超高层建筑结构的抗震设计与分析

高层建筑结构设计抗震的分析

摘要:文章主要对我国高层建筑结构的抗震设计进行了分析,从抗震概念设计的内容、重要性等方面进行了论述。

关键词:结构体系; 结构类型; 抗震设计

1、高层建筑结构设计的概念及内容

结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。

2、高层建筑抗震设计思想

概念设计是相对于数值设计而言着眼于结构的总体地震反应,可以理解为运用人的思维和判断能力,从宏观上决定结构设计中的基本问题。抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,进行建筑结构总体布置并确定基本抗震措施的。

（1）结构的简单性结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。建筑抗震设计规范（gb50011-2001）第3.5.2条作为强制性条文要求，“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”只有结构简单，才能够对结构的计算模型、内力与位移分析，限制薄弱部位的出现易于把握，因而对结构抗震性

能的估计也比较可靠。

（2）结构的规则性和均匀性建筑抗震设计规范（gb50011-2001）第3.4.2条要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则，不应采用严重不规则的平面布置，对a级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；而对b级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面布置均匀规则，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。

超高层建筑设计中的抗震设防与防风措施

近年来，随着城市化进程的不断加速，超高层建筑在城市中的地位越来越重要。然而，无论是自然因素的地震还是气象因素的风灾，都会对高楼大厦造成极大的破坏甚至倒塌。因此，在超高层建筑设计中，抗震设防与防风措施是至关重要的。

抗震设防

对于超高层建筑而言，抗震设防是保证安全的首要任务。毕竟，在发生地震时，一旦高楼大厦发生倒塌，后果不堪想象。因此，在超高层建筑的设计中，抗震设防应该成为设计师们的首要任务。

首先，超高层建筑的基础设计应该具备较强的承重能力和抗震能力。因此，在设计基础时，应该考虑地基的土层情况，确定基础的深度和底面积，确保基础的稳固性，从而实现超高层建筑的抗震强度。

其次，在超高层建筑的设计中，应该采用钢结构、框架结构或加强混凝土结构。这些结构模式不仅具备较强的抗震能力，同时能够分担超高层建筑的自重荷载，减小建筑抗震工作量。而且这些结构材料的可靠性较高，能够减少建筑物碰撞后的破裂或断裂。

另外，对于超高层建筑的设计中，还应该考虑到其在舒适性和重力下的抗震性。一般情况下，超高层建筑在发生地震时，会产生大量摇晃，从而导致居住者的不适。因此，在设计超高层建筑时，应该采用减震器、阻尼器等减震装置，从而减少超高层建筑在地震中的摇晃，提高其经济和环保性。

防风措施

除了抗震设防，防风措施在超高层建筑设计中同样重要。从气象要素分析来看，年份风灾在超高层建筑中造成的损失远大于地震。因此，在超高层建筑的设计中，防风措施不可或缺。

针对超高层建筑在遭受强风时所面临的危险性，可采取以下的防风措施：

首先，超高层建筑的结构设计要基于强风场的风速进行考虑。通过精细的风场模拟和动态载荷测试，预测超高层建筑可能遭受的风速，并在设计时充分考虑该风速下所需要的结构强度和稳定性。

其次，采用避风带、凹陷窗或穹顶等设计进行防风。这些设计可以极大的降低建筑在风灾中产生的损失和破坏。

另外，还应当对超高层建筑进行风洞试验和结构检查。这可以帮助设计师们快捷、准确地判断出超高层建筑在遭受风灾时的最坏情况，同时检测出可能出现的设计缺陷，减少风灾中损失的空间和规模。

超高层建筑结构设计的分析

摘 要：通过本文介绍超高层建筑结构设计中，结构选型及超限应对措施、钢管混凝土组合柱与钢筋混凝土梁节点做法、剪力墙平面外对梁端嵌固作用及处理方法、连梁计算分析等设计方法。

关键词：钢管混凝土组合柱 剪力墙平面外 连梁

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。

某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震分析

摘要：在超高层住宅建筑中,剪力墙结构为其主要的结构形式。合理布置剪力墙，能够使超高层建筑具有更强的抗震性、舒适性和安全可靠性。一般对于建筑高度100m以内的建筑，剪力墙布置较为简单，主要是根据建筑所需的内外墙布置，适当将这些砌体墙在合适的位置改成剪力墙，既满足建筑功能又满足结构安全需要即可。但对于超高层建筑，尤其超限高层，由于建设方追求户型的品质，结构高宽比远大于规范值，又要求户内剪力墙尽量的薄，这就给我们结构设计带来很大的挑战。下面就以武汉绿城·黄浦湾项目1#楼为实例介绍一下超高层住宅结构剪力墙设计及抗震分析的一些经验。

关键词：超限高层、性能目标、剪力墙、弹塑性时程

1、工程概况

武汉绿城·黄浦湾项目坐落武汉江岸区二七滨江商务区。项目总占地面积47954平方米，拟建建筑面积384674平米，其中地上建筑面积279997㎡，地下建筑面积88997㎡；综合容积率5.84。拟建建筑含6栋169.9米的超高层；3栋140米超高层；2栋100米以下高层。

本工程 1#楼地下二层， 地上层数为 51 层，房屋高度为 169.90m，建筑面积24914m2，为钢筋混凝土剪力墙 结构，属于 B 级高度建筑，按《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（2015 版） 要求须进行结构抗震专项审查。

1#楼超限情况见下表：

结构类型 剪力墙 规范要求 超限情况

房屋总高度（m） 169.90 140 超限

地下室埋深（m） ~12.80 1/18

房屋高度9.43m 满足要求

高宽比（投影等效） 8.6 6 /

长宽比 2.48 6 /

平面规则性 位移比 1.24 ≤1.2 超限

平面凹凸 ≤30%的总尺寸 满足要求 满足要求

楼板连续性 标准层：有效宽度为 58.6%，开洞面积为16.5%

夹层：有效宽度为 35%，开洞面积为40% 有效宽度>50%，开洞面积<30% 满足要求