为科技的集中体现，综合国力的象征，城市的标志等等，都是恰当的。其本身确实是体现了多方面的物质成就。

1.3 它要耗费大量的人力、物力、财力。金茂大厦的每平方米造价大体上要 20000 元人民币，每天的正常运行费用约需上百万元人民币。

所以，超高层建筑的建设和维护要耗费大量财富。

2 建筑结构

2.1 超限高层建筑的类型主要有大底盘、大裙房、多塔楼建筑带有外挑、悬挑层的建筑。

2.2 超限高层建筑经常采用的结构体系有钢筋混凝土框架-核心筒结构，它的整体性、抗侧刚度好，一般采用以上混凝土钢框架结构，具有自重轻、断面小、承载力大的优势外密柱结构。

2.3 高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号 SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号 S 或 SS）。

2.4 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的。

2.5 而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

2.6 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2.7基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。

2.8 基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

3 结构设计

3.1 基于混凝土转换结构的上述特点，在确定施工方案时应重点考虑以下几个方面的问题：1）转换板的自重、施工荷载以及所承受的上部结构荷载往往非常大，所以应选择合理、可行的模板支撑方案，并根据转换板的结构特点进行模板支撑体系的设计。2）下部楼盖难以直接承受施工荷载，必须采取措施解决荷载的安全传递问题。3）对于大体积混凝土转换板，施工时应考虑采取减小混凝土温度差值、温度变化以及混凝土收缩徐变的措施，防止新浇混凝土产生温度裂缝和收缩裂缝。4）转换板承受的荷载很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定。应及时做好转换板施工期间板的变形、混凝土施工温度的监测，及时掌握各种对施工质量不利的情况，并及时采取措施进行预防和纠正。

3.2 随着高层建筑的迅速发展，结构理论和建筑技术也不断得到提高，高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题。在作为城市风景线的同时，高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题，如何多方面实现高层建筑设计的完善是目前高层建筑设计所追求的主要理念。

3.3 在实际的建筑设计过程中，高层建筑设计中的塔楼部分虽然在设计上没有很大的变化余地，但是在高层建筑的底层部分可以通过一些巧妙的处理来实现对空间形式上的丰富，在实际的建筑设计中一般都是采用底层架空和入口缩进的处理方法。

4 超高层建筑结构设计的关键点

4.1 构造设计要合理

在对超高层建筑物进行设计时，必须保证构造的设计谨慎并合理，重点要注意对一些薄弱的部位进行加强，避免出现薄弱层，充分考虑到温度应力对建筑物的影响以及建筑物的抗震能力，注意构件的延性以及钢筋的锚固长度，在对平面和立面进行布置时要确保平整均匀。

4.2 计算简图要合适

计算简图是对建筑物结构进行计算的基础，它直接关系到超高层建筑的结构安全。为了保证结构的安全性，我们必须从计算简图抓起，慎重研究，合理选择，对于存在于计算简图中的误差，要保证其值控制在技术规程允许的范围内。

4.3 结构方案选择要合理

建筑方案的合理性取决于结构方案是否合理，因此，在选择结构方案时不但要充分考虑到经济因素，还要充分考虑方案的结构形式和结构体系，同时能够充分结合设计要求、材料、施工以及自然因素等来确定结构方案，确保结构方案的合理性。

4.4 基础方案选择要合理

在进行基础方案的设计中，设计师要考虑到载荷的分布情况，工程所在的自然因素、地质条件，施工方的施工条件，周围建筑物对所设计建筑物造成的影响等各方面因素，以此来确保基础方案的选择既经济又合理，达到最优效果。

5 结束语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

参考文献

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关键词：高层建筑；超高层建筑；结构分析；设计

在国外高层建筑物要比我国的高层建筑早很多，已经有一百多年的历史，最早建成高层建筑物的国家是美国。随着经济的不断发展，人口的不断增加，二战以后，世界对高层以及超高层建筑物的结构体系研究已经逐渐发展，结构设计水平逐渐提高，这使得高层与超高层建筑迅猛发展起来，并成为一个国家或者是城市的经济发展标志，越来越多的超高层建筑出现在人们的生活中，并且层数也越来越高，在某种程度上来讲，建筑物的层数比拼已经成了国家与国家的经济发展水平比拼。起初在高层与超高层建筑中，使用的是钢筋混凝土结构，但是事实证明钢筋混凝土的自重较大，体积也比较大，使得高层与超高层的功能受到限制。但是随着对高层与超高层建筑的结构设计，使用钢结构进行建设避免了钢筋混凝土结构的缺点，提高了高层与超高层建筑的使用功能，这是高层与超高层建筑中的一次跨越。目前，在我国的发达城市中超高层建筑越来越多，很多超高层建筑已经列入世界超高层建筑中的前茅，这是我国经济与科技发展的体现。

一、高层与超高层建筑结构设计的特点

首先，重视建筑物结构的水平荷载，防止地震力以及风载对建筑物造成影响。高层建筑与超高层建筑的自重以及楼面的荷载所引起的弯矩及轴力仅仅与建筑物总高度的一次方成正比。而建筑物的水平荷载所产生的力矩与轴力相对较大，与建筑物高度的二次方成正比；另外，对于一定高度的建筑来讲竖直方向的荷载时一个固定值，而水平方向的荷载，由于受到地震以及风荷载的作用，会随着建筑物的结构特征的不同而发生较大的变化，可见水平方向的荷载作用力在结构设计中的重要性。

其次，重视建筑结构的轴向变形。在高层以及超高层建筑中，柱体会因为较大的竖向荷载而产生较大的轴向变形，此变形会严重影响到连续梁的弯矩大小，使得连续梁的中间支撑位置的负弯矩值变小，正弯矩值变大，两端的支撑位置处的负弯矩值也随之变大；建筑中预制的构件长度要根据轴向的变形值进行调整与制作，因此建筑结构发生较大的轴向变形时，下料的长度会受到严重的影响；另外，建筑结构发生轴向变形时还会对建筑构件的剪力以及侧移值的大小造成影响，使其产生影响到建筑物整体安全的结果。

第三，失稳是结构设计中的主要控制目标。与多层建筑相比，高层与超高层建筑对侧移的大小控制是尤为重要的，是建筑结构设计的关键之处。建筑物的高度越大，水平荷载作用下的结构侧移值会越来越大，对此进行控制是尤为重要的，要将侧移值控制在规定的安全范围内。

最后，重视对建筑结构的抗震性能化设计。使高层及超高层建筑和多层建筑的结构提高关键部位的抗震能力、变形能力，因此当发生地震或者是风荷载作用时发生变形的情况会更多、更严重。要想提高高层及超高层建筑的变形能力，使其在塑性变形后能力不减，避免在地震中发生房屋倒塌的现象，必须在对建筑的结构进行设计时，注意对结构延性的设计，采取相应的措施来提高结构的延性，最终达到提高建筑结构质量的目的。

二、高层及超高层建筑的结构体系

随着我国建筑业的不断发展，建筑技术趋于成熟，数量也越来越多，为了便于建筑规范的执行，将建筑物分为A级与B级的高层建筑。通常情况下，A级建筑物只要按照现行的规定进行设计即可，但是对B级建筑物在结构体系的设计时，要求要更严格，下面对常用的结构体系进行阐述。

首先，有框架结构，框架结构高度局限较大，在高烈度地区做到规范限值时，构件的截面过大，影响使用且不经济，也不满足国家规范多道设防的理念，所以出现框架——剪力墙体系。框架剪力墙体系实现了多道设防的理念，在建筑物的高度上比框架有所提高，大大的提高了建筑的承载力、刚度和延性，也能满足使用的需求，只需在建筑物的适当位置设置一定比例的剪力墙，从而达到使结构在竖向和水平的布置具有合理的承载力和刚度，更合理的满足规范的要求。使用灵活，一般用于对空间使用有要求的建筑，如办公、车库等公共建筑，在此结构中，两个体系所扮演的角色各不相同的但又不可分开，剪力墙起到承受水平方向剪力的作用，框架起到承受垂直方向的荷载作用。框架剪力墙体系所呈现的位移形式为弯剪型。在水平方向承受的作用力，剪力墙与框架通过刚度较强的楼板和连续梁组成到一起，形成相互合作的结构体系。剪力墙在建筑结构中的设计优点很多，是结构整体的侧向高度增大，水平方向的位移减小，框架所承受水平方向的剪力明显减小，且竖向方向的内力分布也变得均匀。因此，框架剪力墙体系的建筑物的框架体系低于建筑物的能建高度。

其次，剪力墙体系。高层及超高层建筑物的受力结构是由剪力墙结构替代的，且全部由此替代为剪力墙体系。在此体系中，单片的剪力墙在建筑结构中承受了所有水平方面的作用力以及垂直方向的荷载作用力。由于剪力墙体系的结构为刚性，因此位移时出现的曲线形式为弯曲型。剪力墙体系的优点很多，具有较高的强度与刚度，延性良好，力的传递均匀，具有一定的整体性，此体系的建筑物坍塌现象少，被广泛应用在高层及超高层建筑中，能建高度较大，大于框架剪力墙体系以及剪力墙体系。

第三，全剪力墙结构。此结构所承受的横向荷载与竖向荷载都是剪力墙，没有框架柱结构。此建筑结构适用于高层建筑中，并且选用此建筑结构建筑的楼层可以比框架剪力墙结构高。此结构的缺点在于成本造价高，内部的空间不可以进行任意的分割。在实际的工程建筑中，设计者首先要对框架剪力墙结构进行考虑，若此结构无法满足建筑的要求，则选择全剪力墙结构。

第四，避难层的设置。对于高层建筑以及超高层建筑来讲，避难层的设置是非常必要的，因为一旦高层建筑以及超高层建筑发生火灾时可以进行避难，因为避难层的空间大，通风好。通常情况下，当建筑物的高度达到一百米后，便要在建筑物内进行避难层的设置，以便于消防安全。避难层的设置位是有规定的，第一层与避难层的设置层数不能超过十五层；面积的设计要满足人员的避难要求；要在避难层处设置消防电梯口；避难层要配备全套的消防设备等。

最后，筒体结构。筒体结构采用的筒体为抗侧力构件，此建筑体系所包含的形式较多，如单筒体型式、筒中筒型式、筒体框架型式等。筒体体系包含了实、空腹体两种类型，属于空间式的受力构件。实腹筒属于三维竖向的结构单体，由曲面或者是平面墙围成。空腹筒则是由密排柱与开孔形式的钢筋混凝土外墙构成或者是由密排柱与窗裙梁构成。筒体体系的刚度与强度都比较大，各个结构构件受力均匀且合理，抗震能力与抗风能力比较强，此体系通常用在超高层建筑中或者是跨度大、强度高的建筑中。

三、制作与安装

首先，对测量工具以及钢尺的量具进行统一。对高层建筑以及超高层建筑进行施工时，所涉及到的环节较多，如土建、机械设备的安装、钢结构等，对这些环节进行施工时，所应用到的测量工具以及钢尺要进行统一，要按照国家的相关规定进行量具的选择，使得各类测量按照统一标准进行，提高建筑物的整体质量。

其次，对轴线、地脚螺栓以及标高进行定位。对钢柱的轴线进行定位时，要根据施工的场地面积进行选择，对建筑物的内、外部进行轴线的控制。对工程高度为一百米的建筑要设置两个控制桩，便于激光仪以及经纬仪的位置设置，位置的选择要坚持以可视与通视为原则。

对钢柱的长度以及大小进行设计时，要能够满足运输与搬运，通常每节的层数设计在二层或者是三层，对每一节钢柱进行安装时，要坚决避免使用下一节钢柱的地位轴线，必须使用由地面引入高空的轴线，这样可以确保安装的准确性，避免累计误差的产生。

第三，钢柱的制作与安装。高层建筑及超高层建筑物的竖向结构的主要构件为钢柱，对其进行加工时，要严格按照国家的规范标准进行，严格控制其制作与安装的质量。

最后，框架梁的安装与制作。高层建筑或者是超高层建筑的框架梁钢型式通常采用H型的，对钢结构与框架梁之间的连接使用刚性连接的形式，钢柱是贯通的，因此要在框架梁的两端进行加劲肋的横向设置。

为确保框架梁与钢柱安装的质量，使其节点处的延性良好，提高连接的可靠性，使得建筑物的高度精准，在对建筑进行施工时，应该对框架梁的所在位置进行悬臂梁的设置，对悬臂梁与钢柱进行连接时，焊接的剖口处要采用熔透焊缝，对腹板处采用的焊接形式为贴角焊缝。框架梁与钢柱进行连接时，采用的焊接方式为衬板式的全熔透焊缝，对腹板使用强度较高的螺栓进行连接。

对腹板进行连接时，螺栓孔的位置选择是非常重要的，要确保其精准度。进行制孔时，工艺分为模板制孔与多轴数控钻孔两种，模板制孔的精准性较低，后者的制孔精准度较高，因此在施工条件允许的情况下选择后者进行制孔。采用模板进行制孔时，要确保模板的精度，这样才可以使得螺栓的组装满足施工的安装孔精度要求。若钻孔的位置出现偏差，必须使用铰刀进行孔的扩孔，坚决避免使用气割进行扩孔处理，否则将会造成严重的工程质量事故。

四、楼盖的设计

对于高层建筑以及超高层建筑来讲，对楼盖的平面刚度要求是非常严格的，是确保钢柱与其它竖向构件保持协调变形的基础。通常对楼板以及楼盖进行选择时，采用现浇混凝土形式或者是压型钢板，厚度要在一百五十毫米以上。目前，在使用钢承混凝土形式进行楼板与楼盖的设置时，忽略了其形式与梁柱的作用，因为其计算原理不清晰，计算繁琐，从而按照平面形式进行设计，从而使得计算出的值无法满足建筑安全的需求，因此采取此形式时，必须对其进行细致的计算。

结束语

综上所述，高层以及超高层建筑的结构设计尤为重要，直接关系着建筑物的质量与使用功能，在进行结构设计时，要重视各个环节的设计，控制其质量，使得结构设计满足建筑的整体要求。

参考文献

[1]吴华君.论楼面裂缝产生原因及防治措施[J].建筑技术开发，2012（5）.

[2]范小平.高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J].福建建材，2009（8）.

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关键词：超高层建筑；设计；构想

中图分类号：TU2 文献标识码：A

根据我国法律规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑的建造之所以发展速度快，是因为高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。尽管建造超高层建筑需要的费用较高，但在我国的城市建设中，随着城市化日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑快速发展。

1 超高层建筑的不同之处

超高层建筑与一般高层建筑结构设计的差异

1.1 从房屋高度上，超高层建筑的房屋高度在100m以上直至有几百米，而一般高层建筑的房屋高度则是在100m以下。

1.2 超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证遇到火灾时人员疏散的安全。对于这些安放有设备设计除考虑实际的荷载之外，更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响。同时，这些楼层的结构设计，为提高结构的整体刚度，可用来设置结构加强层。

1.3 超高层建筑的结构类型选择上相对要广，除了钢筋混凝土结构外，还有全钢结构和混合结构。而一般高层建筑结构除了特殊条件需要者外，多为钢筋 混凝土结构。

1.4 超高层建筑的平面形状多为方形或近似，对于矩形平面其长宽比也是在2以内，尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。而一般高层建筑平面形状选择余地要大。

1.5 超高层建筑的基础形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面为框架.核心筒或筒中筒，同时，由于基底压力大要求地基承载力很高，除了基岩埋藏较浅可选择天然地基外，一般均采用桩基。

1.6 房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，既要满足舒适度，结构顶点最大加速度的控制也要满足相关规定要求，但是高层建筑设计不需要考虑上述问题。

1.7 只有经过国内专家的评估和论证，必要时还须进行振动模型试验，才能确保工程的安全。而一般高层建筑的房屋高度多在规范容许高度范围并已有大量的科研成果和实际工程经验，除非是特别不规则结构，是不需要进行抗震设防专项审查的。

2 超高层建筑结构方案

2.1 抗震设防烈度是超高层结构体系选用首要考虑因素 《抗规》中规定，对于房屋高度超过100m的高层建筑，不同的抗震设防烈度，房屋高度也是不相同的。显然，抗震设防烈度6度最有利于建造超高层建筑。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，并导致工程造价也相当高。

2.1.1 超高层建筑方案应受到结构方案的制约，建筑专业是民用建筑设计中的龙头专业，一个具有较强建筑方案能力和有经验的建筑师在建筑方案时应考虑到建筑结构，使得结构方案具有可实施性。 而对于超高层建筑方案更应首先就要考虑结构方案的可行性，保证居民的生命和财产安全。

2.1.2 超高层建筑结构体系中结构类型的选择，应该根据拟建场地的岩土工程地质条件和抗震性能目标的确定及经济的合理性综合考虑。拟建场地的岩土工程地质条件，是合理选择超高层建筑的结构类型时要考虑的因素之一。

2.2 抗震设计时，所确定的抗震性能目标是超高层建筑结构选型应考虑的另一因素。一般而言，超高层建筑结构设计普遍存在结构超限。一般抗震设计的性能目标要求竖向构件承载力达到中震不屈服或剪力墙底部加强区达到抗剪中震弹性，受弯及框架柱 达到中震不屈服。

2.2.1 采用合理的结构类型，应考虑经济上的合理性。通常从工程造价上比较，钢筋混凝土结构最低，其次是混合结构，最高则是全钢结构。一般混合结构的采用应考虑有利于降低工程造价。另外，超高层建筑结构中的竖向承重构件由于截面积大而会使建筑有效的使用面积减小。

2.2.2 超高层建筑结构类型的选用，施工的合理性应是考虑的又一因素 超高层建筑的房屋高度多在150m以上。房屋高度愈高，施工难度愈大，施工周期也愈长。一般钢筋混凝土结构高层建筑出地面以上的楼层施工进度慢，施工难度很大。所以，不同结构类型，施工进度各不相同。因此，设计应根据不同的房屋高度和业主对工程施工进度的要求，综合考虑以选择合理的结构类型。

2.3 超高建筑结构类型中的混合结构设计

采用型钢混凝土梁，粱的纵筋要穿越柱的腹板或焊接在设置于型钢柱翼缘的钢牛腿上，而型钢柱的箍筋除穿越柱腹板外还要穿越型钢梁的腹板。它与全钢结构相比，即使加上钢筋用量后总用钢量也要低，相应总的工程费用也低。同 时，由于混合结构的主要抗侧构件是钢筋混凝土核心筒，其抗侧刚度大于钢支撑，这就是混合结构目前广泛用于超高层建筑结构的主要原因。

2.4 超高层建筑结构的基础设计

超高层建筑一般多设二层或更多层的地下室， 其基础的埋置深度均能满足稳定要求。而对于基岩埋藏较浅无法建造多层地下室不能满足埋置深度要 求的，则可设置嵌岩锚杆来满足稳定要求。

2.4.1 天然地基基础。对于基底砌置在砂、卵石层的建筑，多是采用等厚板筏形基础。但也有工程采用箱形基础。

2.4.2 桩基基础的设计。超高层建筑的桩基础，由于基底压力大，要求的单桩竖向承载力较高，因此，均采用大直径钻孔灌注桩或有条件的工程场地采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。桩端持力层的选择应考虑层厚较大和密实的砂、卵石层或中风化、微风化基岩，以减少桩端沉降变形。

3 超高层建筑的技术及措施

3.1 连廊弱连接支座留足连廊两端活动空间确保不出现下坠，采用抗拉铰接万向支座，并用侧面限位器固定，确保水平荷载直接传递到塔楼主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级，以确保安全性。

3.2 连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施。连廊采用空间钢结构桁架，钢筋混凝土楼板的形式，并进行专门设计。顶部莲花座高度较高且外形复杂，采用将芯筒适度上升，外复钢结构形成莲花座外形的结构设计，能极大地减轻自重保证结构强度，从而有效克服鞭梢效应，且施工方便。

3.3 平面扭转不规则抗震加强措施。主要采取调整抗侧力构件的布置，使质心与刚心尽量重合，并加大结构的扭转刚度，以减小结构扭转效应，使结构各楼层的位移比限制在规定范围之内。

结语

超高层建筑双塔结构是一种非常复杂的结构体系，如何科学合理地设计超高层建筑结构已成为一个急需解决的问题。超高层建筑应采用合理的计算模型，通过多种分析进行比较，证明结构设计是可行的，因此设计者要足够重视抗震设计。

参考文献

[1]秦荣.高层与超高层建筑结构[M].北京：科学出版社，2007.

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【关键字】：超限高层建筑；结构分析；计算；设计

引言

由于社会发展的需要，当前建筑结构的体型日趋复杂化和多样化。人们在注重建筑的实用功能的同时也越来越注重其美观和精神功能。因此，超高层建筑结构超限的项目越来越多，其设计的难度也越来越大。超高层建筑结构超限是指超出了国家现行规范及规程所规定的适用高度和适用结构类型以及体型特别不规则的建筑工程，从而根据有关规范规程应进行抗震专项审查的高层建筑。综合而言，分析研究这类建筑的结构设计具有很实际的意义。

工程概况

整个建筑由一栋36层高的超高层办公大楼(主楼)和十三层办公楼(附楼)组成，设四层地下室，主楼和附楼的地下室部分连成一个整体，形成大底盘地下室。总建筑面积约10万m2。工程主体建筑主要屋面标高160m，女儿墙顶标高177m。平面为正方形，边长43.9m。地下4层，地上(建筑)36层，地下一层层高5.6m，地下二～四层层高5.0m，首层层高4.7m，1A～4层层高4.5m，其他层层高4.2m，第13、30层为避难层,层高5.5 m。1～5层为大堂空间，中庭局部高有26.9m、13.5m、9.2m，6～36层为办公，地上建筑面积约6万m2，地下建筑面积约2万m2，主要用于停车，部分为设备用房。主附楼在地面以上通过抗震缝分开，形成独立结构单元，其中主楼属超限高层建筑，需进行超限抗震设防审查。

设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，结构重要性系数取γ0=1.0。抗震设防类别为乙类，烈度为七度，设计地震分组为第一组，基本加速度值为0.10g。项目基础设计等级为甲级。计算风荷载50年重现期的基本风压为ω0=0.75 KN/m2(位移控制基本风压 )，100年重现期的基本风压ω0=0.90 KN/m2(承载力计算基本风压)，风荷载体型系数取1.4。

超限类型及抗震性能目标

3.1超限类型

(1) 主楼从室外地面到主要屋面高度160m，核心筒高度177m，结构计算高度177m，属于B级高度钢筋混凝土高层高度范围(高度超限)。

(2) 由于建筑功能要求，主楼南侧六根框架柱跨越五个层高，其余框架柱跨越三个层高，分别达到26.9m和13.5m其间无梁板联系。二~五层楼板开洞面积＞30%，属于平面不规则。

(3) X向扭转位移比大于1.2,小于1.4，属于扭转不规则。

3.2抗震性能目标

本工程高度超限高层建筑，采用基于性能的抗震设计方法，设定本结构体系各部分的抗震性能目标，详见表1：

计算结果与分析

4.1 结构整体分析与计算结果

根据《建筑抗震设防分类标准》及《高层建筑混凝土结构技术规程》，主楼拟采用型钢混凝土组合柱框架---混凝土核心筒结构体系，结构计算高度177m(从室外地面算起)，结构平面尺寸43.9m×43.9m，结构为地上39层、地下4层，第13、30层为避难层，其他均为办公用途。从地面算起，建筑物的高宽比为160/43.9=3.65＜6；核心筒平面尺寸是21.3m×20.4m,则核心筒的高宽比为160/20.4=7.84＜12。主楼楼面有较大开洞，尤其主楼二~六层（中庭处）洞口贯通和筒外无楼板，属于平面不规则中的楼板局部不连续，且二层层高较高，产生刚度突变，属于竖向不规则中的侧向刚度不规则。

根据建筑功能要求，考虑建造成本因素，本工程采用现浇钢筋混凝土梁板结构体系，钢筋混凝土核心筒为主要抗侧力结构体系，外框柱为型钢混凝土柱，核心筒角部剪力墙中加型钢。由于建筑物的高宽比和核心筒的高宽比都远小于规范限值。因此,本工程不设置加强层。

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，对于体型不规则、结构设计复杂的高层建筑，在进行整体计算分析时应至少采用两个不同力学模型的结构分析软件。因此，设计采用SATWE和ETABS软件对现阶段的建筑结构进行计算、分析和对比：

(1)第一种是国内应用比较广泛的《高层建筑结构空间有限元分析与结构设计》SATWE（2008版），该程序采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等构件，用在壳单元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，对于楼板，采用楼板平面内无限刚度来计算结构的侧向刚度，采用弹性楼板来计算结构的极限承载力。

(2)第二种是国际上应用较为广泛的《集成化建筑结构分析于设计软件系统》ETABS（V9），该程程序提供了丰富的有限元结构分析的单元库供结构工程师选用三维框架单元、三维壳单元、弹簧单元、连接单元等，可以方便地对结构进行静力分析、动力分析、线性和非线性分析。

结构整体计算结果详见表2：

对比计算结果表明：（1）Etabs计算结果与Satwe计算结果基本吻合，说明结构体系、结构布置和构件尺寸基本合理；（2）安评地震作用比规范地震作用产生的基底剪力大，设计时按安评地震作用考虑；（3）地震作用下，剪重比不满足规范要求，需要按规范值调整。

4.2 周期与振型

4.2.1周期

表3为采用刚性楼板假定计算得到的结构前6个周期。对比结果表明，两者基本一致，误差在5%以内，满足工程精度要求。

振型号

4.2.2振型

从主要振型图中可以看出，由于平面均匀对称，结构高宽比比较大的特点，使得低阶振型以平动为主，第3振型以扭转为主。第3振型见图1，图2：

图1SATWE第3振型图 图2ETABS第3振型图

4.3其他计算结果分析

(1) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移的比值，不宜大于1.2，不应大于1.4。本工程SATWE和ETABS的计算结果表明，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移的比值均小于1.4。

(2) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%和其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，经验算，本工程该项指标符合规范要求。

(3) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002B），级高度高层建筑楼层抗侧力结构的受剪承载力不应小于上一层受剪承载力的的75%，本工程各层的受剪承载力均大于其上一层的75%，满足规范要求。

(4) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），本工程最大楼层位移与层高的比值的限值为1/650，本工程计算结果满足规范要求。

(5) 根据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2002），特一级抗震等级剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值下墙肢轴压比不宜超过0.5。经验算，本工程剪力墙满足此要求。

5. 小结

依据相关规范、规程的要求进行了两个不同力学模型的程序计算的对比，其中周期、振型、位移、剪重比、受剪承载力、剪力墙等主要参数均满足相关规范要求。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)第一版.中国建筑工业出版社.2002年.

[2] 广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)补充规定第一版．中国建筑工业出版社.2005年.

[3] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(建质[2003]46号).中华人民共和国建设部.2003年.

[4] 复杂高层建筑结构设计第一版.中国建筑工业出版社.2005年.

[5] 陈建斌,罗志远等.某超限高层建筑结构整体设计分析[J].建筑结构.2005,3.

[6] 李国胜.简明高层钢筋混凝土结构设计手册(第三版).中国建筑工业出版社.2011,09.

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关键词:建筑结构 ；超高层 ；结构设计 ；抗震

中图分类号：TU3文献标识码： A

传统的建筑防震技术主要是以加强建筑物的刚性和韧性之间的配合度来实现的,而近年来,我国开始引进国外的先进技术,采用了隔震的防震新技术,并结合我国的实际建筑施工水平进行了改良。目前以我国的建筑隔震结构设计技术水平来讲,主要的隔震技术方式是基础隔震,除此之外,还有中间隔震和悬挂隔震等技术方式。在实际的超高层建筑工程结构设计中,对于隔震的技术方式选用还需要结合具体建筑工程的要求来确定。

1. 隔震技术的应用

自我国引进隔震建筑物结构设计技术以来, 就在高层建筑工程中得到了广泛应用,并且随着技术人员的不断改进与创新,目前隔震技术除了能够在建筑工程建造设计中发挥重大作用,还能够对已经建设完工的高层建筑进行隔震结构改造,以提高现有高层建筑的抗震性能。一般来讲,隔震结构层可以设计在高层建筑的不同位置, 如防火层或设备层的结构部位,或者基础层和中间层也可以,甚至在高层建筑的顶层也能起到良好的抗震加固效果。

2. 隔震建筑物

隔震建筑物是指在建筑物结构中的某个层面采用了隔震层的加固技术, 这种隔震层装置是各种侧向劲度较小的隔震组件相互作用而形成的。其目的是为了加长整个隔震建筑物的周期,以消减外力作用在建筑物上的影响。其作用原理是因为在加长了建筑物的周期以后,会增大建筑物的位移,再加上各种消能组件的作用,就可以大幅度增高结构的阻尼比,而实现减少建筑位移量的目的。

3. 基础隔震技术

基础隔震技术是目前我国高层建筑抗震技术中应用最广泛, 也是效果最好的抗震加固技术,并且基础隔震的技术成本较低,但在隔震功能上却发挥巨大的效应,因地震而引起的地面运动频率对于基础隔震效果的影响非常小,共振现象的发生频率非常小,可以忽略不计。

3.1 基础隔震的概念

通常所指的基础隔震是指在建筑物的结构设计中, 为建筑基础与上部结构之间加设一层高度不大但有足够可靠的隔震设置,用以吸收由地面运动所带来的作用力,从而减少建筑上部结构中受到的地震影响,保证建筑物的稳定和安全,保护建筑物内部的人群和设备不受伤害,也有效制止了因整体结构破坏而引起的次生灾害。

3.2 基础隔震设计中需要注意的问题

由于基础隔震层要充分吸收建筑周边的所有地面运动作用力, 因此,在设计中,最好要将隔震层的面积范围稍大于建筑基础的范围,因此,在建筑施工中,要保证施工场地足够宽绰。在设置隔震层周边的挡土墙时,由于在其上部会产生墙外狭道等现象,因此在设计中要充分考虑到这一部分结构在地震作用中是否会发生位移而引起其他不良问题的出现。

3.3 基础隔震结构体系动力分析

在高烈度区地震波影响下, 高层隔震结构体系的上部结构弯曲变形已开始占了较大部分,在高烈度地区应用橡胶隔震结构,结构中的隔震支座可能会出现一定的拉应力或者非线性变形,但是结构整体是安全的。对于高层隔震结构体系,上部结构的倾覆弯矩较大,水平地震作用会引起隔震层的转动,结构的垂直荷载也较大,隔震层可能产生明显的竖向变形。对于这种情况, 隔震结构的地震反应不仅要按多质点平动体系进行分析,并且要考虑结构的摆动。因此应采用多质点平动加摆动计算模型,如图1 所示。

图1 基础隔震体系多质点平动加摆动动力分析模型

4. 中间层隔震技术

在实际的建筑工程中, 尤其是在城市中心的地区进行高层或超高层建筑施工时,往往会受到地面施工空间的限制,这时候也可以采用中间层隔震技术。这种隔震建筑物的结构可以分为三部分,即隔震层以下的建筑结构包括建筑基础、隔震层、隔震层以上的建筑结构。

5. 悬挂隔震技术

悬挂隔震技术是利用一定的装置将建筑物整体结构或大部分结构悬挂起来,以达到在地震时,地面运动作用不到建筑主体结构上的目的,从而实现有效抗震。但这种隔震技术结构中,悬杆所要承受的荷载较大,必须用高强钢来实现,但高强钢的柔性较差,容易在较大的垂直作用力下断裂。

6. 超高层建筑结构的隔震设计

针对超高层建筑结构的隔震设计,需要严格按照有关高层建筑规范条例的相关内容,结合建筑物所在环境的实际情况,遵循隔震设计的一般要求,采取合理的设计步骤,确保超高层隔震建筑物的结构设计达到最优化的效果。

6.1 隔震设计要求

(1)设计方案:建筑结构的隔震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与建筑抗震的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后,确定其设计方案。(2)设防目标:采用隔震设计的房屋建筑,其抗震设防目标应高于抗震建筑。在水平地震方面,隔震结构具有比抗震结构至少高0.5 个设防烈度的抗震安全储备。竖向抗震措施不应降低。(3)隔震部件:设计文件上应注明对隔震部件的性能要求;隔震部件的设计参数和耐久性应由试验确定;并在安装前对工程中所有各种类型和规格的部件原型进行抽样检测,每种类型和每一规格的数量不应少于3 个,抽样检测的合格率应为100%;设置隔震部件的部位,除按计算确定外,应采取便于检查和替换的措施。

6.2 隔震设计步骤

(1)结构隔震控制目标的确定。依据设防烈度或地震危险性场地条件以及工程的重要性,确定设防标准。(2)结构设计。确定上部结构方案与结构布置,初步确定上部结构构件尺寸及材料强度等级。由于设置了隔震层,上部结构所受地震作用降低很多。因此,对柱子轴压比的限制可适当降低,柱子的截面也可适当减少。这部分设计内容与非隔震建筑相同。(3)隔震装置的选用。根据隔震装置的承载力、刚度、变形等性能要求和规定,确定隔震支座的类型、个数和隔震支座的尺寸、布置并进行隔震支座设计。(4)结构隔震体系动力参数的确定。选择隔震结构动力计算分析模型,确定结构的刚度、自振周期、阻尼比等动力参数。(5)结构隔震控制验算。计算结构地震作用和结构的加速度、速度、位移、隔震的水平位移、支座轴力等地震反应,确认是否满足设防标准。

7.超高层隔震建筑物设计技术

超高层隔震建筑物设计技术主要有下列关键因素：

7.1长周期建筑物之隔震效果

隔震建筑物之最优越抗震效果即在延长建筑物基本振动周期，但高层建筑物基本振动周期往往超过3秒，隔震后即使将建筑物基本振动周期拉长至5秒以上，由反应谱显示，两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应，则有其贡献。

7.2 倾覆作用造成隔震组件受拉力

隔震组件设计时必须考虑拉力作用，因此拉力试验成为规范修订之首要任务。

7.3风力作用

隔震层设计时必须考虑地震力作用，但是小地震或风力作用，隔震组件是否发挥功能？仍有待深入探讨。

8. 结束语

隔震建筑结构设计是目前抗震效果较为理想的技术方法,但其设计技术仍有很大的发展空间,还需要技术人员不断提高技术水平,完善技术方法，使我国的高层建筑抗震性能得到更进一步的加强。

参考文献：

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中图分类号： TU97文献标识码： A 文章编号：

前言风荷载是各类建筑物的重要设计荷载之一。对大跨空间结构、高层建筑而言，风荷载常常起主要甚至决定性作用，复杂的动力风效应影响成为结构设计的控制因素之一。随着新技术、新材料、新型式、新设计方法的应用，工程结构日趋多样化、大型化、复杂化，对风敏感程度越来越强。然而，在现行的建筑结构规范中，上述结构的抗风设计参数并不完善，风与结构间复杂的相互作用对结构抗风设计、防灾减灾分析提出了巨大挑战。因此重大工程结构在风荷载作用下的动力响应特性研究越来越受到学术界和工程界的关注与重视。

一、风荷载特点及其效应

随着高强轻质材料的应用和设计水平的不断提高，现代建筑不断向高层和超高层的方向发展，结构的阻尼更小，柔度更大。高层建筑的特点是长细比较大，在动力荷载作用下易产生振动和变形，长期的、频繁的中低风作用使高层建筑某些局部构件产生疲劳破坏，从而使整个结构失稳。当高层建筑的自振频率接近风的卓越频率时，结构响应进一步加剧，风振的影响非常显著。据统计，结构由于风灾产生的破坏占结构破坏总数的大部分。风荷载已成为高层、超高层结构的主要设计荷载之一，已成为结构设计中不容忽视的内容。

根据大量实测的风速时程记录，可将风看作由平均风(长周期的稳定风)和脉动风(短周期的波动风)组成。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看成不随时间而改变的量。由于风的长周期远远大于结构的自振周期，可等效为静态作用处理，应用结构静力计算。脉动风的强度是随时间按随机规律变化的，由于周期较短，应用随机振动理论进行分析。

由于气流的惯性和粘性，风流经非流线型的高层建筑时，会产生复杂的流固相互作用效应，主要表现为气流的分离、再附着、涡的形成和脱落以及尾流的发展；同时产生气动力。风荷载对高层建筑有明显的三维荷载效应，按照气动力的合力方向，风荷载对建筑的作用主要分为顺风向荷载，横风向荷载，扭转风荷载。

在三维气流流动中，顺风向有平均风和脉动风的共同作用；而在与平均风垂直的水平方向，即横风向以及竖直方向仅有脉动风作用。因此，对于建筑结构，其风效应主要包括：顺风向效应、横风向效应，风致扭转效应及结构的自激振动反应。

二、风振控制的设防目标

为了使高层建筑在风荷载作用下不会发生局部破坏、结构开裂和变形过大等现象，以保证结构的安全，结构的抗风设计必须保证强度、刚度和舒适性的要求。

影响人体感觉不舒适的主要因素是振动频率、振动加速度和振动持续时间。由于持续时间取决于阵风本身，而结构振动频率的调整又十分困难，因此一般使用限制结构振动加速度的方法来满足舒适度的要求。

三、降低结构风振相应的措施

目前超高层建筑抗风措施主要有气动措施、结构措施与机械措施三种方法。

3.1 气动控制法

气动措施可分为被动控制，半主动控制与主动控制。

半主动控制与主动控制需要外界能量，通过改变气动措施的状态或向风场中吹气来改善结构周围的流场，特别是控制流动分离，从而减小流体作用在结构上的风力。但由于流体分布的随机性，导致这类措施很难用于工程实际。

被动气动控制，即通过改变建筑的外形以减小建筑的风荷载与风致效应，是一种常用并且十分有效的措施，并且可以与建筑设计相结合。气动措施用于建筑的方案设计阶段，基于风对超高层建筑的作用机理，能从根源上减小结构的风荷载与风致效应。

3.2结构控制法

通过增强结构本身的抗风性能来抵抗风荷载的作用，即通过提高结构本身的强度和刚度，由结构本身储存和消耗风振能量来抵御风荷载。这种传统的抗风设计方法，不一定安全，也很不经济，失去了轻质高强材料本身的优势。仅用于结构设计阶段。

3.3机械控制法

机械措施是通过在主体结构上添加辅助阻尼系统来减小结构的风致响应，比如台北101大厦与上海环球金融中心都在其顶部设置调谐质量阻尼器来控制结构顶部的位移与加速度，以满足结构强度、刚度与舒适度的要求。机械措施也可以用来提高建筑的抗震性能。

调谐质量阻尼器系统是结构被动减振控制体系的一类，它由主结构和附加在主结构上的子结构组成。其中子结构包括固体质量、弹簧减振器和阻尼器等，具有质量、刚度和阻尼，由于这种系统是利用调整子结构的动力特性来减小结构的动力特性的，而不是靠提供外部能量，故称为“被动调频减振控制体系”。

TMD在控制结构振动方面是一种有效的减振装置。它具有简洁、可靠、有效以及低成本等优点，倍广泛的应用到高层结构以及的土木工程结构的振动控制中，尤其是高层建筑，电视塔以及桥梁结构的抗风设计。

四、设置TMD的结构抗风设计的实用方法

项海帆等提出了一种基于我国 《建筑结构荷载规范》的高层建筑风振控制的实用化设计方法。由于不论何种减振装置(主动，被动，半主动)，其减振的效果都可认为是相当于增加了结构的阻尼。

4. 1 强度和刚度的抗风设计方法

对于高层建筑结构强度和刚度的抗风设计，一般考虑结构顺风向的平均风和脉动风的共同作用。根据高层建筑结构设计规范，作用在高层建筑任意高度处顺风向的等效静力风荷载标准值可按下述公式计算:

式中，为基本风压，为风荷载体型系数，为风压高度变化系数，为重现期调整系数，为顺风向Z高度处的风振系数。显然，公式(1)中只有风振系数与结构阻尼比有关。考虑到设置被动的减振装置的作用是将高层建筑结构的阻尼比提高到，因此，根据《建筑结构荷载规范》，受控结构的风振系数应为：

式中脉动增大系数可表示成：

式中：

由此可知，在求得设置被动减振装置的高层建筑结构控制效果的结构等效阻尼比和有效阻尼比后，就可按式(2)和(3)求得受控结构降低了的风振系数，并最终由(1)计算得到受控结构上降低了的等效设计风荷载的标准值。依此等效设计风荷载的标准值就可如同常规的抗风设计一样，用静力计算的方法求得受控高层建筑结构在风荷载和其它荷载组合下的结构构件内力和结构层与层间位移，并最终验算它们的强度和刚度的抗风设计要求。

4. 2 舒适度的抗风设计方法

由于舒适度主要取决于结构的风振层加速度，因此设置被动减振装置的高层建筑结构舒适度的抗风设计只需考虑受控结构风振层加速度的计算方法。根据高层建筑结构设计规程，结构顶部顺风向脉动风振加速度的设计计算值为：

其中A为高层建筑总的迎风面积，mtot为建筑物总质量。显然，对于设置被动减振装置的高层建筑，只需依其有效阻尼比，按公式(3)求得降低了的脉动增大系数后，就可由式(4)得到αw。并最终验算舒适度的抗风设计要求。

参考文献

[1] 李爱群等. 工程结构减振控制[M]. 机械工业出版社 2007.06

[2] 顾明, 叶丰, 张建国. 典型超高层建筑风荷载幅值特性研究[ J] . 建筑结构学报, 2006, 26( 1) : 24- 29

[3] 汪小娣. 高层建筑风效应及风振控制[J]. 振动与控制,2007

[4] 项海帆. 高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法[J]. 振动工程学报.1999.12