高层建筑结构抗震设计论文

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高层建筑结构抗震设计论文范文第1篇

【关键词】结构转换层 高层建筑 结构设计 高层建筑设计 转换层设计

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

一．引言

随着我国现代高层建筑高度的不断增加，建筑的功能也日趋复杂，在高层建筑竖向立面上的造型也呈现多样化。在某些建筑结构中，通常会要求上部的框架柱或是剪力墙不落地，在建筑结构中需要设置较大的横梁和桁架来作为支撑，甚至有时要改变竖向的承重体系，此时就要求设置转换构件，将上部和下部两种不同的竖向结构进行过度和转换，通常这种转换构件占据约为一至二层，这种转换构件即为转换层。结构转换层在很大程度上改变了建筑的结构体系，在进行设计时要慎重考虑。

二.转换层结构施工特点

由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,正常的结构布置应是下部刚度大、墙体多、柱网密,而到上部则逐渐减少墙体及柱的布置,以扩大柱网。这样,结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此,为了适应建筑功能的变化,就必须在结构转换的楼层设置水平转换构件,部分竖向构件在转换层处被打断,使竖向力的传递被迫发生转折,而转换层就是实现转折功能的大型水平构件。转换层的结构形式一般有以下几种构成：箱式转换、梁式转换、空腹桁架式转换、桁架式转换、板式转换和斜撑式转换等。 带转换层的高层建筑是一受力复杂、不利抗震的结构体系,该结构及其支撑系统有自身的特点。众多高层建筑采用梁式转换层进行结构转换,这主要是由于:

1.转换层设计带转换层的多高层建筑,转换层的下部楼层由于设置大空间的要求,其刚度会产生突变,一般比转换层上部楼层的刚度小,设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构抗侧刚度及承载力的变化,以保证满足抗风、抗震设计的要求。转换构件为重要传力部位,应保证转换构件的安全性。2.8度抗震设计时除考虑竖向荷载、风荷载或水平地震作用外。还应考虑竖向地震作用的影响,转换构件的竖向地震作用,可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算;作为近似考虑,也可将转换构件在重力荷载标准值作用下的内力乘以增大系数1.1。

2.经济指标

从抗剪和抗冲切的角度考虑,转换板的厚度往往很大。一般可2.0m~2.8m 。这样的厚板一方面重量很大,增大了对下部垂直构件的承载力设计要求,另一方面本层的混凝土用量也很大。

转换梁常用截面高度为1.6~4.0m,只有在跨度较小以及承托的层数较少时才转换梁常用截面高度0.9~1.4m,而跨度较大且承托较大且承托的层数较多时,或构件条件特殊时才采用较大的截面高度4.0~8.2m 。

3.抗震性能

由于厚板集中了很大的刚度和质量,在地震作用下,地震反应强烈。不仅板本身受力很大,而且由于沿竖向刚度突然变化,相邻上、下层受到很大的作用力,容易发生震害。以往的模型振动台试验研究表明,厚板的上、下相邻层结构出现明显裂缝和混凝土剥落。另外,试验还表明,在竖向荷载和地震力共同作用下,板不仅发生冲切破坏,而且可能产生剪切破坏,板内必须三向配筋。

4.转换层结构的基本功能

从结构角度看，转换层结构的功能主要有：

(1)上、下层结构形式的转换

这种转换层广泛用于剪力墙结构和框架--剪力墙结构，将上部的剪力墙转换为下部的框架。

(2)上、下层结构轴网的转换

转换层上下结构形式没有改变，但通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的入口。

(3)下、下层结构形式和结构轴网同时转换

上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为下部框架结构的同时，下部柱网轴线与上部剪力墙的轴线错开，形成下、下结构不对齐的布置。

5.转换层结构设计方法存在的问题

目前在多、高层建筑中，绝大多数的开发商都会要求建筑物具有完备的建筑功能，建筑师在建筑设计中也往往首先想到采用结构转换层来完成上、下层建筑物功能的转换。但一些结构设计人员在实际进行转换层设计时显得无从下手，没有可操作、可遵循的设计思路、设计原则来进行结构设计。造成这种现象的主要原因是当前转换层设计没有相关的可遵循的设计准则，使设计人员难以进行结构选型、截面确定、计算模型确定、计算方法确定，计算结果应用以及配筋方法的实施等一系列结构设计步骤。这种现状与我国当前高层建筑的迅猛发展足不适应的。转换结构层具有与一般结构层相比结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大、受力复杂等特点。这样的尺寸和重量意味着转换结构组成了建筑物的主要构件。它们设计的是否合理、安全、经济对整个结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要影响。现有的转换层设计方法，主要是针对形式简单、受力相对简单的转换梁，对于受力复杂的转换梁还没有深入研究。即便是对于形式简单的转换梁，其受力性能也没有完全清楚，而往往是互相混淆，设计概念小明确，设计原则不准确。

三. 带结构转换层的高层建筑结构设计

1. 带转换层的高层建筑结构设计原则

高层建筑中转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：

（1）为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上、下层刚度比γ≤2，尽量接近1。这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大，使上柱有良好的抗侧力性能，减少竖向刚度变化，有利于结构整体受力。

（2）尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。

（3）设计中应保证转换层有足够的刚度，一般应使梁高度不小于跨度的1/6，才能保证内力在转换层及其下部构件中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能，能较好的起到结构转换作用。

（4）必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例，当剪力墙较多且考虑抗震时，横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%，非抗震时不宜少于30%。

（5）转换层以上的剪力墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱产生很大的内力而超筋。

（6）转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。转换层位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层，对抗震设计不利，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较大差异。当必须采用高位转换时，应控制转换层下部框支结构的等效刚度，即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度，这对于减少转换层附近的层间位移角及内力突变是十分必要的，效果也很显著。另外，对落地剪力墙间距的限制应比底层框支剪力墙结构更严一些。对平面为长矩形的建筑，落地剪力墙的数目应多于全部横向剪力墙数目的一半。

2.转换层的应用

（1）梁式转换层

作为目前高层建筑结构转换层中应用最广的结构形式，它具有传力直接明确及传力途径清晰，同时受力性能好、工作可靠、构造简单、计算简便、造价较低及施工方便等优点。转换梁不宜开洞，若必须开洞则洞口宜位于梁中和轴附近。转换梁有托柱与托墙两种形式，其截面设计有4种方法，即普通梁截面设计法、偏心受拉构件截面设计法、深梁截面设计法和应力截面设计法。转换梁的截面尺寸一般由剪压比（mv=Vmax/febh0）计算确定，应具有合适的配箍率，以防发生脆性破坏，其截面高度在抗震和非抗震设计时应分别小于计算跨度的16和18。（2）厚板转换层 当转换层上、下柱网轴线错开较多而难以用梁直接承托时，可采用厚板转换层，但厚板的巨大荷载会集中作用于建筑物中部，振动性能复杂，且该层刚度很大、下层刚度相对较小，容易产生底部变形集中，其传力途径十分复杂，是一种对抗震十分不利的复杂结构体系，应进行整体内力分析、动力时程分析及板的内力分析等。厚板的厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定；可局部做成薄板，厚薄交界处可加腋或局部做成夹心板，一般厚度可取2.0～2.8m，约为柱距的1/3～1/5。厚板应沿其主应力方向设置暗梁，一般可在下部柱墙连线处设置。转换层厚板上、下一层的楼板应适当加强，楼板厚度不宜小于150mm。

(3）箱式转换层

当需要从上层向更大跨度的下层进行转换时，若采用梁式或板式转换层已不能解决问题，这种情况下，可以采用箱式转换层。

它很像箱形基础，也可看成是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁共同组成，具有很大的整体空间刚度，能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。

(4)桁架式转换层

这种形式的转换层受力合理明确，构造简单，自重较轻，材料节省，能适应较大跨度的转换，虽比箱式转换层的整体空间刚度相对较小，但比箱式转换层少占空间。

(5)空腹桁架式转换层

这种形式的转换层与桁架式转换层的优点相似，但空腹桁架式转换层的杆系都是水平、垂直的，而桁架式转换层则具有斜撑竿。空腹桁架式转换层在室内空间上比桁架式转换层好，比箱式转换层更好。

四．结束语

高层建筑的迅速发展，从以往的简单体型和功能单一的时代开始走向体型复杂，建筑的功能呈现多样化发展。在高层结构设计中，带转换层结构设计不能简单设置成“承上启下”，而要在实际结构上实现上部结构和下部结构的过度和转换。

参考文献：

[1] 熊进刚 李艳 带结构转换层的高层建筑结构设计[期刊论文] 《南昌大学学报(工科版)》 ISTIC -2002年4期

[2]季静 韩小雷 杨坤 郑宜 Ji Jing Han XiaoLei Yang Kun Zheng Yi带主次梁转换层的超限高层建筑结构设计[期刊论文] 《结构工程师》 ISTIC -2005年2期

[3]丁奇峰 带结构转换层的高层建筑结构设计 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2013年6期

[4]韩小雷 杨坤 郑宜 季静 带梁式转换层的超限高层建筑结构设计[期刊论文] 《昆明理工大学学报（理工版）》 ISTIC PKU -2004年6期

[5]黄瑛 带转换层高层结构综合楼设计 [期刊论文] 《铁道标准设计》 ISTIC PKU -2005年1期

[6]侯俊杰 带结构转换层的高层建筑结构设计 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2013年5期

高层建筑结构抗震设计论文范文第2篇

关键词：高层建筑，结构布置，概念设计

 

前言

高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载，在地震区，还要抵抗地震作用。因此，在高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度，高层建筑结构应具有足够的延性。这样才可以在满足使用条件下能达到既安全又经济的设计要求。论文格式。

1 高层建筑平面布置的合理性

(1)结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。

抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。除平面形状外，各部分尺寸都有一定的要求。首先，平面的长度比不宜过大，L/B一般宜小于6,以避免两端相距太远，震动不同步，由于复杂的振动形态而使结构受到损害。长矩形平面的尺寸目前一般在70-80M以内。

为了保证楼板在平面内有很大的刚度，也为了防止或减轻建筑物各部分之间振动不同步，建筑平面的外伸段长度C应尽可能小。平面凹人后，楼板的宽度应予保证，Z形平面的重叠部分应有足够长度。另外，由于在凹角附近，楼板容易产生应力集中，要加强楼板的配筋。在设汁中，L/R的数值7度设防时最好不超过4；8度设防时最好不超过3,C/D的数值最好不超过1.0.

(2)为了防止楼板削弱后产生过大的应力集中，楼电梯间不宜设在平面凹角部位和端部角区，但建筑布置上，从功能考虑，往往在上述部位设楼电梯间。如果确实非设不可 ,则应采用剪力墙筒体予以加强。

(3)在高层建筑周边设置低层裙房时，裙房可以单边、两边和三边围合设置，甚至高层主楼置于裙房内.当裙房面积较小，与主楼相比其刚度也不大时，上、下层刚度中心不一致而产生的扭转影响较小，可以采用偏置形式;当裙房面积较大，裙房边长与主楼边长之比大于1.5时，宜采用内置式。

(4) 高层建筑物设置了伸缩缝、沉降缝或防震缝后，独立的结构单元就是由这些缝划分出来的各个部分。各独立的结构单元平面形状和刚度对称，有利于减少地震时由于扭转产生的震害。平面不规则、刚度偏心的建筑物，在地震中容易受到较严重的破坏。因此，在设计中宜尽量减小刚度的偏心。如果建筑物平面不规则、刚度明显偏心，则应在设计时用较精确的内力分析方法考虑偏心的影响，并在配筋构造上对边、角部位予以加强。

(5)平面过于狭长的建筑物在地震时由于两端地震波输人有位相差而容易产生不规则振动，产生较大的震害，平面有较长的外伸时。外伸段容易产生局部振动而引发凹角处破坏。需要抗震设防的A级高度钢筋混凝上高层建筑，其平面布置宜符合下列要求: 1)平面宜简单、规则、对称、减少偏心，否则应考虑扭转不利影响; 2)平面长度不宜过长，突出部分长度L不宜过大，凹角处宜采取加强措施。

(6)抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。

(7)角部重叠和细腰形的平面图形，在中央部位形成狭窄部分，在地震中容易产生震害，尤其在凹角部位，因为应力集中容易使楼板开裂、破坏。这些部位应采用加大楼板厚度，增加板内配筋设置集中配筋的边梁，配置45°斜向钢筋等方法予以加强。

当楼板平面过于狭长、有较大的凹人和开洞而使楼板有过大削弱时，应在设计中考虑楼板变形产生的不利影响。楼面凹人和开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半，楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30% ;在扣除凹人和开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5M。且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2M。

(8)抗震设计时，当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。论文格式。

2 高层建筑结构竖向布置的合理性

(1)历次地震震害表明:结构刚度沿竖向突变、外形外挑内收等，都会产生变形在某些楼层的过分集中，出现严重震害甚至倒塌。所以设计中应力求自下而上刚度逐渐、均匀减小，体型均匀不突变。1995年阪神地震中，大阪和神户市不少建筑产生中部楼层严重破坏的现象，其中一个原因就是结构刚度在中部楼层产生突变。有些是柱截面尺寸和混凝土强度在中部楼层突然减小。。有些是由于使用要求而剪力墙在中部楼层突然取消，这些都引发了楼层刚度的突变而产生严重震害。

(2)抗震设计的高层建筑结构。其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。结构竖向抗侧力构件不宜不连续楼层的侧向刚度可取地震作用下该楼层剪力和该楼层层间位移的比值。

(3)A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的承载力不宜小于其上一层的80%,不应小于其上一层的56.5%.B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的承载力不应小于其上一层的75%。。（楼层层间杭侧力结构承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。）

(4)抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1，不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍.。当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸A不宜大于4M.

(5)中国建筑科学研究院的计算分析和试验研究表明，当结构上部楼层相对于下部楼层收进时，收进的部位越高、收进后的平面尺寸越小，结构的高振型反应越明显，因此对收进后的平面尺寸加以限制。。当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，结构的扭转效应和竖向地震作用效应明显，对抗震不利，因此对其外挑尺寸加以限制，设计上应考虑竖向地震作用影响。

(6)结构刚度沿竖向突变、外形外挑或内收等，都会产生某些楼层的变形过分集中，出现严重展害甚至倒塌。所以设计中应力求使结构刚度自下而上逐渐均匀减小，体形均匀、不突变。论文格式。

(7)顶层取消部分墙、柱而形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力可能比其下部楼层相差较多，是不利于抗震的结构，应进行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。如采用弹性时程分析进行补充计算、柱子箍筋应全长加密配置、大跨度屋面构件要考虑：

1)减小土的重量，降低地基的附加压力;

2)提高地基土的承载能力;

3)减少地震作用对上部结构的影响。

3、运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。

传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力R，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。其实，为什么不考虑降低作用效应S呢？目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本，研究成果已经广泛应用于实际工程中，取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制，在工程界还未被广泛地应用。

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。

高层建筑结构抗震设计论文范文第3篇

在众多的自然灾害中，地震由于危害程度深，发生时间短，突然性强的特点，往往会给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定带来严重的危害。有研究显示地震中人员伤亡和经济损失的最主要因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害（占95%）。2008年我国汶川大地震中，我国四川盆地到处屋毁人，一片狼藉，无数次的历史经历告诉我们，做好抗震防御是抗震减轻地震灾害最有效、最根本的措施。

关键字：高层建筑、混凝土房屋、抗震设计

引言：

我国是一个人口密度大、地域广博的的发展中国家，同时其建筑物设计的抗震能力普遍较低，因此，如果我国发生地震将会于社会的发展和人民的健康都造成了无法弥补的损失。因此，建筑物的抗震设防问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展，特别是保障人民群众生命安全的—个重要问题。本文中，根据自己的设计经验将结合我国高层混凝土建筑结构的设计现状、建筑抗震的理论分析对高层混凝提土建筑结构的抗震设计进行讨论。

1、我国高层混凝土建筑结构的设计现状

地震由于其具有较强的突发性和随机性，要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点，但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的，这样就可以消耗地震的能量，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年，越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题，但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。

1.1结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层

在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象，从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。

1.2柱端与节点的破坏较为突出

在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底，那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说，易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲，当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。

1.3砌体填充墙的破坏较为普遍

当遭到地震作用时，由于砌体承重墙变形力度较小，首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时，填充墙的裂缝会明显变宽，甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

2、建筑抗震的理论分析

2.1建筑结构抗震规范

建筑结构抗震规范是每个国家针对就建筑物设计提出来的具有规范性的指导手册，对于抗震结构的设计要符合国家的规定与要求，有关部门应该根据规范严格要求设计单位，对于违反相关条例的设计师要进行严肃处理，要把抗震设计作为一种新的理念加入到建筑物的整体设计中去。但是，由于地地质的不同，在建筑结构抗震规范中，基于工程的可实施性，我国又提出了坚持科学领导，项技术经济合理方向发展的要求。这些建筑结构设计规范中有体现。

2.2抗震设计的理论

目前国际上对于抗震结构研究的理论主要有三个：拟静力理论、反应谱理论和动力理论。拟静力理论是以建筑物结构为刚性的条件，认为地震力水平的作用在结构或者结构的重心上，这个理论兴起于上个世纪10—40年代。然而反应谱理论则相对与其稍微成熟一些，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。对于动力理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。

3、对我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计探讨

要想使建筑物在强烈地震下结构仍保持在弹性状态，不发生破坏是很不实际的，最合理的方案是建筑结构允许在强烈地震中受到破坏，但是绝对不能倒塌。选择合理的建筑框架保证节点基本不被破坏，梁比柱尽可能早发生、多发生，对于同一层各柱两端的屈服历程应该是越长越好，柱子底部的塑性铰应最后形成。简言之，框架的抗震设计应使梁、柱端的铰出现尽可能分散，充分发挥整个结构的抗震能力。

3.1抗震计算中的延性保证

从楼层的水平地震剪力和层间位移关系可以看到，当防震达到第二、第三级水准时，框架结构的构建的弹塑性才是重中之重，框架结构在保持一定承载力的情况下通过变形来削减地震的能量，所以在框架材料的选择上要选择具有比较好的变形能力的材料，这样才不至于失去抗震的效果。实验表明他，通过“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”综合的框架结构可以在承重力和消耗地震能量上有比较好的效果，抗震效果明显。同时，综合大量实验研究成果，影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有：相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。

3.2框架柱设计

钢管混凝土不仅具有较高的抗压、抗弯承载能力，这两者的组合使得延展性和耗能能力也大大加强，它要比普通混凝土的扭剪承载力及剪切变形能力提升很多，更容易满足工程结构受理和变形的要求，在对框架柱进行设计时，采用钢筋混凝土时，可以提高钢管混凝土柱的截面尺寸和壁厚、加大钢框架梁的截面高度，即人为地降低了框架柱的轴压比，也提高了框架部分本身的抗侧移刚度，有效地提高了框架与核芯筒之间的空间效应。外部再加之以人工干预，确定每层框架部分的建立调整系数，减少每层框架的世纪承担的地震作用的份额，这样就可以有效地形成整个框架结构的一道抗震防线。

3.3钢骨混凝土、钢筋混凝土核芯筒剪力墙

对于经常发生地震的的地区而言，剪力墙墙肢轴压比0.25—0.29，墙肢截面平均剪应力与 设计值之比为0.036—0.068。对于混凝土的核心筒周围而言，剪力墙的厚度应该保持在60cm—70cm，自上而下应收至50cm。然而对于核心筒内墙厚度应该由40cm、30cm、20cm从下往上收至20cm。在核心筒，可以为其设置连续带交叉的刚斜撑的钢框架，墙内钢框架通过连梁、形成劲性钢骨混凝土梁。

4、结语：

高层建筑混凝土抗震结构设计是一个非常复杂的工程，经常要受制于建筑当地的具体地形地貌而定，但是只要是有可能，结构工程师就应该在结构设计阶段与建筑工程师设计出多种方案，以避免不规则的设计结构给人们日后带来隐患。

5、参考文献：

1、孟春光；丁洁民；吕西林带阻尼器高层方钢管混凝土框架结构模拟地震振动台试验研究[期刊论文]-结构工程师2005（05）

高层建筑结构抗震设计论文范文第4篇

论文关键词：高层建筑；结构设计；水平载荷

目前我国内地高层建筑中，仍以高层住宅(12～30层)占主体，约占全部高层建筑的80％，所以钢筋混凝土高层建筑仍是具有很强的优势。

一、高层建筑的结构特点高层建筑结构与普通建筑一样，都需要同时承受水平、垂直荷载以及地震的作用，但是，水平荷载和地震是高层建筑的主要控制因素。随着建筑层数的不断增加，位移会迅速提升，弯矩的提升速度仅次于位移。因此在对高层建筑的结构进行设计时，不仅要求其具有足够的承载能力，还会要求其具有足够的刚度，以便将因水平荷载而产生的侧向变形控制在一定范围之内。由于高层建筑受地震的影响较强，因此其结构还应具有延性，以便在地震作用下使结构进入塑性阶段，避免被地震破坏或出现倒塌。由此可知，抗侧力结构的设计是高层建筑设计的关键部分。

（一）、水平载荷成为决定因素

任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在较高楼房中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。随着楼房层数的增多，水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中所引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面对某一高度楼房来说，竖向荷载的风荷载和地震作用，其数值随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（二）、轴向变形不容忽视

通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。对连续粱弯矩的影响：采用框架体系和框一墙体系的高楼中，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，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，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增大。对构件剪力和侧移的影响，与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较，不考虑竖杆件轴向变形时，各构件水平剪力的平均误差达30％以上，结构顶点侧移减小一半以上。

（三）、侧移成为控制指标

与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。

（四）、结构延性是重要设计指标

相对低层结构而言，高层结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采以恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

二、高层建筑结构分析与设计方法

高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定：弹性假定；小变形假定；计算图形的假定。

对于框架一剪力墙体系来说，框架一剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。框架一剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理；等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析；比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆一薄壁杆系矩阵位移法。

（一）、对结构高宽比进行控制

在高层建筑的设计中，对于侧向位移的控制往往是结构设计工作的主要矛盾所在，并且倾覆力矩也会随着层数的增加儿显著增大，因此，建造宽度较小的高层建筑是不符合确保结构安全的要求的，一般来说，应该将高层建筑的高宽比控制在5~6左右，如果设防烈度超过8度，那么对于高宽比应该进行更为严格的限制。

（二）、做好结构的平面设计

如果高层建筑的长度较长，那么在风力的持续作用下，建筑结构就会因为风力的不规则变化而发生楼板平面扭曲或结构扭转等现象。为了避免因楼板变形而导致的复杂受力，应该注意对建筑物的长度加以限制。当设防烈度为6~7时，应该将长宽比控制在6以下；如果设防烈度超过8度，那么长宽比应该限制在5以下。无论高层建筑物的型式如何，其平面设计都应该坚持对称、简单、规则的原则，在最大程度上避免扭转受力和复杂受力。建筑的质量和刚度中心应尽可能荸合，以便在最大程度上降低扭转，一般来说，应该将偏心率控制在垂直于外力作用线边长的5%以内。

（三）、做好竖向设计

在进行结构的竖向设计时，应注意坚持均匀和连续的原则，避免结构不连续或刚度发生突然变化的情况出现。如果建筑所处地区为地震频发区，则不得采用底部存在软弱层的、完全由框支剪力墙组成的结构体系，也不得出现剪力墙在某一层突然发生中断的现象，避免在中部形成软弱层。

三、抗震分析与设计在高层建筑的应用

在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态。为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分。我国现行抗震规范(GB50011-2001)要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震)，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移。对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充计算，并进行罕遇地震作用下(大震)的变形验算。

在我国高层建筑的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：

首先是高度问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

其次是材料选用和结构体系的问题，在高层建筑中，我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系(框一筒、筒中筒和框架一支撑)，这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90％。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。

第三是轴压比与短柱问题，在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。

第四，在某些烈度区采用了较低的抗震措施与构造措施，现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。有人主张在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。

四、结语

结构设计是一项集结构分析，数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。如果高层建筑所在地发生了地震，那么建筑结构所受到的不仅仅是剪切和平移作用的影响，还会存在围绕建筑刚度重心的扭转作用。对于一般的钢筋混凝土高层建筑结构来说，想要对地震所产生的扭转效应进行控制，一方面可以通过合理配筋来使建筑物具备一定的抗扭刚度，另一方面就是对建筑结构平面的不规则设置问题进行处理，以便在最大程度上抵抗扭矩对建筑物产生的不良作用。

参考文献：

[1]陈肇元、钱稼茹.建筑与工程结构抗倒塌分析与设计NO.1[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.12

[2]王伟．试论建筑结构中的抗扭设计[J]．中国科技财富，2010(18)，223-223

高层建筑结构抗震设计论文范文第5篇

【关键词】高层建筑；梁式转换层；施工

随着我国经济的持续快速发展，高层建筑一般上部需要较多的墙体来分隔空间以满足住宅户型的需要；而下部则希望有较大的自由灵活空间，大柱网、少墙体，以满足公共使用要求。这样的建筑上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，为了满足建筑要求就必须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层，在结构转换层布置转换结构构件。

1 梁式转换层结构形式

高层建筑结构下部受力比上部大，按常理来说，在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构；采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网，而上部逐渐减少墙柱的密度。显然，这在高层建筑设计中是不现实的，因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小，因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。

1.1 梁式转换层结构形式

实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。

1.2 梁式转换结构受力机理分析

梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁，上部墙体考虑三层与考虑4层、5层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。

2 梁式转换层的结构设计

2.1 结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种：1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。

2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为 400mm。

3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50 混凝土。

5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在 X 方向为 0.725，在 Y 方向为 0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以 1.15 的增大系数。

2.2 结构平面布局

工程底部为框架—剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

3 梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙协同工作的受力体系。

3.1 转换梁的设计与构造要求

转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数 1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。

转换梁的混凝土强度等级不应低于 C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为 0.3%，转换梁中主筋不宜有接头，转换梁上部主筋至少应有 50%沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。

3.2 框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整——框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于 10 根时，当框支层为 1～2 层时，每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的 2%；当框支层。为 3 层及 3 层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3%；框支柱的数目多于 10 根时，当框支层为 1～2 层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的 20%；当框支层为 3 层及 3 层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

3.3 转换梁的截面设计方法

目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有：应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。

3.4 转换梁截面设计方法的选择

托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。

4 结语

通过高层建筑转换层结构设计的工程实践，体会如下：根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点。

参考文献