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探究高层建筑结构边节点抗震性能的参考论文
1试验概况
1.1试验构件设计和制作
边节点试验构件取用承重框架梁柱反弯点之间的一个平面组合体，即“T字形”试件。为有效保证试件的浇筑质量和垂直度，并与工程实际相符，全部试件均采用钢模板、立模浇筑。边节点构件柱子的截面尺寸为200mm×200mm，梁的截面尺寸为150mm×250mm，纵向受力钢筋采用HRB400级，箍筋采用HPB235级。柱子的配筋率为1.13%，梁的配筋率为0.9%，所有构件配筋率和钢筋的强度相同。为防止柱头破坏，柱上、下两端箍筋加密；节点核心区按照抗震要求对箍筋进行了加密处理。本次试验共包括7根试件，详细的试验构件概况如表1所示，构件的尺寸和配筋图示，节点核心区采用柱混凝土的构件，施工缝留设在梁下部；节点核心区采用梁混凝土的构件，分别在梁上和梁下留设两道施工缝，施工缝处浇筑时间间隔为2天（48小时）。
1.2试验方法和加载装置
采用低周反复试验方法进行研究，加载制度为力—位移混合控制加载，在开始加载到构件屈服前采用力控制；构件屈服后，改用屈服位移的整数倍为级差作为回载控制点，每一位移下循环3次。在实际框架结构中，当作用水平荷载时，上柱反弯点可视为水平可移动铰，相应的下柱反弯点可视为固定铰；而节点两侧梁的反弯点可视为水平可移动铰。这样可以有两种加载方案：一种是在柱端施加水平荷载或位移，这时梁能够左右移动而上下受到约束，产生剪力和弯矩。这种边界条件比较符合实际结构中的受力状态；另一种是将柱保持垂直状态，在梁的自由端施加反复荷载或位移，此时边界条件变为上下柱反弯点为不动铰，梁反弯点为自由端。本次试验采用的是柱端加载的方式，即采用在柱顶施加轴向力和水平力的方式进行试本次试验在东北电力大学结构试验室进行，采用美国MTS公司生产的MTS液压式伺服加载系统进行试验，采用MTS动态数据采集系统进行数据采集。试验自行设计了加载装置，竖向加载装置由反力架和1000kN数控电动液压伺服作动器组成，水平加载装置由反力墙和500kN数控电动液压伺服作动器组成。试件垂直安放，为了保证柱的上、下两端为理想的球铰，在柱端设置了带有滚动轴的垫板，垫板上部为可转动的油压千斤顶，柱下端为固定铰支座；梁端由刚性连杆与地面铰支座相连，保证梁端可以水平移动但是不能垂直移动。试验加载装置示意图如图2所示。
2边节点试验结果与分析
2.1破坏现象
边节点构件BZ1为节点核心区采用梁中混凝土强度的.构件，构件破坏图片如图3所示。构件初始裂缝出现在梁端第一箍筋处，正向开裂荷载为10kN；反向开裂荷载为20kN；裂缝扩展速度较快，裂缝区域主要集中在梁的端部范围内，节点核心区只有少量细小的裂缝出现，没有明显破坏。构件最后在梁端形成塑性铰，塑性铰发展充分构件BZ1的柱子和梁的实际配合比相差2个强度等级，说明当梁柱强度等级相差较小时，节点能够满足抗震设计要求。当延伸长度为0.5h时，出现裂缝的范围较小；当延伸长度为1.5h时，出现裂缝的范围较大；延伸长度为h时，裂缝的范围居两者之间；同时，只有延伸长度为0.5h时，在梁的根部出现了破坏裂缝。从开裂荷载上看，延伸长度为1.5h的构件开裂荷载最大，说明延伸长度对梁的开裂荷载有一定的影响。节点核心区均未产生明显的破坏，这是由于所有构件均采用了“强节点，弱构件”的设计原则，节点核心区的箍筋做了加密，采用了柱子的混凝土强度浇筑节点核心区；与梁和柱子相比较，节点具有更好的抵抗低周反复荷载的能力。
2.2骨架曲线和滞回曲线不同轴压比和不同延伸长度下，边节点核心区采用柱子混凝土强度的构件骨架曲线对比。轴压比越大，滞回曲线的刚度也越大。在0.3和0.5轴压比下，延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响，而延伸长度为0.5h的试件，下降段更陡峭一些。光滑；轴压比越大，滞回曲线的刚度也越大；从卸载曲线上看，主筋在节点存在一定量的滑移。其余边节点构件的滞回曲线，均呈较光滑的梭形。
2.3承载力和延性性能分析边节点构件的试验结果，延性系数取用最大位移（即构件的最大承载力对应的位移）与屈服位移的比值，屈服位移由图解法确定。从表2可以看出，在0.3轴压比下，延伸长度为1.5h时的延性性能最好，为3.26；延伸长度为h时的延性性能稍差，为3.11；延伸长度为0.5h时的延性性能最小，为2.53；延伸长度对屈服荷载和最大荷载没有显著影响。在0.5轴压比下，延伸长度为h时的构件延性性能最好，为2.73；为1.5h时的延性性能稍差，为2.41；为0.5h时的延性性能最小，为2.38。从试验结果可见，延伸长度为0.5h时，延性性能最差，随着延伸长度的增加，延性性能增大。延伸长度为1.5h时的试件最大荷载略高于其他构件，延伸长度对屈服荷载没有显著影响。从试验结果可以看出，当构件所承受的轴压比较低时，即使梁柱边节点核心区采用强度较低的梁中混凝土，其承载能力仍能满足要求，但是延性性能弱于节点核心区采用柱子混凝土强度的构件。
3结论
（1）从破坏现象上看，试验构件的破坏均为梁端的受弯破坏。当构件所承受的轴压比较低时，即使边节点核心区采用强度较低的梁中混凝土，其破坏形态仍为梁端受弯破坏，但是延性性能略有下降。
（2）从试验结果上看，柱子中高强混凝土在梁中的延伸长度为1.5h时的承载能力和开裂荷载最大，延伸长度对屈服荷载没有显著影响。
（3）从延性性能上看，在0.3轴压比下，延伸长度为1.5h时的延性最好，为h时的延性稍差，为0.5h时的延性最小。在0.5轴压比下，延伸长度为h时的构件延性最好，为1.5h时的延性稍差，为0.5h时的延性最小。从试验结果可见，延伸长度为0.5h时，延性性能最差，随着延伸长度的增加，延性性能增大。
摘要:随着我国建筑行业的快速发展，高层建筑的结构设计安全逐渐成为人们关注的焦点。防震概念设计是高层建筑结构设计的重要组成部分，直接关系到高层建筑物在自然灾害的影响下能否会给人们造成生命和财产的危害。所以本文先分析了高层建筑结构设计中抗震概念的概述，然后从四个方面阐述了高层建筑架构设计中抗震概念设计的应用策略。
关键词:高层建筑;结构设计;抗震概念;应用
防震设计是高层建筑结构设计必不可少的一部分，并且地震是一种无法消除的自然灾害。因此，高层建筑结构设计人员应采取科学、合理的措施来降低地震对高层建筑物的危害系数，以提高高层建筑物的稳定性，从而保证人们的生命和财产安全，这同时也是我国高层建筑物结构设计工艺不断优化的必然结果。
1高层建筑结构设计中抗震概念概述
地震的发生是无规律的，因此做好高层建筑物的防震设计是十分必要的。实践证明，只有利用科学、合理的设计措施，整体布局高层建筑的结构细节，才能降低地震对于高层建筑物的危害。一般抗震设计是从抗震值和抗震措施两个方面进行的，其过程是:地震情况统计、数据分析、提出概念。抗震概念设计的主要内容就是保证高层建筑整体的稳固性和细节结构的抗震性。简单地说，抗震概念设计就是基于工程抗震的基本理论和实际的抗震经验总结出的工程抗震概念，是决定建筑物抗震能力的基础。抗震概念设计中包含空间作用、非线性性质、材料时效、阻尼变化等多种不确定的'因素。抗震概念设计的原则是建筑结构设计简单性、刚度适宜性、匀称性、整体性。例如在一些地震频发的地区设计高层建筑时，应该考虑都高层建筑上下部分结构性质不同的问题。
2高层建筑架构设计中抗震概念设计的应用策略
2．1合理的场地
高层建筑物的建设地点也是保障建筑工程施工质量的关键因素。选择合理的建筑施工场地，不仅可以减少企业的投入成本，还能提高建筑物的稳固性。因此，施工人员可以利用现代先进科技设施来选择理想的地段。场地的选择应当避开地震危险地段，如地震时会发生崩塌、地裂以及在高强度地震下容易发生地表错位的场地。一般地震危险地段包括断层区、坡度陡峭的山区、存在液化和润滑夹层的坡地以及大面积采空的地区。如发生严重地震的四川北川地区，其区域特点是县境内地形切割强烈，地形起伏大，相对高差超过1000m，沟谷谷坡一般大于25°，部分达40°～50°，甚至陡立。并且地貌类型以侵蚀构造山地、侵蚀溶蚀山地为主。另外在县境内还存在一条断裂带。这也就是北川地区成为汶川地震重灾区的原因，该地区的地震宏观烈度达到了Ⅺ度。因此，建设高层建筑的重点就是选择地势开阔、平坦以及中硬场地土。如我国中部平原地区，其地势平坦，并且属于地震低发区。当然，如果无法避免区域限制，那么也可以选择抗震性比较好的地区，如避免存在孤立山包的区域以及表面覆盖层厚度较小的区域。总之，因地制宜，选择合适的高层建筑建筑建设场地是保证高层建筑物稳定性的最佳途径。
2．2合理布局建筑平面
建筑物的房屋布置和结构布置都是影响高层建筑物稳定性的重要因素。依据抗震的概念，合理布局能够有效提高高层建筑物的抗震能力，延长建筑的使用年限。一般施工人员都会根据地震系数选择适当的建筑物高度和宽度，使高层建筑的抗震能力达到最大值。建筑平面的布置可以从四个方面考虑:一是布置平面时，应当遵循简单、对称的结构特点，以减少偏心;二是应当保证质量和刚度变化均匀，避免楼层错层问题;三是尽量设计合理的平面长度，且建筑物突出的长度也应该符合相关标准;四是尽量避免采用角部重叠的平面图形以及细腰形平面图形。如早前发生在墨西哥的地震，相关人员在地震发生后对房屋的结构进行了分析。据数据表明，建筑物刚度明显不对称会增加15%的地震破坏率，拐角形建筑会增加42%的地震破坏率，因此，高层建筑施工人员应该科学合理的设置建筑平面。此外，现浇钢筋混凝土高层建筑适用高度的确定需要考虑地区的地震烈度，如高层建筑的抗震墙在烈度系数达到6的地区，其最高适宜高度为130米;在烈度系数为7的地区，最高适宜高度为120米。总之，合理的高层建筑物平面布局是保证高层建筑抗震能力的关键。
2．3合理的结构设计
高层建筑的结构设计不仅要满足抗震要求，还要满足经济、功能齐全、施工技术等要求。在设计高层建筑结构时要考虑实际的场地环境和建筑物本身的建设标准。另外，结构的设计还应该满足对称性。总之，对于高层建筑的结构设计应该从各个方面综合考虑。首先，高层建筑结构的设计需要考虑多种影响因素，除材料、施工、地基、防烈度等因素外，还要考虑经济因素，之后才能确定建筑物结构类型。有利于防震的建筑平面设计包括方形、圆形、矩形、正六边形、正八边形等，不利于防震的建筑平面设计包括多塔形、错层、楼板开口等。次外，如果建设的高层建筑属于纯框架高层建筑，那么设计人员应避免出现框架柱倾斜、楼体倾斜等问题。因为如果框架柱倾斜，一旦发生地震就会出现剪切破坏问题，造成高层建筑的严重损坏。其次，更为重要的是结构设计一定要遵循对称原则，避免扭转问题的出现。如果高层建筑结构采取对称的结构，那么当发生地震时，其建筑物只会发生平移震动，建筑物各个部分的受力比较均匀，从而降低地震对高层建筑的破坏程度。
2．4设置多条防震线
设置防震线是为了提高高层建筑结构的抗震系数，提高建筑物体的稳固性。之所以设置多条防震线是因为建筑物中各个部分的结构和功能是不相同的，设计相应的反震线能整体提高高层建筑物的抗震能力。设置多条防震线的优势在于如果发生地震时，第一道防线的抗侧力构件在遭到破坏之后，其地震的冲击力和破坏力就会减弱。这样当地震经过多道防震线之后，地震的破坏力就会降到最低。如尼加拉瓜的马拉瓜市的美洲银行大厦，就是应用多道防震线的典型建筑，其大楼采用的是11.6米*11.6米的钢筋混凝土芯筒作为主要的抗震和防风构件，并且该芯筒又由四个小芯筒组成。相关数据显示，该高层建筑对于地震的反应用数据表示是，当发生地震时，其四个小芯筒的结构底部地震剪力值达到了27000KN，结构底部地震倾覆力矩达到了370000KNm，其结构顶点位移值为120毫米。总而言之，设置多条防震线提高高层建筑物防震能力的重要手段。尤其是在社会经济快速发展的背景下，重视抗震概念的设计是延长高层建筑物使用年限，提高我国建筑工艺水平的关键。
3总结
综上所述，随着我国经济水平的不断增长，高层建筑物的数量也在迅速增长。因此，做好高层建筑结构设计中的抗震概念设计就凸显的尤为重要。将抗震概念设计应用到高层建筑结构设计中，不仅要考虑高层建筑结构施工的各个方面，还要考虑各种外界因素以及抗震标准。这样才能提高高层建筑的稳定性，降低地震给高层建筑造成的危害程度，从而保证人们生命和财产的安全。
参考文献:
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高层建筑结构抗震概念设计
经过唐山、汶川大地震灾害的`经验逐渐认识到,抗震概念设计比结构计算设计更为重要.抗震概念设计在实际工程设计中,尤其是提高结构抗震能力方面发挥了重要作用.本文阐述了结构设计过程中必须充分运用抗震概念设计的原则及其相应的构造措施进行分析,确保工程质量.
作 者：魏红辉 作者单位：珠海市建筑设计院,广东,珠海,519000 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)： “”(20) 分类号： 关键词：高层建筑 结构设计 抗震概念设计高层建筑结构特点论文参考
［论文摘要］文章分析高层建筑结构的六个特点，并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。
［论文关键词］高层建筑；结构特点；结构体系
我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：
（一）水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
（二）侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。
另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
（三）抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
（五）轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
（六）概念设计与理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
二、高层建筑的结构体系
（一）高层建筑结构设计原则
1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。
2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
（二）高层建筑结构体系及适用范围
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。
1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。
框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。
框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。
框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。
剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。
剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。
在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。
3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的`剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：
（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。
（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。
（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。
（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。
除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。
［参考文献］
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［4］包世华,方鄂华.高层建筑结构设计［M］.北京:清华大学出版社,1990.
基于性能的钢筋混凝土建筑结构的抗震方案设计是完善我国建筑发展不可或缺的部分。建筑设计者应对钢筋混凝土结构目标性能进行细分，分化出多个具体量化目标性能水准，结合建筑物的重要程度，预估在震后建筑结构修复、完善所需支出，通过对建筑结构前期成本投资及未来震后损失等综合因素深入分析，制定合理的预期方案，确保建筑性能优良。进一步加强对概念设计实施的宏观把控，建筑设计者在设计的过程中，应重视建筑结构整体的规则性，合理选择建筑结构体系，结合多级程度震动外力下建筑构件的实际承受力，制定科学合理的强度设计。建筑设计者对建筑结构的抗震性能应预先进行综合评估，以变形指标为设计方向，整体把控建筑结构构件在外力作用下的损伤程度，在实际建筑设计实施过程中，提升建筑结构构件、非结构构件的整体性能水平，大幅缩减建筑结构在建筑生命周期中的资金投入。
5 结语
综上所述，基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震方法的研究与完善是我国建筑发展的趋势。我国应逐步加强对基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计相关内容的重视，对基于抗震设计实践操作过程中存在的问题不断进行探究及分析，在全面考虑建筑构件的综合性能的同时，运用可靠的计算数据，制定更为完善、科学的抗震方案，为我国日后的建筑设计奠定基石。
参考文献
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现阶段，钢筋混凝土建筑结构基于性能的抗震设计方法是我国采取率最高的抗震设计思路，在应用于实际建筑工程时，对制定结构性能目标、选用参数方面仍存在一定问题。通过对其进行分析、探究，结合建筑结构实际要求，制定科学的抗震方案。
1 基于性能的抗震方法的主要内容
目前，在我国建筑结构中，抗震设计思路具有多样性，基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计以实用性、科学性成为大多数人优先采用的设计方法。基于性能的抗震设计从宏观性的设计目标过渡到具体量化的多重子目标，在建筑结构的抗震要求上，建筑使用者具有广泛的选择范围。在进行基于性能的抗震设计时，进一步验证实施性能目标在建筑结构实践中的论证，通过对实施性能目标的深入分析，采用现阶段新结构体系及材料，完善建筑结构设计方案。基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计考虑在影响建筑实际操作的综合因素，根据不同程度的抗震设防烈度，采用与建筑目标相符合的技术及抗震措施，保障建筑物的质量。基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计综合考虑建筑物的场地条件、外在环境、实用性能等因素，确保在强烈震动的条件下，建筑物的破坏程度小于设计预期。
2 我国针对抗震性能水平的界定
为使震后建筑物的结构功能得以延续，控制建筑结构的整体破坏程度是基于性能的抗震设计的核心内容。抗震性能水平是指在人为设定的地震作用外力下建筑结构的预期抗震水平。针对其预测性的数据，建筑设计者在结合历次地震情况的前提下，预估未来会发生的最大地震级数，进一步明确建筑设定抗震目标，抗震目标的设定在取决于当地自然条件的基础上，需结合建筑物建成后的具体使用方向，设计者综合整体情况制定符合建筑整体条件的抗震方案，保障建筑物性能的最大限度发挥。根据我国现阶段的建筑结构体系，粗略的将建筑结构构件的性能水平分为小震弹性、中震弹性及不屈服、大震弹性及不屈服，运用基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法，满足建筑结构的多重复杂性，基于抗震性能水平的评估，确保建筑结构的承载能力优良。
3 我国基于性能的抗震设计方法分析
现阶段，建筑工程中的结构大多数为钢筋混凝土框支剪力墙，承载能力的抗震设计方法，针对地震强度，设计者有效借助反应谱，进一步计算出建筑底部剪力，根据相关规则将其与其它荷载有机组合，设计建筑结构的强度水平，保证建筑各构件均能提供相应的承载能力，进一步确保建筑物的综合抗震水平。较其它抗震设计方法相比，承载能力设计方法贴合实际、性能理念清晰，有一定的数据支持，借助大量的静力分析，保证建筑物的预期抗震性能。调查显示，承载能力设计方法在实际建筑施工过程中存在一定弊端，基于弹性反应的理论基础，不能将与建筑结构相关的系数进行科学地折减，导致建筑构件的抗震性能目标落不到实处。
较承载能力设计方法相比，直接基于位移进行抗震设计以位移数据为整个抗震设计过程的虚拟出发点，设计者在具体的建筑抗震设计过程中，根据位移谱得出建筑结构的周期，对其实施结构分析，实现配置符合建筑最大抗震性能的结构构件。基于位移的建筑抗震设计需设计者具备扎实的数学运算能力及物理知识，方案设计前期的精力投入较大，对设计者在设计过程中运算的精确性有一定要求。基于位移的抗震设计能保证设计者在设计初期明确各结构性能水平，在建筑实际抗震应用中最大程度发挥构件目标性能水平。
基于以上两种确定因素的抗震设计方法，能量也可作为设计者抗震设计的数据基础。设计者将地震输入的总能量假设为建筑结构破坏的主要原因，建筑物的结构构件及内部相关设施造成破坏所接收的能量受地震与构件耗散能量共同影响。以能量守恒为理论基础的抗震设计在一定程度上评估不同等级地震的'潜在破坏力，但其操作过于繁琐，存在较多人为无法把控的因素。
关于建筑结构抗震设计讨论论文
【摘要】近年来，人们对建筑的安全性与质量标准越来越高，而建筑行业技术通过不断革新，技术水平不断提升，使得建筑工程质量已得到大幅提升。通过总结近二十年地震易发区及已发区的建筑结构设计特征与效果，总结出本文，做出了建筑结构抗震设计的四大思想理念，并提出了几项重要的针对建筑结构抗震设计的措施。
【关键词】建筑结构；抗震；设计；问题
建筑行业发展步伐紧紧跟随着城镇化发展愈来愈快的脚步。受到不同区域限制，及自然灾害的产生，使得建筑结构抗震设计成为建筑设计中一项不得或缺的设计任务，从保证建筑的安全性出发，为人身安全做出了保障。那么如何对建筑结构的抗震效果做出合理设计，需要考虑到什么？对抗震设计需要采取什么具体措施？本文将对以上问题进行探讨与解决。
1.建筑结构抗震设计的思想
1.1与不利区域相互避开
施工选区对建筑结构抗震能力有着至关重要的影响。再好的设计更需要有一个好的根基，建筑物的构建，需要避开地质状况不佳、地震低发区域，从而从根基上保证建筑地基能够坚实稳固。当地震灾害发生时，直接破坏的是建筑结构。如有特殊情况，无法避开不利建筑区域，这时必须使用特殊方式适当解决对应问题，并在建筑结构的构建设计上，需要对抗震能力大幅提升。所以选择一个最佳建筑建设区域，能够从根本上提高抗震性能。
1.2建筑外形设计
根据统计得出，建筑构件截面及平立面更容易突变，发生地震应力，引发地震灾害。当今时代，许多建筑设计师更注重通过建筑外形的设计稳定抗震性，设计师清楚地明白：①建筑设计注重整体性。建筑的整体性强，才能保持“传力通道”通畅，保证抗震能力强；②建筑结构遵循规则性。建筑结构不规则时，需要通过加倍地震产生的作用力与内力来重新计算建筑受力，调整设计；③设计方案的重要性。方案是否合理，直接影响着整个工程的耗材与建筑的安全性。
1.3协调设计
如何把控建筑结构的抗震效果？不仅需要的是对平立面设计的规则与对称，更需要的是建筑构造设计师与建筑工程工程师之间的协调与配合。建筑构造设计师与建筑工程工程师不仅要各司其职地完成设计与分析工作，还需要通过沟通交流，完成配合，对建筑结构的抗震设计进行调整，最终达到建筑结构规则要求与抗震设计标准。
1.4确定结构体系
当确定建筑结构后，需要选择并确定合适的结构体系。建筑结构体系的选择与确定，抗震设计中的建筑实际条件（建筑区域地质、地基深浅、建筑材料、建筑高度等）、抗震类别等决定了建筑结构体系的选择，再通过各体系间经济、技术等对比，可确定最终的建筑结构体系。确定结构体系对抗震整体分析有着不可替代的重要作用。拥有地震传递与作用途径、计算简图，能够把控地震的作用力并分析出作用力的传递方向，达到预防地震来袭并在一定程度地避免了对建筑物迫害的作用。
2.建筑结构抗震构造的关键措施
要提升建筑结构的`抗震效果，必须要采取一定的构建措施。本文介绍了：设置防震缝、增设构造柱、设置圈梁三种防控地震的构建建筑的措施。具体措施介绍如下。
2.1设置防震缝
在抗震地区，建筑物立面高差≥6m、建筑物有错层、楼板间错层高度差很大、或是建筑物各组件间硬度或重量差距过大时，需要设置防震缝。防震缝的作用就是将建筑整体划分成若干个体单元，使这些个体单元的刚度以及重量均匀，从而降低地震对建筑物的破坏程度。防震缝一般设置于地基之上，宽度基本在50～100mm内取值。
2.2设置构造柱
为增强抗震能力，加强建筑材料强度与剐度分别在建筑物拐角、墙根部、隔断、高墙体中部、楼梯以及电梯间等位置设置构造柱，并通过圈梁、构造柱与墙体三体之间紧密相连构造出稳固的空间骨架，大大提高了建筑物强度及稳定性，也对墙体的应变能力得以提升，使建造出的建筑物达到“裂而不倒”的高标准要求。建筑施工过程中需要按照“砌墙→逐段柱身”的顺序来进行工程搭建，在柱身过程中需要现浇钢筋混凝土，使之更加坚固，在构造柱时，要做好根基，在柱下固定钢筋混凝土，保证其根基稳定，柱的截面应≥180mm×240mm，主筋采用一般规格：4×412mm，箍筋间距应≤250mm，墙柱间沿墙高每≤250mm增设4×46mm的钢筋加以连结（嵌于墙内钢筋需≥1m）。
2.3设量圈梁
需要圈梁来配合楼板进行搭建是提高建筑物空间的刚度，加强空间整体性，巩固墙体稳定性，减少开裂情况，提高抗震能力的必要措施。圈梁的材料有两种可以选择：钢筋砖与钢筋混凝土。钢筋砖圈梁用于地震低发区的非抗震区域；钢筋混凝土则相反用于抗震地区，它的宽度基本和墙体厚度相当，高一般≥120mm，其最小横截面为240mm×120mm。抗震地区建筑建设中圈梁务必完全闭合，保证不能被洞口截断。
3.结语
建筑结构的抗震设计的优劣，是衡量工程质量的重要因素，为建筑质量作以保障。建筑结构的抗震设计直接影响的是建筑寿命，而间接影响的是建筑承纳人员的生命安全以及建筑单位的经济效益。所以，建筑结构抗震设计的整体思想必须遵循：避开不利区域选择合理的建筑建设地区（了解建筑施工地区的实地情况）、进行全方面合理设计（工程人员与设计人员的协调设计、建筑外形设计）、通过总结与对比选定合适的结构体系，结合最佳抗震技术，把握建筑建设过程中抗震的重点措施。根据上述设计思想，才能够完全保障建筑结构的抗震效果。
参考文献
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1超高层建筑
超高层建筑高度要求与结构类型和抗震烈度密不可分，超高层结构设计要进行两种方法以上的抗震核算，并且进行抗震设防专项审查。世界超高层建筑有迪拜哈利法塔，高828m；广州塔，高600m、上海环球金融中心，高492m等。超高层建筑因其超高的高度而具有不同于普通建筑和高层建筑的特点。首先，对于超高层建筑，传统的砖、石等材料已难以适用，其结构类型也更具选择多样性，如钢筋混凝土结构、全钢结构和混合结构等。其次，超高层建筑的垂直交通与消防，由于其超高的高度，较依赖于垂直交通，同时也给消防增加了困难，这就要求超高层建筑的每一层都需设置灵敏的烟雾报警器、自动喷淋和适当的避难所。最后，超高层建筑通过对风作用效应、重力荷载作用效应、施工过程的影响、空间整体工作计算、结构整体内力与位移、抗震性能等设计计算分析，进而提高超高层的抗震性和安全性。
2超高层建筑结构抗侧刚度设计与控制
为了提高超高层建筑的抗震性，其足够的结构侧向刚度必不可少。足够的结构侧向刚度不仅可以保障建筑物的安全性、抗震性，还可在一定程度上有效抵抗建筑结构构件的不利受力情况及极限承载力下的安全稳定性。设计超高层建筑的结构抗震侧向刚度，应重点从其结构体系和刚度需求进行。
2.1结构设计。结构初步设计根据建筑高度和抗震烈度确定高度级别和防火级别。超高层结构设计首先满足规范要求的高宽比限值和平面凹凸尺寸比值限值，其次控制扭转不规则发生：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，扭转位移比不大于1.4；最大层间位移角不大于规范限值的0.4倍时，扭转位移比不大于1.6；混凝土结构扭转周期比不大于0.9，混合结构及复杂结构扭转周期比大于0.85。最后设计过程中严格控制偏心、楼板不连续、刚度突变、尺寸突变、承载力突变、刚度突变等现象。满足结构设计规范的同时，还应考虑建筑师的设计意图和功能需求，同时满足设备专业设计要求。结构平面的规整程度直接影响着抗震设计的强弱，尽量采用筒体结构，以使得承受倾覆弯矩的结构构件呈现为轴压状态，且其中的竖向构件应最大程度的安置在建筑结构的外侧。各竖向构件和连接构件的受力合理、传力明确，降低剪力滞后效应，杜绝抗震薄弱层产生。
2.2结构侧向刚度控制。超高层建筑的抗震性能设计主要与结构侧向刚度的最大层间位移角和最小剪力限制相关。对于层间位移角限值，其是衡量建筑抗震性的刚度指标之一，地震作用应使得建筑主体结构具有基本的弹性，保证结构的竖向和水平构件的开裂不会过大。同时，因超高层建筑的底部楼层、伸臂加强层等特殊区域的弯曲变形难以起主导作用，所以应采取剪切层间位移或有害层间位移对其变形进行详细的分析与判断。对于最小地震剪力，其最重要的两个影响因素是建筑结构的刚度和质量，当超高层建筑难以达到最小地震剪力要求时，设计人员应该结合具体情况适度的增加设计内力，提高其抗震能力和稳定性，然而，当不能满足最小地震剪力时，还需通过重新设计或调整建筑结构的具体布置或提高刚度来提高建筑物在地震作用下的`安全性，而非单纯增高地震力的调整系数。
3超高层建筑的性能化抗震设计
超高层建筑的抗震性能设计，国内主要根据“三个水准，两个阶段”，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。超高层建筑来说，其建筑工程复杂、高度极高、面积大、成本高，一旦受到地震损害，其损失程度会更高，因此，必须充分考虑各方理论、实际情况和专家意见，兼顾经济、安全原则，定量化的展开超高层建筑的性能化抗震设计。同时，相关文件虽针对超高层建筑结构的性能化设计制定了较具体且系统的指导理念，涉及宏观与微观两个层面。但是，由于结构构件会受到损坏，且损坏与整体形变情况的分析计算都需进行专业的弹塑性静力或动力时程计算，而目前我国尚未形成相关的定量化的评价体系，因此，设计人员应在积极参考ATC-40和FEMA273/274等规范。此外，对于弯曲变形为主导的建筑结构，在大震作用后应尤其注重构件承载力的复核。
4超高层建筑多道设防抗震设计
除了上述注意事项外，针对超高层建筑进行抗震性设计时，还因注重设计多道的抗震防线。多道抗震防线是指一个由一些相对独立的自成抗侧力体系的部分共同组成的抗震结构系统，各部分相互协同、相互配合，一同工作。当遭遇地震时，若第一道防线的抗侧移构件受到损害，其后的第二道和第三道防线的抗侧力构件即会进行内力的重新调整和分布，以抵御余震，保护建筑物。目前，我国超高层建筑主要依靠内筒和外框的协同工作来达到提供抗侧刚度的目的，包含两种受力状态：首先，建筑的内外结构通过楼板和伸臂析架来协调作用，进而使得外部结构承受了较多的倾覆弯矩和较少的剪力，而内筒则承受了较大的剪力和一些倾覆弯矩，广州东塔就是此受力方式的典型；其次，以交叉网格筒或巨型支撑框架为代表的建筑外部结构，其十分强大，依靠楼板的面内刚度，外部结构即可同时承受较大的倾覆弯矩和剪力，如广州西塔。
5结语
综上所述，超高层建筑的抗震性能不仅关乎着建筑工程的投资，还威胁着人们的生命财产安全，因此，设计单位和相关工作人员必须树立正确的观念，积极学习并引进国内外的先进理念和设计，不断提升自身的设计水平，为促进超高层建筑的发展奠定基础。
近些年来，建筑业有了突飞猛进的发展，城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言，高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外，还必须控制由风荷载（或地震水平作用）所产生的侧向位移，防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏；控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应，以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。
一、高层结构概念设计
（一）高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析，对于复杂的高层，例如多塔机构也可以把它分成几块，分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题，然后组合起来。首先，在方案阶段（I），可以把基本设计方案概念化，建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系；高宽比与抗倾覆；承载力和刚度；并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成，因此在初步设计阶段（Ⅱ），要扩展方案，把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来，进行基本水平和竖向分体系的总体设计，从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的.第Ⅲ阶段，即施工图设计阶段，处理一维的构件设计，具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图，对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构，可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件，承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力，或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合，趋向于既可能将它推倒（受弯曲），又可能将它切断（受剪切），还可能使它的地基发生过大的变形，使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言，结构体系要做到不使建筑物发生倾覆，其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断，其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限；对抗剪切来说，结构体系要做到不使建筑物被剪断，其剪切侧移不超过弹性可恢复极限；对地基和基础来说，结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形，地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力，并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载，使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态，就会导致建筑物中的人有震动的感觉，使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害，还会使非结构构件（如玻璃窗、隔墙、装饰物等）断裂，甚至危及屋外行人的安全。所以，高层建筑结构要避免过大的震动。例如：在建造机关事务局12层的办公综合楼，它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱，横行柱距为18m，纵向柱距为6m，中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式，进行结构方案优选，分析两种结构方案：一种为仅由核心筒承受水平力，外柱仅承受大部分竖向荷载，不抵抗水平力，梁和柱铰接；一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架，来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中：筒井所受的风荷载为1。4×6×8=67。2KN/m，竖向荷载近似为15120KN，井简墙自重为6×36×（6+12）×2=7776KN，可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67。2×36×18/22896=1。9m，超过核心范围（6/6=1m），不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固，才能避免基础向上抬起。在方案二中：由横行跨度的框架承担全部水平力。因此，在一个方向风荷载作用下，总框架一侧柱子受压，另一侧柱子受拉，并可近似求得总压力或拉力为：67。2×36×18/18=2418。2KN，大致由每侧9根柱子平均分担2419。2/9=268，8KN/柱<7×3×9×10=1890KN，即比每根柱所承受的恒载小很多，基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好，应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析，下一步就考虑采用什么结构体系，有下面几种高层建筑结构体系可供选择，其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点，结合高层概念设计的三维层次考虑，选取合适的结构体系或其组合体系。
（一）框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由梁联系起来，形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时，可用隔断分割成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙采用非承重构件，可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大，抗侧力能力差，水平荷载作用下会产生较大的位移，地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构，可以达到比较好的经济平衡点。
（二）剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3—8m，现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求容易满足，适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好，在历次的地震中，都表现了很好的抗震性能，震害较少发生，程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大，平面布置不灵活，而且不宜开过大的洞口，自重往往也较大，不是很能满足公共建筑的使用要求，而且其成本也较大。
（三）框架一剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力（有时可以达到80%~90%），是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙，其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件（隔墙和外墙）的损坏。这样无论在非地震区还是地震区，都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活；内筒采用滑模施工，外围的框架柱断面小、开间大、跨度大，很适合现在的建筑设计要求。
（四）筒中简结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。通常简体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种简体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。简中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系，但是由于它需要密柱深梁，当采用钢筋混凝土结构时，可能延性不好，而且造价昂贵。
除了上述的几种结构体系外，还有其他一些结构体系，如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步，会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习，从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。
1高层建筑结构超限设计与普通高层建筑的区别
一是层数和高度的增加，竖向荷载也不断加大，墙、柱结构面积也随之相应的增加。
二是由于高度的增加，超限结构的水平荷载急剧增长，风力随着各层作用点高度的增加而不断加大，重力荷载代表值、各层作用点高度及构件截面刚度也会导致地震作用的加大，结构受力的主要思想因素来自于水平荷载。
三是随着高层建筑层数的增加，所累加的效应也会越来越明显。而且在这其中还会由于压缩变形差而导致节点附加弯矩、倾覆弯矩所产生附加轴力，这也是超限结构设计时不可忽视的重要因素。
四是层数的增加，导致需要调整的系数也加大，构件内力变形、位移值和位移比的控制难度都会有所增加，从而需要对其抗震等级进行提高。
2高层建筑结构超限设计的主体因素
2.1基于性能的抗震设计能否满足抗震性能目标
在高层建筑结构抗震设计中，通常分为小震、中震和大震作用下的抗震设计，计算分析方法也具有一定的区别。通常利用振型分解反应法或是弹性动力时程法来对小震作用进行计算分析；而中震则利用弹性计算和结构构件屈服判断分析法来对其抗震性能进行计算；在大震设计时，则利用静力弹塑性一Pushover推覆分析及动力弹塑性来对进行计算。利用这些计算方法可以有效的对各阶段所要实现的抗震目标进行判断，确保结构的安全性。
2.2考虑可能的风载作用控制并验算风作用下舒适度
通常情况下在对抗震超限审查项目中并不包括风荷载作用。但对于高层超限结构工程来讲，由于其高度与正常高层建筑的高度超出较多，这就会导致风起到较大的控制作用。所以需要在高层超限结构中对风载进行必要的分析。在具体分析过程中，需要通过风洞试验的数据对超高层建筑受相邻超高层建筑物风扰的影响进行分析，根据其横风作用的大小来采取必要的控制措施。在对横风和顺风作用进行超限计算时，需要将两个方向的风压值都要与放大系数1.3相乘，从而计算出相应的位移和强度，从而进一步对可能起控制的横向风作用进行有效控制，确保在风作用下高层超限结构设计的最佳舒适度。
2.3根据高层超限结构构件和刚度需求分析温差效应
目前高层结构采用的都为竖向构件筒体，桩截面和刚度都较大，这就导致就会导致在混凝土浇筑过程中楼盖梁板在水平方向上温差变形会有较大的约束力产生。从而导致相应约束力产生，即水平温差效应。所以在实际设计过程中需要对混凝土终凝时的温度差值所可能对结构带来的附加内力影响进行充分的考虑。
2.4针对超限分析要考虑混凝土徐变收缩对结构的影响
混凝土自身固徐变收缩的特性，但钢结构则不存在这个问题，但当混凝土附着在钢结构上时，随着时间的持续，则会导致徐变变形的发生。同时作为超限高层建筑，由于其竖向构件高度较大，这就会导致其徐变变形累计数量较大，而且同时还会有收缩变形发生，在这两种叠加变形的作用下，会导致超高层建筑竖向构件后期的塑性变形达到较大的一个量级，导致其超出荷载直接发生弹性变形，从而对部分结构构件或是非结构构件带来较大的影响。所以在实际设计过程中，需要对这种徐变收缩进行量化分析，对其可能导致的不利影响进行评估，根据分析的结果来对是否需要采用相应的对策进行判断，确保超限高层建筑的质量。
3高层建筑结构超限设计中主体问题的解决措施
对于超限高层建筑，其对于抗震性能进行设计时，需要采用科学合理的设计方法从而对高层建筑结构在大、中、小三个地震级别的抗震性能进行具体的分析和判断，对于竖向荷载及风载的作用，则需要在设计和计算时确保所选择的.方法的规范性。从而有效的确保结构构件的弹性，确保其在小需作用下结构具有良好的弹性和完好性，不会有损伤发生，使结构在小震中具有较好的抗震性能。
在对中震作用下结构的弹性进行计算时，需要利用地震反应谱曲线来对中震弹性进行计算，由于需要在计算中对各项系数进行确定，所以可以将荷载、材料及城市承载力调整等各项系数都取1.0为准，而在计算过程中可以不对地震作用下内力放大调整进行考虑，其标准值可以根据材料的强度来进行选取，以构件地震作用组合效应小于强度标准值计算的抗震承载力为标准，在这种情况下，则可以做到中震作用下，高层超限结构具有良好的不屈服性，具有较好的抗震性能。
竖向构件及与外框柱及内筒剪力墙面内相交的主要框架梁均不出现屈服，梁均不出现受剪屈服，在小震及屈服判别地震作用1时，所有梁不出现受弯屈服；在判别地震作用2及中震时，核心筒连梁仅出现程度较轻的屈服（主要表现为面筋配筋率略>2.5%），可判断为轻微的损伤；另，右侧的边框架梁在中震下也出现轻微屈服，经将梁宽度适当加大后，即可满足该梁中震不屈服。
实际设计时，将按小震和中震两者的较大值对构件进行配筋，这样则能实现中震作用下结构“重要构件不屈服，其他构件部分允许受弯屈服，可修复使用”的第二阶段抗震性能水准。对大震作用，则可以采用相应软件对结构进行静力弹塑性分析（Pushover）及用接口程序BEPTA进行模型的前处理和准备工作后通过分析软件对结构进行动力弹塑性分析。按弹塑性程序计算所反映的塑性发展程度来对构件以至整个结构进行相应的性能评价。高层建筑超限结构设计，为了确保其安全性，在对其抗震进行超限审查时，还需要通过对风载、温差和混凝土徐变收缩可能带来的影响进行深入的分析，确保真正实施高层超限结构时其性能能够得到有效的保障。
4结束语
高层建设超限结构设计，在设计过程中除了利用软件和模拟分析外，还需要对主体结构需要承受的荷载、风载和地震等作用进行综合考虑，对混凝土徐变收缩可能带来的诸多影响因素进行计算，从而更好的确保高层超限结构设计的质量。
在建筑安全与使用保障方面，高层建筑的结构施工具有重要的影响作用，而高层建筑结构施工通常非常复杂，而且工程量十分庞大，需要多领域专业，涉及大量的分项工程，这就导致施工需要面临很大的难度，如下笔者主要结合三个方面研究高层建筑结构施工技术相关要点展开探讨。
1高层建筑在结构施工方面的特点
1．1地基处理技术复杂
高层建筑施工需要把握这样的基础:首先高层建筑必须达到整体稳定性，这一点一定要保证。因此，高层建筑在地基处理方面相关技术特别复杂。通常条件下，埋置高层建筑的地基在深度方面需要达到建筑高度的8．5%，如果选用的方式为桩基方式，埋置深度至少要高过建筑物高度的6．7%。换而言之，即高层建筑在稳定性方面一定要保证，因此地基处理技术非常复杂，如果高层建筑是建设在软土层上的，因为可供选择的施工方案不止一个，要是方案的选择有一定的差异，这容易造成工期与工程造价方面也出现差异。
1．2高技术与高作业
高层建筑势必在高度方面相当高，因此必然涉及大量的垂直运输作业。普通建筑施工与高层建筑施工比较，高空作业量大成为最突出的特点。高空作业必定涉及建筑人员、建筑材料、相关设备等方面的垂直运输工作，这一方面的工作必须妥当安排好，尤其要做好高空坠物事故的安全防护，有效保障好高空作业者的人身安全，高层建筑建设是一项高危工作，一定要在安全方面做好防护与预防，这样才能达到防患于未然的效果。在国内，从低层建筑与高层建筑建设需要的材料比较来说，明显存在很大的差异。低层大部分采用砖混材料，而高层建筑物大部分采用钢筋混凝土，开始呈现出向钢混结构发展的趋势。钢筋混凝土大部分采取现浇的方式，因此建筑施工需要面对的难度很高。
1．3高层建筑施工离不开各个方面的共同协作
高层建筑的突出特点主要体现在结构特别复杂、工程量狠大、技术含量高等方面。同时，国内目前的高层建筑大部分是同步展开准备环节、设计环节、施工环节，所以参与到实际工程建设中有很多单位，因此要想保障工作效率，一定要加强相互质检的合作与协调。1．4高层建筑需要很长的施工时间通常条件下，不管是低层建筑还是高层建筑都需要大约10个月的建设工期。但因为高层建筑工程量庞大，技术含量比较高，会明显受到季节因素的影响，因此从其平均工期来看通常都特别长，基本都要超过两年。目前国内为了实现高层建筑施工工期的缩短，采用的方法主要有建筑架构、缩短装饰的方式。要是采用的模板体系不一样，那么耗费的时间势必会有一定的差异，因此需要结合实际确定恰当的模板体系，这对于有效缩短工期是非常有效的。
2模板工程施工
2．1关于柱模板方面
在对柱模板进行安装的时候，在楼板上面将边线与轴线弹出，接着和边线第一片安装侧纵板相互对准，同时还要增置临时支撑或者临时固定铁丝和柱主筋，将他们进行绑扎，接着对第二片柱模立即安装，为了有效防止发生漏浆的情况，将两厘米后的海绵条黏贴到接缝位置，然后按照顺序对第三片、第四片侧纵板安装，做好链接，用线锤对垂直度做好校验，以螺栓有效完成它们之间的连接，对柱套箍遵照自下而上的顺序进行安装，让它们能够保持方桶型。对柱模的垂直度偏差、轴线位移进行校验，最后确保其牢靠结实，做好固定。
2．2关于墙模板方面
在安装墙模板过程中，第一步需要对墙中心线与墙的边线弹出，安装顺序需要遵照先横墙，之后再安装纵墙的原则，依据顺序把一个流水段的.内墙正号模板向安装处移动，对模板位置进行调整，以墙中心线与模板的起止线为参照依据，同时对模板的水平度、垂直度、标高进行校正，依靠钢管完成就位以后，需要第一时间扭紧螺栓。对反号模板开始安装，对它的水平度、垂直度、标高完成校对以后，把两个模板用穿墙螺栓使劲锁紧，模板接缝一定要确保非常严密，浇筑砼时要防止发生漏浆的情况。依据一样的方法，对外墙外侧模板与内侧模板依次安装同时做好校正，最后对墙模和侧模之间，墙模之间、施工缝的位置是不是有缝隙存在做好检查，确保相关位置能够严密连接，非常可靠，而且牢固结实。
2．3关于梁模板方面
在没有对梁模支架开始安装前，将垫板铺设到梁模下方地面上。通常采用双排来支撑，间距的范围在0．5米至1．0米比较理想，通常在支撑上方位置与梁底短钢管连接固定，支撑之间大约每隔1．5米的距离，设置一个纵横水平联结杆，此外还要与满堂架子拉结，对大体积深梁一定要进行剪刀撑设置，并对相关连接件重视做好检查，确保其牢固完整。楼层间的上支座与下支座之间需要保持位于相同的直线上。
3钢筋工程施工方面
3．1对钢筋原材料一定要严格把控好质量
在没有开始高层建筑结构施工以前，在钢筋采购方面，需要对其质量以及性价比综合展开对比，选择具有较好信誉、钢筋具有稳定性能、具有较好质量的生产厂家，在供应商选择方面同样要青睐那些具有良好信誉，能够及时供货的。钢筋原材料需要与现行的标准、设计规范、设计要求相符合，每进购进来一批钢筋，都需要对其的质量报告、产品合格证等材料严格检查，在外观质量方面做好检查，钢筋外观必须保证没有损伤、保持平直，同时要在现场进行抽样，展开力学性能方面的检验。
3．2加工钢筋方面
(1)在钢筋工程没有施工之前，具体下料要依据图纸要求的钢筋形状、直径、尺寸、级别根数等，保护层的大小，接头的位置，都不能超出设计要求与规范。在进行钢筋制作以前，需要对其表面的氧化皮与污垢做好清除;(2)对下料单以及下料卡一定要科学编制，对具体规格、编号、形状、尺寸、具体的数量做好标示，各部位的钢筋制作件的加工需要以钢筋下料单为参考依据;同规格钢筋需要结合下料单具体长度做好科学搭配，防止发生以短尺量长料的情况，预防最终带来累积误差进而对工程质量产生不利的影响;(3)钢筋加工尺寸要想确保与设计要求与相关标准稳和，必须要有样板，在预检取得合格之后才能开始进行下一步的批量生产。
3．3安装、绑扎钢筋
(1)在绑扎、安装钢筋的筋时，需要结合相关的规范要求以及设计标准确定钢筋规格、数量、尺寸、实际位置、锚固具体长度、节点构造、连接接头，确保能够非常牢固地绑扎;(2)钢筋绑扎的准备时期一定要对配筋图、施工图全面掌握，对绑扎地点清扫，对规格直径、形状、尺寸大小，实际数量做好核对，对各部位做法做到清楚掌握，将构件的边线、中线以及钢筋位置线弹出;(3)安装、绑扎梁钢筋，受力钢筋纵向呈现多层排列的情况下，需要将直径长度是25毫米的短钢筋垫在两排相邻的钢筋之间，就纵向钢筋直径长度在25毫米的情况下，纵向钢筋规格与短钢筋直径规格是一样的。主梁与次梁出现交叉的地方，主梁钢筋处于下方的位置，次梁钢筋处于上方的位置，要是存在圈梁或着垫梁这种情况，位于上部位置的是主梁钢筋;(4)在对柱模板开始安装以前进行绑扎柱钢筋的操作，竖向钢筋具有的弯钩在方向上需要面向柱的中心，中间钢筋的弯钩与角部钢筋的弯钩同模板之间形成的角度分别是90°与45°。对箍筋的接头需要在四角纵向钢筋位置按照交错的方式布置，纵向钢筋同箍筋转角会形成一个交叉点，在这个位置一定要确保扎牢，对箍筋进行绑扎的时候，绑扣间需要保持八字形;(5)钢筋绑扎安装全部结束后，在施工阶段一定要做好防护措施，严防出现踩踏以及变形的情况，特别是要对弯起钢筋、梁、板的构造钢筋加大力度做好保护。在浇筑混凝土时，钢筋工需要跟班作业，这样才能保证做好加固与及时有效的调整。
4混凝土工程施工
(1)高层建筑的施工混凝土用量大，应尽量采用预拌混凝土和泵送混凝土;(2)高强混凝土适用于高层建筑底层柱等部位，但施工中应注意不宜使用强度过高的混凝土，以免引起收缩;(3)混凝土的浇筑时应注意每层楼按二次浇筑，分别浇筑柱和梁板。对于高度超过3m的柱子的浇筑，应在两侧开设门子板，并由其斜槽向模内灌入混凝土，按300－500mm的厚度分层浇筑，并采用高频振捣棒从顶部插入振捣。泵送混凝土时，应使料斗内始终保持有20cm以上厚度的混凝土，以防空气进入造成混凝土逆流形成堵塞。同一施工段的混凝土宜连续进行浇筑，在下一层的混凝土达到初凝前完成上层混凝土的浇筑;(4)混凝土浇筑后应及时养护，尤其要注意不能忽视墙、柱等竖向部位混凝土的混凝土。应结合季节和工程特点来选用浇水、蒸汽、综合蓄热、电热等养护方法，并覆盖薄膜等保温材料;(5)高层建筑混凝土结构标准层的楼板、梁的强度等级通常都是一致的，而板、梁的强度等级又比柱的强度低，并由下而上逐渐降低，因而节点处存在强度差，不利于施工操作，所以应采取有效措施，保证施工质量;(6)应由设计单位提出后浇带的浇筑时间和位置，并同施工方商量;后浇带宜选用早期，补偿收缩混凝土浇筑，浇筑混凝土前，应将后浇带表面清理干净，浇筑后也需对表面进行覆盖养护。
5结束语
以上三个方面是高层建筑结构施工的技术重点，也是难点，所以我们建筑工程技术人员一定要掌握好这三个方面的施工技术要点，做好施工质量管理，严格按照设计及规范施工，确保高层建筑结构的质量。
作者:胡阳琛 单位:厦门市斯特安装饰工程有限公司
参考文献:
［1］李珺．高层建筑结构施工技术要点［J］．山西建筑，，33(2)．
［2］袁廷伟，蒋根谋，杨克．高层建筑主体结构施工过程仿真分析［J］．华东交通大学学报，(3)
高层建筑结构管理的论文
摘要：高层建筑结构嵌固端的确定对结构计算结果的真实性和准确性有很大的影响，因此正确选取结构嵌固端并对其在结构布又和配筋构造方面给予一定的必要保障，是结构设计中的一个重要环节。本文对高层建筑结构嵌固端的选择进行了探讨，并引伸出若干值得思考及解决的相关问题。
关键词：嵌固端首层地面刚度比地下室基础埋深
1.引言
高层高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况，如不设地下室但基础埋深较大；没有地下室但其层数或多或少，且基础形式不同等。根据以上情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨，并由此引伸出若干相关的技术问题。
2．结构嵌固端的条件
高层高层建筑的结构嵌固端通常是选择在地面标高处，但地面标高处要真正成为结构嵌固端是有条件的，而且在输入首层计算高度时还有许多讲究。
2．1设有地下室时的条件
(1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端，除非其高差仅为1—3级台阶高度时才可能考虑；
(2)地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成元梁楼盖)，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度；
(3)地下室侧壁要有良好的侧限，即必须与“地球”有良好的接壤，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。
对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求，假设满足《抗震规范》第6．1．14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求，对于高层建筑来说，由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量，上述要求仍很难满足。就此要求而言，则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端，而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。
2．2不设地下室时的条件
高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不宜提倡的。
(1)不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，故首层层高应从基础面算起；
(2)若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面，则上部结构无从形成嵌固端，也即结构计算简图不成立，设计上显然是不允许的。
以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。
3与嵌固端相关的技术问题
结构嵌固端的形成或者说上部结构对嵌固端的要求，在工程设计中还可引伸出若干相关的技术问题及其正确的设计方法，以下将分别探讨。
(1)单层地下室
当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造条件，即使是首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不影响结构计算的准确性。此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。即使单层地下室底板是以桩为基础的普通梁板结构，一般情况下仍然取底板处为结构嵌固端，唯一例外的是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其作为上部结构的嵌固端。
(2)投影面积比例
高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例大小对首层作为嵌固端的结构有着不同的影响。当该比例*1时，若首层楼面符合作为嵌固端的其它条件，则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了，但当上述投影面积比例》1时，说明地下室侧限远离塔楼，塔楼发生的侧向位移将波及首层楼面并使其发生变形，即使变形量很小，但严格说来首层作为嵌固端的刚度必然小于前一种情况，且变形又增大了上部结构侧移的计算值，同时首层骨架构件也会由于自身的变形而产生附加内力。作为有经验的结构工程师，在实际设计中都会根据工程实际情况予以鉴别并作出相应的结构处理。
(3)大底盘多塔楼
大底盘多塔楼大多为商住楼，而且由于商用及居住性质不同，对柱网的要求也不同，故通常需设置结构转换层。当大底盘的商用部分层数不多(如仅1—2层)，且结构转换层设于大底盘的屋顶标高处时，塔楼的嵌固端就可考虑取在大底盘的屋顶处，至少在塔楼初算时可以如此假定，如图3所示。这一考虑基于以下两点：
①既然属大底盘，其楼层面积肯定大于塔楼的投影面积，加上大底盘屋顶设置转换层，故大底盘的楼层平面刚度远大于塔楼的楼层刚度；
②转换层之上通常为剪力墙、部分短肢剪力墙或异形柱一短肢剪力墙结构，为使转换层上下部的侧向刚度相近，大底盘部分肯定要将原位剪力墙增厚或增加新的剪力墙，从而使塔楼下的大底盘部分具有足够的侧向刚度。目前高层建筑结构计算软件的功能已较为完善，因此大底盘多塔楼建筑均以整体结构进行计算，其嵌固端也不像结构初算阶段选择在大底盘屋顶标高处。
(4)高层建筑的基础埋深
在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋深问题，高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的整体稳定(包括抗滑)，其次有利于减弱地震反应。规范对高层建筑的'基础埋深有一量化规定，即“天然地基或复合地基基础，可取阶15，桩基础可取阶18”，但这一规定仅与建筑物的总高月有关，而与其它因素无关。
但我们在认真思考后发现基础埋深除了与建筑物总高月有关外，还应与控制高层建筑体型重要指标的高宽比风心有关。如两栋建筑物的高度量相同，但其高宽比阶B分别为5，0和2，5，显然风／B值较小者整体稳定性更高，若采用相同的基础形式，则阶B值较大者其基础埋深应更大。换言之，基础埋深对月／B较大者应偏于严格，而对月／B较小者则可略为放松，不宜作相同处理甚至反其道而行之，否则就违背了基础需一定埋深的原则。除了高宽比风／6外，基础埋深还应与高层建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度等因素有关，对地下室面积仅为塔楼投影面积者应偏于严格，相反对没有裙房或地下室面积大于塔楼投影面积者则可略为放松。
(5)首层楼面的活载作为结构嵌固端的首层楼面(地下室顶板)，其正常使用时的活载一般不太大，即使作为商业用途，其活载也仅为3．5kN／m2，但设计中要考虑施工过程中可能产生的施工荷载，对于首层梁板构件取活载8．0—10．0kN／m2则往往是必要的。
当高层建筑主体结构建至2层楼面时，首层地面自然而然就成为理想的施工场所，或用于堆放材料(袋装水泥、砌块、搭架钢脚手架等)，或用于钢筋加工，甚至作为载重汽车的行驶停放场等，即使是临时荷载，其楼面活载也就有必要取较高值(该活载值仅作用于该层梁板，并不需传给竖向构件的墙柱)。
此外，该层楼板配置通长面筋，不仅是出于增大刚度的考虑，而且是抵抗混凝土收缩和温度应力的需要，特别是由于开发商的原因可能导致地下室顶板完成后要裸露一段时间(从几个月到几年不等)，为了防止或减少由于暴晒或暴露时间过长而产生的裂缝，配置足够的楼板面筋尤为必要。首层楼面考虑较大的施工荷载，其梁板截面就需较大，有利于满足首层楼面作为结构嵌固端刚度要较大的要求。
4结束语
在高层建筑结构设计中，无论选择哪个部位作为结构嵌固端，都可以通过结构计算程序获得准确的计算结果，但我们期望的是计算结果较真实地反映结构的实际情况。为了达到这一目的，结构计算时输入正确的参数和数据固然相当重要，但结构嵌固端的确定对结构计算结果的影响也相当大，因此重视结构嵌固端的确定并非微不足道，且在嵌固端确定后设计中如何保证其成为真正的嵌固端，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。
［论文关键词］高层建筑；结构特点；结构体系
［论文摘要］文章分析高层建筑结构的六个特点，并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。
我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：
（一）水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
（二）侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。
另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
（三）抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
（五）轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的.高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
（六）概念设计与理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
二、高层建筑的结构体系
（一）高层建筑结构设计原则
1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。
2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
（二）高层建筑结构体系及适用范围
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。
1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。
框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。
框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。
框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。
剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。
在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。
3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：
（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。
（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。
（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。
（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。
除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。
1.1高层建筑结构类型分析
高层建筑结构选型决定高层建筑的整体安全性和可靠性。常见的几种结构可类型为分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。①框架结构主要是由梁柱、楼板等部分组成，根据建筑功能的需求，完成对平面框架的布置。框架结构造价低，但在水平荷载影响下变形较大，抗震效果不佳；②框架-剪力墙结构，高层建筑中，剪力墙主要布置在电梯间，通过核心筒承担水平荷载，抵抗地震力，整体稳定性高。但是框架剪力墙结构容易受到平面布局限制，出现质心和钢心不重合的现象，结构扭转过大，可能会出现的安全隐患；③剪力墙结构，具有较好强竖向和水平向的承载能力，对高层建筑的整体刚到和稳定性具有显著的提升效果，重点在于剪力墙的布置及自重的控制；④筒体结构，在电梯间及建筑外围布置剪力墙，形成筒体，该结构具有更高的刚度。
1.2高层建筑结构选型的影响因素
高层建筑结构选型，除了受建筑需求影响外，其主要因素可归纳为：①环境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型,其中建筑体型包括平面体型和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成,立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成；③建筑使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅,由于其使用空间较小,分隔墙体较多,且各层的平面布置基本相同,因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构；④结构抗灾水平及现场施工、后期使用、运营维护等。
1.3结构选型实施案例
本章节以某工程为例，该工程中主要包含的高层住宅和多层商务办公两部分，建筑的`总占地面积95388.440m2，其中工程中主要以1号楼、2号楼、3号楼为高层建筑，且楼层均为36F，其中且高度分别为117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用钢材、混凝土等材料。本章节以1号楼为研究对象，1号楼拟建楼层36层，设防烈度7度，基本风压0.75KN/m2，场地Ⅱ类。建筑对称布置，平面规则，其空间分隔小，隔墙多，且各层平面布置基本相同。通过考虑其竖向、水平向荷载、造价施工方面等因素，本工程采用剪力墙结构，通过合理布置剪力墙，控制结构的整体刚度及侧向位移等，使结构更安全、更稳定、更经济。
★ 建筑结构抗震论文
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