1、高層建筑結構設計分析論文1 結構分析及設計分析1.1 分析三種重要的體系1.1.1 剪力墻體系剪力墻結構是利用建筑的內、外墻做成剪力墻以承受垂直和水平荷載的結構體系。 剪力墻的變形狀態和受力特性同剪力墻的開洞情 況聯系密切， 其中依據軋受力特性的不同， 單片剪力墻可以分為特殊 開洞墻和單肢墻。 類型不同的剪力墻， 對應的也會有不同的截面應力 分布，所以，在對位移和內力進行計算時，也應該對不同的計算和設 計方法進行使用， 將平面有限元法應用到剪力墻的結構計算中。 此種 方法能夠比較準確地完成計算，能夠應用到各類剪力墻之間，然而， 也有一定的弊端存在于這種方法中，其有著較多的自由度。所以，在 具體

2、的應用時，較為普遍地應用了開洞墻這一類型。1.1.2 筒體結構筒體結構分為框架核心筒、筒中筒等結構體系，其中框架核心筒受力特點為框架主要承受豎向荷載，筒體主要承受水平荷載， 變性特點類似于框架剪力墻， 但抗側剛度較大。 依據不同的計算機模 型處理手段，有三種類型的分析方法：主要為離散化方法、三維空間 分析和連續化方法，其中三維空間方法的精確性會更高。1.1.3 框架剪力墻體系框架剪力墻結構，是由若干個框架和剪力墻共同作為豎向承重結構的建筑結構體系。 此種結構位移和內力等計算方法盡管種類較多，然而，連梁連續化假定方法會經常被使用，在對位移協調條件進 行計算時， 應該按照框架水平位移和剪力墻轉角進

3、行設計， 將外荷載 和位移的關系用微分方程建立起來。 然而，應該考慮需求和因素量會 存在的差異，所以，也會有著不同形式的解答方式。1.2 具體的設計與分析1.2.1 合理地確定水平荷載每一個建筑結構都應該一同承受風產生的水平荷載和垂直荷載，對于抵抗地震的能力也應該具備。 高層建筑中， 盡管結構設計會較大 程度上受到豎向荷載的影響，然而，水平荷載卻占據著重大的比重。隨著不斷增多的高層建筑層數， 在高層建筑的結構設計中， 水平荷載 成為了其中一個重要的影響因素。 首先，由于樓面使用荷載和樓房自 重在豎構件中發揮的功能， 對應水平荷載會將一定的傾覆作用施加到 結構中，并且豎構件中就會出現高層建筑結構

4、的作用力；其次，就高 層建筑結構而言， 地震作用和豎向荷載， 也會跟著建筑結構的動力情 況而出現較大的改變。1.2.2 合理地確定側控同低層建筑不同，在高層建筑結構設計中，結構側移已經成為了其中一個非常重要的影響因素。 隨著不斷增加的樓層數量， 結構側 移在水平荷載側向變形下會逐漸增大。在高層建筑結構進行設計中， 不但規定結構要有一定的強度， 對于荷載作用帶來的內力能夠有效的 予以承受，同時， 還應該確保具備一定的抗側剛度，確保在某一限度 內控制結構在水平荷載作用出現的側移情況。1.2.3 在設計中,結構延性為重要的技術指標對比低層建筑結構能夠發現，高層建筑物會更加柔和，在地震的影響下， 會增

5、大其變形情況， 為了保證高層建筑結構向著塑性變形 階段進入之后，仍然有很大的變形能力，進而防止建筑垮塌，設計人 員因此應該將恰當的措施應用到建筑結構的設計上, 進而確保有足夠 的延性存在高層建筑結構中。2 某工程結構選型分析2.1 工程概況本論述以某工程為例進行了探究，該高層位于蘭州市安寧區，抗震設防烈度 8 度，設計基本地震加速度值 0.20g ，設計地震分組： 第三組，共 24 層，主要建筑功能為綜合類辦公， 主要層高 4.5m、3.9m， 主要跨距9rm< 9m結構主體高度94.50m,規則對稱的井子型平面為 主要的建筑平面。底層結構平面布置見圖 1 所示。2.2 結構布置考慮建筑

6、使用功能，結構選型為框架核心筒結構體系，框架抗震等級一級, 剪力墻抗震等級一級。 在布置結構平面時對于利于抵 抗豎向和水平的荷載要進行考慮, 剪力墻主要布置在核心筒, 傳力直 接,受力明確,墻體布置對稱均勻,同時考慮到扭轉影響,在不影響 建筑功能的前提下, 在建筑平面四角適當布置雙向抗側力剪力墻, 將 扭轉的影響降低下來。建筑平面布置規則簡單,降低地震影響,考慮 到剛度對稱, 將電梯井筒體設置在核心筒內部, 再按照建筑平面將框 架對稱布置出來。結構構件布置時,盡量將柱和梁重心重合,確保能 夠直接傳力， 梁柱中心線不能重合時， 在計算中考慮偏心對梁柱節點核心區受力和構造的不利影響，對于偏心距大于

7、該方向柱寬的14 時，采取增設梁的水平加腋等措施， 降低因為偏心較大而產生的不利 影響。通常剪力墻在抗震中會比較理想地體現其抗側力性，然而，也需要科學的設計。在設置剪力墻結構時，應該遵循這樣的原則：沿兩 個主軸方向或其他方向雙向布置，兩個方向的側向剛度大體相一致； 剪力墻自下到上連續布置，避面剛度突變，門窗洞口上下對齊、成列 布置，形成明確的墻肢和連梁；避免墻肢寬度相差懸殊的洞口設置； 底部加強部位不采用上下洞口不對齊的錯洞墻， 全高均不采用洞口局部重疊的疊合錯洞墻；同時，對于單片剪力墻，墻長不超過8m樓 梯間、抗側力電梯間的剪力墻、 房屋頂層的配筋對于加強部位的要求 應該予以滿足。剪力墻的布

8、置問題和剪力墻的數量為造價的主要影響 因素，按照建筑平面布局情況來確定剪力墻的間距， 通長為若干倍建 筑開間和建筑進深， 有著過小的剪力墻間距， 這樣能夠有效地展現出 墻體材料的強度功能，并且有較大的抗地震反應會出現在其中。此外，24 層的綜合公樓為該建筑結構的主要特征，考慮到有較大會議室和辦公空間需求， 在布置剪力墻、 框架柱是應該依據大開間 的原則進行布置， 進而能夠將剪力墻、 框架柱的承載能力充分地展現 出來，因此，技術經濟指標在其中都會非常的優越。2.3 結構布置結果分析本工程上部結構整體計算采用中國建筑科學研究院 PKP MCAE程部編制的“多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件

9、” SATWE 進行內力和變形計算，通過電算輸出結果分析可知：1）結構第一扭轉振型周期 Tt 和第一平動振型周期 T1 的比值小于 0.9 ，滿足規范要求；2）最大層間位移角小于 1/1000 ，在考慮± 5%樓層質量偶然偏心的單向地震作用下， 結構樓層最大層間位移和平均層間位移值的 比值小于 1.2 ，屬扭轉規則的結構；3）樓層側向剛度均不小于上部樓層的 0.7 倍及其上相鄰三個樓層剛度平均值的 80%；樓層受剪承載力大于相鄰上一層的 80，屬 豎向規則的結構；4）結構承載力和變形計算結果，滿足要求，基本無超筋超限的情況。通過以上電算結果分析，說明結構體系選擇合理，主要結構 構件截面選擇合適。3 結束語現階段，分析我國高層建筑結構的選型和結構設計，不管是在國外和國內，都受到了廣大研究人員的高度重視，然而，在理論方法 和研究的過程中， 還有很多方面需要不斷地進行完善。 在高層建筑建 設中，結構設計和結構選型是非常重要的組