高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計論文精品(七篇)

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篇(1)

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層 高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 高層建筑設(shè)計 轉(zhuǎn)換層設(shè)計

中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

一．引言

隨著我國現(xiàn)代高層建筑高度的不斷增加，建筑的功能也日趨復(fù)雜，在高層建筑豎向立面上的造型也呈現(xiàn)多樣化。在某些建筑結(jié)構(gòu)中，通常會要求上部的框架柱或是剪力墻不落地，在建筑結(jié)構(gòu)中需要設(shè)置較大的橫梁和桁架來作為支撐，甚至有時要改變豎向的承重體系，此時就要求設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，將上部和下部兩種不同的豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行過度和轉(zhuǎn)換，通常這種轉(zhuǎn)換構(gòu)件占據(jù)約為一至二層，這種轉(zhuǎn)換構(gòu)件即為轉(zhuǎn)換層。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在很大程度上改變了建筑的結(jié)構(gòu)體系，在進(jìn)行設(shè)計時要慎重考慮。

二.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大,上部樓層受力較小,正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大、墻體多、柱網(wǎng)密,而到上部則逐漸減少墻體及柱的布置,以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣,結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此,為了適應(yīng)建筑功能的變化,就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件,部分豎向構(gòu)件在轉(zhuǎn)換層處被打斷,使豎向力的傳遞被迫發(fā)生轉(zhuǎn)折,而轉(zhuǎn)換層就是實現(xiàn)轉(zhuǎn)折功能的大型水平構(gòu)件。轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式一般有以下幾種構(gòu)成：箱式轉(zhuǎn)換、梁式轉(zhuǎn)換、空腹桁架式轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換、板式轉(zhuǎn)換和斜撐式轉(zhuǎn)換等。 帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑是一受力復(fù)雜、不利抗震的結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)及其支撐系統(tǒng)有自身的特點(diǎn)。眾多高層建筑采用梁式轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,這主要是由于:

1.轉(zhuǎn)換層設(shè)計帶轉(zhuǎn)換層的多高層建筑,轉(zhuǎn)換層的下部樓層由于設(shè)置大空間的要求,其剛度會產(chǎn)生突變,一般比轉(zhuǎn)換層上部樓層的剛度小,設(shè)計時應(yīng)采取措施減少轉(zhuǎn)換層上、下樓層結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及承載力的變化,以保證滿足抗風(fēng)、抗震設(shè)計的要求。轉(zhuǎn)換構(gòu)件為重要傳力部位,應(yīng)保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件的安全性。2.8度抗震設(shè)計時除考慮豎向荷載、風(fēng)荷載或水平地震作用外。還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響,轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用,可采用反應(yīng)譜方法或動力時程分析方法計算;作為近似考慮,也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1。

2.經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從抗剪和抗沖切的角度考慮,轉(zhuǎn)換板的厚度往往很大。一般可2.0m~2.8m 。這樣的厚板一方面重量很大,增大了對下部垂直構(gòu)件的承載力設(shè)計要求,另一方面本層的混凝土用量也很大。

轉(zhuǎn)換梁常用截面高度為1.6~4.0m,只有在跨度較小以及承托的層數(shù)較少時才轉(zhuǎn)換梁常用截面高度0.9~1.4m,而跨度較大且承托較大且承托的層數(shù)較多時,或構(gòu)件條件特殊時才采用較大的截面高度4.0~8.2m 。

3.抗震性能

由于厚板集中了很大的剛度和質(zhì)量,在地震作用下,地震反應(yīng)強(qiáng)烈。不僅板本身受力很大,而且由于沿豎向剛度突然變化,相鄰上、下層受到很大的作用力,容易發(fā)生震害。以往的模型振動臺試驗研究表明,厚板的上、下相鄰層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯裂縫和混凝土剝落。另外,試驗還表明,在豎向荷載和地震力共同作用下,板不僅發(fā)生沖切破壞,而且可能產(chǎn)生剪切破壞,板內(nèi)必須三向配筋。

4.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的基本功能

從結(jié)構(gòu)角度看，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的功能主要有：

(1)上、下層結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換

這種轉(zhuǎn)換層廣泛用于剪力墻結(jié)構(gòu)和框架--剪力墻結(jié)構(gòu)，將上部的剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架。

(2)上、下層結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有改變，但通過轉(zhuǎn)換層使下層柱的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)，這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的入口。

(3)下、下層結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)同時轉(zhuǎn)換

上部樓層剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層改變?yōu)橄虏靠蚣芙Y(jié)構(gòu)的同時，下部柱網(wǎng)軸線與上部剪力墻的軸線錯開，形成下、下結(jié)構(gòu)不對齊的布置。

5.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在的問題

目前在多、高層建筑中，絕大多數(shù)的開發(fā)商都會要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設(shè)計中也往往首先想到采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來完成上、下層建筑物功能的轉(zhuǎn)換。但一些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實際進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設(shè)計思路、設(shè)計原則來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。造成這種現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)前轉(zhuǎn)換層設(shè)計沒有相關(guān)的可遵循的設(shè)計準(zhǔn)則，使設(shè)計人員難以進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結(jié)果應(yīng)用以及配筋方法的實施等一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟。這種現(xiàn)狀與我國當(dāng)前高層建筑的迅猛發(fā)展足不適應(yīng)的。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層具有與一般結(jié)構(gòu)層相比結(jié)構(gòu)重量大、結(jié)構(gòu)層剛度大、幾何尺寸超大、受力復(fù)雜等特點(diǎn)。這樣的尺寸和重量意味著轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)組成了建筑物的主要構(gòu)件。它們設(shè)計的是否合理、安全、經(jīng)濟(jì)對整個結(jié)構(gòu)的安全性、結(jié)構(gòu)造價、施工費(fèi)用等有著重要影響?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)換層設(shè)計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉(zhuǎn)換梁，對于受力復(fù)雜的轉(zhuǎn)換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉(zhuǎn)換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設(shè)計概念小明確，設(shè)計原則不準(zhǔn)確。

三. 帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：

（1）為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設(shè)計中應(yīng)考慮使上、下層剛度比γ≤2，盡量接近1。這樣才能保證結(jié)構(gòu)豎向剛度的變化不至于太大，使上柱有良好的抗側(cè)力性能，減少豎向剛度變化，有利于結(jié)構(gòu)整體受力。

（2）盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震更有利。

（3）設(shè)計中應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部構(gòu)件中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能較好的起到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。

（4）必須控制框支剪力墻與落地剪力墻的比例，當(dāng)剪力墻較多且考慮抗震時，橫向落地剪力墻數(shù)目與橫向墻總數(shù)之比不宜少于50%，非抗震時不宜少于30%。

（5）轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻和柱子應(yīng)盡量對稱布置，梁上立柱應(yīng)盡量設(shè)在轉(zhuǎn)換梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，帶動立柱柱腳產(chǎn)生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱產(chǎn)生很大的內(nèi)力而超筋。

（6）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。轉(zhuǎn)換層位置較高時，易使框支剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層附近的剛度、內(nèi)力和傳力途徑發(fā)生突變，并易形成薄弱層，對抗震設(shè)計不利，其抗震設(shè)計概念與底層框支剪力墻結(jié)構(gòu)有較大差異。當(dāng)必須采用高位轉(zhuǎn)換時，應(yīng)控制轉(zhuǎn)換層下部框支結(jié)構(gòu)的等效剛度，即考慮彎曲、剪切和軸向變形的綜合剛度，這對于減少轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角及內(nèi)力突變是十分必要的，效果也很顯著。另外，對落地剪力墻間距的限制應(yīng)比底層框支剪力墻結(jié)構(gòu)更嚴(yán)一些。對平面為長矩形的建筑，落地剪力墻的數(shù)目應(yīng)多于全部橫向剪力墻數(shù)目的一半。

2.轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用

（1）梁式轉(zhuǎn)換層

作為目前高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式，它具有傳力直接明確及傳力途徑清晰，同時受力性能好、工作可靠、構(gòu)造簡單、計算簡便、造價較低及施工方便等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換梁不宜開洞，若必須開洞則洞口宜位于梁中和軸附近。轉(zhuǎn)換梁有托柱與托墻兩種形式，其截面設(shè)計有4種方法，即普通梁截面設(shè)計法、偏心受拉構(gòu)件截面設(shè)計法、深梁截面設(shè)計法和應(yīng)力截面設(shè)計法。轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般由剪壓比（mv=Vmax/febh0）計算確定，應(yīng)具有合適的配箍率，以防發(fā)生脆性破壞，其截面高度在抗震和非抗震設(shè)計時應(yīng)分別小于計算跨度的16和18。（2）厚板轉(zhuǎn)換層 當(dāng)轉(zhuǎn)換層上、下柱網(wǎng)軸線錯開較多而難以用梁直接承托時，可采用厚板轉(zhuǎn)換層，但厚板的巨大荷載會集中作用于建筑物中部，振動性能復(fù)雜，且該層剛度很大、下層剛度相對較小，容易產(chǎn)生底部變形集中，其傳力途徑十分復(fù)雜，是一種對抗震十分不利的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)進(jìn)行整體內(nèi)力分析、動力時程分析及板的內(nèi)力分析等。厚板的厚度可由抗彎、抗剪、抗沖切計算確定；可局部做成薄板，厚薄交界處可加腋或局部做成夾心板，一般厚度可取2.0～2.8m，約為柱距的1/3～1/5。厚板應(yīng)沿其主應(yīng)力方向設(shè)置暗梁，一般可在下部柱墻連線處設(shè)置。轉(zhuǎn)換層厚板上、下一層的樓板應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，樓板厚度不宜小于150mm。

(3）箱式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)需要從上層向更大跨度的下層進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，若采用梁式或板式轉(zhuǎn)換層已不能解決問題，這種情況下，可以采用箱式轉(zhuǎn)換層。

它很像箱形基礎(chǔ)，也可看成是由上、下層較厚的樓板與單向托梁、雙向托梁共同組成，具有很大的整體空間剛度，能夠勝任較大跨度、較大空間、較大荷載的轉(zhuǎn)換。

(4)桁架式轉(zhuǎn)換層

這種形式的轉(zhuǎn)換層受力合理明確，構(gòu)造簡單，自重較輕，材料節(jié)省，能適應(yīng)較大跨度的轉(zhuǎn)換，雖比箱式轉(zhuǎn)換層的整體空間剛度相對較小，但比箱式轉(zhuǎn)換層少占空間。

(5)空腹桁架式轉(zhuǎn)換層

這種形式的轉(zhuǎn)換層與桁架式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)相似，但空腹桁架式轉(zhuǎn)換層的桿系都是水平、垂直的，而桁架式轉(zhuǎn)換層則具有斜撐竿?？崭硅旒苁睫D(zhuǎn)換層在室內(nèi)空間上比桁架式轉(zhuǎn)換層好，比箱式轉(zhuǎn)換層更好。

四．結(jié)束語

高層建筑的迅速發(fā)展，從以往的簡單體型和功能單一的時代開始走向體型復(fù)雜，建筑的功能呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計不能簡單設(shè)置成“承上啟下”，而要在實際結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的過度和轉(zhuǎn)換。

參考文獻(xiàn)：

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篇(2)

關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)布置，概念設(shè)計

 

前言

高層建筑結(jié)構(gòu)要抵抗豎向和水平荷載，在地震區(qū)，還要抵抗地震作用。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要求有足夠的剛度，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。這樣才可以在滿足使用條件下能達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計要求。論文格式。

1 高層建筑平面布置的合理性

(1)結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。

抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。除平面形狀外，各部分尺寸都有一定的要求。首先，平面的長度比不宜過大，L/B一般宜小于6,以避免兩端相距太遠(yuǎn)，震動不同步，由于復(fù)雜的振動形態(tài)而使結(jié)構(gòu)受到損害。長矩形平面的尺寸目前一般在70-80M以內(nèi)。

為了保證樓板在平面內(nèi)有很大的剛度，也為了防止或減輕建筑物各部分之間振動不同步，建筑平面的外伸段長度C應(yīng)盡可能小。平面凹人后，樓板的寬度應(yīng)予保證，Z形平面的重疊部分應(yīng)有足夠長度。另外，由于在凹角附近，樓板容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，要加強(qiáng)樓板的配筋。在設(shè)汁中，L/R的數(shù)值7度設(shè)防時最好不超過4；8度設(shè)防時最好不超過3,C/D的數(shù)值最好不超過1.0.

(2)為了防止樓板削弱后產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中，樓電梯間不宜設(shè)在平面凹角部位和端部角區(qū)，但建筑布置上，從功能考慮，往往在上述部位設(shè)樓電梯間。如果確實非設(shè)不可 ,則應(yīng)采用剪力墻筒體予以加強(qiáng)。

(3)在高層建筑周邊設(shè)置低層裙房時，裙房可以單邊、兩邊和三邊圍合設(shè)置，甚至高層主樓置于裙房內(nèi).當(dāng)裙房面積較小，與主樓相比其剛度也不大時，上、下層剛度中心不一致而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響較小，可以采用偏置形式;當(dāng)裙房面積較大，裙房邊長與主樓邊長之比大于1.5時，宜采用內(nèi)置式。

(4) 高層建筑物設(shè)置了伸縮縫、沉降縫或防震縫后，獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元就是由這些縫劃分出來的各個部分。各獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元平面形狀和剛度對稱，有利于減少地震時由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震害。平面不規(guī)則、剛度偏心的建筑物，在地震中容易受到較嚴(yán)重的破壞。因此，在設(shè)計中宜盡量減小剛度的偏心。如果建筑物平面不規(guī)則、剛度明顯偏心，則應(yīng)在設(shè)計時用較精確的內(nèi)力分析方法考慮偏心的影響，并在配筋構(gòu)造上對邊、角部位予以加強(qiáng)。

(5)平面過于狹長的建筑物在地震時由于兩端地震波輸人有位相差而容易產(chǎn)生不規(guī)則振動，產(chǎn)生較大的震害，平面有較長的外伸時。外伸段容易產(chǎn)生局部振動而引發(fā)凹角處破壞。需要抗震設(shè)防的A級高度鋼筋混凝上高層建筑，其平面布置宜符合下列要求: 1)平面宜簡單、規(guī)則、對稱、減少偏心，否則應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)不利影響; 2)平面長度不宜過長，突出部分長度L不宜過大，凹角處宜采取加強(qiáng)措施。

(6)抗震設(shè)計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則，減少偏心。

(7)角部重疊和細(xì)腰形的平面圖形，在中央部位形成狹窄部分，在地震中容易產(chǎn)生震害，尤其在凹角部位，因為應(yīng)力集中容易使樓板開裂、破壞。這些部位應(yīng)采用加大樓板厚度，增加板內(nèi)配筋設(shè)置集中配筋的邊梁，配置45°斜向鋼筋等方法予以加強(qiáng)。

當(dāng)樓板平面過于狹長、有較大的凹人和開洞而使樓板有過大削弱時，應(yīng)在設(shè)計中考慮樓板變形產(chǎn)生的不利影響。樓面凹人和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半，樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30% ;在扣除凹人和開洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5M。且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2M。

(8)抗震設(shè)計時，當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時，宜設(shè)置防震縫將其劃分為較簡單的幾個結(jié)構(gòu)單元。論文格式。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)豎向布置的合理性

(1)歷次地震震害表明:結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外形外挑內(nèi)收等，都會產(chǎn)生變形在某些樓層的過分集中，出現(xiàn)嚴(yán)重震害甚至倒塌。所以設(shè)計中應(yīng)力求自下而上剛度逐漸、均勻減小，體型均勻不突變。1995年阪神地震中，大阪和神戶市不少建筑產(chǎn)生中部樓層嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象，其中一個原因就是結(jié)構(gòu)剛度在中部樓層產(chǎn)生突變。有些是柱截面尺寸和混凝土強(qiáng)度在中部樓層突然減小。。有些是由于使用要求而剪力墻在中部樓層突然取消，這些都引發(fā)了樓層剛度的突變而產(chǎn)生嚴(yán)重震害。

(2)抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)。其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80 %。結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不宜不連續(xù)樓層的側(cè)向剛度可取地震作用下該樓層剪力和該樓層層間位移的比值。

(3)A級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力不宜小于其上一層的80%,不應(yīng)小于其上一層的56.5%.B級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力不應(yīng)小于其上一層的75%。。（樓層層間杭側(cè)力結(jié)構(gòu)承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。）

(4)抗震設(shè)計時，當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1，不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍.。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時，下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸A不宜大于4M.

(5)中國建筑科學(xué)研究院的計算分析和試驗研究表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層相對于下部樓層收進(jìn)時，收進(jìn)的部位越高、收進(jìn)后的平面尺寸越小，結(jié)構(gòu)的高振型反應(yīng)越明顯，因此對收進(jìn)后的平面尺寸加以限制。。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和豎向地震作用效應(yīng)明顯，對抗震不利，因此對其外挑尺寸加以限制，設(shè)計上應(yīng)考慮豎向地震作用影響。

(6)結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外形外挑或內(nèi)收等，都會產(chǎn)生某些樓層的變形過分集中，出現(xiàn)嚴(yán)重展害甚至倒塌。所以設(shè)計中應(yīng)力求使結(jié)構(gòu)剛度自下而上逐漸均勻減小，體形均勻、不突變。論文格式。

(7)頂層取消部分墻、柱而形成空曠房間時，其樓層側(cè)向剛度和承載力可能比其下部樓層相差較多，是不利于抗震的結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計算分析，并采取有效的構(gòu)造措施。如采用彈性時程分析進(jìn)行補(bǔ)充計算、柱子箍筋應(yīng)全長加密配置、大跨度屋面構(gòu)件要考慮：

1)減小土的重量，降低地基的附加壓力;

2)提高地基土的承載能力;

3)減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。

3、運(yùn)用概念設(shè)計的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路得到了拓寬。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以至混凝土的等級越用越高，配筋量越來越大，造價越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實，為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢？目前在抗震設(shè)計中，隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層；加設(shè)消能支撐（類似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個“反擺”，地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對建筑物的振動加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計算理論，加強(qiáng)計算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當(dāng)必要的。因為他們是結(jié)構(gòu)設(shè)計革命的推動者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計思想是一種有效的辦法。

篇(3)

在眾多的自然災(zāi)害中，地震由于危害程度深，發(fā)生時間短，突然性強(qiáng)的特點(diǎn)，往往會給社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定帶來嚴(yán)重的危害。有研究顯示地震中人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的最主要因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害（占95%）。2008年我國汶川大地震中，我國四川盆地到處屋毀人，一片狼藉，無數(shù)次的歷史經(jīng)歷告訴我們，做好抗震防御是抗震減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。

關(guān)鍵字：高層建筑、混凝土房屋、抗震設(shè)計

引言：

我國是一個人口密度大、地域廣博的的發(fā)展中國家，同時其建筑物設(shè)計的抗震能力普遍較低，因此，如果我國發(fā)生地震將會于社會的發(fā)展和人民的健康都造成了無法彌補(bǔ)的損失。因此，建筑物的抗震設(shè)防問題是我國減輕自然災(zāi)害、保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會持續(xù)發(fā)展，特別是保障人民群眾生命安全的—個重要問題。本文中，根據(jù)自己的設(shè)計經(jīng)驗將結(jié)合我國高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)狀、建筑抗震的理論分析對高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計進(jìn)行討論。

1、我國高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)狀

地震由于其具有較強(qiáng)的突發(fā)性和隨機(jī)性，要在強(qiáng)烈晃動中保證高層建筑的穩(wěn)定性是一向很大的挑戰(zhàn)?；炷辆哂杏捕雀?、連接性好的特點(diǎn)，但是強(qiáng)烈的晃動又要求建筑物的材質(zhì)應(yīng)該是變形可收縮的，這樣就可以消耗地震的能量，提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力和整體抗震能力，防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計要達(dá)到的目標(biāo)。雖然這幾年，越來越多的研究者這在著手研究這方面的問題，但是效果并不是很理想。下面簡述一下關(guān)于我國高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中存在的問題。

1.1結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯的薄弱樓層

在對于混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計上存在明顯的不均勻性，使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強(qiáng)度特別薄弱的樓層。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震時，結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服，彈塑性變形急劇發(fā)展，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致大樓的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出現(xiàn)了高層建筑的集體彈性變形的情況。

1.2柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為突出

在地震中易造成高層建筑嚴(yán)重變形倒塌的原因是框架結(jié)構(gòu)中存在梁輕柱重的情況。如果柱頂重于柱底，那么很顯然的容易造成尤角杜和邊柱易發(fā)生破壞。這種情況對于短柱來說，易發(fā)生剪切破壞外。對于一般柱來講，當(dāng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)無箍筋約束時，節(jié)點(diǎn)與柱端破壞合并加重。同時當(dāng)柱側(cè)有強(qiáng)度高的砌體填充墻緊密嵌砌時，柱頂剪切破壞嚴(yán)重，破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處，甚至出現(xiàn)短柱的剪切破壞。

1.3砌體填充墻的破壞較為普遍

當(dāng)遭到地震作用時，由于砌體承重墻變形力度較小，首先受到地震的作用而出現(xiàn)裂縫情況。當(dāng)遇到8級或者8級以上地震時，填充墻的裂縫會明顯變寬，甚至造成建筑物倒塌震害規(guī)律一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。

2、建筑抗震的理論分析

2.1建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范是每個國家針對就建筑物設(shè)計提出來的具有規(guī)范性的指導(dǎo)手冊，對于抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要符合國家的規(guī)定與要求，有關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)規(guī)范嚴(yán)格要求設(shè)計單位，對于違反相關(guān)條例的設(shè)計師要進(jìn)行嚴(yán)肅處理，要把抗震設(shè)計作為一種新的理念加入到建筑物的整體設(shè)計中去。但是，由于地地質(zhì)的不同，在建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范中，基于工程的可實施性，我國又提出了堅持科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，項技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理方向發(fā)展的要求。這些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中有體現(xiàn)。

2.2抗震設(shè)計的理論

目前國際上對于抗震結(jié)構(gòu)研究的理論主要有三個：擬靜力理論、反應(yīng)譜理論和動力理論。擬靜力理論是以建筑物結(jié)構(gòu)為剛性的條件，認(rèn)為地震力水平的作用在結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的重心上，這個理論興起于上個世紀(jì)10—40年代。然而反應(yīng)譜理論則相對與其稍微成熟一些，它以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個重要成果。對于動力理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。

3、對我國高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計探討

要想使建筑物在強(qiáng)烈地震下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞是很不實際的，最合理的方案是建筑結(jié)構(gòu)允許在強(qiáng)烈地震中受到破壞，但是絕對不能倒塌。選擇合理的建筑框架保證節(jié)點(diǎn)基本不被破壞，梁比柱盡可能早發(fā)生、多發(fā)生，對于同一層各柱兩端的屈服歷程應(yīng)該是越長越好，柱子底部的塑性鉸應(yīng)最后形成。簡言之，框架的抗震設(shè)計應(yīng)使梁、柱端的鉸出現(xiàn)盡可能分散，充分發(fā)揮整個結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3.1抗震計算中的延性保證

從樓層的水平地震剪力和層間位移關(guān)系可以看到，當(dāng)防震達(dá)到第二、第三級水準(zhǔn)時，框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建的彈塑性才是重中之重，框架結(jié)構(gòu)在保持一定承載力的情況下通過變形來削減地震的能量，所以在框架材料的選擇上要選擇具有比較好的變形能力的材料，這樣才不至于失去抗震的效果。實驗表明他，通過“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)柱弱梁’、“強(qiáng)底層柱底”和“強(qiáng)剪弱彎”綜合的框架結(jié)構(gòu)可以在承重力和消耗地震能量上有比較好的效果，抗震效果明顯。同時，綜合大量實驗研究成果，影響不同受力特征節(jié)點(diǎn)延性性質(zhì)的主要綜合因素有：相對作用剪力、相對配筋率、貫穿節(jié)點(diǎn)的梁柱縱筋的粘結(jié)情況。

3.2框架柱設(shè)計

鋼管混凝土不僅具有較高的抗壓、抗彎承載能力，這兩者的組合使得延展性和耗能能力也大大加強(qiáng)，它要比普通混凝土的扭剪承載力及剪切變形能力提升很多，更容易滿足工程結(jié)構(gòu)受理和變形的要求，在對框架柱進(jìn)行設(shè)計時，采用鋼筋混凝土?xí)r，可以提高鋼管混凝土柱的截面尺寸和壁厚、加大鋼框架梁的截面高度，即人為地降低了框架柱的軸壓比，也提高了框架部分本身的抗側(cè)移剛度，有效地提高了框架與核芯筒之間的空間效應(yīng)。外部再加之以人工干預(yù)，確定每層框架部分的建立調(diào)整系數(shù)，減少每層框架的世紀(jì)承擔(dān)的地震作用的份額，這樣就可以有效地形成整個框架結(jié)構(gòu)的一道抗震防線。

3.3鋼骨混凝土、鋼筋混凝土核芯筒剪力墻

對于經(jīng)常發(fā)生地震的的地區(qū)而言，剪力墻墻肢軸壓比0.25—0.29，墻肢截面平均剪應(yīng)力與 設(shè)計值之比為0.036—0.068。對于混凝土的核心筒周圍而言，剪力墻的厚度應(yīng)該保持在60cm—70cm，自上而下應(yīng)收至50cm。然而對于核心筒內(nèi)墻厚度應(yīng)該由40cm、30cm、20cm從下往上收至20cm。在核心筒，可以為其設(shè)置連續(xù)帶交叉的剛斜撐的鋼框架，墻內(nèi)鋼框架通過連梁、形成勁性鋼骨混凝土梁。

4、結(jié)語：

高層建筑混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個非常復(fù)雜的工程，經(jīng)常要受制于建筑當(dāng)?shù)氐木唧w地形地貌而定，但是只要是有可能，結(jié)構(gòu)工程師就應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段與建筑工程師設(shè)計出多種方案，以避免不規(guī)則的設(shè)計結(jié)構(gòu)給人們?nèi)蘸髱黼[患。

5、參考文獻(xiàn)：

1、孟春光；丁潔民；呂西林帶阻尼器高層方鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗研究[期刊論文]-結(jié)構(gòu)工程師2005（05）

篇(4)

論文關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；水平載荷

目前我國內(nèi)地高層建筑中，仍以高層住宅(12～30層)占主體，約占全部高層建筑的80％，所以鋼筋混凝土高層建筑仍是具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

一、高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高層建筑結(jié)構(gòu)與普通建筑一樣，都需要同時承受水平、垂直荷載以及地震的作用，但是，水平荷載和地震是高層建筑的主要控制因素。隨著建筑層數(shù)的不斷增加，位移會迅速提升，彎矩的提升速度僅次于位移。因此在對高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，不僅要求其具有足夠的承載能力，還會要求其具有足夠的剛度，以便將因水平荷載而產(chǎn)生的側(cè)向變形控制在一定范圍之內(nèi)。由于高層建筑受地震的影響較強(qiáng)，因此其結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有延性，以便在地震作用下使結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段，避免被地震破壞或出現(xiàn)倒塌。由此可知，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計是高層建筑設(shè)計的關(guān)鍵部分。

（一）、水平載荷成為決定因素

任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較??；但在較高樓房中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(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)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

（二）、軸向變形不容忽視

通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項，因為軸力項影響很小，而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(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，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)粱彎矩的影響：采用框架體系和框一墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種差異軸向變形將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。對構(gòu)件剪力和側(cè)移的影響，與考慮豎向桿件軸向變形的剪力相比較，不考慮豎桿件軸向變形時，各構(gòu)件水平剪力的平均誤差達(dá)30％以上，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小一半以上。

（三）、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)計高層結(jié)構(gòu)時，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。

（四）、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)

相對低層結(jié)構(gòu)而言，高層結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使建筑在進(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)造上采以恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計方法

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。各種實用的分析方法都需要對計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；計算圖形的假定。

對于框架一剪力墻體系來說，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，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。框架一剪力墻的機(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，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計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。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理；等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析；比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿一薄壁桿系矩陣位移法。

（一）、對結(jié)構(gòu)高寬比進(jìn)行控制

在高層建筑的設(shè)計中，對于側(cè)向位移的控制往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的主要矛盾所在，并且傾覆力矩也會隨著層數(shù)的增加兒顯著增大，因此，建造寬度較小的高層建筑是不符合確保結(jié)構(gòu)安全的要求的，一般來說，應(yīng)該將高層建筑的高寬比控制在5~6左右，如果設(shè)防烈度超過8度，那么對于高寬比應(yīng)該進(jìn)行更為嚴(yán)格的限制。

（二）、做好結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計

如果高層建筑的長度較長，那么在風(fēng)力的持續(xù)作用下，建筑結(jié)構(gòu)就會因為風(fēng)力的不規(guī)則變化而發(fā)生樓板平面扭曲或結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。為了避免因樓板變形而導(dǎo)致的復(fù)雜受力，應(yīng)該注意對建筑物的長度加以限制。當(dāng)設(shè)防烈度為6~7時，應(yīng)該將長寬比控制在6以下；如果設(shè)防烈度超過8度，那么長寬比應(yīng)該限制在5以下。無論高層建筑物的型式如何，其平面設(shè)計都應(yīng)該堅持對稱、簡單、規(guī)則的原則，在最大程度上避免扭轉(zhuǎn)受力和復(fù)雜受力。建筑的質(zhì)量和剛度中心應(yīng)盡可能荸合，以便在最大程度上降低扭轉(zhuǎn)，一般來說，應(yīng)該將偏心率控制在垂直于外力作用線邊長的5%以內(nèi)。

（三）、做好豎向設(shè)計

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的豎向設(shè)計時，應(yīng)注意堅持均勻和連續(xù)的原則，避免結(jié)構(gòu)不連續(xù)或剛度發(fā)生突然變化的情況出現(xiàn)。如果建筑所處地區(qū)為地震頻發(fā)區(qū)，則不得采用底部存在軟弱層的、完全由框支剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系，也不得出現(xiàn)剪力墻在某一層突然發(fā)生中斷的現(xiàn)象，避免在中部形成軟弱層。

三、抗震分析與設(shè)計在高層建筑的應(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，結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為抗震設(shè)計的必要的組成部分。我國現(xiàn)行抗震規(guī)范(GB50011-2001)要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下(小震)，按反應(yīng)譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內(nèi)力及位移。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補(bǔ)充計算，并進(jìn)行罕遇地震作用下(大震)的變形驗算。

在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計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。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(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(框一筒、筒中筒和框架一支撐)，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。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。柱的塑性變形能力小，則結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)容易被破壞。

第四，在某些烈度區(qū)采用了較低的抗震措施與構(gòu)造措施，現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度已不能適應(yīng)國情的需要，認(rèn)為我國“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度”并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。有人主張在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計，特別是高烈度區(qū)要有嚴(yán)格的抗震措施與抗震構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的安全。

四、結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項集結(jié)構(gòu)分析，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項對國家建設(shè)有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強(qiáng)的工作。如果高層建筑所在地發(fā)生了地震，那么建筑結(jié)構(gòu)所受到的不僅僅是剪切和平移作用的影響，還會存在圍繞建筑剛度重心的扭轉(zhuǎn)作用。對于一般的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)來說，想要對地震所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行控制，一方面可以通過合理配筋來使建筑物具備一定的抗扭剛度，另一方面就是對建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則設(shè)置問題進(jìn)行處理，以便在最大程度上抵抗扭矩對建筑物產(chǎn)生的不良作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王偉．試論建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計[J]．中國科技財富，2010(18)，223-223

篇(5)

【關(guān)鍵詞】高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；施工

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，高層建筑一般上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要；而下部則希望有較大的自由靈活空間，大柱網(wǎng)、少墻體，以滿足公共使用要求。這樣的建筑上部樓層部分豎向構(gòu)件（剪力墻、框架柱）不能直接連續(xù)貫通落地時，為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中就要考慮下部的剛度要大于上部結(jié)構(gòu)；采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網(wǎng)，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設(shè)計中是不現(xiàn)實的，因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計就要考慮反常規(guī)設(shè)計方法。

1.1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

實際工程中應(yīng)用的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有多種形式，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)。

1.2 梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力機(jī)理分析

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的傳力途徑為墻—梁—柱（墻）的形式，傳力直接，便于分析計算。轉(zhuǎn)換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁的相對剛度和轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)的相對剛度影響。為弄清轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)與上部墻體共同工作的性能，對轉(zhuǎn)換梁承托層數(shù)對其內(nèi)力的影響用有限元程序進(jìn)行了分析，從分析結(jié)果中我們知道，對一般結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁，上部墻體考慮三層與考慮4層、5層內(nèi)力的設(shè)計控制內(nèi)力差異不大于5%，故在分析計算時可只考慮計算3層。從計算分析不論轉(zhuǎn)換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉(zhuǎn)換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉(zhuǎn)換大梁也會有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。

2 梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應(yīng)避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，因此對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言，屬于“高位轉(zhuǎn)換”。轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應(yīng)大于1.3。在設(shè)計過程中，應(yīng)把握的原則歸納起來，就是要強(qiáng)化下部，弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：1）與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設(shè)部分剪力墻（不伸上去）。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，還與建筑專業(yè)協(xié)商后，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地。這些無疑都大大增強(qiáng)了底部剛度。

2）加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為 600mm，其余部分的厚度取為 400mm。

3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4）提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級，采用 C50 混凝土。

5）適當(dāng)減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結(jié)構(gòu)自振周期，減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后，轉(zhuǎn)換層上下剛度比在 X 方向為 0.725，在 Y 方向為 0.813，滿足規(guī)范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層及其下各層為結(jié)構(gòu)薄弱層，因而應(yīng)將該兩層的地震剪力乘以 1.15 的增大系數(shù)。

2.2 結(jié)構(gòu)平面布局

工程底部為框架—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，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強(qiáng)抗扭效果。查閱計算結(jié)果，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于 1.3，均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求?？梢姽こ唐矫娌季忠?guī)則合理，抗扭效果良好。

3 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(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?？蛑е髁撼惺芷渖喜考袅Φ淖饔猛?，還需要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。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，可以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協(xié)同工作的受力體系。

3.1 轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計與構(gòu)造要求

轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉(zhuǎn)換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強(qiáng)措施，箍筋要加密，以增強(qiáng)其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設(shè)計值乘放大系數(shù) 1.2。當(dāng)洞口內(nèi)力較大時，可采用型鋼構(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)計時為 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)。

3.2 框支柱的設(shè)計與構(gòu)造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整。抗震設(shè)計時，框支柱的柱頂彎矩應(yīng)乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設(shè)計值進(jìn)行配筋；剪力調(diào)整——框支柱承受的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定采用：框支柱的數(shù)目不多于 10 根時，當(dāng)框支層為 1～2 層時，每層每根柱承受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的 2%；當(dāng)框支層。為 3 層及 3 層以上時，各層每根柱所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的 3%；框支柱的數(shù)目多于 10 根時，當(dāng)框支層為 1～2 層時，每層每根柱承受的剪力之和應(yīng)取基底剪力的 20%；當(dāng)框支層為 3 層及 3 層以上時，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的 30%；框支柱剪力調(diào)整后，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整。

3.3 轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法

目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法。主要有：應(yīng)力截面設(shè)計方法。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，為能直接應(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)計值。

3.4 轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法的選擇

托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計方法進(jìn)行配筋計算。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計。

4 結(jié)語

通過高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實踐，體會如下：根據(jù)建筑平面及功能要求合理選擇轉(zhuǎn)換層形式，正確選擇建筑抗震類別是轉(zhuǎn)換層設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)布置，正確選擇各分部的抗震等級，構(gòu)件設(shè)計應(yīng)注重抗震延性設(shè)計的概念，對主要構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)是設(shè)計的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

篇(6)

論文摘要：本文簡要介紹了高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系，通過對國內(nèi)已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)國產(chǎn)化問題的調(diào)研，分析了在鋼材、設(shè)計、施工和監(jiān)理等方面國產(chǎn)化所面臨的主要問題，為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提出了一些建議。

高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在國外已有110多年的歷史，1883年最早一幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價的上漲和人口的迅速增長，以及對高層及超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日趨完善、計算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到質(zhì)疑；同時高強(qiáng)度鋼材應(yīng)運(yùn)而生，在超高層建筑中采用部分鋼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)的理論研究與設(shè)計建造可說是同步前進(jìn)。

超高層建筑的發(fā)展體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國家的建筑科技水平、材料工業(yè)水平和綜合技術(shù)水平，也是建設(shè)部門財力雄厚的象征。

一、我國的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展

我國的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑自改革開放以來已有20年的歷史，并在設(shè)計和施工中積累了不少經(jīng)驗，已有我國自行編制的《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 99-98。

1、鋼材的國產(chǎn)化

國內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，制訂我國第一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》( YB4104-2000)，比目前仍在實施的《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591-94) 又前進(jìn)了一步，其性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計國產(chǎn)化

截止2003年3月，我國已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)有60 余幢，按其結(jié)構(gòu)類型劃分，鋼框架-RC核心筒占4314%，SRC框架-RC核心筒占1617%，二者合計6011%；鋼框架-支撐體系占1813%；巨型框架占813%；純鋼框架占617%，筒體和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)各占313%。統(tǒng)計表明，目前我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)以混合結(jié)構(gòu)為主。

鑒于我國對混合結(jié)構(gòu)尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，所以《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)暫不列入這種結(jié)構(gòu)類型是合理的。

國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應(yīng)進(jìn)行專項論證或試驗研究。建設(shè)部第111號令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》和建質(zhì)[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點(diǎn)》，對加強(qiáng)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分兩個階段，即設(shè)計圖階段和施工詳圖階段?，F(xiàn)在有的設(shè)計院完全采取國外設(shè)計模式，無構(gòu)件圖、節(jié)點(diǎn)圖和鋼材表等，對工程招投標(biāo)和施工詳圖設(shè)計帶來不便。因此，建議有關(guān)部門對此做出具體規(guī)定。關(guān)于節(jié)點(diǎn)設(shè)計問題，國內(nèi)應(yīng)多做一些理論和試驗研究工作，比如柱梁剛性節(jié)點(diǎn)塑性鉸外移和防止焊接節(jié)點(diǎn)的層狀撕裂等。由于鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比較低，在研發(fā)各種耗能支撐和節(jié)點(diǎn)的減震消能體系方面，國際上研究和應(yīng)用較多，國內(nèi)應(yīng)加快進(jìn)行此方面的研究。

二、高層及超高層結(jié)構(gòu)體系

對于高層及超高層建筑的劃分，建筑設(shè)計規(guī)范、建筑抗震設(shè)計規(guī)范、建筑防火設(shè)計規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框—筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。

三、鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝

1、鋼柱的安裝

鋼柱是高層、超高層建筑決定層高和建筑總高度的主要豎向構(gòu)件，在加工制造中必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的驗收標(biāo)準(zhǔn)。

100m高的超高層鋼柱一般分為8～12節(jié)構(gòu)件，鋼柱在翻樣下料制作過程中應(yīng)考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形，所以鋼柱的翻樣下料長度不等于設(shè)計長度，即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時也不允許互換，要求對每節(jié)鋼柱應(yīng)編號予以區(qū)別，正確安裝就位。

矩形或方形鋼柱內(nèi)的加勁板的焊接應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范要求采用熔嘴電渣焊，不允許采用其他如在箱板上開孔、槽塞焊等形式。

鋼柱標(biāo)高的控制一般有二種方式：

(1)按相對標(biāo)高制作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過3mm，不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形，建筑物的總高度只要達(dá)到各節(jié)柱子制作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格，這種制作安裝一般在12層以下，層高控制不十分嚴(yán)格的建筑物。

(2)按設(shè)計標(biāo)高制作安裝。一般在12層以上，精度要求較高的層高，應(yīng)按土建的標(biāo)高安裝第一節(jié)鋼柱底面標(biāo)高，每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應(yīng)符合設(shè)計要求的總尺寸。每一節(jié)柱子的接頭產(chǎn)生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應(yīng)加到每節(jié)鋼柱加工長度中去。

2、框架梁的制作與安裝

高層、超高層框架梁一般采用H型鋼，框架梁與鋼柱宜采用剛性連接，鋼柱為貫通型，在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內(nèi)設(shè)置橫向加勁肋。

框架梁應(yīng)按設(shè)計編號正確就位。

為保證框架梁與鋼柱連接處的節(jié)點(diǎn)域有較好的延性以及連接可靠性和樓層層高的精確性，在工廠制造時，在框架梁所在位置設(shè)置懸臂梁(短牛腿)，懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連接采用剖口熔透焊縫，腹板采用貼角焊縫?？蚣芰号c鋼柱的懸臂梁（短牛腿）連接，上下翼緣的連接采用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫，腹板采用高強(qiáng)螺栓連接。

由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)的精度要求，當(dāng)框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時，腹板的連接板可開橢圓孔，橢圓孔的長向尺寸不得大于2d0（d0為螺栓孔徑），并應(yīng)保證孔邊距的要求。

框架梁的翻樣下料長度同樣不等于設(shè)計長度，需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經(jīng)驗公式計算再按實際加工之后校核，確定其翻樣下料的精確長度。

框架梁上下翼緣的連接可采用高強(qiáng)螺栓連接或焊接連接，目前大部分采用帶襯板的全熔透焊接連接。施工時先焊下翼緣再焊上翼緣，先一端點(diǎn)焊定位，再焊另一端。

篇(7)

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換層；設(shè)置；剪力墻；抗震性能

Abstract: this paper describe the high-rise building conversion layer, then draw out the conversion layer is arranged on the frame supported shear wall seismic performance research, hope some of the views will help the development of the industry.

Key words: transition layer; set; shear wall; seismic performance

  中圖分類號：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）03-0020-02

對于高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層而言，按照不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換功能可分為三種類型：①高層建筑上層與下層的結(jié)構(gòu)形式不同，通過轉(zhuǎn)換層完成其從上層至下層不同結(jié)構(gòu)形式的變化。②高層建筑上層與下層的結(jié)構(gòu)形式不變，但通過轉(zhuǎn)換層完成其從上層到下層不同柱網(wǎng)軸線布置的變化。③通過轉(zhuǎn)換層同時完成高層建筑上層與下層結(jié)構(gòu)形式與柱網(wǎng)軸線布置的變化。

為實現(xiàn)高層建筑內(nèi)部上、下層結(jié)構(gòu)形式與柱網(wǎng)（或剪力墻軸線網(wǎng)）的變化，經(jīng)常采用以下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式：①梁式轉(zhuǎn)換。②板式轉(zhuǎn)換層。板的厚度一般很大，以形成厚板式承臺轉(zhuǎn)換層。它的下層柱網(wǎng)可以靈活布置，不必嚴(yán)格與上層結(jié)構(gòu)對齊，但板很厚，自重很大，材料用量很多。由于框支－剪力墻結(jié)構(gòu)上、下剛度突變，構(gòu)件不連續(xù)，傳力復(fù)雜，在地震作用下框 支層將產(chǎn)生很大的內(nèi)力和塑性變形，抗震性能差，易造成震害，所以要控制好轉(zhuǎn)換層的位置和高度，將轉(zhuǎn)換層應(yīng)力復(fù)雜，材料耗用量大，自重大，施工復(fù)雜，造價高的特點(diǎn)同框支－剪力墻結(jié)構(gòu)充分結(jié)合，保證結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性。

一、框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計的要點(diǎn)

1.1.剪力分配和和受力途徑分析

如圖1所示剪力在結(jié)構(gòu)橫向（y向）各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間的分配情況，圖a和圖b所示的分別為轉(zhuǎn)換層在位于底層和高層市時的受力途徑，可以看出雖然底層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分配和傳力途徑雖有所突變，但是可以通過3到1層的樓板逐漸將框支剪力墻的剪力傳遞給落地剪力墻。但是當(dāng)轉(zhuǎn)換層位于7層時，剪力分配和傳力途徑會發(fā)生劇烈突變，使轉(zhuǎn)換層上部框支結(jié)構(gòu)受到的剪力比轉(zhuǎn)換層下部的大好幾倍，這樣的間接傳力途徑當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時是很難實現(xiàn)的，對于抗震十分不利。造成高層轉(zhuǎn)換層抗震不利的原因主要是在設(shè)計中僅僅控制層剪切剛度比，而沒有控制等效剛度。如果對轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的等效剛度進(jìn)行調(diào)整后，建立分配和受力途徑將得到很大改善。

圖1剪力在橫向各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間的分配

1.2.受力情況分析

如下圖所示，為按彈性動力分析得出的結(jié)構(gòu)層間位移角包絡(luò)，其中圖2中的7條曲線表示轉(zhuǎn)換層分別位于1――7層時的層間位移包絡(luò)，由圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)換層位于底層和2――3層時層間位移角包絡(luò)無明顯變化；轉(zhuǎn)換層位于4――7層時，層間位移角包絡(luò)有明顯的突變，所以根據(jù)這些規(guī)律的反復(fù)比較得出一個結(jié)論：當(dāng)轉(zhuǎn)換層位于3層以上時，易使框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層附近層間位移角發(fā)生突變。造成這種現(xiàn)象的主要原因是層間位移角包絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計中沿用了底層框支剪力墻抗震設(shè)計概念，僅僅控制上部剪力墻結(jié)構(gòu)與下部“框支”結(jié)構(gòu)的層剪切剛度比，然而當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較低時，僅僅控制剛度比是不夠的，還要控制轉(zhuǎn)換層下部框支結(jié)構(gòu)的等效剛度（即考慮彎曲、剪切和軸向變形的綜合剛度），以避免轉(zhuǎn)換層附近框支剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和傳力途徑?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)可視為轉(zhuǎn)換層上部的剪力墻結(jié)構(gòu)與下部的框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的組合，控制轉(zhuǎn)換層下部的框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的等效高度與同樣高度的剪力墻結(jié)構(gòu)等效剛度相等，實質(zhì)上是使下部框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特征及剛度與上部剪力墻結(jié)構(gòu)相近，以避免轉(zhuǎn)換層附近剛性框支剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和傳力途徑的變化。

二、轉(zhuǎn)換層的高度設(shè)計

通過分析得出，轉(zhuǎn)換層較高的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻易產(chǎn)生裂縫，框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部所受的內(nèi)力很大，易破壞，轉(zhuǎn)換層下部的支撐框架也容易屈服，從而形成幾個薄弱層。另外，轉(zhuǎn)換層較高的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)力分配產(chǎn)生急劇突變，內(nèi)力的傳遞僅僅依靠轉(zhuǎn)換層一層樓板的間接傳力途徑來實現(xiàn)是很困難的。地震作用的持續(xù)時間一般為30秒到60秒，地面運(yùn)動加速度正反方向的變化一般在零點(diǎn)幾秒之內(nèi)，在如此快速的動力作用下，全部內(nèi)力通過樓板的間接傳力是很困難的，部分內(nèi)力就通過框架剪力墻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸。

（一）轉(zhuǎn)換層抗震高度設(shè)置

框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層位置較高時，由于轉(zhuǎn)換層附近位移角及內(nèi)力分布的急劇突變，內(nèi)力的傳遞僅僅依靠轉(zhuǎn)換層一層的樓板進(jìn)行卸載是很困難的，而且對于下層的框架產(chǎn)生巨大的力量，容易造成開裂，因此在高烈度區(qū)（9度及9度以上）不應(yīng)采用，8度區(qū)可以采用，但是需要限制轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度，可考慮不宜超過3層，7度地區(qū)可適當(dāng)放寬限制。

（二）減輕轉(zhuǎn)換層自重

香港地區(qū)此類建筑物較多，但它們不考慮抗震設(shè)防，而注重綜合的效益，對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制不很嚴(yán)格，因此一般均采用厚板為轉(zhuǎn)換層。厚板材料耗用量大，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，因其自身重量大，又帶來地震作用大，使框支內(nèi)力增大。因此在工程設(shè)計時從減輕自重出發(fā)，盡管上部剪力墻方向復(fù)雜，仍優(yōu)先考慮梁系轉(zhuǎn)換。梁高2m，梁寬一般為1.2m、1.5m及 1.8m。

(三)加強(qiáng)梁的抗扭剛度和轉(zhuǎn)換梁與中筒的連接

通過一系列的計算，得出梁的扭矩比較大，配置縱向抗扭鋼筋及橫向抗扭箍筋均難滿足要求，因此采用部分封底，形成箱形，轉(zhuǎn)換層上、下板厚均為200mm。轉(zhuǎn)換梁與中筒連接處負(fù)彎矩大，鋼筋錨固構(gòu)造也存在問題，且轉(zhuǎn)換梁斷面與筒體壁厚500mm顯得不很協(xié)調(diào)，故采用在轉(zhuǎn)換層的高度范圍筒體設(shè)置鋼筋混凝土箍，以加強(qiáng)此處連接。

（四）采用鋼纖維混凝土，提高抗震性能

為提高框支層抗震性能，提高其延性，國內(nèi)已有工程采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)及配有構(gòu) 造縱向鋼筋及螺旋箍筋的鋼筋混凝土柱。本工程框支層豎向構(gòu)件包括墻和柱，采用鋼纖維混凝土，1m3混凝土內(nèi)鋼纖維摻量為80kg，可提高抗拉強(qiáng)度設(shè)計值約35％，提高抗剪強(qiáng)度設(shè)計值約50％。除強(qiáng)度提高外，鋼纖維混凝土與普通混凝土同時使用，不需要采取特殊的 構(gòu)造措施，因此可用于設(shè)計需要加強(qiáng)的部位，而不需要的部位可以不用，具有較大的靈活性。例如某工程地下3層，由于地下室墻多，抗震性能較好，不必采用鋼纖維混凝土，但為了有一過渡，鋼纖維混凝土用于地下1層至轉(zhuǎn)換層頂面的豎向構(gòu)件。施工時注意鋼纖維應(yīng)攪拌均勻，避免結(jié)團(tuán)；采用商品混凝土?xí)r，也可以委托攪拌站提供鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土用于建筑結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)尚不多見，但是由于應(yīng)用的靈活性以及可提高強(qiáng)度改善抗震性能，其應(yīng)用前景是非常廣闊的。

對于具有轉(zhuǎn)換層的框支－剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能，另外還需要加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上部幾層墻體的強(qiáng)度和延性，特別是框支部的墻體，避免采用小墻肢，避免采用僅用弱連梁連接的矩形、L形和T形墻肢。合理的設(shè)置轉(zhuǎn)換層的高度，采取措施積極改善其抗震性能，盡可能減少材料消耗，以降低工程造價。

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