時(shí)間：2023-07-07 17:25:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】：高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剪壓比
中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一． 前言
現(xiàn)代城市城市建設(shè)中，高層建筑已經(jīng)逐步向造型新穎、構(gòu)造復(fù)雜、功能多樣的方向發(fā)展，建筑功能也沿著房屋的高度方向發(fā)生了變化，很多商住兩用建筑，在布局上設(shè)置為旅館、住宅兩用功能，樓層中間還可以做為辦公用房，下部布置成商店、餐館或文化娛樂設(shè)施，這樣不同用途的樓層就需要采取不同形式的結(jié)構(gòu)，從建筑功能上來看，上部結(jié)構(gòu)就需要小開間的軸線布置，用較多的墻體來滿足旅館與住宅的功能要求，中部室內(nèi)空間卻需要中等大小，這樣為了滿足功能需求，在柱網(wǎng)中布置一定數(shù)量的墻體，下部的室內(nèi)空間大而靈活，柱網(wǎng)要求大，墻體少，滿足公用設(shè)施類的特殊功能要求，這些要求跟結(jié)構(gòu)的合理布置正好相反。這種豎向構(gòu)件的不連續(xù)性與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變，容易使轉(zhuǎn)換層附近的剛度與內(nèi)力發(fā)生突變，本文對此種復(fù)雜高層的抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行簡單闡述：
二． 轉(zhuǎn)換層的定義和功能
由于在高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓層受力下大上小，應(yīng)該采取與此相適應(yīng)的剛度要求，而逐漸減少上部墻體等的布置，輔以擴(kuò)大柱網(wǎng)，這樣一來，建筑功能空間要求跟結(jié)構(gòu)布置就正好相反，因此，為了適應(yīng)建筑功能的變化，我們通常在設(shè)計(jì)中，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置一種水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。高層商住樓中常用的一種結(jié)構(gòu)體系是帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的多塔樓高層建筑，通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)跟下部豎向桿件相連接，這樣的高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成就稱為帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，它主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
1這種設(shè)計(jì)可以獲得較大的內(nèi)部自由空間，上下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換層將上部的剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，一般用于剪力墻和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中。
2通過將建筑物的轉(zhuǎn)換層改變成為框支剪力墻結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在下部的柱網(wǎng)與上部的剪力墻軸線錯(cuò)開，形成了一種在建筑物結(jié)構(gòu)中上下柱網(wǎng)不對齊的布置。
3）通過建筑物的上下層結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和軸線改變類達(dá)到轉(zhuǎn)換層上下的結(jié)構(gòu)形式，這樣的轉(zhuǎn)換層可以使下部的結(jié)構(gòu)柱距擴(kuò)大，進(jìn)而形成大的柱網(wǎng)。這種形式常用于一般外框筒的下層形成較大的出入口。
三. 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層類型分類
在高層建筑中的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)分為以下幾種類型：
（1）梁式轉(zhuǎn)換層，即建筑物的上部剪力墻設(shè)計(jì)在框支梁上，再由結(jié)構(gòu)的框支柱支撐框支梁的受力體系，在需要縱橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)施工時(shí)，常常采用雙向梁布置，它的優(yōu)點(diǎn)是傳力直接、明確，結(jié)構(gòu)中傳力的途徑清楚，受力性能好，而且整體的構(gòu)造簡單，施工方便，在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算比較容易，是目前施工中應(yīng)用實(shí)施最廣泛的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式。
（2）箱式轉(zhuǎn)換層，當(dāng)建筑物的轉(zhuǎn)換梁截面過大時(shí)，一般情況設(shè)置一層樓板并不能夠滿足構(gòu)造中平面內(nèi)樓板的剛度要求無限大的假定條件。因此為了使理論假定和實(shí)際相符，設(shè)計(jì)中可以在建筑物中轉(zhuǎn)換梁梁頂跟梁底同時(shí)設(shè)置一層樓板，以此形成一個(gè)箱形梁，即稱為箱式轉(zhuǎn)換層。其優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)換梁的約束性比較強(qiáng)，剛度較大，整體構(gòu)造的受力效果比較好，受外力時(shí)上下部傳力比較均勻，還可以將其利用作為設(shè)備層實(shí)用，其缺點(diǎn)是施工過程復(fù)雜、造價(jià)比較高。
此外，建筑物轉(zhuǎn)換層的形式還有厚板式轉(zhuǎn)換層構(gòu)造和桁架式轉(zhuǎn)換層構(gòu)造等，但大部分因?yàn)榇藰?gòu)造方式受力復(fù)雜而且施工難度較大、并且經(jīng)濟(jì)效益不高所以實(shí)際應(yīng)用相對少。
四．新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1 搭接柱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
搭接柱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是最近出現(xiàn)的一種新型的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系。這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在重力載荷作用下建筑物的安全度與可靠度，主要是取決于跟搭接塊相連的樓蓋梁板承載外力能力與軸向剛度的有效控制，如果樓蓋梁板的承載能力與軸向剛度能得到控制和滿足，重力載荷作用下的次內(nèi)力與搭接柱變形就能夠受到控制，建筑物整個(gè)搭接柱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)就能夠正常工作，與之相連樓蓋梁板承載外力能力和軸向剛度的控制，通常是在結(jié)構(gòu)重力載荷作用下能夠正常工作的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
2 貫通落地筒體-框架結(jié)構(gòu)工作特性
搭接柱轉(zhuǎn)換構(gòu)造基本能夠保證對框架柱直接落地的整體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和在地震作用下的工作狀態(tài)與貫通落地筒體-框架結(jié)構(gòu)無異。建筑物的框架搭接柱轉(zhuǎn)換本質(zhì)上是弱化了結(jié)構(gòu)框架的抗側(cè)作用，進(jìn)一步的強(qiáng)化了建筑物核心筒體的抗側(cè)作用，所以核心筒體結(jié)構(gòu)是整體結(jié)構(gòu)最主要的抗側(cè)力構(gòu)件，能夠很好地保證整體機(jī)構(gòu)抗震承載能力不致突變。
3. 其他新型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
（1）寬扁梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性
寬扁梁轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有利于降低建筑物轉(zhuǎn)換層高度并方便建筑設(shè)備的使用，跟建筑功能的結(jié)合比較普通；轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)相比有著非常好的優(yōu)勢，它還有利于減緩建筑施工中高位轉(zhuǎn)換的剛度突變帶來的建筑物轉(zhuǎn)換層框支剪力、框支柱頂彎矩的突變增大及結(jié)構(gòu)軸力突變而增大引起的應(yīng)力集中，改善建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能。
（2）斜撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性
這種結(jié)構(gòu)重力載荷下的傳力路徑明確，它以構(gòu)件受壓受拉的方式代替構(gòu)件受剪承受重力載荷，使建筑物受力方式非常合理，斜撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的建筑物轉(zhuǎn)換層與上下層的剛度比的變化幅度也相對很小，因此在水平地震力作用下，它能夠很好的避免結(jié)構(gòu)層間剪力與構(gòu)造構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生突變，有利于整體結(jié)構(gòu)抗震。
五．帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)必須注意建筑物豎向剛度的突變，避免在地震作用時(shí)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下形成薄弱環(huán)節(jié)，降低建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能，因此在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵循以下原則：
1 剛度比的設(shè)計(jì)，為了保證建筑物結(jié)構(gòu)的豎向剛度不至于太大，有利結(jié)構(gòu)的整體受力，防止設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)沿豎向剛度的變化過于懸殊而形成受力薄弱層，結(jié)構(gòu)的上下剛度比要≤2，盡量的接近1。
2. 減少需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，提高抗震性能。
3. 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向位置宜低不宜高，避免在轉(zhuǎn)換層附近的剛度、內(nèi)力與傳力途徑等發(fā)生突變時(shí)形成受力薄弱層，對抗震非常不利。
4. 設(shè)計(jì)中要合理分配轉(zhuǎn)換層及其下部的構(gòu)件中的內(nèi)力，結(jié)構(gòu)內(nèi)梁高度一般情況應(yīng)不小于梁的跨度的1/6,以保證轉(zhuǎn)換層的剛度，滿足轉(zhuǎn)換梁和剪力墻柱在受外力時(shí)的受力性能要求。
5. 控制建筑物框支剪力墻和落地剪力墻兩者的比例，在設(shè)計(jì)剪力墻需考慮抗震時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)橫向的落地剪力墻的數(shù)目與橫向墻的總數(shù)之比不能少于50%，在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不能少于30%。
6. 強(qiáng)化建筑物下部轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度，并弱化構(gòu)造轉(zhuǎn)換層主體上部的結(jié)構(gòu)剛度，保證建筑物下部空間的整體結(jié)構(gòu)能夠有足夠的剛度、延性、強(qiáng)度與足夠的抗震能力，使剛度的均勻分布，保證構(gòu)造的剛度中心和質(zhì)量中心盡可能的重合，避免由于設(shè)計(jì)不合理兩者偏心導(dǎo)致建筑物整體扭轉(zhuǎn)。
7. 帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算要求全面、準(zhǔn)確，采用有限元方法對結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行局部的補(bǔ)充計(jì)算。
結(jié)論
帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑受力非常復(fù)雜，隨著結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮傳力體系的變化，按照規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件進(jìn)行全面分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，把建筑物的諸多因素考慮進(jìn)去，在嚴(yán)格控制建筑物樓層等效剛度比以及樓層側(cè)向剛度比的前提下，設(shè)計(jì)合理有效的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，是有效解決復(fù)雜平面及建筑物體型轉(zhuǎn)換的一種行之有效的方法。
參考文獻(xiàn)：
[1]JGJ3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]
【關(guān)鍵詞】高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)；特點(diǎn)；注意事項(xiàng)
城市化進(jìn)程的加快，使得高層建筑已成為城市建設(shè)的重要組成部分。混凝土結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代化城市發(fā)展的一種客觀成果，在建筑業(yè)發(fā)展過程中起著重要的作用。以下就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討分析。
一.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)選型。建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要考慮三方面的問題：結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題、結(jié)構(gòu)超高問題以及嵌固端設(shè)置問題。高層建筑的結(jié)構(gòu)規(guī)范新舊版本有著很大的不同，在新規(guī)范中，對于結(jié)構(gòu)的限制條件也有所增加。并且，新規(guī)范明文規(guī)定建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。因此，結(jié)構(gòu)工程師需要在執(zhí)行新規(guī)范時(shí)多注意不同之處，避免施工設(shè)計(jì)時(shí)處于被動(dòng)狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)的總高度在抗震規(guī)范以及高度規(guī)范當(dāng)中都有著嚴(yán)格的限制，新規(guī)范中對于超高問題有了新的規(guī)定，增加了除了a級高度建筑以外的b級高度建筑。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要注意控制超高問題。高層建筑往往帶有地下室，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師需要對嵌固端設(shè)置進(jìn)行重視。
2、概念設(shè)計(jì).為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)采用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式對建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師有很高的要求，必需嚴(yán)格地遵守結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的規(guī)范規(guī)程以及各項(xiàng)規(guī)定，設(shè)計(jì)過程中需要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析，不能僅僅依靠計(jì)算來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要對結(jié)構(gòu)選型以及平面布置的規(guī)律提高重視程度，選用具有較好的抗震能力以及抗風(fēng)性能，并且經(jīng)濟(jì)性較高的結(jié)構(gòu)類型，并要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算簡圖的設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的地震力有合理的傳遞，并保證在兩個(gè)主軸方向有相近的動(dòng)力特性。另外，概念設(shè)計(jì)可以保證高層建筑受到中等級地震后可以通過修復(fù)繼續(xù)使用，而在遇到高等級地震時(shí)可以保證不倒。為保證“中震可修，大震不倒”的目標(biāo)，需要專家對設(shè)計(jì)提出具體指標(biāo)，對建筑的穩(wěn)定性以及彈性進(jìn)行完善的設(shè)計(jì)。
二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的延性。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。建筑結(jié)構(gòu)的耐震主要取決于結(jié)構(gòu)的承載力和變形能力兩個(gè)因素。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免高層建筑在大震下倒塌，必須在滿足必要強(qiáng)度的前提下，通過優(yōu)良的概念設(shè)計(jì)和合理的構(gòu)造措施，來提高整個(gè)結(jié)構(gòu)、特別是薄弱層（部位）的變形能力，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮這些因素，合理設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、適宜的剛度、良好的延性。
2、側(cè)向力的把握。在建筑結(jié)構(gòu)、側(cè)向力已成為結(jié)構(gòu)形變，同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要影響因素，如無論是民用建筑還是在高層建筑，所有在自重、雪活荷載和負(fù)荷、負(fù)荷力，再加上風(fēng)、地震和力水平影響都會(huì)作用在結(jié)構(gòu)上，水平荷載內(nèi)力和位移逐漸增加，因此水平荷載和地震力是主要的控制因素。
3、建筑結(jié)構(gòu)的剛度適宜性。隨著建筑的高度的不斷增長、側(cè)向位移較大的高層建筑越來越多。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，不但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求非常重要，也不能忽視結(jié)構(gòu)的適用性，確保了結(jié)構(gòu)的合理振動(dòng)頻率、控制水平層位移。
三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
高層建筑設(shè)計(jì)從體系選擇、平面布置、豎向布置、抗震概念設(shè)計(jì)無一不體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的水平，下面敘述幾個(gè)需注意的問題。
1、結(jié)構(gòu)體系選擇。結(jié)構(gòu)體系的選擇，應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)條件、建材、經(jīng)濟(jì)等各專業(yè)綜合考慮。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。規(guī)范在這方面有相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循規(guī)范規(guī)定上必須格外注意，避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)總高度都有嚴(yán)格限制，除將原來的限制高度設(shè)定為A級高度建筑外，還增加了B級高度建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)高度嚴(yán)格控制，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑或超過了B級高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。
2、側(cè)向位移的限值。高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移隨著高度增長而迅速變大，為防止位移過大，規(guī)范對頂點(diǎn)位移和層間位移都作了限制。控制頂點(diǎn)位移u/h的主要目的是保證建筑內(nèi)人體有舒適感和防止房屋在罕遇地震時(shí)倒塌。但控制房屋在罕遇地震時(shí)倒塌與否的條件是結(jié)構(gòu)極限變形能力而不是u/h限值。另外，為使結(jié)構(gòu)具有較好的防倒塌能力，應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮相關(guān)效應(yīng)。控制層間位移u/h的主要目的是防止填充墻、裝飾物等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂和損壞。
3、設(shè)置縫隙。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的構(gòu)造措施是設(shè)置溫度伸縮縫、沉降縫、防震縫。溫度伸縮縫，其影響因素很多，規(guī)范用規(guī)定結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距來控制，還規(guī)定了最大間距宜適當(dāng)減小和適當(dāng)放寬的情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的具體情況執(zhí)行相關(guān)條文。如北京朝陽商業(yè)中心等工程地上結(jié)構(gòu)長度均超過100米，由于采取了可靠措施，也未設(shè)溫度伸縮縫而效果良好。沉降縫由于同一建筑物中各部分基礎(chǔ)顯著的沉降差產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)中，通常用“放”、“抗”、“調(diào)”等辦法解決，即設(shè)沉降縫、采用剛度大的基礎(chǔ)、調(diào)整各部分基礎(chǔ)形式或施工順序。目前，廣州、深圳等地多采用基巖端承樁，主樓、裙房間不設(shè)縫；北京的高層建筑則一般采用施工時(shí)留后澆帶的做法。設(shè)計(jì)師應(yīng)在實(shí)際中靈活掌握。防震縫在規(guī)范中有明確規(guī)定，但應(yīng)據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)放寬或縮小。
4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題。建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
四、結(jié)束語
在現(xiàn)代建筑過程中，需要嚴(yán)格對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確保建筑工程的質(zhì)量。隨著城市的不斷發(fā)展以及人口密度的增加，近些年我國的高層建筑也越來越多。由于混凝土施工簡便且成本較低，在我國的建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李善雷.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].科技風(fēng)，2011（4）：156.
關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
Abstract: With the progress and development of science and technology, high-rise building has become the symbol of urban development. To ensure the security of the people’s lives and property, higher requirements are requested to engineers. This paper analyzes the characteristics of high-rise building, and then expounds the measures of structure design and details design based on the characteristics of structure design of high-rise building.
Key words: high-rise building; structure design; analysis on key points
中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
前言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已經(jīng)逐漸進(jìn)入到了人民的生活當(dāng)中，并在全國各地大量興建了許多的高層建筑特別是高層的商住樓的數(shù)量，從其建筑結(jié)構(gòu)上看大多采用鋼筋混凝土的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在提倡的是“節(jié)約型”社會(huì)，建筑節(jié)能已成為全社會(huì)的共識(shí)，因此。在設(shè)計(jì)上優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，降低建筑的成本受到業(yè)界的關(guān)注和重視。但如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．成為廣大設(shè)計(jì)師不斷研究探討的課題。
1.高層建筑的受力性能分析
針對一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師要考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
一般而言，低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：①較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；②側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與簡單的豎向懸臂構(gòu)件的受力特點(diǎn)是相似的。在所有條件相同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。
2. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑三心分別為建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單規(guī)則平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單規(guī)則平面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。因?yàn)榉菍ΨQ的幾何平面建筑，往往會(huì)引起質(zhì)量中心和剛度中心的偏心，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及各部分聯(lián)接處應(yīng)力集中，平面長度過長的建筑可能出現(xiàn)兩端振動(dòng)不一致使建筑物破壞。
3. 關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動(dòng)周期
一般建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期問題包含兩方面：
(1)合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；
(2)控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能與場地的特征周期錯(cuò)開。
3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期
對于比較正常的工程設(shè)計(jì)，其不考慮折減的計(jì)算自振周期()大概在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：=(O.08～0.15)N
框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和框架一筒體結(jié)構(gòu)：=(0.08～0.12)N
剪力墻結(jié)構(gòu)和筒中結(jié)構(gòu)：=(O.04～0.05)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：第二周期：=(1/5～1/3)；第三周期：=(1/7～l/5)。而對于比較均勻的結(jié)構(gòu)，振型曲線應(yīng)是比較連續(xù)光滑的曲線，不應(yīng)有大進(jìn)大出，大的凹凸曲折。在計(jì)算時(shí)如果計(jì)算結(jié)果偏離上述數(shù)值太遠(yuǎn)，應(yīng)考慮工程剛度是否太大或者太小，必要時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)截面尺寸，檢查剪力墻數(shù)量是否合理，應(yīng)適當(dāng)做出相應(yīng)的調(diào)整。
3.2 高層建筑的共振問題
遇到建筑場地發(fā)生地震時(shí)，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
3.3 水平位移特征
一般情況下，當(dāng)水平位移滿足《高層規(guī)程》的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時(shí)，由于地震力也小，所以結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)周期長、地震力太小，并不安全；其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外，不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型；框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型；框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。同時(shí)我們將個(gè)層位移連成側(cè)移曲線，具備以下特征：
(1)剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線具有懸臂彎曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外彎形曲線。
(2)框架結(jié)構(gòu)具有剪切梁的特點(diǎn)，越向上增長越慢，成內(nèi)收形曲線。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和框架一簡體結(jié)構(gòu)處于兩者之間，為反S形曲線，接近于一直線。
(3)在剛度較均勻情況下，位移曲線應(yīng)連續(xù)光滑，無突然凹凸變化和折點(diǎn)。
4. 高層建筑的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更有意義。在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)．宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，平面長度不宜過長，突出部分長度也應(yīng)不宜過大。
高層建筑的堅(jiān)向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大
上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。相信大部分的結(jié)構(gòu)工程師都曾
遇過類似情況．當(dāng)一幢高層建筑的結(jié)構(gòu)平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則、均勻，那么其各項(xiàng)
指標(biāo)的校核驗(yàn)算會(huì)很容易滿足規(guī)范的要求，反之，則需花一番苦功才能令各項(xiàng)指標(biāo)勉強(qiáng)滿足
規(guī)范要求。結(jié)果可能是墻柱截面尺寸大得驚人，單位面積重量嚴(yán)重超標(biāo)，不僅造價(jià)上去了，而且還影響部分建筑功能的使用。
合理使用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋建筑的總造價(jià)包括上部結(jié)構(gòu)的材料、基礎(chǔ)及施工等費(fèi)用，構(gòu)件的截面尺寸和用鋼量對造價(jià)的影響很大，設(shè)計(jì)中合理使用高強(qiáng)鋼筋(如梁、板筋采用三級鋼)可有效降低用鋼量，節(jié)約成本。如果高層建筑位于深厚軟弱地基上，由于作用于地基上的荷載很大，合理使用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋優(yōu)化構(gòu)件截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，將會(huì)降低基礎(chǔ)施工的難度和造價(jià)，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。同時(shí)，對于地震區(qū)的高樓，地震作用的大小幾乎與建筑自重成正比，減輕自重能夠減小結(jié)構(gòu)的地震荷載，有利于提高結(jié)構(gòu)的安全度。
5.結(jié)束語
總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何在設(shè)計(jì)這過程中出現(xiàn)的遺漏或錯(cuò)誤都有可能對設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生重大的事故。所以我們在設(shè)計(jì)的過程中要時(shí)刻把握設(shè)計(jì)的過程。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]張宇鑫，劉海成，張星源。PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用。上海，同濟(jì)大學(xué)出版社。2006
【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
近年來，我國在加快現(xiàn)代化城市建設(shè)的同時(shí)，為了滿足越日漸增長的人口對于房屋建筑源源不斷的需求，建筑企業(yè)一直致力于高層建筑的建設(shè)和發(fā)展，且高層建筑正向著大型化、功能復(fù)雜化的方向發(fā)展。那么，對于高層建筑而言，在進(jìn)行功能劃分時(shí)，為了滿足建筑在功能方面的需求，必須對結(jié)構(gòu)形式的變化進(jìn)行過渡，因此，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中得到了應(yīng)用，而且發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文即將圍繞高層建筑的轉(zhuǎn)換層，淺談轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。
1. 轉(zhuǎn)換層的概念
一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)底部所承受的力明顯大于上部受力。因此，為了保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性，往往需要針對底部結(jié)構(gòu)做好設(shè)計(jì)工作，即設(shè)置更多的墻體，并保證有足夠的強(qiáng)度和密集的柱網(wǎng)，離頂部越近，那么墻體和柱的數(shù)量也會(huì)越來越少，致使柱網(wǎng)擴(kuò)大，最終造成頂部的活動(dòng)空間與底部結(jié)構(gòu)相比之下，要大得多，那么高層建筑在功能和空間上的需求就無法得到滿足。因此，對于高層建筑，必須要突破傳統(tǒng)的思想和模式，進(jìn)行改革創(chuàng)新，而引入轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)則不失為一個(gè)有效的方法。通過應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計(jì)水平在構(gòu)件上的轉(zhuǎn)換，從而滿足了建筑在功能上的需求，保證了結(jié)構(gòu)的安全性。
2. 轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則
在高層建筑中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，因此豎向剛度難免會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致建筑的抗震能力顯著降低。為了避免這種問題發(fā)生，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下設(shè)計(jì)原則：用于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件會(huì)由于轉(zhuǎn)換層的作用而發(fā)生剛度突變的現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)的抗震能力產(chǎn)生極為不利的影響，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，豎向落地的構(gòu)件應(yīng)當(dāng)成為首要選擇；在高層建筑的豎直方向上，選擇較低的位置作為轉(zhuǎn)換層的設(shè)立位置，盡量避免過高的位置；在選擇材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意材料的材質(zhì)，保證其在換層結(jié)構(gòu)形式上具有較強(qiáng)的導(dǎo)力，以此對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而滿足結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的相關(guān)需求，工程量也因此而得到有效的保障；為了滿足建筑在安全、經(jīng)濟(jì)方面的需求，應(yīng)當(dāng)盡量選擇較小的轉(zhuǎn)換剛度。
3. 高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要形式
3.1 梁式轉(zhuǎn)換
從高層建筑的結(jié)構(gòu)來看，往往會(huì)采用梁式轉(zhuǎn)換的方式，實(shí)現(xiàn)在垂直方向上的轉(zhuǎn)換。梁式轉(zhuǎn)換方式利用轉(zhuǎn)換梁，從上部墻將力直接傳遞給下部柱，從而滿足了建筑的使用功能需求。該轉(zhuǎn)換方式具有易于計(jì)算、成本低廉的特點(diǎn)，因此在高層建筑中應(yīng)用比較廣泛。
3.2 箱式轉(zhuǎn)換
箱式轉(zhuǎn)換方式主要是通過單向、雙向托梁以及樓板的共同作用而實(shí)現(xiàn)的，可以形成箱形轉(zhuǎn)換層，與單層梁板相比之下，其剛度要大許多。
3.3 板式轉(zhuǎn)換
對于板式轉(zhuǎn)換層而言，其上下柱網(wǎng)錯(cuò)開比較多，而且脫離了梁的承托作用，且沒有按照一定的規(guī)則進(jìn)行布置。考慮到抗剪和抗沖切，轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換板應(yīng)當(dāng)具有足夠的厚度。這種轉(zhuǎn)換方式具有下層柱自由活動(dòng)的特點(diǎn)，但是板式轉(zhuǎn)換層本身自重比較大，而且所使用的材料過于復(fù)雜，因此，不利于施工操作。
3.4 斜柱轉(zhuǎn)換
混凝土的壓縮性能可以通過斜柱轉(zhuǎn)換形式充分體現(xiàn)出來。通過采用斜柱轉(zhuǎn)換方式，可以起到擴(kuò)大建筑空間的作用。雖然斜柱轉(zhuǎn)換層在實(shí)際的應(yīng)用過程中，水平荷載會(huì)顯著增加，然而完全可以通過其它途徑來彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。選擇建筑平面作為基點(diǎn)，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的施工過程中，新設(shè)圈梁或者拉梁，保證路徑最短，從而保持平衡性。此外，對于斜柱轉(zhuǎn)換層而言，其荷載分擔(dān)應(yīng)當(dāng)引起重視，要保證轉(zhuǎn)換層的安全性，必須將斜柱所承受的荷載進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換。
3.5 巨型框架轉(zhuǎn)換
巨型框架轉(zhuǎn)換一直是專業(yè)人員研究工作的重點(diǎn)，該轉(zhuǎn)換層有很大的發(fā)展空間。巨型框架轉(zhuǎn)換層具有很強(qiáng)的抗震功能，它包括豎向筒體或者巨型柱以及一定數(shù)量的大梁，即是由多個(gè)梁式轉(zhuǎn)換層合并而成。在施工還未開始之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)知施工過程中將要發(fā)生的情況，從而針對臨時(shí)支撐情況采用合理的對策予以解決，并保證該轉(zhuǎn)換層具有足夠的抗側(cè)剛度。
4. 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)
4.1 框支柱
框支柱作為十分重要的一個(gè)構(gòu)件，對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安全性能發(fā)揮著不容小覷的作用。在高層建筑實(shí)際的工程中，樓板在各種因素的影響作用下發(fā)生變形，而且剪力墻也會(huì)因此而出現(xiàn)裂縫，大大降低了結(jié)構(gòu)的剛度，使框支柱的剪力明顯增加。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一階段，對于提高框支柱剪力存在可能性的部分，應(yīng)當(dāng)將其單獨(dú)列出，然后嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)。除此之外，對于那些在框支柱上部墻體的縱筋，應(yīng)當(dāng)將其伸入上部墻體的內(nèi)層，從而使轉(zhuǎn)換層的上、下層之間連接更為緊密。此外，對于在墻體范圍之外的縱筋，應(yīng)當(dāng)采用水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi)的方式，從而達(dá)到錨固要求。
4.2 框支梁
框支梁作為一種傳輸樞紐，在上、下層之間具有傳輸荷載能力的作用，從而為框支剪力墻的抗震性能提供了充足的保證。剪壓比的多少直接關(guān)系著框支梁的截面尺寸，一般情況下，框支梁截面寬度應(yīng)當(dāng)超過其上墻2倍厚度，關(guān)于框支梁的高度，則必須進(jìn)行跨度計(jì)算，以跨度六分之一的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)高度。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于框支梁的承受荷載較大且比較復(fù)雜，因此必須考慮充足的安全儲(chǔ)備。對于存在于框支梁的縱筋而言，一般將抗震等級分為二級，因此，其配筋率應(yīng)當(dāng)超過0.4%才滿足要求。此外，在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)當(dāng)以0.8%為界限，框支梁的配筋率需要超過這個(gè)數(shù)值，再加上框支梁受力不均勻，因此，必須保證一定數(shù)量的腰筋量，以免施工受阻。對于腰筋而言，應(yīng)當(dāng)選用Φ8鋼筋，控制梁高間距在200mm范圍之內(nèi)。框支梁作為結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵構(gòu)件，其受剪很大，因此，在施工過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)強(qiáng)剪弱彎的原則，如果縱筋數(shù)量超過了一定的范圍，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采用加強(qiáng)箍筋的措施。
4.3 轉(zhuǎn)換層樓板
在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，通過采用樓板可以將框支剪力墻進(jìn)行分層，即上、下兩個(gè)部分，且受力情況存在一定的差異。關(guān)于上部樓層，以各片剪力墻的等效剛度比例為依據(jù)，對外荷載產(chǎn)生的水平力進(jìn)行分配。而在下部樓層中，框支柱與落地剪力墻相比之下，兩者的剛度有所不同，且落地剪力墻所承受的剪力主要來自于水平方向，導(dǎo)致荷載分配不均勻。對于轉(zhuǎn)換層的樓板而言，承擔(dān)有非常之多的任務(wù)，且以上、下樓層的剪力重的分配為主，轉(zhuǎn)換層樓板所承受的力較大，變形幅度也比較大，為了保證轉(zhuǎn)換層樓板能夠順利完成任務(wù)，剛度必須足夠，并以此作為結(jié)構(gòu)的支撐。
結(jié)語
總而言之，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)換層也得到了廣泛地應(yīng)用。對于高層建筑而言，必須滿足結(jié)構(gòu)安全性能、抗震性能等方面的要求，而轉(zhuǎn)換層則能秀好地解決這方面的問題，因此，必須做好轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基于對各個(gè)轉(zhuǎn)換層形式的了解，選擇最佳的轉(zhuǎn)換層類型，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，對轉(zhuǎn)換層樓板、框支梁等比較關(guān)鍵的部位，進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量得到保障。
參考文獻(xiàn)
[1]李福順.淺談高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2012（10）.
[2]陳林.帶轉(zhuǎn)換層小高層建設(shè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)探討[J]. 建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2012（10）.
[3]付秀蘭.論建高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方案[J].建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2012（29）.
【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、高層轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的重要性
從高層建筑的整體結(jié)構(gòu)來看，轉(zhuǎn)換層是十分重要的部分，如果轉(zhuǎn)換層處理不好，會(huì)直接影響到上層的建設(shè)，所以我們必須保證各個(gè)施工部分都能夠做到科學(xué)合理，滿足施工要求，這樣不僅能夠滿足人們的居住要求，還能夠使建筑企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，提高自身的競爭力。要想做好轉(zhuǎn)換層，就必須對其中的各個(gè)部分嚴(yán)格限制。高層建筑中轉(zhuǎn)換層的存在，非常容易造成建筑物在豎向?qū)用娴膭偠韧蛔儯焕诮ㄖφ鸷M(jìn)行抵抗，所以，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮這一問題，做好對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布設(shè)，盡量將豎向的構(gòu)件適當(dāng)?shù)臏p少，以降低轉(zhuǎn)換層的剛度突變頻率，且盡量將轉(zhuǎn)換層設(shè)置于較低的樓層位置，剛度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制于較小的范圍。設(shè)計(jì)人員要充分考慮樓層的結(jié)構(gòu)受力狀況，根據(jù)其受力傳遞的途徑，選擇受力結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)男问阶鳛槠滢D(zhuǎn)換層主要結(jié)構(gòu)，以保證設(shè)計(jì)人員對于結(jié)構(gòu)的分析及質(zhì)量的控制。
二、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
1、與建筑專業(yè)的相配合
為了滿足建筑的需要，因此高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇必須與建筑相互配合。首先，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)與建筑外觀相結(jié)合，如巨型框架、拱式轉(zhuǎn)換等型式不僅具有良好的受力性能，而且能滿足該類型建筑外觀的要求；其次，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)必須服從于建筑功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際工程中常常將設(shè)備層兼作轉(zhuǎn)換層，此時(shí)轉(zhuǎn)換層中要有足夠的空間讓設(shè)備管道通過，當(dāng)洞口尺寸超出開孔梁允許范圍時(shí)，宜用實(shí)腹或空腹桁架代替梁式轉(zhuǎn)換。
2、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的合理選擇
在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，存在著轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度合理值的問題。當(dāng)轉(zhuǎn)換層剛度過大時(shí)，一方面引起地震反應(yīng)和結(jié)構(gòu)豎向剛度的突然增大，使轉(zhuǎn)換層上下層處于更加不利的受力狀態(tài)，另一方面材料用量增加，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性不合理。當(dāng)轉(zhuǎn)換層剛度過小時(shí)，上部框支部分的豎向構(gòu)件與其它豎向構(gòu)件之間可能出現(xiàn)較大的沉降差，從而在上部結(jié)構(gòu)中與該部分豎向構(gòu)件相連的水平構(gòu)件中產(chǎn)生明顯的次應(yīng)力，導(dǎo)致其配筋增加。
3、轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)的剛度分布
對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說：豎向剛度突變也是最復(fù)雜的問題，是不可避免的。為了保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上下層主體結(jié)構(gòu)的總剪切剛度滿足要求，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，常常要采用加大轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件截面尺寸、提高其混凝土強(qiáng)度等級、增設(shè)剪力墻等方法。
4、逆向轉(zhuǎn)換
逆向轉(zhuǎn)換是一種轉(zhuǎn)換層類似倒置的常規(guī)轉(zhuǎn)換層特殊的結(jié)構(gòu)，故稱為逆向轉(zhuǎn)換層。斜柱轉(zhuǎn)換和桁架轉(zhuǎn)換傳力路徑明確，剛度較小，最適用于逆向轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，在工程中可結(jié)合實(shí)際情況選用。當(dāng)建筑物外觀或使用功能要求柱網(wǎng)上疏下密時(shí)，下部柱網(wǎng)中由于各柱承受荷載的差異導(dǎo)致相互間的豎向壓縮位移差，在下部結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力。為了避免由此引起的結(jié)構(gòu)問題，在柱網(wǎng)發(fā)生變化處必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層，以調(diào)整下部柱網(wǎng)中各柱的荷載趨于均勻。
5、上下軸網(wǎng)力求部分對齊不錯(cuò)位
如果結(jié)構(gòu)上部、下部的軸網(wǎng)全部錯(cuò)位，則轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可能只得采用厚板式，厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是所有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中缺點(diǎn)最多的一種形式。不僅受力不好，設(shè)計(jì)難度高，施工困難，而且極不經(jīng)濟(jì)。為避免采用厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，盡可能采用梁板式或其他形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，其必要條件就是上下軸網(wǎng)部分對齊，軸網(wǎng)對齊的比例越高，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就越簡單容易，結(jié)構(gòu)受力更明確，經(jīng)濟(jì)效果更好，這方面有賴于結(jié)構(gòu)與建筑方案的密切配合和協(xié)調(diào)。
三、高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
箱型轉(zhuǎn)換是通過一整層來達(dá)到具有較大剛度和承載力的一種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實(shí)際上也是由梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層變化而來。在這一轉(zhuǎn)換層中，樓層上下面的同一軸線上均設(shè)一道大梁，梁間是鋼筋混凝土墻，構(gòu)成類似于桁架的大型組合梁結(jié)構(gòu)。縱橫兩向的組合梁交叉成梁格，大部分交叉處有底層通上來的柱，底板和頂板都是鋼筋混凝土厚板，這樣便形成一個(gè)箱型剛性層。但箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用的并不是很廣。這主要是因?yàn)椋m然箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層本身的整體剛度性能比較好，可以很好地保證力的傳遞，但是該結(jié)構(gòu)會(huì)占用很多的空間，一般只能對于布置設(shè)備的樓層可以采用，而且重量大、造價(jià)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工難度大，受力情況非常復(fù)雜。
2、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，由于高位轉(zhuǎn)換，從而對整個(gè)結(jié)構(gòu)受力極為不利。根據(jù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果表明：在水平性地震作用中，由于傾覆性力矩以轉(zhuǎn)折形式在轉(zhuǎn)換層呈現(xiàn)，下部以剪力墻結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，落地剪力墻在傾覆力矩下遞較快的同時(shí)，讓傾覆力矩以轉(zhuǎn)折的形式呈現(xiàn)。高層建筑轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí)，由于落地式剪力墻極容易出現(xiàn)裂縫，在上部墻體內(nèi)力較大的過程中，下部支撐極容易屈服，進(jìn)而出現(xiàn)薄弱層。為了保障整個(gè)工程設(shè)計(jì)的合理性、安全性，框支轉(zhuǎn)換層設(shè)置必須在3層之上，剪力墻、框支柱抗震等級必須增強(qiáng)一級，除了特一級、密柱框架、核心筒結(jié)構(gòu)不需提高。
目前，我國底部轉(zhuǎn)換層在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是仍然沒有大地震考驗(yàn)；由于轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)不能貫通下部樓層，所以轉(zhuǎn)換層通常為薄弱樓層，當(dāng)框架剪力乘以1.15時(shí)，就可以增大系數(shù)。但是在這過程中，需要注意的是：樓層設(shè)計(jì)剛度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，該樓層仍然是薄弱層。對于轉(zhuǎn)換層構(gòu)件設(shè)計(jì)中，必須調(diào)整水平地震內(nèi)力；對于8度的抗震設(shè)計(jì)，必須考慮地震作用影響，使用“動(dòng)力時(shí)程”或者“反應(yīng)譜”方法對其進(jìn)行計(jì)算，或者將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載的標(biāo)準(zhǔn)下，讓內(nèi)力和增大系數(shù)的1.1相乘。另外，由于內(nèi)力增大系數(shù)較高，對于處在第三層或者三層以上的轉(zhuǎn)換層極為不利，同時(shí)內(nèi)力幅度增大。針對這類特殊現(xiàn)象，高層建筑轉(zhuǎn)換層作為受力極為復(fù)雜的，但是對抗震不利的結(jié)構(gòu)，當(dāng)防烈抗震度達(dá)到0.4g時(shí)，必須停止使用。在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)類型、防烈度、房屋高度以及構(gòu)件類型，使用對應(yīng)的抗震等級對其進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算，或者采用構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)、處理。
3、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的控制軸壓比設(shè)計(jì)
高層建筑中轉(zhuǎn)換層還要注意軸壓的比率，盡量控制這個(gè)比率，我們知道，轉(zhuǎn)換層的支梁和支柱在內(nèi)交角的位置，有一個(gè)突出的應(yīng)力表現(xiàn)情況，由于深受水平負(fù)載以及垂直負(fù)載的雙重影響，柱子的橫截面，柱子的剪力，以及柱子的彎矩在相對條件下較小，所以軸壓力的承受力主要受框支柱所支撐，轉(zhuǎn)換層以上的墻體垂直負(fù)載和水平負(fù)載差不多都能借助板平面內(nèi)的剛度傳遞給落地剪力墻，因此要嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比。例如，在一高層建筑實(shí)處，設(shè)計(jì)的方案是這樣的：抗震設(shè)計(jì)時(shí)框支柱的軸壓比小于0.6，砼的強(qiáng)度等級高于C20，但低于C30，采用螺旋箍圍繞框支柱全高密度較小，箍筋直徑要不足10，間距不足100rnm，這個(gè)設(shè)計(jì)方案，在真正實(shí)行的過程中限制了柱箍筋配箍率，減弱了轉(zhuǎn)換層柱的抗剪能力。因此要切合實(shí)際的對高層建筑進(jìn)行科學(xué)的檢測，確保萬無一失。
結(jié)束語
高層建筑體現(xiàn)一個(gè)城市建設(shè)的基本特色，承載著城市發(fā)展過程的信息。為此，高層建筑的發(fā)展也是塑造城市新特色的重要條件。然而如何將現(xiàn)代的高層建筑更更好的與城市建筑中的各個(gè)因素相應(yīng)的結(jié)合起來，有效地把建筑風(fēng)格融合到城市的環(huán)境中去設(shè)計(jì)，是每個(gè)建設(shè)者需要考慮的問題。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：高層建筑，梁式轉(zhuǎn)換層，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1 前言
我國高層建筑發(fā)展從上世紀(jì) 70 年代中期開始加速，底部大空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展使得轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)朝著形式多樣化、方法多樣化、結(jié)構(gòu)受力更有力的方向發(fā)展。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)成為了現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢之一。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)也使從小開間住宅到中等開間的寫字間，再到大空間的商城的轉(zhuǎn)變成為了可能。
2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式
梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要原理就是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構(gòu)。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中，對轉(zhuǎn)換梁的最小高度和寬度作如下規(guī)定：框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的2倍，且不易小于400mm，當(dāng)梁上托柱時(shí)，尚不應(yīng)小于梁寬方向的柱截面寬度。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換梁高不小于其跨度的1/6，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換梁高不小于跨度的1/8。從這項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程中可知，采取這些限制主要是為了保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的整體剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的可靠性。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的特點(diǎn)
3.1 鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層
鋼骨混凝土梁不但剛度好，承載力高，可大大減小截面尺寸，而且塑性、耐久性和抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土梁。另外，鋼骨混凝土梁在施工階段其自身的剛度好，定位準(zhǔn)確，能夠減少支模，加快施工速度。
2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用
采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，比如減小截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等等。所以預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)非常適用于建造承重荷載的大跨度轉(zhuǎn)換層，而且有自重輕，節(jié)省鋼材和混凝土等優(yōu)點(diǎn)。
4 轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)原則
4.1 轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式
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，所以必須設(shè)置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。根據(jù)現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以選擇采用轉(zhuǎn)換大梁、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式。鑒于轉(zhuǎn)換厚板在地震區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)較少，可以在非地震區(qū)和6度抗震設(shè)計(jì)時(shí)采用，對于大空間地下室，由于周圍有約束作用，地震反應(yīng)小于地面以上的框支結(jié)構(gòu)，故7. 8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)的地下室可采用厚板轉(zhuǎn)換層。針對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)較為普遍采用。
4.2 轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)原則
4.2.1轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)平面布局
工程底部為框架的剪力墻結(jié)構(gòu)體型簡單、規(guī)則，上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過2m，結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置應(yīng)分散、均勻，而且盡量沿周邊布置，從而增強(qiáng)抗扭效果。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，內(nèi)力傳遞途徑的突變就越加劇，另外，轉(zhuǎn)換層位置越高，落地剪力墻或簡體就容易出現(xiàn)受彎裂縫，致使框支柱的內(nèi)力增大，而轉(zhuǎn)換層上部附近的墻體容易被破壞。總之，轉(zhuǎn)換層位置越高對抗震就越不利。
4.2.2 轉(zhuǎn)換層的豎向布置
高層建筑轉(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，也以根據(jù)建筑功能的要求，在樓層局部布置轉(zhuǎn)換層，而且自身的這個(gè)空間既可以作為正常使用樓層，也可以作為技術(shù)設(shè)備層，但必須保證轉(zhuǎn)換層能有足夠的剛度，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(shè)置在裙房的屋面層，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，從而避免中間出現(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(shí)， 應(yīng)作專門研究并采取有效措施。
4.2.3 轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)
為保證轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)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(shè)置在 3 層以上時(shí)，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級應(yīng)按照高規(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，其核心簡結(jié)構(gòu)和為密柱框架的簡中簡結(jié)構(gòu)的抗震等級沒必要提高。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大，8 度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。
5 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造
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(fù)雜。框支主梁除了要承受其上部剪力墻的作用外，還要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁容易受到剪破壞。對于有抗震設(shè)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(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)該將一部分剪力墻落地，并貫通至基礎(chǔ)，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。
5.1 轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求
轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計(jì)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，如果需要開洞，洞口應(yīng)該位于梁中和軸附近。洞口上下弦桿一定要采取加強(qiáng)措施，箍筋要加密，從而來增強(qiáng)其抗剪能力。上下弦桿箍筋計(jì)算時(shí)應(yīng)該用剪力設(shè)計(jì)值乘以放大系數(shù)1.2。當(dāng)洞口內(nèi)力較大時(shí)，可以采用型鋼構(gòu)件來加強(qiáng)。
轉(zhuǎn)換梁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30。轉(zhuǎn)換梁上下主筋的最小配筋率非抗震設(shè)計(jì)時(shí)為0.3%，轉(zhuǎn)換梁中主筋不宜有接頭，轉(zhuǎn)換梁上部主筋至少應(yīng)有50%沿梁全長貫通，下部主筋應(yīng)全部貫通伸入柱內(nèi)。
5.2 框支柱的設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求
框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計(jì)算確定。地震作用下的框支柱內(nèi)力需要調(diào)整。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)， 框支柱的柱頂彎矩應(yīng)該乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行配筋，每一層每一根柱承受的剪力之和應(yīng)該取基底剪力的20%；當(dāng)框支層為3層或3層以上時(shí)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)該取基底剪力的30%；框支柱剪力調(diào)整后，還應(yīng)相應(yīng)的調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力和彎矩，框支柱軸力可以不予以調(diào)整。
框支柱全部縱向鋼筋的配筋率，抗震等級一級時(shí)不宜小于1.2%，二級時(shí)不宜小于1.0%，三級時(shí)不宜小于0.9%，四級及非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于0.8%。縱向鋼筋間距抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于200mm，且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4% 。
5.3 轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計(jì)方法
目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法主要是應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法。對轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行有限元分析得到的結(jié)果是應(yīng)力及其分布規(guī)律，為了能夠直接應(yīng)用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應(yīng)力大小及其分布規(guī)律進(jìn)行截面的配筋計(jì)算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔(dān)鋼筋達(dá)到其屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受壓區(qū)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
5.4 托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)
當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時(shí)，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，這時(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法應(yīng)該采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，并且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。因?yàn)檫@時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，所以底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠穑瑧?yīng)該全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可以按照普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。
6 結(jié)語
通過高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁式轉(zhuǎn)換層是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，更是不同形式結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)，因此，在設(shè)計(jì)中要較為嚴(yán)格的控制剛度等因素，結(jié)合結(jié)構(gòu)布置正確選擇建筑抗震類別，在可能的情況下做出較優(yōu)的技術(shù)方案才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用的綜合目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換 搭接柱 有限元分析
中圖分類號： TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號：
由于建筑功能不同的要求，部分豎向構(gòu)件不直接貫通落地而通過剛度較大的轉(zhuǎn)換構(gòu)件連接構(gòu)成的高層建筑結(jié)構(gòu)，稱為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)。
帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑是目前又一獲得較多采用的一種高層建筑結(jié)構(gòu)。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)主要可歸納為兩大類：一類是其主體結(jié)構(gòu)由上部剪力墻結(jié)構(gòu)與下部筒體框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層組成；另一類是其主體結(jié)構(gòu)由上部小柱網(wǎng)框架、筒體、剪力墻結(jié)構(gòu)與下部大柱網(wǎng)框架、筒體、剪力墻結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層組成。其它各類帶轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)可以是這兩類帶轉(zhuǎn)換層高層結(jié)構(gòu)的比例、部位、轉(zhuǎn)換次數(shù)的變化、組合。
結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層種類主要可以分為兩類：一類是梁式轉(zhuǎn)換，它包括實(shí)體梁、箱型梁、桁架等；一類是板式轉(zhuǎn)換，它一般是由一塊整體整澆筑的厚平板組成。
梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，受力、傳力比較直接明確，且結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層還可提供一定的建筑、設(shè)備利用空間，是目前得到最廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。在此講一下轉(zhuǎn)換梁與托墻梁的區(qū)別。轉(zhuǎn)換梁，例如底層作為商場，上層住宅的底框上剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻和底層框架結(jié)構(gòu)連接處要設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換梁就是其中一種常用的方式；拖墻梁，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有的時(shí)候，如轉(zhuǎn)換層的的設(shè)計(jì)中，需要在轉(zhuǎn)換大梁上面托剪力墻，以滿足下面樓層大空間的功能需要，該梁就稱為托墻梁。 需要指出的是，托墻梁特指直接與剪力墻墻柱部分直接相接、共同工作的轉(zhuǎn)換梁部分。例如：轉(zhuǎn)換梁上托開門洞或窗洞的剪力墻，對洞口下的梁段，不認(rèn)為是托墻梁。
板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，受力、傳力比較復(fù)雜，不夠明確；一般只有在上下部結(jié)構(gòu)明顯不協(xié)調(diào)，無法采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時(shí)才采用。此時(shí)厚板內(nèi)應(yīng)力十分復(fù)雜，有些區(qū)域應(yīng)力極小，不經(jīng)濟(jì)，厚板所占空間，建筑、設(shè)備無法利用。板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的板厚，理論上應(yīng)由其剛度、剪切、沖切等條件來確定，使用工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是，上部大開間剪力墻結(jié)構(gòu)，跨度在8～10m的轉(zhuǎn)換板，板厚約為其上部結(jié)構(gòu)樓層數(shù)x（0.08～0.1）m。
搭接柱是一種合理有效的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，尤其適用以結(jié)構(gòu)高位轉(zhuǎn)換具有十分優(yōu)良的抗震性能。搭接柱比較順利地實(shí)現(xiàn)地震作用下轉(zhuǎn)換層上、下層側(cè)向剛度平穩(wěn)過渡，從而避免了結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度沿豎向突變引起的抗震不利影響。搭接柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的安全度和可靠度主要取決于與搭接柱相連接樓蓋梁板的承載能力和軸向剛度控制。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的重要性，對高烈度區(qū)，為了搭接柱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的承載力和延性控制，除了要滿足小震作用下極限承載力要求，還應(yīng)按中震或大震彈性計(jì)算分析。
工程實(shí)例梁托墻柱（搭接柱）交接處節(jié)點(diǎn)有限元分析
1.分析目的
本工程的梁托墻柱交接處節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力情況在整體模型不能直接反映出來，因此有必要對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的有限元分析，保證節(jié)點(diǎn)在各荷載工況下的強(qiáng)度及剛度，并具備足夠的延性。
2. 分析模型介紹
利用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元分析，ABAQUS三維實(shí)體模型如下圖一:
圖一三維實(shí)體模型
1）. 采用軟件中的實(shí)體單元來模擬模型中的梁、柱，剪力墻采用殼單元來模擬。
2）. 梁、柱、墻采用8節(jié)點(diǎn)線性減縮積分單元進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散。
3）. 梁的截面尺寸：700mm*700mm，跨度為14.15 m；柱截面尺寸：900mm*900mm，高度為4m；墻的截面尺寸：650mm、長度2.1m；層高4m。混凝土標(biāo)號：梁C35，墻柱C40。
3. 節(jié)點(diǎn)安全性判別準(zhǔn)則
1）在大震作用下，各搭接構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。
2）在設(shè)計(jì)荷載作用下，混凝土的塑性應(yīng)變應(yīng)小于0.0033，保證混凝土不被壓碎。
3）在設(shè)計(jì)荷載作用下，構(gòu)件滿足受彎構(gòu)件的撓度限值L/200=70mm
4. 荷載的施加
取出在豎向荷載代表值+大震荷載作用下上柱和橫梁的內(nèi)力，施加于模型。
5. 邊界條件
由于按上述荷載的施加已經(jīng)反映了整體模型之間各部分剛度的分布引起的力的分布，指定梁、柱、墻自動(dòng)耦合，即計(jì)算中變形協(xié)調(diào)，故分析模型中只要把柱底約束就可以完全模擬節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力情況。
圖二邊界條件及載荷的施加
6. 計(jì)算結(jié)果及分析
（1）圖三給出的是節(jié)點(diǎn)在正向大震作用下的von Mises應(yīng)力云圖，圖中顯示在受壓區(qū)為主的區(qū)域混凝土的最大應(yīng)力為1.384N/mm2, 小于混凝土的抗壓強(qiáng)度fck=23.4N/mm2及抗拉強(qiáng)度ftk=0.1fck=2.34N/mm2，滿足節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求；
搭接塊(剪力墻)作為關(guān)鍵的傳力構(gòu)件，其在大震作用下的應(yīng)力均小于材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，在大震作用下其水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值為2380KN, 豎向地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值為327KN,各種荷載工況下的組合地震剪力為4886KN，均小于其抗剪承載力fv=0.18fckbh0=6584.8KN，所以搭接塊滿足抗剪承載力的設(shè)計(jì)要求；
搭接柱的應(yīng)力較大區(qū)域主要集中在轉(zhuǎn)換梁、搭接塊（剪力墻）以及柱的交接處，此處在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以特別加強(qiáng)。
圖三 單元的組合應(yīng)力云圖
（2）圖四給出的是節(jié)點(diǎn)在正向大震作用下的von Mises應(yīng)變云圖，從圖中可以看出節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變值均小于混凝土的極限塑性應(yīng)變0.0033，可見混凝土沒有壓碎，也滿足節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。
圖四 單元的應(yīng)變云圖
圖五 單元的位移等值線云圖
（3）變形分析 圖五中顯示，梁單元的最大位移為單元的最大位移為8.7x10-4m小于規(guī)范要求的受彎構(gòu)件的撓度限值L/200=70mm，滿足設(shè)計(jì)要求。
通過上述分析可以看出節(jié)點(diǎn)滿足在大震下的塑性變形要求，具有良好的延性。
參考文獻(xiàn)：
JGJ3-2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；對策
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析
（1）水平力是設(shè)計(jì)的決定性因素。在低層或者多層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常用重力為代表的豎向荷載去控制建筑物的結(jié)構(gòu)。然而，在高層建筑中，雖然豎向荷載能起到一定的控制作用，但是水平荷載在其中卻起著決定性的作用，因而不能忽視。使得水平荷載比豎向荷載更起決定性作用的主要原因在于，高層建筑物的自身重量和使用荷載在豎向構(gòu)件中能夠引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅僅與建筑物的高度一次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及在豎向構(gòu)件中引起的軸力，與建筑高度兩次方成正比。
（2）側(cè)移是設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要控制因素，這一點(diǎn)與低層建筑不一樣。當(dāng)樓房的高度不斷增加的時(shí)候，水平荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會(huì)逐漸拉大，這就給高層建筑的穩(wěn)定性造成了一定的影響。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)該將水平荷載作用下的側(cè)移控制在一個(gè)限度之內(nèi)。
（3）抗震設(shè)計(jì)要求較高。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于抗震設(shè)計(jì)的要求顯得更高。一般來說，除了要求抗震設(shè)防的高層建筑有普通的豎向荷載、風(fēng)荷載以外，還應(yīng)該促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有良好的抗震性能，達(dá)到小震不壞，大震不倒的目的。
（4）軸向變形需加以重視。在高層建筑中，豎向荷載數(shù)值變大的時(shí)候，會(huì)在柱內(nèi)產(chǎn)生較大的軸向變形，使得連續(xù)梁彎矩發(fā)生變化，讓連續(xù)梁之間支座處的負(fù)彎矩值變小，還會(huì)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度造成影響。因此，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對軸向變形的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算，對下料長度進(jìn)行有效的調(diào)整，防止高層建筑的軸向變形數(shù)據(jù)不斷拉大。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的內(nèi)容，其中需要注意的內(nèi)容涉及也十分廣泛，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，主要集中在以下幾個(gè)方面：
2.1結(jié)構(gòu)方案的選擇
合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對于工程來講是十分關(guān)鍵的，好的設(shè)計(jì)方案在滿足結(jié)構(gòu)形式和體系的基礎(chǔ)上，還要充分考慮造價(jià)成本，把經(jīng)濟(jì)適用發(fā)揮到最大程度。結(jié)構(gòu)體系的最基本的原則是受力明確、傳力簡單，結(jié)構(gòu)方案在滿足使用、安全要求的基礎(chǔ)上，盡量的簡潔。最終結(jié)構(gòu)方案的確定，需要對地理?xiàng)l件、工程設(shè)計(jì)需求、材料的選擇和施工條件等進(jìn)行全面的考量和整合，并且和建筑水、暖、電各個(gè)分項(xiàng)相互協(xié)調(diào)，綜合各方面因素進(jìn)行最后的確定。
2.2計(jì)算簡圖的選擇
計(jì)算簡圖是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是所有計(jì)算數(shù)據(jù)的出處和根源所在。關(guān)系到各環(huán)節(jié)的建筑尺寸和誤差。如果不能選擇合理的計(jì)算簡圖，對于結(jié)構(gòu)安全就會(huì)埋下隱患。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全保障前提，就是合理計(jì)算簡圖的選擇。同時(shí)，在選擇了計(jì)算簡圖之后，還應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證其安全性。在結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工中，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不單單是鋼節(jié)點(diǎn)或者鉸接點(diǎn)，要使得計(jì)算簡圖的誤差在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。
2.3 計(jì)算結(jié)果要進(jìn)行準(zhǔn)確的分析
科技的發(fā)展也推動(dòng)建筑領(lǐng)域不斷的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)在科技發(fā)展的集中產(chǎn)物，自然在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過幾年的發(fā)展，市場上的計(jì)算機(jī)軟件種類和數(shù)量都大大提升，但問題也隨之涌現(xiàn)出來，很多時(shí)候，統(tǒng)一種類的計(jì)算數(shù)據(jù)在不用軟件中處理產(chǎn)生的結(jié)果并不一致。這就對計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度提出了嚴(yán)苛的校對要求，也對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的能力提出了更高水平的要求。在全面了解軟件的使用范圍和條件的基礎(chǔ)上，選擇最為合理準(zhǔn)確的軟件也成為設(shè)計(jì)人員必須完成的課題。與此同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)受到各種不可掌控的實(shí)際情況制約，與計(jì)算機(jī)得出的理想結(jié)果不能達(dá)到完全的吻合，因此在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員的主導(dǎo)能力還是最為關(guān)鍵的。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要點(diǎn)分析
（1）扭轉(zhuǎn)問題設(shè)計(jì)。要求高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須三心盡可能匯于一點(diǎn)，即建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心、幾何形心、結(jié)構(gòu)重心三心合一。倘若在設(shè)計(jì)中未很好地做到三心匯聚一點(diǎn)，建筑易發(fā)生扭轉(zhuǎn)問題，并在水平力作用下造成高層建筑結(jié)構(gòu)的毀壞。
（2）抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層建筑由于其具有樓層多，高度高的特點(diǎn)，因此相比較其他建筑，在建筑物表面更易改變風(fēng)的流動(dòng)性和空氣的動(dòng)力效應(yīng)。在樓層柔軟部分風(fēng)和空氣會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力形式和靜力形式，并由此產(chǎn)生的震動(dòng)，會(huì)對樓層的墻體、裝飾結(jié)構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，危害建筑的穩(wěn)定性，所以在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該進(jìn)行抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，杜絕建筑物在自然因素的影響下留下隱患。
4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的有效對策
4.1合理設(shè)計(jì)平面布局
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，扭轉(zhuǎn)問題出現(xiàn)的原因是由于三心未合一導(dǎo)致的建筑物質(zhì)量分布不均勻。所以在設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員對高層建筑應(yīng)當(dāng)采用相對規(guī)則的圖形，例如正方形、矩形、圓形、正多邊形等較為簡單、分布均衡的平面形式。盡量不采用L形、T形、十字形等復(fù)雜平面形式。在環(huán)境要求或結(jié)構(gòu)要求特殊情況下，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免建筑結(jié)構(gòu)突出部分過大，同時(shí)盡量保證結(jié)構(gòu)的對稱性。
4.2優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
針對高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)存在的難點(diǎn)和問題進(jìn)行優(yōu)化。一是基礎(chǔ)優(yōu)化。要保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性良好，首先要保證高層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)牢固。二是增加高層建筑耗能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對相應(yīng)非承重構(gòu)件利用耗能構(gòu)件如樓板、剪力墻等來抵消風(fēng)能對建筑的影響。三是減小水平荷載和風(fēng)力疊加對高層建筑的影響。四是增大結(jié)構(gòu)承載力和抗風(fēng)力。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算和抗風(fēng)力驗(yàn)算，在此基礎(chǔ)上制定一個(gè)放大系數(shù)，進(jìn)一步保證高層結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。
4.3優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
當(dāng)今高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)存在很多問題和難點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了集中抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。一是合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。二是增加地基抗震能力。三是設(shè)計(jì)高性能剪力墻。高性能剪力墻的設(shè)計(jì)能夠有效地提高剪力墻在地震過程中吸收建筑內(nèi)力的能力，可以適當(dāng)增加墻體和樓板的剛度來控制建筑位移，達(dá)到抗震目的。四是進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡化和一體化。通過對扶壁、筒口、筒腳的簡單化設(shè)置，達(dá)到相應(yīng)建筑物的對稱。
4.4加強(qiáng)消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)下很多大型火災(zāi)、恐怖襲擊等惡劣事件已經(jīng)讓高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨必須改善和加強(qiáng)的地步，但是消防設(shè)計(jì)應(yīng)該從消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用期間消防規(guī)范來共同執(zhí)行。在高層建筑消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對防火結(jié)構(gòu)間的距離控制，在符合當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件基礎(chǔ)上，高層結(jié)構(gòu)在防火結(jié)構(gòu)間距離上可適當(dāng)加大處理。在材料使用上，可以盡量減少易燃材料的使用，同時(shí)增加耐火材料的運(yùn)用來達(dá)到防火目的。另外，良好的疏散系統(tǒng)是保證火災(zāi)發(fā)生之后減少人員損傷的重要保證。高層建筑的疏散系統(tǒng)呈垂直狀態(tài)，容易導(dǎo)致疏散效率不高的問題出現(xiàn)。在消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過設(shè)置雙通道疏散，增設(shè)防煙區(qū)、耐火區(qū)、避難層等設(shè)施來增加消防能力。同時(shí)，高層結(jié)構(gòu)可以通過設(shè)置相應(yīng)的隔離結(jié)構(gòu)來有效地控制火勢蔓延，增強(qiáng)建筑消防安全能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]柳奕成.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].江西建材，2014（04）：20-21.
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；研究
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與商業(yè)競爭的激烈化，促使了高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展。一些新興結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度出現(xiàn)在城市建設(shè)中。這樣使高層建筑的規(guī)模也隨之發(fā)展擴(kuò)大起來；高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也變得越來越多樣化，其建筑類型與功能也越來越復(fù)雜。而高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)是高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，面對這樣的形勢，我們將高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首要位置，并對此作進(jìn)一步地分析和研究。
1 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
1.1 對于高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，要選擇一些能夠符合它設(shè)計(jì)的計(jì)算簡圖。高層建筑的結(jié)構(gòu)計(jì)算式必須在正確的計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行；造成結(jié)構(gòu)安全的事故的原因，追根究底是由于選用的計(jì)算簡圖不當(dāng)。因此，保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件是選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖。相應(yīng)的構(gòu)造措施是對計(jì)算簡圖的保證。而高層建筑實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)或剛結(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的誤差應(yīng)在計(jì)算簡圖的誤差范圍內(nèi)。
1.2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要選擇合適的基礎(chǔ)方案。對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來說，要按照工程地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對施工條件以及相鄰建筑物影響等多種因素進(jìn)行綜合分析結(jié)合上部結(jié)構(gòu)類型與荷載分布，從而選擇出既經(jīng)濟(jì)又合理的基礎(chǔ)方案。在設(shè)計(jì)中，要使地基的潛力能夠最大限度地發(fā)揮出來，必要時(shí)對地基變形進(jìn)行驗(yàn)算。對于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來說，必須有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告。而參考臨近建筑資料與現(xiàn)場勘察是對一些缺少地質(zhì)報(bào)告的建筑來說的。一般情況下，兩種不同的類型的基礎(chǔ)不適合在同一結(jié)構(gòu)單元中使用。
1.3 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須要選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，但也要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式。對于結(jié)構(gòu)體系來說，要傳力簡捷，受力明確。不同的結(jié)構(gòu)體系不能混用在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中；對于地震區(qū)來說，應(yīng)該要求豎向規(guī)則與力求平面進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以，要對工程的設(shè)計(jì)要求、地理環(huán)境以及施工條件等情況進(jìn)行綜合的分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，這樣才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更好地結(jié)構(gòu)選型，使結(jié)構(gòu)的方案得以確定，如果有多余的時(shí)間可以對多個(gè)方案進(jìn)行比較，選擇最好地結(jié)構(gòu)類型。
1.4 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。而“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要牢牢地記住。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要對構(gòu)件的延性性能要注意，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱部位要加強(qiáng)，對鋼筋的錨固長度要注意。特別是對溫度應(yīng)力的影響力要進(jìn)行考慮，這是對鋼筋的執(zhí)行段錨固長度來說的。
2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與低層以及多層建筑的設(shè)計(jì)相比，其專業(yè)性更強(qiáng)。一些建筑的平面布置、樓層數(shù)目、施工技術(shù)要求以及投資的多少等會(huì)受不同結(jié)構(gòu)體系的選擇而影響。以下對高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)展開說明。
2.1 水平荷載將成為高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的決定因素。在豎向構(gòu)件中，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩所引起的軸力，與樓房高度的兩次方成正比。而高層建筑樓面使用荷載與樓房自重在豎向構(gòu)件中所引起的彎矩和軸力的數(shù)值與建筑高度的一次方成正比，高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的豎向荷載大體上是定值，這是針對某一定高度樓房來說的。而高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平荷載卻不是定值的，它是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而發(fā)生大幅度的變化。
2.2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)是結(jié)構(gòu)延性。而高層建筑與低層建筑相比較，其在地震作用下的變形會(huì)更大一些。為了使高層建筑避免倒塌，它應(yīng)具有較強(qiáng)的變形能力。在高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)上，要特別地采取一定的措施，從而能夠保證其結(jié)構(gòu)，并使它具有足夠的延性。
2.3 對高層建筑結(jié)構(gòu)的軸向形變，不容忽視。通常情況下，對低層建筑結(jié)構(gòu)的分析，只是考慮彎矩項(xiàng)，其原因是軸力項(xiàng)影響太小。對于剪切項(xiàng)來說，一般情況下都是不考慮的。而對于高層建筑結(jié)構(gòu)的情況就不同了。它的層數(shù)多以及高度大，導(dǎo)致軸力值變得很大。另外，它沿高度積累的軸向變形非常地明顯；這樣地軸向變形將給高層建筑結(jié)構(gòu)分布與內(nèi)力數(shù)值造成很大地變化。在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中，要對軸向變形的影響應(yīng)當(dāng)進(jìn)行考慮。但是，在結(jié)構(gòu)完成之后，結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載并不是一次施加的。在施工過程中，絕大部分的結(jié)構(gòu)自重都是由占豎向荷載逐層施加的，而軸向壓縮變形已在施工過程中分階段的完成。因此，在施工過程中，對軸向變形的分層施加豎向荷載這一因素的考慮，不能按一次簡單的加載考慮，不然就會(huì)使一些不合理的計(jì)算結(jié)果的出現(xiàn)。比如說，在豎向荷載作用下，筒體的上層框架柱與鄰近剪力墻出現(xiàn)了一些拉力等。另外，由于樓層逐漸地增加，將使結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形隨著水平荷載的作用下迅速地增大起來。
2.4 側(cè)移成為高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的控制指標(biāo)。高度的增加，使建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移迅
速地增大起來。導(dǎo)致高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的偏心加劇，其原因是側(cè)向位移增大而產(chǎn)生的；造成房屋側(cè)塌，是由于產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過了一定地?cái)?shù)值。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的因素是結(jié)構(gòu)側(cè)移。
3 對高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行分析和研究
3.1 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嵌固端設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有人防和地下室，所以嵌固端一般設(shè)置在人防頂板或地下室頂板等位置。在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了如結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)、嵌固端上下層抗震等級的一致性以及嵌固端樓板的設(shè)計(jì)等由嵌固端的設(shè)置而帶來的一系列需要注意的問題。如果其中任何一方面被忽略，將會(huì)對后期設(shè)計(jì)工作造成嚴(yán)重的影響。
3.2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的短肢剪力墻的設(shè)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。而在高層建筑中對短肢剪力墻的應(yīng)用增加了很多的限制。所以，在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程師要盡可能的少采用或者不采用短肢剪力墻，以免會(huì)給后期的設(shè)計(jì)工作帶來不少的麻煩。
4 結(jié)論
總之，高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而又長期循環(huán)往復(fù)的過程，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師遇到具體問題具體分析。在設(shè)計(jì)過程中，不僅應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行新規(guī)范中相應(yīng)的構(gòu)造要求，還要從當(dāng)今經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，并結(jié)合實(shí)際情況，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析，并對所制定的多種方案進(jìn)行比較分析，只有這樣才能從根本上消除了設(shè)計(jì)的質(zhì)量問題，這樣才能促使今后高層建筑快速地發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]張吉強(qiáng).高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及常見問題的研究[J].四川建材，2011，12（06）:1098-1099.
[2]谷霖.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討[J].建筑科學(xué)，2011，12（02）:923-925.
[3]艾勇群.高層建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].建材與裝飾，2011，03（18）:3201-3202.
[4]張東華.試論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析和問題探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，29（32）:1878-1879.
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；注意問題Abstract:In this paper, from the analysis of the design features of the high-rise buildings, high-rise building structure design theory, analysis should pay attention to the structural design of tall buildings, and expounds the application of seismic analysis and design of high-rise building.
Key words: High-rise building; structure design; characteristics; problems
中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號:
引言：建筑工程質(zhì)量直接關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，建筑質(zhì)量主要由設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量兩個(gè)方面來衡量。建筑類型與功能越來越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量口漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)。
1. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)：
1.1 水平力是設(shè)計(jì)主要因素
任何一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)都要同時(shí)承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。
1.2 側(cè)移成為控制指標(biāo)
與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力；還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載
下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件
1.3 抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
1.4 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安壘的結(jié)果。
1.5 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
在對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先應(yīng)研究建筑所處的地基基礎(chǔ)對建筑抗震能力的應(yīng)力影響，再做出適當(dāng)?shù)倪x擇，這也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。基礎(chǔ)作為高層建筑的根基，也是建筑中最重要的組成部分，若一座建筑沒有堅(jiān)實(shí)的地基為保障，那么再好的上
部結(jié)構(gòu)也僅能是一個(gè)空架子，甚至?xí)斐缮喜拷Y(jié)構(gòu)的傾斜或破壞，影響建筑安全度。一般高層建筑基礎(chǔ)類型的選擇較復(fù)雜，甚至比上部結(jié)構(gòu)的選型更難，由于高層建筑地基的影響因素諸多，因此要慎重選擇。
2.2 剪力墻的數(shù)量及位置
在高層建筑結(jié)構(gòu)中，除了在兩端布置剪力墻筒外，在結(jié)構(gòu)縱向中沿軸線還應(yīng)再設(shè)計(jì)兩片剪力墻結(jié)構(gòu)，以提高縱向的剛度、并調(diào)整剛度中心位置，盡量使其與質(zhì)量中心重合，并根據(jù)底層結(jié)構(gòu)的截面面積及樓面面積比為5% 的比例決定剪力墻的界面厚度及柱截面，通過進(jìn)一步設(shè)計(jì)對截面進(jìn)行調(diào)整，以保證其結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果位移與周期均保持在合理范圍之內(nèi)。
2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件選擇
目前應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件諸多，但是每一款軟件在實(shí)際計(jì)算模型過程中存在一定差異，就會(huì)造成最終計(jì)算結(jié)果略有不同，因此在對工程的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算及分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同高層建筑的結(jié)構(gòu)類型及各種計(jì)算機(jī)軟件模型的特點(diǎn)來合理選擇，并對于不同軟件
對同一建筑計(jì)算結(jié)構(gòu)差異較大的數(shù)據(jù)中，科學(xué)判斷其合理性，最終選定一個(gè)數(shù)據(jù)作為參考，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的必備本領(lǐng)。否則，若選擇了不合適的軟件進(jìn)行計(jì)算，不僅浪費(fèi)了時(shí)間與精力，還會(huì)給高層建筑的結(jié)構(gòu)帶來不安全隱患。
3. 抗震分析與設(shè)計(jì)在高層建筑的應(yīng)用
在罕遇地震作用下，抗震結(jié)構(gòu)都會(huì)部分進(jìn)入塑性狀態(tài)。為了滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求，有必要研究和計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力。當(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為
抗震設(shè)計(jì)的必要的組成部分。我國現(xiàn)行抗震規(guī)范（GB50011-2001）要求高層建筑的抗震計(jì)算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應(yīng)譜理論計(jì)算地震作用，用彈性方法計(jì)算內(nèi)力及位移。對于重要建筑或有特殊要求時(shí)，要用時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算，并進(jìn)行罕遇地震作用下（大震）的變形驗(yàn)算。
在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計(jì)中常見的問題有以下幾種：首先是高度問題，對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟拢呦藿ㄖ锏淖冃纹茐男詰B(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化，隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身
超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。其次是材料選用和結(jié)構(gòu)體系的問題，在高層建筑中，我國150m 以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框－筒、筒中筒和框架－支撐），這些也是其他國家高層建筑采用的主要
體系。但國外特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類__型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三是軸壓比與短柱問題，在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。
4. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展展望
4.1概念設(shè)計(jì)將發(fā)揮越來越大的作用。概念設(shè)計(jì)是指正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造的問題，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。概念設(shè)計(jì)是根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、難以精確計(jì)算而提出來的一種從宏觀上實(shí)現(xiàn)合理抗震，避免不必要的繁瑣計(jì)算，同時(shí)為抗震設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方法。
4.2 采用先進(jìn)的計(jì)算理論。空間受力分析，非彈性變形分析，塑性內(nèi)力分析，由加載到破壞的全過程受力分析，時(shí)程分析，最優(yōu)化設(shè)計(jì)，方案優(yōu)化等先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論將得到越來越多的應(yīng)用。
結(jié)語:
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集結(jié)構(gòu)分析，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項(xiàng)對國家建設(shè)有重大意義的工作，同時(shí)，亦是一門實(shí)用性很強(qiáng)的工作。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面進(jìn)行分析，一起有助于提高結(jié)構(gòu)工程師在建筑空間中的設(shè)計(jì)能力，特
別是在處理高層建筑方面的問題上。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)特點(diǎn)原則措施
Abstract: this article is the author of in recent years work experience summarized briefly discusses the modern various high building structure design of the characteristics and principles, and briefly expounded the high-rise building structure analysis and design method, and finally to earthquake analysis and design of high-rise building in the application are discussed. So as to further perfect the high-rise building structure design, and promote the development of the high-rise building.
Keywords: high building; Structure design; Design features principle measures
中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
現(xiàn)代的多層建筑和高層建筑雖然有相同之處，但高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的要求更高，由于高層建筑和高度比加大，所以在高層建筑中，水平荷載成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的主要控制因素。其主要特點(diǎn)有：
1.1水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。
1.2位移成為控制指標(biāo)
高層建筑尤其是超高層建筑,頂點(diǎn)位移限值決定的不僅是其數(shù)值大小而且還有其振動(dòng)頻率;防止結(jié)構(gòu)由于變形過大而可能遭受損壞或破壞的控制因素是層間相對位移,而其限值在現(xiàn)行規(guī)范中似偏嚴(yán),可予放松。
1.3軸向變形在高層建筑中也不可忽視
在高層建筑中，由于豎向荷載在數(shù)值在不斷加大，則會(huì)在柱中引起軸向變形，這在預(yù)制構(gòu)件的下料時(shí)就要根據(jù)軸向變形重新計(jì)算值對下料長度進(jìn)行調(diào)整，以免得也偏于不安全的結(jié)果。
1.4抗震設(shè)計(jì)要求更高
隨著地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，特別是近幾年地震的震級及地震發(fā)生的次數(shù)的增加，高層建筑的抗震性能更值得關(guān)注，所以結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)更加再在抗震的設(shè)防方面下功夫，提高高層建筑的抗震性能。
1.5結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
高層建筑結(jié)構(gòu)相對于低層或多層來說，它的結(jié)構(gòu)抗震性能更弱一些，在地震的作用下會(huì)比低層或多層變形更大一些，所以在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,變化均勻,連續(xù),不要變。當(dāng)出現(xiàn)了豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)時(shí),我們應(yīng)考慮多種因素的精確分析方法,最好進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析,合理確定軟弱樓層的塑性集中變形,采取增大樓層結(jié)構(gòu)延性等措施,提高其變形能力。同時(shí),高層建筑的抗水平力構(gòu)件應(yīng)沿房屋周邊布置,以便能提供足夠大的扭轉(zhuǎn)力矩構(gòu)件沿周邊布置形成空間結(jié)構(gòu)后,也可提供較大的抗傾覆力矩來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
2.1選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖：結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡圖選用不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。
2.2選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。
2.3合理選擇構(gòu)方案：一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。
2.4正確分析計(jì)算結(jié)果：根據(jù)所選取的結(jié)構(gòu)體系,選用準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模型和選取正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件通用的計(jì)算軟件有SATWE、TAT、TBSA等，結(jié)構(gòu)計(jì)算開始前,設(shè)計(jì)人員先要根據(jù)規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述,以及根據(jù)工程的實(shí)際情況,對結(jié)構(gòu)參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。但由于計(jì)算機(jī)軟件功能的不完善，得出的結(jié)果往往會(huì)有很大差異，所以就需要設(shè)計(jì)人員的工作是選擇最適宜的軟件來計(jì)算，這樣不但節(jié)省了時(shí)間，也避免了不安全隱患的發(fā)生。
2.5采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。
3高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對計(jì)算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：彈性假定；小變形假定；剛性樓板假定；計(jì)算圖形的假定。
對于框架－剪力墻體系來說，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架－剪力墻的機(jī)算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時(shí)需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法是平面有限單元法。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。
4抗震分析與設(shè)計(jì)在高層建筑的應(yīng)用在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計(jì)中常見的問題有以下幾種：
首先是高度問題，對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟拢呦藿ㄖ锏淖冃纹茐男詰B(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化，其次是材料選用和結(jié)構(gòu)體系的問題，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三是軸壓比與短柱問題，在高層建筑結(jié)構(gòu)中,軸壓的截面與柱的鋼筋要配套，增加結(jié)構(gòu)的延展性。第四，結(jié)構(gòu)工程師在抗震設(shè)計(jì)中，對薄弱部位應(yīng)設(shè)計(jì)出很好的變形能力又不發(fā)生轉(zhuǎn)移，采取牢固的抗震措施與抗震構(gòu)造來保證結(jié)構(gòu)的安全，有利的提高結(jié)構(gòu)總體的抗震能力。
5結(jié)語
關(guān)鍵詞：特點(diǎn)；設(shè)計(jì)方法；應(yīng)用；策略
中圖分類號: TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1、引言
如今我國人口的繼續(xù)增長，使得建筑物也越來越多，有許多城市的土地資源有限，這樣導(dǎo)致土地價(jià)格越來越高，從而導(dǎo)致了建筑商的建筑成本也就越來越高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想是當(dāng)今國內(nèi)外比較有價(jià)值的一種理論系統(tǒng)。運(yùn)用該理論方法，實(shí)現(xiàn)人民對于居住環(huán)境和生活環(huán)境的改善，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量與品味，滿足小康社會(huì)人們對新生活的需求，同時(shí)降低工程建筑的造價(jià)成本，實(shí)現(xiàn)建筑商利潤最大化的目標(biāo)，這具有適用、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的價(jià)值。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）水平荷載成為決定因素
一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的平方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。
（2）軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。
（3）側(cè)移成為控制指標(biāo)
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，影響結(jié)構(gòu)安全，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
（4）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
（1）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
一項(xiàng)大的建筑工程，先設(shè)計(jì)建筑模型，那么建筑模型的優(yōu)化是十分必要的。建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。所有這些設(shè)計(jì)，都按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則來進(jìn)行，根據(jù)工程的具體實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣可以避免水平荷載與建筑物中太大的扭轉(zhuǎn)作用力。在豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
（2）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方案
完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。然而，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化涉及到多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，這是屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問題，在設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，需要將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來進(jìn)行計(jì)算。建筑工程設(shè)計(jì)中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用這些方法來計(jì)算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
4、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用
在設(shè)計(jì)好了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，就可以將該理論方法應(yīng)用于實(shí)踐之中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，是目前一個(gè)比較普遍的課題，要達(dá)到利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，這是我們建筑工程設(shè)計(jì)人員所追求的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過程中，要注意下面的三個(gè)方面的問題。
（1）參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作
因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。
（2）將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化
概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。
（3）地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。
5、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略
（1）抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略
高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以從四個(gè)方面入手：第一，是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，既建筑物的根基設(shè)計(jì)，堅(jiān)實(shí)的地基基礎(chǔ)是高層建筑物抗風(fēng)能力的有力保證，選用級配較高的砂石，保證回填材料的密實(shí)程度，防止水平作用力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆性的威脅。第二，是根據(jù)能耗的原理，設(shè)計(jì)高層建筑物支撐、剪力墻、梁柱。樓板構(gòu)件等，讓其形成一個(gè)減震系統(tǒng)，減耗自然風(fēng)能。第三，提高建筑物的承載力和剛度，也是高層建筑物抗風(fēng)設(shè)計(jì)的重要因素，根據(jù)風(fēng)荷載的多變性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為承載力和風(fēng)荷載務(wù)必經(jīng)過周密計(jì)算，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)范設(shè)計(jì)要求，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高建筑物的抗風(fēng)能力。
（2）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略
抗震是每個(gè)建筑物必須考慮的重點(diǎn)內(nèi)容，尤其高層建筑物，抗震設(shè)計(jì)更加至關(guān)重要，其優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下：第一，提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性，合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件的位置，以此形成承載力的合理性分布體系，垂直方向需要通過抗側(cè)力構(gòu)件剛度和強(qiáng)度來提高，滿足其連續(xù)和均勻穩(wěn)定性。第二，地基的抗震設(shè)計(jì)。地基沉降現(xiàn)象是地震時(shí)建筑物結(jié)構(gòu)破壞的最直接原因，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生沉降的時(shí)候，建筑物的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生開裂等破壞，因此，地基施工的時(shí)候，必須結(jié)合地震對其的破壞特點(diǎn)，進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。一方面，簡化建筑物的建筑平面，減少陰角的平面布置，將外部形狀和高度存在差異性的建筑物以棟為單位分割，通過施工設(shè)計(jì)安排，提高地基的剛度和強(qiáng)度，另一方面則是將樁埋置在一定的深度內(nèi)，將群樁、上部結(jié)構(gòu)重點(diǎn)控制在同一直線上。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。剪力墻是重要的承重構(gòu)件，剪力墻是用來提高承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)力的部分，滿足承載力的延續(xù)性和耗能能力，有效的提高抗震承受能力。第四，消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)定位于提高建筑物使用者生命及財(cái)產(chǎn)的安全性，防患于未然，提高建筑物的消防功能，對于消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化首先應(yīng)該從優(yōu)化防火間距出發(fā)，精確計(jì)算建筑物之間的距離，因地制宜設(shè)計(jì)提高消防裝置的靈活性，讓問題出現(xiàn)時(shí)能夠?yàn)槭褂谜咛由峁└嗟臋C(jī)會(huì)。
6、結(jié)束語
隨著城市經(jīng)濟(jì)水平的不段提高，以及人們對物質(zhì)文化生活需求的不斷提升，人們對于建筑物的關(guān)注不斷從舒適角度出發(fā)，同時(shí)要從安全角度出發(fā)，考察設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念，關(guān)注建筑物的使用性能。
參考文獻(xiàn)
[1]肖峻.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].中化建設(shè)，2008（12）
[2].趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2004
