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1前言
由于復雜高層與超高層建筑建設難度相對較大，為保證人們居住的安全性，相關建筑結構設計人員就應該以提高建筑結構安全性為主要目標，找出更有利于高層建筑建設的結構設計措施，從而在促進建筑行業發展的同時，保證復雜高層與超高層建筑建設能夠具有合理性、抗震性，提高人們居住的舒適度與安全性。
2高層建筑整體結構設計特點
高層建筑整體結構設計特點主要體現在以下幾方面：一是由于高層建筑相對較高，建筑水平荷載對建筑整體會產生一定的豎向軸應力，并在水平上受到自然災害、風力等因素影響。因此在設計高層建筑整體結構時，除需要考慮到建筑豎向荷載外，也應該深入考慮到建筑水平荷載。二是由于高層建筑頂部壓力相對較大，建筑在后期使用過程中，會出現軸向變形的問題，從而影響建筑梁彎距。因此為了保證高層建筑整體安全性，在結構設計時就應該加強對建筑梁彎矩的重視，避免發生高層建筑軸向變形問題[1]。三是對高層建筑整體抗震性的要求。高層建筑在設計過程中應該重視其結構延性，保證高層建筑能夠更好的抵抗地震災害，從而保證居住人們的生命安全。
3復雜高層與超高層建筑結構設計要點
3.1提高對建筑結構設計的重視，優化結構設計方案
復雜高層與超高層建筑結構設計方案直接決定了建筑結構后期應用的安全性?；诖耍谶M行結構設計時，相關人員就應該提高對建筑結構設計的重視，從而能夠結合建筑工程周圍實際情況，優化已經研制出的結構設計方案。首先，復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該重視概念設計，在前期設計階段需要堅持結構設計規則性、整體均衡性等原則，保證建筑結構各個部分都能夠發揮出更有力的支持作用；其次，在完善復雜高層與超高層建筑結構設計時，結構設計人員應該加強與工程施工人員的溝通，從而在外觀效果、施工效果的角度上實現對建筑結構設計方案的優化，避免建筑結構出現后期轉換的問題[2]。最后，由于計算機技術在結構設計過程中發揮了重要的作用，因此相關人員還應該積極采取有效的計算機軟件，實現對結構設計方案更科學的優化。
3.2深入分析建筑結構設計指標，提高結構設計的合理性
建筑結構設計指標不僅是復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該遵循的指標，也是保證復雜高層與超高層建筑結構設計合理性的重要因素。因此在設計建筑結構時，相關人員就應該加強對以下幾點內容的重視，從而提高復雜高層與超高層建筑結構設計的合理性。一是地震荷載指標：在研究人員的深入分析下，發現超高層建筑結構自震周期在6秒至9秒之間，因此在地震荷載指標的影響下，建議復雜高層與超高層建筑結構設計中直線傾斜下降時間控制在十秒左右。同時在分析該項技術指標時，也要全面結合建筑周圍的實際情況，從而保證評估結果能夠滿足建筑結構合理性的要求；二是風荷載指標：由于復雜高層與超高層建筑主要會受到地震以及風力的影響，因此相關人員還應該遵照當前所提出的風荷載指標對建筑結構設計進行全面評估，從而實現對建筑變形的控制，提高建筑居住的安全性。
3.3根據相關建筑結構設計規范，保證結構設計的抗震性
由于建筑結構直接影響著人們的生命安全，因此在建筑行業快速發展的背景下，國家制定了科學、合理的建筑結構設計規范。針對復雜高層與超高層建筑提出的設計規范，有以下兩種：《高層建筑混凝土結構技術規程》和《高層建筑抗震規程》。要想保證復雜高層與超高層建筑結構設計更加合理，能夠更好的滿足建筑抗震性要求，相關人員在設計復雜高層與超高層建筑時，就要嚴格按照相關建筑結構設計規范進行設計工作。同時也要全面考慮到當前建筑項目所處的外部環境、需求的抗震類別以及施工條件，以保證復雜高層與超高層建筑結構設計抗震能力為建設目標。在按照相關規范設計后，利用相關分析方法對復雜高層與超高層建筑進行結構抗震性的深入分析。
3.4重視后期居住的舒適性，保證建筑結構設計的科學性
在復雜高層與超高層建筑結構設計中，除需要重視上述設計要點外，還需要考慮到后期人們居住的舒適性。一方面，這是當今社會人們生活水平提高后對建筑結構提出的要求，另一方面，也是復雜高層與超高層建筑必須達到的建設目標。由于復雜高層與超高層建筑豎向荷載相對較大，因此在前期施工以及后期居住中，都會出現一定的壓縮變形問題[3]。基于此，為了保證后期人們能夠居住的更加舒適，在進行建筑結構設計及施工過程中，就應該積極采取預變形技術，并通過計算機軟件進行詳細的模擬演練，從而保證建筑結構設計能夠更加科學合理，更好的滿足人們居住要求。
4總結
綜上所述，相關結構設計人員在設計復雜高層與超高層建筑時，要深入分析建筑結構設計指標、相關建筑結構設計規范以及居住的舒適程度，從而保證設計人員能夠設計出結構更加合理、抗震性能更高、科學性更高的復雜高層與超高層建筑結構方案，保證復雜高層與超高層建筑使用壽命與安全性，為人們居住、工作提供更安全的環境。
參考文獻：
[1]劉國榮.試論超高層建筑結構的抗震性設計[J].中國新技術新產品,2015(11):118.
[2]關偉,于連友,賈國熠.關于超高層建筑的相關結構設計討論[J].門窗,2013(2):215～216.
關鍵詞:鋼管混凝土組合柱剪力墻平面外連梁
Abstract: this paper introduces tall building structural design, structural type selection and overrun measures, concrete filled steel tube column and combination of the reinforced concrete beams node approach, the shear wall outside the girder ends of plane embedded solid function and treatment methods, such as calculation and analysis of coupling beam design method.
Keywords: steel tube concrete composite column shear wall outside the plane of coupling beam
中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A文章編號：
1 工程概況
該工程由一棟30層寫字樓（含兩個避難層）、一棟2層商業附樓和3層地下室組成，總建筑面積90149m2，屋面結構高度132.80m，停機坪結構高度143.20m。
2 結構設計總體構思
2.1 結構選型
本工程采用鋼筋混凝土框架-核心筒結構，雖然其結構承載能力和抗變形能力比筒中筒結構差，但避免了結構豎向抗側力構件的轉換，滿足了建筑立面效果和使用要求。為解決建筑首層層高10.0m、結構高度超限及減小柱截面等問題，下部若干層采用鋼管混凝土組合柱，樓蓋采用現澆普通鋼筋混凝土梁板體系。
承載力和水平位移計算時，基本風壓均按重現期為100年的0.90kN/m2取值。由于結構側向位移不滿足限值要求，在第30層利用建筑避難層，設置了鋼筋混凝土桁架的結構加強層，結構加強層是一把雙刃劍，雖然可提高結構抗側移剛度，也使得結構豎向剛度突變，所以結構加強層及相鄰層按《高規》要求進行了加強處理。
2.2 超限措施
本工程結構平面形狀規則、剛度和承載力分布均勻，豎向體型也規則和均勻、結構抗側力構件上下連續貫通（見圖示1），除結構高度超過適用限值外，其它指標通過調整后均達到未超限。
由于結構高度超限、而且首層層高10.0m，超限應對措施把首層及下部若干層的結構抗側力構件作為加強的重點：1~15層框架柱采用鋼管混凝土組合柱（鋼管混凝土疊合柱結構技術規程CECS188：2005）、1~2層核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱、首層抗震等級提高一級。鋼管混凝土柱有著卓越的承載能力和變形能力，但其防腐和防火材料不僅造價較高還有時效性，需考慮今后的維修保養，鋼管混凝土疊合柱及鋼管混凝土組合柱可彌補這方面的缺陷。核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱，以解決由于首層層高較大，使得剪力墻端部應力集中的問題，并提高剪力墻的承載能力和抗變形能力。
3 鋼管混凝土組合柱的梁柱節點
在工程中往往僅在框架柱中采用鋼管混凝土，而框架梁則采用普通鋼筋混凝土，鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土梁的連接節點成為工程中難點之一。目前常用的連接節點有：鋼牛腿法、雙梁法、環梁法、鋼管開大洞后補強法及純鋼筋混凝土節點法等，本工程采用在鋼管上開穿鋼筋小孔的連接節點，為連接節點的設計提供多一種選擇。
3.1 鋼管開小孔的連接節點構造（見圖示2）
鋼管上開穿鋼筋小孔的連接節點做法要點如下：
（1）鋼管開小孔：小孔直徑D=鋼筋直徑+10mm，小孔水平間距=3×D，小孔垂直間距=2×D。
（2）鋼管水平加強環：梁頂面和梁底面各設置一道，環板寬度：鋼管混凝土柱時，取0.10倍鋼管直徑、鋼管混凝土疊合柱時，取65～100mm；環板厚度=0.5t且≥16mm（t為鋼管壁厚）。
（3）鋼管豎向短加勁肋：緊貼水平加強環，肋寬=環板寬-15mm，肋厚=環厚，長度為200mm，布置在梁開孔部位的兩側和中間。
（4）梁鋼筋盡量采用直徑較大的HRB400級鋼筋，以減少鋼管開孔數量。在鋼管混凝土疊合柱時，部分梁鋼筋可以在鋼筋混凝土柱區域穿過。
3.2 鋼管開小孔連接節點的優點
（1）鋼管開小孔后對鋼管截面削弱不大，梁鋼筋穿過小孔后剩余的縫隙很小，鋼管對管芯混凝土的約束力基本沒減少，不影響鋼管混凝土柱的承載能力和變形能力。
（2）梁鋼筋直接穿過鋼管后，梁可以可靠的傳遞內力，梁長范圍內的剛度保持不變，結構受力分析與實際相同。（鋼牛腿法和鋼管開大洞后補強法，在梁端范圍內有相當長度的型鋼，使得梁剛度急劇變化）。
（3）在設置水平加強環和豎向短加勁肋補強后，鋼管在節點區是連續的，節點的剛性不受影響，滿足“強節點弱構件”的要求。
（4）現場施工較方便，即使圓弧形梁鋼筋也可順利穿過。
（5）節點補強所用材料比鋼牛腿法和鋼管開大洞法減少很多，造價較低。
為進行鋼管開小孔后分析研究，1996年中國鋼結構協會鋼-混凝土組合結構協會做了1：5模型的四組共九個試件模型試驗，并通過多個工程實踐證實該方法的可靠性和可行性。
4 剪力墻平面外對梁端嵌固作用的分析
對于框架-核心筒結構，部分框架梁要支撐在剪力墻平面外方向，剪力墻平面外對梁端嵌固作用究竟如何，其研究文獻較少，設計標準和規范也沒有涉及。影響剪力墻平面外對梁端嵌固作用的主要因素：墻平面外對梁端嵌固作用的有效長度、墻線剛度與梁線剛度之比和墻在該層的軸壓力等等。目前常用的計算分析軟件雖然具有墻元平面外剛度分析功能，但未考慮墻平面外對梁端嵌固作用的有效長度，當遇到墻肢很長或筒體墻肢空間剛度很大情況時，計算分析軟件會高估了墻平面外對梁端的嵌固作用，使得梁端負彎矩計算值要大于實際值，本工程應對措施如下：
（1）采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墻平面外對梁端嵌固作用有效長度。
（2）采用增加墻邊框梁方法（見圖示3），用以增加墻平面外對梁端嵌固的局部剛度。墻邊框梁截面寬度應不小于0.4倍梁縱筋錨固長度，墻邊框梁截面高度應大于樓面梁截面高度，為保證梁端剪力通過墻邊框梁均勻傳遞到墻上，墻邊框梁寬出墻厚處用斜角過渡。
圖3 墻邊框梁的設置
（3）為保證梁正截面設計更加符合實際受力情況，梁端計算彎矩可以采用“調幅再調幅”方法，即分析計算時設定梁端負彎矩調幅系數后，配筋時再局部手算調幅。“調幅再調幅”時，應考慮構件的剛度、內力重分布的充分性、裂縫的開展及變形滿足使用要求。
5 核心筒外墻的連梁設計
核心筒外墻的連梁縱筋計算超筋是非常普遍的情況，《高規》對連梁超筋有專門的處理措施，而且研究文獻也不少，但計算模型的選取也是重要因素之一。
《高規》規定，跨高比小于5時按連梁考慮，即連梁屬于深彎梁和深梁的范疇，其正截面承載力計算時，已不能按桿系考慮，也就是已不符合平截面假定，但許多分析軟件仍然把連梁按桿系計算，其計算偏差當然是很大了。
按“強墻弱梁”和“強剪弱彎”原則進行連梁設計時，雖然《高規》對連梁設計有具體要求，但這個“弱”要到什么程度，還是取決于設計者的理解和經驗。
本工程核心筒外墻的連梁按《高規》要求進行設計，除連梁均配置了交叉暗撐外，對非底部加強部位剪力墻的邊緣構件也進行了加強處理，以滿足“多道抗震防線”和“強墻弱梁”的要求。
6 結束語
（1）鋼管混凝土疊合柱及鋼管混凝土組合柱有卓越的承載能力和變形能力，還可彌補鋼管混凝土柱的防腐和防火材料造價較高及時效性方面的缺陷。
（2）鋼管按一定的構造要求開穿鋼筋小孔，對鋼管截面損傷不大，梁鋼筋直接穿過鋼管，使得梁內力可以可靠的傳遞。適當設置水平加強環和豎向短加勁肋，鋼管混凝土柱的承載能力和變形能力不會降低，節點剛性得以保證。模型試驗已經證實該方法的可靠性，工程實踐已經證實該方法的可行性。大大節約梁柱節點所用鋼材，施工方便。
（3）影響剪力墻平面外對梁端嵌固作用的主要因素：墻平面外對梁端嵌固作用有效長度、墻線剛度與梁線剛度之比和墻在該層的軸壓力等等。為加強墻平面外對梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋方法、增加墻邊框梁方法，梁端彎矩可采用“調幅再調幅”方法。
（4）連梁屬于深彎梁和深梁的范疇，正截面承載力計算時，不能按桿系模型計算。
參考文獻
[1] 蔡紹懷：《鋼管混凝土結構的計算與應用》．中國建筑工業出版社1989．
關鍵詞：超高層建筑；建筑結構；結構設計
1 超高層建筑
1.1 高層建筑，超過一定高度和層數的多層建筑。世界各國對高層建筑的高度和層數界限的規定并不一致。在中國，舊規范規定：1）8層以上的建筑都被稱為高層建筑，而目前，接近20 層的稱為中高層，30 層左右接近100m 稱為高層建筑，而 50 層左右 200m 以上稱為超高層。
2）在新《高規》即《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）里規定：10 層及 10 層以上或高度超過 28m 的鋼筋混凝土結構稱為高層建筑結構。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑。3）1972年國際高層建筑會議將高層建筑分為4 類：第 1 類為 9～16 層（最高 50m），第2 類為 17～25 層（最高 75m），第 3 類為 26～40 層（最高 100m），第 4類為40 層以上（高于 100m）。4）中國的房屋 6 層及 6 層以上就需要設置電梯，對10 層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規范，因此中國的《民用建筑設計通則》（GB 50352-2005）、《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045-95）將10 層及 10 層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。由于超高層建筑安全性差，所以較少見。
1.2 超高層建筑由于其體型巨大，功能復雜，容納人員眾多，投資十分龐大。通常由于它特殊的地位，成為一個地區的地標式建筑。近年，對這類建筑物稱之為科技的集中體現，綜合國力的象征，城市的標志等等，都是恰當的。其本身確實是體現了多方面的物質成就。
1.3 它要耗費大量的人力、物力、財力。金茂大廈的每平方米造價大體上要 20000 元人民幣，每天的正常運行費用約需上百萬元人民幣。
所以，超高層建筑的建設和維護要耗費大量財富。
2 建筑結構
2.1 超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。
2.2 超限高層建筑經常采用的結構體系有鋼筋混凝土框架-核心筒結構，它的整體性、抗側剛度好，一般采用以上混凝土鋼框架結構，具有自重輕、斷面小、承載力大的優勢外密柱結構。
2.3 高層和超高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構（代號RC）外，還采用型鋼混凝土結構（代號 SRC），鋼管混凝土結構（代號CFS）和全鋼結構（代號 S 或 SS）。
2.4 建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的。
2.5 而建筑設計的一個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系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。
2.6 選用適當的計算簡結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。
計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
2.7基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。
2.8 基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
3 結構設計
3.1 基于混凝土轉換結構的上述特點，在確定施工方案時應重點考慮以下幾個方面的問題：1）轉換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結構荷載往往非常大，所以應選擇合理、可行的模板支撐方案，并根據轉換板的結構特點進行模板支撐體系的設計。2）下部樓蓋難以直接承受施工荷載，必須采取措施解決荷載的安全傳遞問題。3）對于大體積混凝土轉換板，施工時應考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施，防止新澆混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫。4）轉換板承受的荷載很大，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩定。應及時做好轉換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監測，及時掌握各種對施工質量不利的情況，并及時采取措施進行預防和糾正。
3.2 隨著高層建筑的迅速發展，結構理論和建筑技術也不斷得到提高，高層建筑結構形式也開始趨于多樣化發展，其表現形式也是多種多樣，但是也隨之出現了很多在高層建筑設計方面的問題。在作為城市風景線的同時，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設計的問題，如何多方面實現高層建筑設計的完善是目前高層建筑設計所追求的主要理念。
3.3 在實際的建筑設計過程中，高層建筑設計中的塔樓部分雖然在設計上沒有很大的變化余地，但是在高層建筑的底層部分可以通過一些巧妙的處理來實現對空間形式上的豐富，在實際的建筑設計中一般都是采用底層架空和入口縮進的處理方法。
4 超高層建筑結構設計的關鍵點
4.1 構造設計要合理
在對超高層建筑物進行設計時，必須保證構造的設計謹慎并合理，重點要注意對一些薄弱的部位進行加強，避免出現薄弱層，充分考慮到溫度應力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力，注意構件的延性以及鋼筋的錨固長度，在對平面和立面進行布置時要確保平整均勻。
4.2 計算簡圖要合適
計算簡圖是對建筑物結構進行計算的基礎，它直接關系到超高層建筑的結構安全。為了保證結構的安全性，我們必須從計算簡圖抓起，慎重研究，合理選擇，對于存在于計算簡圖中的誤差，要保證其值控制在技術規程允許的范圍內。
4.3 結構方案選擇要合理
建筑方案的合理性取決于結構方案是否合理，因此，在選擇結構方案時不但要充分考慮到經濟因素，還要充分考慮方案的結構形式和結構體系，同時能夠充分結合設計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結構方案，確保結構方案的合理性。
4.4 基礎方案選擇要合理
在進行基礎方案的設計中，設計師要考慮到載荷的分布情況，工程所在的自然因素、地質條件，施工方的施工條件，周圍建筑物對所設計建筑物造成的影響等各方面因素，以此來確?；A方案的選擇既經濟又合理，達到最優效果。
5 結束語
近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。
參考文獻
【關鍵字】：超限高層建筑；結構分析；計算；設計
引言
由于社會發展的需要，當前建筑結構的體型日趨復雜化和多樣化。人們在注重建筑的實用功能的同時也越來越注重其美觀和精神功能。因此，超高層建筑結構超限的項目越來越多，其設計的難度也越來越大。超高層建筑結構超限是指超出了國家現行規范及規程所規定的適用高度和適用結構類型以及體型特別不規則的建筑工程，從而根據有關規范規程應進行抗震專項審查的高層建筑。綜合而言，分析研究這類建筑的結構設計具有很實際的意義。
工程概況
整個建筑由一棟36層高的超高層辦公大樓(主樓)和十三層辦公樓(附樓)組成，設四層地下室，主樓和附樓的地下室部分連成一個整體，形成大底盤地下室。總建筑面積約10萬m2。工程主體建筑主要屋面標高160m，女兒墻頂標高177m。平面為正方形，邊長43.9m。地下4層，地上(建筑)36層，地下一層層高5.6m，地下二～四層層高5.0m，首層層高4.7m，1A～4層層高4.5m，其他層層高4.2m，第13、30層為避難層,層高5.5 m。1～5層為大堂空間，中庭局部高有26.9m、13.5m、9.2m，6～36層為辦公，地上建筑面積約6萬m2，地下建筑面積約2萬m2，主要用于停車，部分為設備用房。主附樓在地面以上通過抗震縫分開，形成獨立結構單元，其中主樓屬超限高層建筑，需進行超限抗震設防審查。
設計使用年限為50年，建筑安全等級為二級，結構重要性系數取γ0=1.0?？拐鹪O防類別為乙類，烈度為七度，設計地震分組為第一組，基本加速度值為0.10g。項目基礎設計等級為甲級。計算風荷載50年重現期的基本風壓為ω0=0.75 KN/m2(位移控制基本風壓 )，100年重現期的基本風壓ω0=0.90 KN/m2(承載力計算基本風壓)，風荷載體型系數取1.4。
超限類型及抗震性能目標
3.1超限類型
(1) 主樓從室外地面到主要屋面高度160m，核心筒高度177m，結構計算高度177m，屬于B級高度鋼筋混凝土高層高度范圍(高度超限)。
(2) 由于建筑功能要求，主樓南側六根框架柱跨越五個層高，其余框架柱跨越三個層高，分別達到26.9m和13.5m其間無梁板聯系。二~五層樓板開洞面積＞30%，屬于平面不規則。
(3) X向扭轉位移比大于1.2,小于1.4，屬于扭轉不規則。
3.2抗震性能目標
本工程高度超限高層建筑，采用基于性能的抗震設計方法，設定本結構體系各部分的抗震性能目標，詳見表1：
計算結果與分析
4.1 結構整體分析與計算結果
根據《建筑抗震設防分類標準》及《高層建筑混凝土結構技術規程》，主樓擬采用型鋼混凝土組合柱框架---混凝土核心筒結構體系，結構計算高度177m(從室外地面算起)，結構平面尺寸43.9m×43.9m，結構為地上39層、地下4層，第13、30層為避難層，其他均為辦公用途。從地面算起，建筑物的高寬比為160/43.9=3.65＜6；核心筒平面尺寸是21.3m×20.4m,則核心筒的高寬比為160/20.4=7.84＜12。主樓樓面有較大開洞，尤其主樓二~六層（中庭處）洞口貫通和筒外無樓板，屬于平面不規則中的樓板局部不連續，且二層層高較高，產生剛度突變，屬于豎向不規則中的側向剛度不規則。
根據建筑功能要求，考慮建造成本因素，本工程采用現澆鋼筋混凝土梁板結構體系，鋼筋混凝土核心筒為主要抗側力結構體系，外框柱為型鋼混凝土柱，核心筒角部剪力墻中加型鋼。由于建筑物的高寬比和核心筒的高寬比都遠小于規范限值。因此,本工程不設置加強層。
按照《高層建筑混凝土結構技術規程》要求，對于體型不規則、結構設計復雜的高層建筑，在進行整體計算分析時應至少采用兩個不同力學模型的結構分析軟件。因此，設計采用SATWE和ETABS軟件對現階段的建筑結構進行計算、分析和對比：
(1)第一種是國內應用比較廣泛的《高層建筑結構空間有限元分析與結構設計》SATWE（2008版），該程序采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等構件，用在殼單元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻，對于樓板，采用樓板平面內無限剛度來計算結構的側向剛度，采用彈性樓板來計算結構的極限承載力。
(2)第二種是國際上應用較為廣泛的《集成化建筑結構分析于設計軟件系統》ETABS（V9），該程程序提供了豐富的有限元結構分析的單元庫供結構工程師選用三維框架單元、三維殼單元、彈簧單元、連接單元等，可以方便地對結構進行靜力分析、動力分析、線性和非線性分析。
結構整體計算結果詳見表2：
對比計算結果表明：（1）Etabs計算結果與Satwe計算結果基本吻合，說明結構體系、結構布置和構件尺寸基本合理；（2）安評地震作用比規范地震作用產生的基底剪力大，設計時按安評地震作用考慮；（3）地震作用下，剪重比不滿足規范要求，需要按規范值調整。
4.2 周期與振型
4.2.1周期
表3為采用剛性樓板假定計算得到的結構前6個周期。對比結果表明，兩者基本一致，誤差在5%以內，滿足工程精度要求。
振型號
4.2.2振型
從主要振型圖中可以看出，由于平面均勻對稱，結構高寬比比較大的特點，使得低階振型以平動為主，第3振型以扭轉為主。第3振型見圖1，圖2：
圖1SATWE第3振型圖 圖2ETABS第3振型圖
4.3其他計算結果分析
(1) 根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2002），結構平面布置應減少扭轉的影響。在考慮偶然偏心的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移的比值，不宜大于1.2，不應大于1.4。本工程SATWE和ETABS的計算結果表明，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移的比值均小于1.4。
(2) 根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2002），樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%和其上相鄰三層側向剛度平均值的80%，經驗算，本工程該項指標符合規范要求。
(3) 根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2002B），級高度高層建筑樓層抗側力結構的受剪承載力不應小于上一層受剪承載力的的75%，本工程各層的受剪承載力均大于其上一層的75%，滿足規范要求。
(4) 根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2002），本工程最大樓層位移與層高的比值的限值為1/650，本工程計算結果滿足規范要求。
(5) 根據《高層建筑混凝土技術規程》（JGJ3-2002），特一級抗震等級剪力墻底部加強部位，其重力荷載代表值下墻肢軸壓比不宜超過0.5。經驗算，本工程剪力墻滿足此要求。
5. 小結
依據相關規范、規程的要求進行了兩個不同力學模型的程序計算的對比，其中周期、振型、位移、剪重比、受剪承載力、剪力墻等主要參數均滿足相關規范要求。
參考文獻
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關鍵詞:超限高層結構;抗震設計;改進方法
1超限高層結構中基于性能的抗震設計思路
超限高層結構基于性能的抗震設計思路，是本著確保人們的生命和財產安全為目標的。在我國的抗震規范設計思路上，要求結構要具有對抗小震的強度驗算及對抗大震的薄弱層控制的技術和方法，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。因此，遵照這個原則，基于性能的抗震設計方法有了大量的研究和實踐成果?；谛阅艿某薷邔咏Y構設計，主要包括的內容有結構的設計原則、結構的布置、結構的質量把握、維修維護等內容。具體落實包括從設計到可行性研究、施工質量管理等各個環節［1］?；谛阅艿慕Y構抗震性能水平指的是對結構的破壞程度進行預期的評估，根據評估出來的構件可能遭到的破壞以及內部設施能夠用于地震設防的作用等進行全面的考慮，將被破壞的狀態、經濟影響因素等加以預估，以保證人們的人身和財產安全得到最大程度的保護。關于結構抗震性能的規定從2011年就開始進入實施階段，內容囊括了結構抗震性能的設計，其中包含了四個等級的結構抗震目標的劃分以及五個結構抗震性能水準設定。新規定克服了舊有規范在抗震設計思想中的種種不足，引進了新結構體系、設計方法以及材料的應用，使得超限高層建筑的構件的承載力和變形等要求有了更加合理的參照標準和規范［2］。如對于超限高層結構的抗震性能水準的規定包括:在地震作用下，結構應保持基本完好，人員不會受到傷害;結構的個別構件如果發生損傷，可以經過修復后繼續使用;結構中的薄弱環節和部位能夠保持完好，如果個別部位發生微裂縫等問題，則通過修復可以恢復使用;在強震作用下，構件發生中等程度以上的損壞后，結構可能會發生嚴重的損傷，但是不能對人造成傷害，不允許局部和整體發生倒塌。
2工程案例
重慶市某超高層建筑(見圖1)，占地面積11346m2。分為地下5層和地上48層，采用框架剪力墻結構。該建筑所處地段頻臨江邊，地理位置優越，沿江部分采用斜向45°的剪力墻作為轉換層的正交布置。標準層和轉換層的平面布置嚴格按照高層建筑混凝土結構的技術要求施工。該設計理念使結構的布置不規范，轉換層的結構包含了主次梁的轉換，整個工程屬于較為復雜的超限高層的建筑，具有豎向凹凸不規則、樓板局部不均勻、豎向不連續等超限問題［3］。根據該工程的特點，應業主要求，在施工中針對不同水平的地震作用進行了預估計，對地震作用下的性能指標進行了設計。在地震作用下的結構構件彈性的設計，按照行業規則，首先對荷載組合中最不利的部分進行了設計，主要設計的內容包括了承載力的要求、構件的系數調整、內力的增大等。見表1。除了樓板等結構構件的承載力之外，根據建筑中抗震性能的類型進行了相關荷載組合的設計，考慮的因素主要包括構件內力的增大、系數的調整等。對于罕見強震的結構構件中的豎向、轉換構件以及首層以及轉換層的薄弱部分、地基承載力的荷載等的設計［4］。見表2。1)地震作用下的設計參數分析。該工程在抗震防烈度上被設計為6級，按照地震的加速度值進行了分組，場地類別為II級。在對地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。見表3。對于地震作用下的結構設計，該工程采用了中科院的結構抗震設計軟件進行了計算，計算的內容包括地震周期、作用、折減系數、剛度影響等。經過計算，結合實際，只要結構設計符合地震作用下的抗震規范要求，能夠使得剪力的平均值小于震型分解反應中的結構內力要求，就可以保證建筑結構對抗地震的破壞。2)建筑結構在遇到罕遇地震的結構分析。根據建筑結構的彈塑性靜力分析，建筑結構的非線性可以按照彈塑性動力時程的原理進行計算。例如本工程中的自由度高柔體系為5S，那么彈塑性靜力推覆可能需要的周圍不能大于2S，因此，根據有關結構彈塑性動力分析的規定，結構構件中的內力和變形、位移等，需要采用彈塑性動力分析的方法對震波進行研究。將地震波最終計算得到的結構的平均值作為設計的依據，按照彈塑性實程的方法，對結構的抗震性能進行設計。工程中結構平面的45°斜向正交布置的結構方法，使得彈塑性時程分析要對結構地震相應地進行地震波的分析、補充驗算。得到的結論是，當結構在45°的地震作用下，結構的響應度應保持在0°和90°為最佳設計思路［5］。因此，根據計算的分析，工程選用了兩種度數作為主要分析的方法，將最大層間的位移角和轉換層的層間位移角的抗震性能以及目標進行了設計，針對罕遇地震作用的剪力和傾覆彎矩的設計能夠對抗大型的地震，使得結構進入了彈塑性極端。3)工程的主要構件的抗震性能的分析。樓板的抗震性能通過地震增大系數法，對于地震作用下的樓板應力進行了分析。首先是得出在彈性大地震作用下的轉換層樓板的應力計算圖，得到轉換層在地震作用下不屈服的性能指標，然后根據標準層薄弱部分的截面法的分析結果，得到樓板的合成剪力、轉換層對框、支柱、加強區的剪力墻等部位的內力分析結果。見表4。
3結語
關于超限高層建筑的抗震設計思路，隨著科學技術水平的不斷提高，已經實現了以實際震害為背景的抗震設計，而且隨著國際研究領域的重視程度的提高，在充分把握結構、變形、受力等特征的基礎上，不斷注重結構整體抗震性能的設計目標的整體分析和優化［6］。當今的結構設計已經在結構彈性分析和彈塑性分析的基礎上，能夠整體確立結構的基本特征，布置結構平立面，驗算出結構構件在地震反應下的性能目標，給予設計準確的計算結構的指導，同時經過振動臺的實驗給予論證，高層建筑結構設計的思路還將不斷得到擴展。
參考文獻:
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【關鍵詞】框架―核心筒、鞭梢效應，混凝土徐變，
1.工程概況
該超高層工程設有6層地下室，均用作機動車庫及設備用房（地下6層為人防地下室），地下室底板面標高為-22.60米。地面以上為59層，其中首層～6層為商務辦公及餐廳，13、29、45層為避難層，30層為設備層，其余各層均作辦公用途，地面以上至屋面高度為264.75米，加上屋面以上電梯機房及構架高度為312米。最大高寬比為5.63，總建筑面積約154053O。
2.結構設計及分析
2.1結構布置及抗震等級
本工程由于高寬比不大、核心筒尺寸較大，故考慮采用技術成熟的鋼筋混凝土框架―核心筒結構體系。落地核心筒為主要的抗側力構件，結合建筑平面及立面造型，布置了6根1.3×3.4m的鋼筋砼大柱和8根直徑為φ1600～φ1800的鋼管混凝土柱，以稀疏框架的形式來滿足高檔辦公樓有大面積、開闊景觀視野及盡量增加實用建筑面積的功能要求，同時亦可滿足地下室車庫最大限度停放車輛的需要。結構主體高度超過B類建筑高度限值，建筑結構抗震設防類別為乙類，核心筒剪力墻及周邊框架抗震等級為特一級。
2.2 結構采取的分析驗算方法和加強措施
針對本工程的特點，采取了下列分析驗算方法和加強措施：
1）分別采用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen 3個不同的空間結構分析程序對結構在小震及風作用進行彈性計算，對3種程序計算的結果加以判斷后用于構件設計。
2）按“屈服判別法”進行中震不屈服驗算（驗算時荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值），分別按小震（αmax=0.08），屈服判別地震作用1（αmax=0.16），屈服判別地震作用2（αmax=0.20），中震（αmax=0.23）進行驗算，以判別在此四種情況下，結構構件是否屈服，何時屈服及屬何種屈服，從而檢查和掌握本工程中震水準抗震性能，滿足“中震可修”的設計要求。
3）適量加強落地剪力墻的配筋，落地剪力墻的抗震等級按特一級設計，底部加強部位（-2～6層）剪力墻分布筋的最小配筋率為0.6%，7～30層剪力墻分布筋最小配筋率為0.5%，31層及以上層剪力墻分布筋最小配筋率為0.4%，保證剪力墻在罕遇地震作用下有良好的延性，確保剪力墻在罕遇地震作用下不出現剪切鉸。
4）驗算罕遇地震作用下樓板薄弱位置的抗拉、抗剪強度并保證其滿足強度要求（驗算時荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值），以確保在罕遇地震作用下樓板仍能作為剛性隔板可靠傳遞水平剪力。
5）按10年一遇風荷載取值計算順風向橫風向結構頂點最大加速度αmax，以不超過《高規》4.6.6表的限值，作為檢驗是否滿足舒適度要求，同時，將在專門風洞試驗中提出舒適度評估要求。
6）采用MIDAS/Gen軟件對結構進行大震下的Pushover分析，以驗證結構能否滿足大震階段不倒塌的抗震設防水準要求，并尋找薄弱樓層與薄弱構件，制定相應的加強措施。
7）采用BEPTA和ABAQU6.5軟件對結構進行大震下的動力彈塑性時程分析。
8）采用MIDAS/Gen軟件，通過模擬實際施工中結構逐層搭建和加載的方法，考慮混凝土和鋼管混凝土隨時間變化的徐變收縮特性，來分析混凝土徐變收縮變形對結構的影響。
2.3結構分析結果
1）小震及風作用：
用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen 3個不同的空間結構分析程序對結構在小震及風作用進行彈性計算結果表明，本工程各項整體指標均能滿足相關規范的有關要求或未超出規范規定的最大限值；完全能達到“小震不壞”的第一階段的抗震性能目標。
2）中震作用：
按“屈服判別法”進行中震不屈服驗算的結果表明，在小震及屈服判別地震作用1時，所有梁不出現受彎屈服；在判別地震作用2及中震時，核心筒連梁出現屈服（主要表現為面筋配筋率略>2.5%），僅出現輕微的損傷。故本工程能滿足中震重要構件不屈服，所有構件不發生剪切破壞的抗震性能目標要求。
3）大震作用：
在大震作用下，分別進行了靜力彈塑性分析（Pushover）和動力彈塑性分析。兩種分析方法在性能點處的指標見表1。由表1可見，大震作用下，結構的抗震性能滿足防倒塌的抗震設計目標。
表1 靜力彈塑性、動力彈塑性分析性能點處的相關指標
4）頂部小塔樓鞭梢效應：
本工程屋面以上的電梯機房及構架高度將近50米高，該部分頂部14米的結構布置如圖1.（a）所示，根據satwe程序計算，其配筋較小，各項指標也滿足要求，但根據動力彈塑性分析結果，該頂部小塔樓部分在大震作用下最大位移角達到1/58（Y向），超過規范限值，出現了強烈的鞭梢效應，剪力墻出現嚴重受壓損傷。后小塔樓部分結構布置調整為如圖1.（b）所示，才可以滿足要求。
圖1 頂部小塔樓結構平圖
5）混凝土徐變收縮影響
本工程由于豎向構件高度大，且外框鋼管柱比內筒剪力墻應力水平大，兩者由于彈性變形和混凝土徐變引起的沉降差達到一個量級，會對部分結構構件和建筑正常使用造成不利影響。故本工程對混凝土通過MIDAS/Gen程序按實際逐層搭建、逐層加載的模型進行分析。分析表明外框鋼管柱與內筒剪力墻在34層處豎向壓縮變形差達222mm。對此情況采取措施有：a、從混凝土制作工藝上嚴格控制容易引起混凝土徐變的不利因素；b、在建筑施工期間結構不同高度處的層高預留不同的后期縮短變形余量的方法；C、對受豎向壓縮變形差影響較大的框架梁端采用施工階段設施工鉸的措施。
圖2 設施工鉸時與不設施工鉸時25層框架梁彎矩
由圖2可知，設施工鉸模型的彎矩值為531kN.m，不設施工鉸模型的彎矩值為1479kN.m，前者只有后者的36%。據此可知，施工階段梁端設施工鉸的措施可以有效的降低附加彎矩。
3 小結
1）超高層建筑頂部小塔樓容易產生強烈的鞭梢效應，應采取有效的分析方法，考慮該因素，從而對頂部小塔樓采取加強措施；2）超高層建筑由彈性變形和混凝土徐變引起的沉降差達到一個量級，應采取有效措施，降低由此引起的結構構件和建筑正常使用造成不利影響。
參考文獻：
關鍵字超限高建筑結構設計方法對策
中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著建筑結構的體系、體形日趨復雜化和多樣化，建筑的在重視實用性的時候，也越來越重視其精神功能。所以在目前的高層的建筑設計中，一些規則的設計往往比較難中標，超限的工程也越來越高。超限的高層建筑主要是指超出目前的相關技術標準以及規范所規定的高度，其體形與傳統的相差較遠的一些高層建筑工程。新修訂的建筑規范對超限的高層建筑提出了比較明確的要求。本論文將以某項超限高層建筑的結構設計為例進行剖析。
一、某超限高層建筑的工程概概況
該超限高層建筑位于某開發新區，是一幢辦公大樓，具有現代建筑風格的特征。圖人給出的是其的正立面圖以及透視，圖2給出的是各層的平面簡圖以及南立面圖。
圖1正東立面圖及透視圖
圖2平面簡及南立面圖
根據圖1和圖2，我們可以知道這幢大樓的結構平面是一個帶有切口的橢圓，其主體結構有地下室一層，地上的主樓有10層。主樓的平面呈現出半個小橢圓形，大約高為51米，從第8層起漸漸收進；樓頂部具有一裝飾的小塔樓，這座小塔高約為60米。兩側有裙房四層，分布在南北兩側，大約高為20米，與主樓連成了一個整體。
如上圖2所示，地下室層是一個堅固的大底盤；鋼骨的混凝土天橋既可以加強主樓，也可以作為南北兩側裙房的連續接板；第五層的中廳其玻璃天柵的兩側設有水平支撐的鋼桁架，南北兩側的裙房由空間鋼管的杄架進行連接。裙房和主樓之間存在著一豎并向局部收隴，收隴的尺寸大于是相鄰的下一層水平尺寸的四分之一。
整個超限高層建筑采用的是現澆鋼筋土的框架作為剪力墻的結構。局部采用的是鋼骨的混凝土以及鋼結構，其基礎，采用的是樁筏基礎，其樁型采用的是預制的混凝土方樁，樓蓋采用的是現澆梁板。該建筑物的安全等級是二級，預計可使用年限是50年，重要性為丙類，抗震的列度為七度。屬于A級高層建筑。
二、該超限高層建筑的特點以及難點
該工程的立面和平面比較獨特，其特點主要有以下幾點：
（1）平面呈現出不規則的凹凸。正面入口處的凹進尺寸與相應的投影方向的總尺寸還要大30%，屬于平面規則性的超限。
（2）該建筑的樓板出現了局部不連續的情況。圖2所示的第二層到第四層，其洞口的寬度比該層的樓板寬度要大一半，這屬于平面規則性的超限。
（3）側向的剛度不規則：比如說南立面圖，結構豎向收進的水平比相鄰的下層還在大四分之一。當然也可以看成是裙房與地下室形成的一個大底盤，上部收進的是單塔建筑，這屬于豎向的規則性超限。
（4）局部抽空的柱子：南側的裙房第四層是大會議廳，抽取的柱子形成了局部的大空間。
（5）伸縮縫的間距超限：主樓長為95米，超過了規范的伸縮縫的最大間距。
三、該超限高層建筑的結構設計以及措施
1、結構設計
對于結構布置比較復雜、體形也比較復雜的高層建筑，應該至少選擇兩個不同的力學模型進行結構分析，并進和整體計算。本論文中采用的是SATWE 和ETABS 軟件。SATWE是利用空間結構的模型，樓板主要是采用符合實際情況的全彈性板進行計算。ETABS主要是利用空間開，板主要是利用具有面外和面內剛度的殼元模型進行計算，剪力墻采用的是能做出準確反應翹曲和氛圍的空間膜元以及邊柱元的模型來進行計算。因為本建筑的體型并不規則，所以計入了在雙向水平的地震的作用下，對該建筑所產生的扭轉影響。故采用考慮扭轉耦聯的振型分解反應譜法, SATWE 振型數取21, 有效質量參與比大于90%，屋頂的小塔樓其鞭梢效應也進行了反映。ETABS 在進行模態組合時亦采用CQC 法, 它考慮了扭轉與密集模態的耦合;而且它能夠考慮其動力荷載的分布。
2、該超限高層建筑剪力墻的布置
在設計的過程中，較為關鍵的是剪力墻的長度、數量、布置的位置以及厚度。因為該建筑受到了平面布置的局限，只能利于電梯井、樓梯間、隔墻以及設備井作為剪力墻。經過多次的調整，最后像圖3所示，形成了五個筒體，因為增強了結構抗握的剛度；并使該結構沿著兩個主軸的方向的側向比較相近；剪力墻的間距大絕跡35米，滿足了規范的要求。圖中沒有標明樓板的百度，其為120，墻厚大約為300，局部墻以及底的厚度為350，筒體的內墻厚度為250；地下室的頂板厚度大約為180，可以作為嵌固端。
由于南北的裙房與主樓的連續比較弱，平面也不規則，為了發送裙房和主樓的連接部位的受力善，在南北兩側的裙房之間增加了墻體。
3、抗震的設計和構造的措施
針對以上所描述的工程特點，主要采用以下措施：
（1）提高了地下室到第四層結構的混凝土的強度等級，標為C35，并提高了該混凝土的配筋率，第五層及其以上采用了是C30.
（2）加強了大底盤：將地下室的頂板加厚到了180毫米，采用了雙向雙層配筋的方法，提高了配盤率；同時加厚地下室的外墻，沿著西側的主樓外圈軸線增設了地下室的內墻，并加強了地下室的結構的樓層剛度，使其大于或等于相鄰的上部的樓層剛度的兩倍。如圖4所示：
（3）加強洞口周連年構件以及結構的構件：將洞口周圍的樓板加厚到了150毫米，采用雙向雙層的配筋方式，在凹口的地方增設了厚拉板，厚度為300毫米。如圖2.3所示。采用的是鋼骨混凝土，同時盡最大可能將鋼骨延伸到主體的筒體上，然后加強錨固。這些部位起著非常重要的作用，他們將裙房和主樓連成一個整體，感情用事限制著其扭轉。
（4）加強了立面收進層（第四層）樓蓋厚度，將其提高為150，也提高了其配筋率，同時加強其收進部分的構件。為了增加該建筑的延性不適當地提高了配筋。
（5）由于南側的裙房第4層的大廳罐子取了三根中柱，所以在此處采用了型鋼混凝土梁來增加其跨度，加厚了該樓板，達到了150，同時采用鋼筋混凝土來組合樓面。
（6）圖2所示的第五層平面簡圖中，中廳的玻璃天棚選擇了鉸椄鋼梁同時在其兩側增加了水平支撐，加強了第一層到第五層的豎向構件，保證了結構的整體配合工作。
（7）加強了南側和北側裙房之間的相互連接：在圖2中，第五層的平面簡圖采用了空間鋼管桁架將南側與北側的裙房進行了剛性連接，而且與中廳的天棚鋼桁架相連接，從而減小了裙房的扭轉和偏離的趨勢。
（8）不設伸縮縫和沉降縫。提高了每層樓板的構造配筋，而且在收縮應力以及溫度比較大的板區內沒有配筋的表面布置了溫度收縮鋼筋。這樣就可以避免以后的設備設計以及結構上的很多困難。
四、結束語
該超限高層建筑因為其獨特的立面、平面的建筑設計而中標了，但是也因為其平立面的不規則性也給該設計增加了很多困難。為了保證該超限高層建筑的功能以及造型這兩個方面的要求，對樓板的厚度、梁柱的截面、剪力墻的布置、局部的位置以及材料進行了多次調整。最終確定了本論文所描述的結構方案。通過本論文對超限高層建筑結構方案的實現，為合理地設計不規則的平立面的超限高層建筑提供了一些新的思路。而且本設計已經通過了抗震的審查。
參考文獻
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關鍵詞：超限高層，梁式轉換 ， 上部結構 ， 基礎設計
Abstract: the article mainly in guangzhou a high-rise hotel building project overrun seismic design main point to carry on the analysis, including the structure system layout, of the whole structure of the elastic computation analysis, the lateral stiffness calculation, and so on. Analyzes the structure characteristics of this project, and produced by the off-gauge problems of structure adjustment and take the structure seismic strengthening measures overrun.
Keywords: overrun high-rise, beam type conversion, the upper structure, basic design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1工程概況
某高層酒店建筑項目，位于廣州市海珠區新港東路北側琶洲村，地上總建筑面積38800m2，地下建筑面積約47460m2，地下3層，地下室底板面標高-14.000m，室外地面標高為-0.250m；酒店地上15層、房屋高度62.250m，采用框架-剪力墻結構。
2 地基與基礎設計
2.1 巖土層結構
本工程場地巖土層按地質成因自上而下分為人工填土層Q4ml、海陸交互相沉積淤泥質土層Q4mc、淤泥質砂層Q4mc、沖積～洪積砂層Q3al+Pl、沖積～洪積土層Q3al+Pl、河湖相沉積淤泥及淤泥質土層Q3al、殘積層Qel及基巖。巖石堅硬程度為：強風化巖為極軟巖，中風化巖為軟巖，微風化巖為較硬巖；巖體完整程度為：強風化巖極破碎，中風化巖破碎，微風化巖較完整；巖體基本質量等級為：強風化及中風化巖Ⅴ級，微風化巖Ⅲ級。微風化粉砂巖天然濕度單軸抗壓強度frk=13.1Mpa，微風化粗砂巖天然濕度單軸抗壓強度frk=16.3Mpa。
2.2 基坑及基礎設計
酒店主樓擬采用人工挖孔樁基礎，以微風化粉砂巖層為樁端持力層，微風化粉砂巖天然濕度單軸抗壓強度的frk=13.1MPa，樁身混凝土強度等級C35，樁徑范圍為φ2000～2700mm。無上部建筑地下室擬采用天然地基上的擴展基礎。
基礎埋深不小于房屋高度的1/18即158.15/18＝8.78m，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第12.1.8條的要求。
3 上部結構選型與布置
酒店地上15層，裙房4層，室外地面標高為-0.25m，1～4層層高分別為5.0m、5.0m、6.5m、6.5m，標準層層高為3.5m，房屋高度為62.25m，出屋面3層、高度14.00m,標準層平面呈倒Z型。配合建筑功能和造型需要，酒店擬采用框架-剪力墻結構體系，高寬比為2.24小于6，符合《高層建筑混凝土結構設計技術規程》第3.3.2條的要求。
利用電梯井、樓梯間設置4組落地剪力墻以承受主要水平剪力和傾覆力矩，是最主要的抗側力防線，其中兩組剪力墻形成兩個筒體大致居中布置。采用梁板式樓蓋，電梯及樓梯造成的樓板大開洞削弱處，在洞口邊緣設置邊梁、樓板適當加厚并加強配筋，保證水平作用的可靠傳遞，從而確保剪力墻與框架共同形成雙重抗側力結構體系。
裙房四層大跨度空間屋蓋采用預應力混凝土結構；四層較大錯層處，框架柱截面高度均不小于600mm，平面外受力的剪力墻厚度均不小于250mm，并設置與之垂直的墻肢。
4 上部結構的超限認定
（1）扭轉不規則：經計算，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大扭轉位移比：X向1.10（4）小于1.2，Y向1.48（4）大于1.2小于1.5，屬扭轉不規則Ⅰ類。
扭轉周期比：Tt/T1=0.839＜0.9。根據有關資料分析，判定為扭轉不規則。
（2）樓板局部不連續。由標準層結構平面圖可知第2、4層樓面開洞面積超過50%，第5層錯層，屬局部樓板不連續。
（3）豎向不規則。三層樓面處設置了梁式轉換層，轉換層以下為部分框支剪力墻結構，轉換層以上為剪力墻結構。因此，可以判定為豎向抗側力構件不連續。
（4）尺寸突變。豎向構件位置縮進大于25%。
5上部結構計算與分析
5.1計算原則
整體結構采用兩個不同力學模型的結構分析軟件PKPM/SATWE和Midas/Gen7.9.5進行（彈性）計算和校核。PKPM/SATWE程序為高層結構分析與設計的空間組合結構有限元分析軟件，采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等桿件，用在殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻。Midas/Gen7.9.5為三維空間有限元分析軟件，采用三維梁單元模擬實際結構中的梁柱等構件，多種類型面單元模擬剪力墻（包括僅考慮面內荷載的靜力凝聚墻單元、同時考慮面內面外的墻單元、三維板殼元等）。
5.2 彈性計算結果
5.2.1周期及周期比(表1)
表1周期及周期比表
本工程第一、二周期均為以平動為主的周期，第三周期為以扭轉為主的周期，第一扭轉周期與第一平動周期的比值不大于0.9，符合《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-2010）第3.4.5條的要求。
5.2.2最大層間位移角及位移比（位移比按偶然偏心＋剛性樓板模型采用）（表2）
表2 最大層間位移角及位移比表
本工程樓層的豎向構件的最大水平位移和層間位移，均小于該層平均值的1.5倍，符合《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-2010）第3.4.5條的要求，但Y向部分樓層超過1.2，故存在類Ⅰ扭轉不規則情況。
在多遇地震及50年一遇風荷載作用下，本工程結構的樓層層間最大位移角小于1/800，符合《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-2010）第3.7.3條的要求。
5.2.3 結構的地震力和層剪力（表3）
一、超限高層建筑結構類型
1、框架一剪力墻結構
其不僅有框架結構的布置靈活和延性好，也具有剪力墻結構的大剛度和高承載力的特點?？蚣芙Y構的側向位移為剪切型，其層間的相對位移下大而上小，而剪力墻結構的側向位移則為彎曲型，它的層間相對位移則為下小而上大。并通過樓層梁板將兩者連在一起，從而使得框架和剪力墻協同受力，一同進行工作。所以，在結構的底部框架的側移變小，那么在結構上部剪力墻的側移就變小，其側移的曲線包含了2種結構的特點，是彎剪型。
2、框架-核心筒體結構
核心筒是通過利用電梯井和樓梯間以及管道井等的墻體，來圍成一個封閉的實腹筒體，且框架部分是以核心筒作為中心來向外進行布置，其外框架的柱間距可達到9- 10m，因此，其有空間大而靈活，立面可選性較強以及采光好等優點，是商務建筑和高層公共建筑的理想選擇。其封閉的實腹筒體整體性，讓其具有非常優異的抗彎與抗扭剛度，可建造的高度達40-50層。且當設有伸臂時，其外框架的抗傾覆矩就會得到增大，從而使其結構的抗側剛度得以增大，從而減少結構的側移，這樣其建造的高度則可達60-100層。
二、超限高層建筑結構設計要點
1、重點突出水平荷載
超限高層建筑結構設計中，最為重要的內容就是結構荷載設計，而荷載設計又包含兩方面內容，分別為水平與豎向荷載。因為超限高層建筑高度基本上都可以確定，因此豎向荷載通常都是確定數值，設計者只要進行簡單的計算即可，但是水平荷載則不同，結構特性發生變化，數值就會發生變化，因此水平荷載計算更為復雜，設計人員需要多加留意。
2、重點關注軸向變形問題
超限高層建筑因此高度要高于一般的高層建筑這，因此豎向荷載自然也高于普通高層建筑，柱軸向變形能力也更大，如果不加以考慮，可能連續梁彎矩會發生非常明顯的變化，負彎矩值就會相應的降低，相對的跨中正彎矩也變大。不僅如此，預制構件下料長度也會隨之發生變化，不能依照原本設計來進行計算。若軸向變形突然出現，設計人員并未加以注意，構件剪力依然依照原有的情況進行計算，很有可能會引起安全問題。
3、對子側移進行重點控制
超限高層建筑與多層建筑有很大的不同，高度越高，結構在水平與豎向荷載的共同作用下，發生側移的可能性非常高。如果側移非常大已經超出建筑結構承載能力，超限高層建筑就會因此發生安全問題。因此側移數值控制異常重要。
4、結構延性是重點設計內容
超限高層建筑垂直高度非常高，因此其對結構的柔性有著更高的要求。所以要求設計者要對超限高層建筑結構進行設計時，必須滿足延性要求，如若出現地震，結構會保持著塑性變形狀態，以此防止坍塌事故的出現。正是因為如此，結構延性成為重點設計內容。
三、超限高層建筑結構設計中需要注意的問題
1、地基設計需要注意的問題
多層建筑地基設計非常簡單，經驗豐富的設計者只要按照基礎設計資料進行設計即可，出現問題的可能性并不大。但超限高層建筑卻不能如此隨便，因為高度非常高，地基承載力要求非常高。因此在進行地基設計之前，施工單位必須預先進行地質勘探，設計人員依據勘探數據報告來設計，以此保證地基承載能力達到超限高層建筑要求。總之，實際設計期間，設計者必須以勘探結構為依據，考慮眾多因素，完成基礎結構設計工作。
2、抗震設計中需要注意的問題
超限高層建筑抗震設計應該是結構設計重點考慮的問題之一。為了提升超限高層建筑的抗震性，設計人員盡量不要應用框架體系，可以選擇應用框架-剪力墻結構，也可以選擇應用筒體結構體系。設計者在進行設計時，一定要對實際情況加以了解，根據超限高層建筑的剛度和抗震需求來進行結構體系設計，這樣不容易出現設計返工的問題。
3、現澆鋼筋混凝土樓板設計需要注意的問題
①從鋼筋混凝土的現澆樓板的各種受力體系分析，不管是按哪種設計中對其受力狀態的考慮，都是局限于樓板平面上應力的變化以及板平面受剪的變形。即使對板端的嵌固端節點所產生的彎矩進行考慮，也僅僅是對板平面的彎曲或者屈曲所產生的應力進行了考慮。而在對樓板的受力體系進行分析時，對于現澆結構的構件間的在三維空間之中怎樣進行內力分配和協調變形，則根本沒有進行考慮。
②在進行樓板鋼筋的配置設計時，部分的設計者只是按照單向板來進行計算，只是以分離式的負彎矩鋼筋來作為支座處的支撐，這種設計方法所計算出來的受力情況和實際的受力情況存在著較大的出入，所以導致混凝土樓面的抗拉能力分布不均，很容易導致局部裂縫的產生，同時由于對于構造配盤及放射筋等重視度不夠，所以一些薄弱環節沒有加強筋的配置，為質量安全埋下了隱患。
4、連續梁設計需要注意的問題
連續梁按單梁進行設計，此情況大多出現在陽臺邊梁的設計之中。為了更便于分析結構受力情況，設計者把應為連續梁的梁按照簡支梁來設計，使得梁在支座上部的負筋配置過少。從而引起了梁在支座附近上部的受拉區出現豎向上的裂縫，從而導致梁上部攔板處出現豎向的裂縫。若此邊梁的長度較長，那么出現的問題將會變得更加嚴重。