高層建筑受力分析

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成期限：2017年7月6日 至 2017年11月20日學(xué)習(xí)中心：江蘇現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)學(xué)院學(xué)習(xí)中心專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：木工程學(xué)生姓名：張永華學(xué)生學(xué)號(hào)：151219052052指導(dǎo)教師：張彩虹摘 要高層建筑結(jié)構(gòu)上的作用包括豎向荷載和水平荷載與作用。與一般建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)似，高層結(jié)構(gòu)的豎向荷載包括自重等恒載及使用荷載等樓面、層面活載；水平荷載與作用包括風(fēng)荷載和地震作用，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中水平荷載與作用占據(jù)主導(dǎo)和控制地位。高層建筑的平面開(kāi)關(guān)多變，立體體型各種各樣而且結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系各不相同。對(duì)這樣復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行

2、內(nèi)務(wù)計(jì)算和位移分析時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的受力和工作特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，這樣才能比較科學(xué)地確定其計(jì)算簡(jiǎn)圖和受力體系。關(guān)鍵詞：高層建筑； 建筑結(jié)構(gòu)； 結(jié)構(gòu)的受力； 計(jì)算模型；受力體系；天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄1. 豎向荷載5高層建筑的豎向載主要是恒荷載（結(jié)構(gòu)自重）和樓面、層面活荷載（使用荷載）。51.1恒荷載（結(jié)構(gòu)自重）51.2樓面、層面活荷載51.3活荷載的不利布置52.風(fēng)荷載、地震作用63.溫度和其他作用64. 高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和工作特點(diǎn)74.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的整體工作性能74.2水平作用對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響占主導(dǎo)地位74.3高層建筑結(jié)構(gòu)具有剛度大、延

3、性差、易損的特點(diǎn)85.高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置85.1高層建筑結(jié)構(gòu)體系布置86、 工程實(shí)例96.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)106.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)106、3 彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果126. 4 斜柱區(qū)域受力分析126. 5 連接體部分的整體計(jì)算126. 6 結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)127.結(jié)論137.1 抗震性要足夠高137.2 要具備足夠高的靈活性137.3 高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該要規(guī)則、均勻137、4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問(wèn)題13參考文獻(xiàn)15致 謝161. 豎向荷載 高層建筑的豎向載主要是恒荷載（結(jié)構(gòu)自重）和樓面、層面活荷載（使用荷載）。1.1恒荷載（結(jié)構(gòu)自重）是由

4、于結(jié)構(gòu)自身重力產(chǎn)生的豎向荷載，它可以由構(gòu)件和裝修做法的尺寸和材料的重力密直接計(jì)算，重力密按GB500092001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的采用。對(duì)于自重變異較大的材料和構(gòu)件（如現(xiàn)場(chǎng)制作的保溫材料，混凝土薄壁構(gòu)件等），應(yīng)根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)，取上限值或下限值。1.2樓面、層面活荷載使用荷載，是按GB50092001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的有關(guān)規(guī)定采用，同時(shí)在有以下情況發(fā)生時(shí)，給予特別處理：（1）施工中采用附墻塔、爬塔等對(duì)結(jié)構(gòu)受力有影響的起重機(jī)械或其他施工設(shè)備時(shí)，根據(jù)具體情況驗(yàn)算施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。（2）旋轉(zhuǎn)餐廳軌道和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的自重應(yīng)按實(shí)際情況確定。（3）擦窗機(jī)等清洗設(shè)備應(yīng)按實(shí)際情況確定其自重的大小和作用位置

5、。當(dāng)有直升機(jī)平臺(tái)時(shí)，直升機(jī)的活荷載按JGJ32010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。1.3活荷載的不利布置計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力時(shí)，一般不考慮樓面及屋面豎向活荷載的不布置，而是按滿布考慮進(jìn)行計(jì)算的。這是由于其一，在高層建筑中各種活荷載占總豎向荷載的比例很小，尤其對(duì)于住宅、旅館和辦公樓等，荷載一般在1.51.2KN/平方米范圍內(nèi)，只占全部豎向荷載的10%20%，因活荷載不同的布置方式對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的影響很?。黄涠?，高層建筑結(jié)構(gòu)是個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系，層數(shù)與跨數(shù)多，不利分布的情況復(fù)雜多樣，計(jì)算工作量極大且計(jì)算費(fèi)用上不經(jīng)濟(jì)，因此，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以不考慮活荷載不利分布，按

6、滿而方式布置作內(nèi)力計(jì)算后再將框架梁的跨中高彎矩乘以1.11.3的放大系數(shù)。但是當(dāng)樓面活荷載大于4.0KN每平方米時(shí)（如儲(chǔ)藏室、書(shū)庫(kù)或其他有很重荷載的結(jié)構(gòu)中）各截面內(nèi)力計(jì)算時(shí)仍須考慮活荷載的布置，按不利荷載計(jì)算結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力1。對(duì)目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)，豎向荷載的統(tǒng)計(jì)平均值為15KN每平方米。其中框架和框架剪力干墻結(jié)構(gòu)大約在1214KN每平方米，剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)大約為1416KN每平方米。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以作為在方案設(shè)計(jì)階段估算地基承載力、估算結(jié)構(gòu)底部剪力和初步結(jié)構(gòu)截面的依據(jù)。2.風(fēng)荷載、地震作用空氣的流動(dòng)受到建筑物的阻礙，會(huì)在建筑物表面形成壓力或吸力，這些壓力或吸

7、力即為建筑物所受的風(fēng)荷載。一般說(shuō)來(lái)，建筑結(jié)構(gòu)所受風(fēng)荷載的大小與建筑地點(diǎn)的地貌、離地面或海平面高度、風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向以及高層建筑結(jié)構(gòu)自振特性、體型、平面尺寸、表面狀況等因素有關(guān)。地震作用是指地震波從震源通過(guò)基巖傳播的地面運(yùn)動(dòng)，使處于靜止的建筑物受到動(dòng)力作用而產(chǎn)生的振動(dòng)。地震作用的大小與地震波的特性有關(guān)，還與場(chǎng)地土質(zhì)及房屋本身的動(dòng)力特性有很大關(guān)系。通常用地震震級(jí)和地震烈度來(lái)表示地震作用對(duì)建筑物的影響。震級(jí)是地震的級(jí)別，說(shuō)明某次地震本身產(chǎn)生的能量大小。地震烈度是指某一地區(qū)地面及建筑物受到一次地震影響的強(qiáng)烈程度。對(duì)應(yīng)于一次地震，震級(jí)只有一個(gè)。然而各地區(qū)由于距震中的距離不同，地震對(duì)建筑物的影響也不同

8、。中心區(qū)影響大，離震中越遠(yuǎn)，影響越小。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮該地區(qū)的基本烈度和抗震設(shè)防烈度的要求，采用不同的處理方式?；玖叶仁侵改骋坏貐^(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下可能遭受的最大烈度，由國(guó)家有關(guān)部門(mén)確定。設(shè)防烈度一般按基本烈度采用，對(duì)于重要的建筑物，應(yīng)向國(guó)家規(guī)定的審批單位報(bào)批，其設(shè)防烈度可比基本烈度提高一度采用2。 地震作用的計(jì)算方法，地震作用的計(jì)算方法主要有底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和里程分析法等。JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程建議，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同的情況，分別采用下列方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震作用：（1）高層建筑結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法。對(duì)質(zhì)量和剛度不對(duì)稱(chēng)、不

9、均勻的結(jié)構(gòu)以及高度超過(guò)100M的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。（2）高度不超過(guò)40M、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分而比較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法。（3）79度抗震設(shè)防的高層建筑，下列情況下應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。3.溫度和其他作用在建筑結(jié)構(gòu)的服役期內(nèi)，使結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生內(nèi)力的因素還有溫差、材料收縮、不均勻沉降等。根據(jù)不同的因素在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用不同的方式避免這些因素的影響。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中一般不須計(jì)算由溫度、收縮產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。因?yàn)檫@些內(nèi)力的理論計(jì)算比較困難，而且的分布、收縮系數(shù)等參數(shù)都難以確定，且通常使用的混凝土材料又不完全是彈性材

10、料，理論計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際情況有較大出入，往往難以作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。工程上，對(duì)于處理樓板在溫度作用下產(chǎn)生的應(yīng)力有兩設(shè)計(jì)思路，即“抗與放”。樓板變形如果是完全自由地達(dá)到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，不可能產(chǎn)生裂縫，這就是“放”的原則；如果變形受到約束，在完全約束下應(yīng)力達(dá)到最大值，而變形為零，這就是“抗”的原則。實(shí)際工程中 ，一般是處于完全約束與完全自由狀態(tài)的中間過(guò)程，即彈性約束狀態(tài)。大量的經(jīng)驗(yàn)及分析說(shuō)明，建筑物的溫差作用可以忽略不計(jì)；930層的建筑物，只要設(shè)計(jì)、施工及材料等方面綜合技術(shù)措施適當(dāng)，內(nèi)力計(jì)算時(shí)，溫差影響可忽略；對(duì)30層以上的超高層建筑，必須考慮溫度的影響。在高層建筑中，減少溫差影響的綜合技術(shù)措施

11、主要有：（1）采取合理的平面和產(chǎn)面設(shè)計(jì)，避免截面的突變。（2）合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，從而減小約束應(yīng)力。（3）合理布置分布鋼筋，重視構(gòu)造鋼筋的作用，加強(qiáng)構(gòu)造配筋。（4）在頂層、屋頂、山墻及縱墻兩端開(kāi)間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率。（5）優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配，減少坍落度，對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)采用后澆帶方法施工或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)劃分為長(zhǎng)度較短的區(qū)段施工3。 4. 高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和工作特點(diǎn) 高層建筑的平面開(kāi)關(guān)多變，立體體型各種各樣而且結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系各不相同。對(duì)這樣復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和位移分析時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的受力和工作特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，這樣才能比較科學(xué)地確定其計(jì)

12、算簡(jiǎn)圖和受力體系。4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的整體工作性能高層建筑結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分為由框架、剪力墻和筒體等組成的豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，另一部分為將這些豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)連接成整體的樓板。在低層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常將整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為若干夾擊抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，按受荷面積分配，逐片對(duì)平面結(jié)構(gòu)獨(dú)立進(jìn)行分析。而在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在外荷載作用下樓層的總水平力不是簡(jiǎn)單地按荷載面積分配到各框架、各剪力墻的。由于各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度、形式不同，變形特征也不一樣，如果按荷載面積、間距分配，會(huì)使剛度大、起主要作用的結(jié)構(gòu)分配的水平力過(guò)小，偏于不安全，因此應(yīng)考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的整體工作性能4。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓板在自身

13、平面內(nèi)的剛度很大，幾乎不產(chǎn)生變形，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置對(duì)稱(chēng)，不考慮扭轉(zhuǎn)影響時(shí)，同層各構(gòu)件水平位移相同。剪力墻結(jié)構(gòu)中各片墻的水平力大致按其等效剛度L分配；框架結(jié)構(gòu)的水平力大致按抗側(cè)移剛度D分配；框架-剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)則受力較為復(fù)雜，要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的計(jì)算。如果結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、不對(duì)稱(chēng)、較復(fù)雜，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)斜向布置，則應(yīng)確定主軸方向，并且要扭轉(zhuǎn)的影響，則計(jì)算更為復(fù)雜。無(wú)論采用哪種計(jì)算方式，都要考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的整體協(xié)同工作能力，只有這樣才可能得到較為準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算結(jié)果。4.2水平作用對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響占主導(dǎo)地位高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)特點(diǎn)是水平作用對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響占有主導(dǎo)地位，并且軸向變形和剪切變形的影響不可

14、忽視。在低層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常只考慮由彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移，而軸力和剪力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形一般可以忽略，但是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，則于其層數(shù)多、高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會(huì)使計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生顯著的偏差。具體到構(gòu)件：梁的變形要考慮彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)變形，必要時(shí)考慮軸向變形；柱、墻的變形要考慮彎曲、剪切、軸向，扭轉(zhuǎn)變形。4.3高層建筑結(jié)構(gòu)具有剛度大、延性差、易損的特點(diǎn)高層建筑的剛度很大，為了保證它有良好的延性，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，采取一些基本措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，如在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固等措施。設(shè)計(jì)時(shí)在有些情況下需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱層的驗(yàn)算。5.高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)

15、構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置高層建筑的初步設(shè)計(jì)階段選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)在綜合考慮使用要求、建筑美觀、結(jié)構(gòu)合理及便于施工等各種因素后確定。高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系；宜采用規(guī)則結(jié)構(gòu)；應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有必要承載能力、剛度和變形能力；應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)更新喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力。無(wú)論采用何種結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的水平和豎向布置宜具有合理的剛度和承載力分布；避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位；對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)；宜設(shè)置多道防線。5.1高層建筑結(jié)構(gòu)體系布置 1、 框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是梁、柱承受荷載，墻為非承重構(gòu)件，只起分隔作用，因此框架結(jié)構(gòu)平面

16、布置靈活，可以根據(jù)需要分隔成小房間顴者改成大房間。一般用于會(huì)議室、餐廳、車(chē)間、教室及住宅等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在水平力作用下的受力變形是由梁、柱的彎曲變形呈現(xiàn)的剪切型變形和柱子的軸向變形呈現(xiàn)的彎曲型變形組成的。隨著建筑高度加大，彎曲型變形比例逐漸變大，但仍以剪切型變?yōu)橹?。由于框架結(jié)構(gòu)的梁、信承受豎向荷載和水平荷載作用，其抗側(cè)剛度取決于梁、柱的截面尺寸，而梁、柱截面尺寸不能太大，因此框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，僅適用于房屋高度不大、層數(shù)不多的結(jié)構(gòu)。在一般的抗震設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)最大高度不宜超過(guò)60M，在9度抗震設(shè)防時(shí)不宜超過(guò)25M。2、剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻或沿橫向、縱向正交布置或沿多軸線斜

17、交布置，同時(shí)墻體也作為維護(hù)及房間分隔構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是墻體多，平面布置不靈活，結(jié)構(gòu)自重大，不容易布置面積較大的房間。在一般的抗震設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)最大高度不宜超過(guò)140M，在9度抗震設(shè)防時(shí)不宜超過(guò)60M。3、框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)體系由于框架和剪力墻交界處形成剛度突變，在地震作用下框架部分會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)力和變形，因此在地震區(qū)不允許采用完全的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。它一般適用于底層需要布置大面積公用房間（入門(mén)廳、餐廳、會(huì)議室等）而上層為住宅的建筑結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要一些措施加強(qiáng)框支力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震性能，如將落地剪力墻盡量布置在兩端或中間，使縱、橫兩個(gè)方向的墻體成筒狀；加大底層剛

18、度，加強(qiáng)交界處的整體性和剛性以減少結(jié)構(gòu)上、下剛度的差別等。在一般的抗震設(shè)計(jì)中，框支剪力墻結(jié)構(gòu)最大高度不宜超過(guò)120M，在9度抗震設(shè)防時(shí)不應(yīng)采用此類(lèi)結(jié)構(gòu)5。4、框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)結(jié)合了框架和剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、具有大空間、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的抗側(cè)剛度和較強(qiáng)的承載能力和抗震性能，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑，如辦公樓、寫(xiě)字樓、公共建筑等。在這種結(jié)構(gòu)體系中，框架和剪力墻共同受力，剪力墻承擔(dān)絕大部分水平荷載，而框架則以承擔(dān)豎向荷載為主。在一般的抗震設(shè)計(jì)中，框架剪力墻結(jié)構(gòu)最大高度不宜超過(guò)130M，在9度抗震設(shè)防時(shí)不宜超過(guò)50M。5、框筒結(jié)構(gòu)體系?？蛲步Y(jié)構(gòu)體系具有很好的

19、整體性和抗側(cè)力性能。然而這類(lèi)結(jié)構(gòu)的翼緣框架中各柱軸力頒布往往不均勻，呈現(xiàn)剪力滯后現(xiàn)象，即角柱軸力大中柱軸力小。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)調(diào)整梁柱剛度、平面開(kāi)關(guān)、建筑高寬比等，盡量減少剪力滯后，增加結(jié)構(gòu)的空間整體受力性能。6、筒中筒結(jié)構(gòu)體系。由于外柱很密，梁剛度很大，門(mén)窗洞口面積小（一般不大于墻面面積的50%），因而筒中筒結(jié)構(gòu)的工作不同于普通平面框架，具有良好的空間整體作用和很強(qiáng)的抗風(fēng)和抗震性能。筒中筒結(jié)構(gòu)的平面外形宜選用圓形、正多邊形、橢圓形或矩形；矩形平面的長(zhǎng)寬比不宜大于2；內(nèi)筒宜居中且宜貫通建筑物全高，豎向剛度宜均勻變化；當(dāng)顯三角形平面時(shí)，宜切角。7、多筒體及成束筒結(jié)構(gòu)體系。多筒體及成束筒結(jié)構(gòu)體系的抗

20、側(cè)剛度比筒中筒結(jié)構(gòu)大，其空間整體性能更高，適宜于建造更高的高層建筑。在此類(lèi)結(jié)構(gòu)體系中，仍然要合理選擇筒的開(kāi)關(guān)及布置筒的組成方式減少剪力滯后現(xiàn)象。8、懸掛結(jié)構(gòu)體系。懸掛結(jié)構(gòu)的建筑布局靈活，易于創(chuàng)造大空間，可以減少占地面積，充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，具有施工簡(jiǎn)便、自重輕、柔度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。由于在一定條件下，懸掛結(jié)構(gòu)的自重不參與振動(dòng)，減輕了參振質(zhì)量，因此具有良好的減振效果。9、巨型框架結(jié)構(gòu)體系。由于巨型框架體系巨型的梁柱斷面很大，其整體剛度和抗鍘剛度很大，空間整體性能很好，穩(wěn)定性強(qiáng)。而二級(jí)結(jié)構(gòu)只是傳力結(jié)構(gòu)，梁、柱截面可以做成普通尺寸，增加了建筑布置的靈活性和有效使用面積。除此之外，巨型框架體系還具

21、有施工快、節(jié)省材料、降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。6、 工程實(shí)例 該建筑主樓地上為23層，地下2層，裙房3層，分塔樓A、塔樓B和裙房等主要結(jié)構(gòu)單元。塔樓A，B大屋面高度為95m，裙房總高度為15m左右，裙房中部通過(guò)設(shè)置2道防震縫與左右兩側(cè)分離，兩棟塔樓層高是一致的，雙塔頂部在63.50m的高空相連，連體部分共有8層，總高度為31.5m，跨度33.6m。主樓造型形成高位連體，為豎向不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了SATWE和ETABS兩種計(jì)算軟件進(jìn)行整體的內(nèi)力位移計(jì)算，同時(shí)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。 工程的抗震設(shè)防烈度為7度，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)二級(jí)，重要性系數(shù)1.0，設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)

22、設(shè)防類(lèi)(丙類(lèi)建筑)。 6.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，地基土以飽和軟弱黏性土和飽和砂性土為主，地表下在20m深度范圍內(nèi)飽和砂土和粉細(xì)砂無(wú)液化問(wèn)題，建筑場(chǎng)地類(lèi)別屬類(lèi)，特征周期取0.45s?？紤]到整個(gè)建筑場(chǎng)地平面較大、主樓和裙房在地下完全連成一體等特點(diǎn)，采用了樁筏基礎(chǔ)，進(jìn)行樁基變剛度設(shè)計(jì)，強(qiáng)化高層主體區(qū)域樁基剛度，相對(duì)弱化裙房(含純地下室) 的樁基剛度，以滿足承載力要求和沉降差異控制要求。初步設(shè)計(jì)階段兩塔樓核心筒區(qū)域筏板厚度2m，主樓樁型選擇直徑800mm 的鋼筋混凝土沖孔灌注樁，以中風(fēng)化泥巖作為持力層，樁長(zhǎng)45m左右，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45;裙房和地下車(chē)庫(kù)部分采用直徑500mm的PHC高

23、強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，以粉砂層作為持力層，樁長(zhǎng)35m左右，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。根據(jù)試樁結(jié)果，主樓單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)到5000kN。 6.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.2.1 樓蓋體系 塔樓和裙房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土主次梁樓蓋，標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度取120mm;雙塔間連體部分采用鋼-現(xiàn)澆混凝土組合樓蓋，樓板厚度取120mm。 6.22 抗側(cè)力體系 (1) 兩個(gè)塔樓的柱網(wǎng)和核心筒基本對(duì)稱(chēng)布置，雙塔采用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，與連接體相連的框架柱采用型鋼混凝土(SRC)柱，鋼骨含鋼率為5%7% ，為使結(jié)構(gòu)體系更好地發(fā)揮作用，在鋼筋混凝土核心筒的四個(gè)角部和與連接體相連的關(guān)鍵部位的墻體中設(shè)置型鋼6。 (

24、2) 由于結(jié)構(gòu)平面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)寬比L/B = 4.2，為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度，在建筑物兩側(cè)柱網(wǎng)間設(shè)置鋼斜撐。 (3) 標(biāo)高87.11m處由于建筑立面要求，在軸AD上的所有柱子各內(nèi)收2m，鑒于內(nèi)收距離不大，因此結(jié)構(gòu)豎向設(shè)2 層斜柱處理，避免梁托柱造成豎向構(gòu)件 不連續(xù)，該設(shè)計(jì)使豎向荷載能夠更直接有效地向下傳遞。6.2 3 連接體 (1) 兩塔樓在63.50m標(biāo)高處連成一體，連體以上共有8層，總高31.5m，跨度33.6m。連接體部分柱網(wǎng)布置上下一致，因此在層16一個(gè)層高范圍內(nèi)沿縱向設(shè)置了4榀轉(zhuǎn)換鋼桁架(Q345)用于承托連體以上結(jié)構(gòu)重量，為了保證連體結(jié)構(gòu)的鋼桁架與塔樓可靠連接，鋼桁架上下弦桿向塔樓

25、內(nèi)延伸一跨，與主樓的核心筒或框架柱內(nèi)的型鋼剛接。 (2)4 榀桁架與上下樓層標(biāo)高處橫向的鋼梁剛接，形成一組空間桁架，有效地提高了連接體結(jié)構(gòu)的抗扭能力，增強(qiáng)桁架抗側(cè)剛度。 (3) 為減輕結(jié)構(gòu)自重，鋼桁架以上各層的框架采用鋼結(jié)構(gòu)，并與鋼桁架和兩側(cè)塔樓剛性連接，形成第二道防線，增強(qiáng)連體結(jié)構(gòu)整體的剛度。 (4) 鋼桁架相鄰兩層和頂層樓板加厚30%，雙層雙向配筋，適當(dāng)加強(qiáng)，且在其平面內(nèi)設(shè)置水平支撐以增強(qiáng)樓板水平剛度，提高連體結(jié)構(gòu)抗扭能力，協(xié)調(diào)雙塔的變形，有效傳遞水平力。 6.24 結(jié)構(gòu)超限情況 (1) 連體建筑:雙塔在63.50m 處連成一體，連體部分共8層，占總高度的33. 2%，連體跨度達(dá)到33.6

26、0m，形成豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。 (2) 不規(guī)則扭轉(zhuǎn):在裙房和主樓相連的低層，樓層的最大與平均位移之比超過(guò)1.20，所以該部位出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。 (3) 側(cè)向剛度不規(guī)則:在連接體以下的三層的電算結(jié)果顯示側(cè)向剛度有突變，構(gòu)成高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程( JGJ32002) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)高規(guī))所指的側(cè)向剛度不規(guī)則。 6.25 主體結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析結(jié)果 擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段采用兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件SATWE和ETABS 進(jìn)行連體結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力位移分析計(jì)算。連體結(jié)構(gòu)的計(jì)算分兩階段進(jìn)行，首先對(duì)塔樓A，B分別建模，調(diào)整兩單棟塔樓的技術(shù)指標(biāo)，使兩棟塔樓的質(zhì)量和剛度盡量接近，減少對(duì)連體部分產(chǎn)生的不利影響。然后再將

27、兩棟塔樓的模型合并，形成連體結(jié)構(gòu)后進(jìn)行整體計(jì)算7。 A、兩塔樓的主要結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)比 塔樓A 與塔樓B 因?qū)痈呦嗤?，層?shù)相等，結(jié)構(gòu)布置相似，因此兩個(gè)單塔的動(dòng) B、 雙塔連體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜分析 振型分析結(jié)果 SATWE 和ETABS的前3階振型和周期基本一致。第1階振型均以Y向平動(dòng)為主;第2階振型和第3階振型都是平扭耦聯(lián)振型。SATWE 第2，3 階振型是以X 向平動(dòng)為主，附加較大的扭轉(zhuǎn)分量;ETABS 第2 階振型相應(yīng)扭轉(zhuǎn)比例稍高，以扭轉(zhuǎn)為主，第3 階振型是X 向平動(dòng)為主。在3階以后的振型中，SATWE 和ETABS 的周期計(jì)算結(jié)果均相差不大，但平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的參與分量有較大差別，這主要是由于SATWE

28、 程序中計(jì)算不出豎向振型，而ETABS 能計(jì)算出豎向振型，因而在連體的豎向地震作用分析中，應(yīng)采用ETABS 的計(jì)算結(jié)果。 兩個(gè)程序的第1 扭轉(zhuǎn)周期與第1 平動(dòng)周期的比值均小于0. 85，滿足高規(guī)對(duì)平扭周期比的要求，說(shuō)明本連體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗扭能力。X，Y向的有效質(zhì)量參數(shù)均為99.5% (SATWE)，100%(ETABS)。前30階總的振型有效質(zhì)量參數(shù)皆大于95% ，振型階數(shù)取值滿足結(jié)構(gòu)分析精度要求。 (3) 層間剪力分析結(jié)果。在X 向、Y 向水平地震作用下，塔樓A 和塔樓B的底部剪力非常接近，這充分表示了連體部分能有效地傳遞兩個(gè)塔樓的水平剪力，使得雙塔的層間剪力趨近一致。從以上分析得出:SA

29、TWE 和ETABS 的計(jì)算結(jié)構(gòu)基本吻合，SATWE 的層間剪力稍偏大。 (4) 結(jié)構(gòu)位移分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)的變形和受力在X向和Y向均受地震作用控制，該結(jié)構(gòu)的主要荷載控制工況是地震作用。 。出裙房屋面后各樓層的平均位移與樓層最大位移比值均小于1. 2，僅在裙房所在層大于1.2，但小于高規(guī)規(guī)定的1.4的限值，可見(jiàn)均滿足規(guī)范要求。 (a) X 向地震 (b) Y 向地震 在X向地震作用下，兩塔在上部樓層有反向彎曲的趨勢(shì);連體的設(shè)置使得X向的最大層間位移角在中部樓層最大，上部樓層位移角明顯減小，說(shuō)明連體部分在X 向相當(dāng)于巨大的框架梁，對(duì)雙塔起著抗彎約束的作用8。 6、3 彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果 雙向地震作

30、用下，彈性時(shí)程動(dòng)力分析計(jì)算結(jié)果顯示，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，且三條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，滿足高規(guī)要求。結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取三條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。 6. 4 斜柱區(qū)域受力分析 在標(biāo)高87.110m處結(jié)構(gòu)豎向設(shè)2層斜柱，柱子斜率為2/7.8= 1/3.9。這種結(jié)構(gòu)布置使斜柱處的上下梁板受到影響，承受拉力或壓力，易成為薄弱環(huán)節(jié)，因此層2022按彈性板參與計(jì)算，相應(yīng)梁配筋明顯比上下層加大，但未超過(guò)梁的最大配筋率。 在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，需采取相應(yīng)的構(gòu)造措施予以加強(qiáng):與斜

31、柱相交的梁均適當(dāng)提高配筋率，且應(yīng)滿足小偏心受拉構(gòu)件的構(gòu)造要求( 通長(zhǎng)不得采用綁扎搭接接頭);樓板板厚設(shè)為150mm，雙層雙向拉通配筋;斜柱本身受力復(fù)雜，所受壓力、剪力、彎矩都較大，因此斜柱內(nèi)設(shè)型鋼，上下各伸一層，配筋加強(qiáng)處理。 6. 5 連接體部分的整體計(jì)算 通過(guò)整體計(jì)算分析，求得各工況作用下(恒載、活載、X向風(fēng)荷載、Y向風(fēng)荷載、X向常遇地震、Y向常遇地震、X向中震、Y向中震、±25溫度荷載)桁架的軸力、剪力、彎矩，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行內(nèi)力組合，構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都滿足高規(guī)要求。 6. 6 結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì) 基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)新的重要發(fā)展，在國(guó)外已普遍采

32、用。抗震性能設(shè)計(jì)的目標(biāo)，就是要對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)給出量化的具體指標(biāo)，并作為結(jié)構(gòu)評(píng)估的基礎(chǔ)。關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能直接影響到整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，所以對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件性能的把握和控制有重要的意義。中震彈性設(shè)計(jì):地震作用下的內(nèi)力按中震進(jìn)行計(jì)算，地震作用效應(yīng)的組合及各分項(xiàng)系數(shù)均按高規(guī)進(jìn)行，設(shè)計(jì)內(nèi)力不調(diào)整放大，構(gòu)件承載力計(jì)算時(shí)的材料強(qiáng)度取設(shè)計(jì)值。中震不屈服設(shè)計(jì):地震作用下的內(nèi)力按中震進(jìn)行計(jì)算，地震作用效應(yīng)的組合均按高規(guī)進(jìn)行，但分項(xiàng)系數(shù)均取不大于1.0，不進(jìn)行設(shè)計(jì)內(nèi)力調(diào)整放大，構(gòu)件的承載力計(jì)算時(shí)材料的強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值。為此，取地震影響系數(shù)為0.225 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析，設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件都能滿足相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性

33、能設(shè)計(jì)目標(biāo)9。由以上可以看出：(1) 高位連體建筑宜首先單塔獨(dú)立建模分析，使單塔的技術(shù)指標(biāo)盡量接近，再進(jìn)行整體計(jì)算。 (2) 由于連體部分的存在，按目前SATWE 程序的計(jì)算方法會(huì)在連接部位以下樓層出現(xiàn)薄弱層，軟件的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符，應(yīng)根據(jù)SATWE 的上下層剛度比進(jìn)行人工補(bǔ)充計(jì)算分析。 (3) 高位連體建筑的兩單塔的核心筒宜往兩側(cè)適當(dāng)偏置，以減少連體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，必要時(shí)可在兩端設(shè)置斜撐。 7.結(jié)論7.1 抗震性要足夠高  抗震是高層建筑面臨的一大難題，地震時(shí)建筑物的破壞程度，主要取決于主體結(jié)構(gòu)變形的大小，因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算與控制要充分

34、地考慮到抗震的要求。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況而定，在多地震的時(shí)候，采用保證建筑的正常使用功能的彈性變形驗(yàn)算；在罕遇地震作用下則可以采用防止結(jié)構(gòu)倒塌的彈塑性變形驗(yàn)算。    7.2 要具備足夠高的靈活性  建筑結(jié)構(gòu)的靈活性是建筑產(chǎn)品的一個(gè)重要內(nèi)容，對(duì)于高層建筑而言，其靈活性較高指的是在一定條件下能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，從而使得結(jié)構(gòu)更加多變。當(dāng)前高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都是一種柔性設(shè)計(jì)，因此使得建筑物在使用的時(shí)候可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn)，提高建筑物的使用范圍。    

35、7.3 高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該要規(guī)則、均勻  規(guī)則和均勻是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要要求，規(guī)則指的是建筑的體型要保持一定的規(guī)則性，即使在設(shè)計(jì)的時(shí)候要變化，也應(yīng)該是有規(guī)則的漸變。均勻指的是高層建筑結(jié)構(gòu)的上下體型、剛度、承載力及質(zhì)量分布均勻，即使出現(xiàn)變化，這些變化也應(yīng)該是均勻的。結(jié)構(gòu)宜設(shè)計(jì)成剛度下大上小，自下而上逐漸減小的形式。體型尺寸的變化也應(yīng)該下大上小逐漸變化，不能出現(xiàn)太劇烈的突變，以防高層建筑在地震力作用下出現(xiàn)受力不均而坍塌。       7、4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問(wèn)題  在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的