【结构设计】超限高层结构设计优化要点汇总(干货!)
超限建筑设计的精髓总结(值得收藏)
超限建筑设计的精髓总结（值得收藏）综述在工作中,屡次碰到结构专家、业主单位的结构工程师提到“结构错层的不利性”,建议在超限报告中对结构错层进行分析.但在超限报告中,却很少看到结构错层的专项分析,至少深圳地区是这样.这种“阳奉阴违”的事情,我觉得挺好奇.偶尔想起来,“阳奉阴违”的原因无非两点,一线的结构工程师不知道怎么分析,或者认为没必要分析.这次,我们自己做一个复杂项目的超限报告.结构错层比较严重,终于有机会,仔细思考“结构错层”究竟该怎么分析.错层给结构带来的不利性,个人认为主要有三点：1）错层削弱楼盖整体性,降低结构受力的协同性,并使传力路径出现薄弱环节,引起应力集中现象；2）在楼板错层位置,会形成短柱,短柱延性较差,对抗震不利；3）错层位置楼板布置不均匀,不对称,质心和刚心严重偏置,在水平地震或风载作用下会产生较大的扭转效应,对错层位置的梁,也会产生不利影响.针对第1点,首先要补充楼板应力分析,尤其要搞清楚错层附近的楼板应力.如果水平推力较大,为了保证水平力的传递,可以梁侧水平加腋.加腋之后,梁的刚度变大,在梁柱节点位置,梁会将更多的弯矩传递给柱,此时就要复核柱的承载力是否足够.有些单位,加腋作为一项构造措施,并未在计算模型中反映,也未手算复核,在梁柱节点位置,可能违背了“强柱弱梁”的设计原则.这点应引起注意.针对第2点,结构错层,短柱是客观存在的.在计算中,短柱的问题是容易抗剪超.我们的办法是,确保短柱在小震及中震作用下,均保持抗剪弹性.其中,抗剪截面验算,要预留足够的富裕度.抗剪计算中,有一个重要参数,剪跨比,需要谨慎确定.根据《高规》10.4节,抗震设计时,错层处框架柱箍筋应全柱段加密配置,抗震等级应提高一级.针对第3点,楼板采用弹性板计算,评估水平力对梁的影响.根据影响程度,可采用配置一定量抗扭纵筋和箍筋的方式提高梁的抗扭能力.另外,如果结构错层非常严重（大范围错层）,还应在整体概念上进行把控.主要可采用以下思路：1）结构水平位移、扭转位移应该从严控制.原因在于,错层处的楼板水平位移差与结构整体水平位移基本呈正比,控制结构整体水平位移,相当于间接控制了楼板水平位移差；相比常规结构,结构扭转对错层结构影响更加不利,容易出现楼板翘曲及应力集中,因此,结构扭转位移需要偏严控制.2）设法降低短柱的轴力,提高短柱延性；降低短柱剪力,提高短柱抗剪承载力富裕度,具体办法可在结构布置上着手.在全国的超限审查技术要点中,错层只是一个很小的超限项,隶属“楼板不连续”.但它明显比普通的楼板不连续要更复杂,值得大家关注.这篇文章,可为大家提供一些思路.下次,如果再有专家、业主提出对“结构错层”的分析要求,我们可以照此做点工作,积极相应专家号召,积极听取业主意见.计算长度我们在做结构设计的过程中,时常碰到计算长度的问题.今天,我们就来理一理这个问题.结构设计,为何会有计算长度这个参数？计算长度除以回转半径,就是长细比.结构规范对长细比本身就有一系列规定.这些规定主要是为了避免结构构件太柔,结构构件太柔,会出现两个问题,一个是运输过程中,容易出现变形；二是在构件受力时,容易出现失稳.对长细比的规定,可以看做是对构件刚度层面的要求,这并不难理解.但是,长细比又和稳定系数挂钩,在结构规范中,我们有各种各样的稳定系数.稳定系数的存在,其实就是为了折减承载力,那长细比为何又与承载力相关呢？即,长细比与构件强度挂钩,这个理解起来,可能就不是那么直接了.我们仔细想想,在材料力学的前面几个章节,我们学习的都是构件截面承载力（强度）,但截面强度和构件强度是一回事吗？很明显,构件强度不大于截面强度.这中间的差别在哪里呢？结构规范沿用了截面强度的计算公式,但在过渡到构件强度的时候,引入了稳定系数.这其实就是一阶线性分析方法的处理办法.在结构计算时,采用理想无缺陷计算模型进行一阶线性计算,并基于计算得到的内力进行构件强度（包含稳定承载力）验算,引入稳定系数,是为了考虑结构和构件自身的缺陷以及二阶效应对构件承载力的影响.一阶分析法,方便快捷,但明显不是最有效的办法,我们完全可以采用以二阶非线性分析为基础的直接分析法.当然,这是后话,我们还是说回计算长度.计算长度如何确定,结构规范给了很多说明.对常规的结构,规范规定已经相对明确.但对一些非常规结构,我们如何确定计算长度呢？在超限报告中,时常看到大家采用材料力学中的欧拉公式来反算计算长度.但不要忘记,该公式是有假定条件的,即,中心受压直杆.如果不能满足此条件,强行采用该公式计算,后果不堪设想.大家有个错觉,根据欧拉公式计算的稳定承载力一定小于截面强度承载力.也许,我们太久没有翻看材料力学了.实际上,只有长细比大于某一特定值时,稳定承载力才小于截面强度承载力.比如,对Q235钢,根据理论计算,长细比大于100时,构件强度由稳定承载力控制,否则,应由截面强度控制.Q345、Q390、Q420的界限长细比分别为83、78和75.长细不大于界限长细比时,理论计算的稳定系数为1.00,但根据《钢结构设计规范》,相应长细比的稳定系数如下表最后一列所示（均小于1.00）.这又是怎么一回事呢？其实,规范在计算稳定系数的时候,考虑的因素要比单纯的材料力学中的欧拉公式复杂得多,比如初弯曲、残余应力、初始缺陷、不同截面等（参考《钢压杆的柱子曲线》,李开禧）.在无法直观得到计算长度系数的时候,我们按欧拉公式来反算,是不得以而为之的办法,如果实际条件与欧拉公式的假定有一定偏差,比如,存在初始弯曲、存在一定弯矩、构件并非等直等,欧拉公式给出的结果是偏保守,还是偏不安全,到目前为止,我还无法判断.钢构件设计时,稳定应力时常大于强度应力,而稳定应力又依赖于计算长度.算到最后,你会发现,计算长度的确定是绕不过去的坎.在一阶分析法这个方向上,欧拉公式作为最后,又几乎是唯一的救命稻草,又常常“失稳”,这真是一件让人尴尬的事情.除非我们选择第二条路,直接分析法,但这个方法也有不少假定,比如对初始缺陷、初始弯曲的假定,针对这些假定的经验,我们可能更缺乏.我们以为超限报告专项分析中,构件计算长度的确定是最容易的一件事,很多时候,只是我们想得简单了.从截面承载力到构件承载力,再到结构承载力,这是一名结构工程师的进阶之路,琢磨得越多,脑子里面的概念反而会越来越少.结构错层在工作中,屡次碰到结构专家、业主单位的结构工程师提到“结构错层的不利性”,建议在超限报告中对结构错层进行分析.但在超限报告中,却很少看到结构错层的专项分析,至少深圳地区是这样.这种“阳奉阴违”的事情,我觉得挺好奇.偶尔想起来,“阳奉阴违”的原因无非两点,一线的结构工程师不知道怎么分析,或者认为没必要分析.这次,我们自己做一个复杂项目的超限报告.结构错层比较严重,终于有机会,仔细思考“结构错层”究竟该怎么分析.错层给结构带来的不利性,个人认为主要有三点：1）错层削弱楼盖整体性,降低结构受力的协同性,并使传力路径出现薄弱环节,引起应力集中现象；2）在楼板错层位置,会形成短柱,短柱延性较差,对抗震不利；3）错层位置楼板布置不均匀,不对称,质心和刚心严重偏置,在水平地震或风载作用下会产生较大的扭转效应,对错层位置的梁,也会产生不利影响.针对第1点,首先要补充楼板应力分析,尤其要搞清楚错层附近的楼板应力.如果水平推力较大,为了保证水平力的传递,可以梁侧水平加腋.加腋之后,梁的刚度变大,在梁柱节点位置,梁会将更多的弯矩传递给柱,此时就要复核柱的承载力是否足够.有些单位,加腋作为一项构造措施,并未在计算模型中反映,也未手算复核,在梁柱节点位置,可能违背了“强柱弱梁”的设计原则.这点应引起注意.针对第2点,结构错层,短柱是客观存在的.在计算中,短柱的问题是容易抗剪超.我们的办法是,确保短柱在小震及中震作用下,均保持抗剪弹性.其中,抗剪截面验算,要预留足够的富裕度.抗剪计算中,有一个重要参数,剪跨比,需要谨慎确定.根据《高规》10.4节,抗震设计时,错层处框架柱箍筋应全柱段加密配置,抗震等级应提高一级.针对第3点,楼板采用弹性板计算,评估水平力对梁的影响.根据影响程度,可采用配置一定量抗扭纵筋和箍筋的方式提高梁的抗扭能力.另外,如果结构错层非常严重（大范围错层）,还应在整体概念上进行把控.主要可采用以下思路：1）结构水平位移、扭转位移应该从严控制.原因在于,错层处的楼板水平位移差与结构整体水平位移基本呈正比,控制结构整体水平位移,相当于间接控制了楼板水平位移差；相比常规结构,结构扭转对错层结构影响更加不利,容易出现楼板翘曲及应力集中,因此,结构扭转位移需要偏严控制.2）设法降低短柱的轴力,提高短柱延性；降低短柱剪力,提高短柱抗剪承载力富裕度,具体办法可在结构布置上着手.在全国的超限审查技术要点中,错层只是一个很小的超限项,隶属“楼板不连续”.但它明显比普通的楼板不连续要更复杂,值得大家关注.这篇文章,可为大家提供一些思路.下次,如果再有专家、业主提出对“结构错层”的分析要求,我们可以照此做点工作,积极相应专家号召,积极听取业主意见.层间位移角超限关于结构层间位移角限值的问题,颇受争议.前段时间,吴伟河在iStructure图文并茂地讲述了“层间位移角超限怎么办？”这个问题,个人认为,讲得非常好.在阅读过程中,笔者自己曾经陆陆续续读过的相关资料,也一并在脑海中浮现.索性,把不同的观点都罗列出来,各种缘由,便一目了然.1、《抗规》5.5.1条及条文说明“计算楼层内最大的弹性层间位移时,除以弯曲变形为主的高层建筑外,可不扣除结构整体弯曲变形”；“计算时,一般不扣除由于结构重力P-△效应所产生的水平相对位移,高度超过150m或H/B＞6的高层建筑,可以扣除结构整体弯曲所产生的楼层水平绝对位移值,因为以弯曲变形为主的高层建筑结构,这部分位移在计算的层间位移中占有相当的比例,加以扣除比较合理.如未扣除,位移角限值可有所放宽.”2、魏链总相关文献《论高层建筑结构层间位移角限值的控制》“在高层建筑中,发生最大层间位移的楼层一般位于结构的中部、偏上或偏下,恰恰那里的竖向构件两端转角较大,造成无论是柱或剪力墙,它们的非受力层间位移均很大,而受力层间位移则很小,因此用总的层间位移作为控制高层建筑竖向杆件的受力层间位移的措施是值得商榷的,那种认为层间位移角最大的楼层是受力最危险的楼层,在概念上是不正确的.”框剪结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线框筒结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线“结构竖向杆件,无论是柱或剪力墙,其受力层间位移往往都是底部最大,沿高往上变化总体趋势是在减小,因此控制结构的受力层间位移应着眼于控制结构的底部而不是结构的中上部.”魏总对不同结构类型受力层间位移角限值的建议如下.《地王大厦结构设计若干问题》“在地王大厦结构设计中,日本新日铁公司开始也是以层位移差计算结果作为层间位移,结果在第57层出现层间位移角达1/274的情况,远超我国规范的规定.”“地王大厦横风在风荷载作用下,第57层的层位移角虽达到1/274,但是,筒体剪力墙的受力层间位移角只有1/28195,原因是层底转角引起了层顶很大的刚体位移,由此可以肯定剪力墙不但承载力足够,而且一定不会出现受力裂缝.至于层间变形对于装修构件的影响,另有专门措施考虑解决.”《XX项目超限报告》“风载作用下最大层间位移角的限值需考虑以下因素：1）计算层间位移角时考虑结构重力P-△效应；2）计算层间位移角时考虑地下室构件的影响；3）采用结构刚度折减系数时,限值规定宜增大,反之宜减小；4）保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好.a.《建筑幕墙》（GBT21086-2007）规范规定,建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角为性能指标.抗风设计时指标值应不小于主体结构弹性位移角限值,一般约1/200~1/300;b.填充墙正常使用状态允许的层间位移角可大于1/400；c.基于以上两条,风荷载作用下层间位移角的限值不需按不同结构类型区分；5）高层建筑的层间位移角越大,结构的顶点加速度越大,对结构的舒适度不利；6）考虑到层间位移角计算中有些因素难以定量考虑,确定最大层间位移角限值时应适当留有余地.以上分析和研究表明,现行弹性变形计算方法未考虑刚度折减的因素,使计算结果偏小；也未能考虑非结构构件对结构刚度的影响,使计算结果偏大,二者都难以准确定量计算,再考虑到风荷载存在一定的非确定性.综合考虑以上因素,当不考虑刚度折减系数时,各类高层建筑风荷载作用下的最大层间位移角限值取1/350~1/400是基本合理的.”3、方小丹总相关观点1）我国规范认为小震作用属正常使用极限状态,结构应保持“弹性”,故以钢筋混凝土构件（包括柱、剪力墙）开裂时的层间位移角作为多遇地震作用下结构的弹性位移角限值.2）规范要求对计算周期乘以小于1的系数来加以修正,框架结构的周期折减系数为0.6-0.7,框-剪结构为0.7-0.8,剪力墙结构为0.9-1.然而,结构分析得到的位移却没有相应修正.3）钢与混凝土的弹性模量相差约5~10倍,对钢筋混凝土受弯或大偏压（拉）构件而言,混凝土开裂时钢筋的应力还很小.即使是竖向荷载长期作用的受弯构件,如一般的钢筋混凝土梁,正常使用状态下也是带裂缝工作的,但这并不妨碍我们用弹性方法计算结构的内力.4）钢筋混凝土柱和剪力墙正常使用阶段主要内力是竖向荷载引起的压力.在风荷载和可能发生的地震作用下,只要钢筋不屈服,仍处于弹性阶段,即使混凝土开裂,也不会影响结构的安全性.并且,在短时间作用的横向力卸载后,可能出现的裂缝也会闭合,这比竖向荷载长期存在的受弯钢筋混凝土梁更容易满足耐久性要求.5）对于结构中不同位置的剪力墙,在水平荷载作用下,相同层间位移角,各剪力墙的受力却可能差异较大.结构中和轴附近的剪力墙可能小偏心受压,没有裂缝；远离中和轴的剪力墙可能大偏心受压,即截面中有受拉区,混凝土可能开裂.以控制结构层间位移角的方法保证剪力墙、柱混凝土不开裂实际上并没有根据.6）重现期50、100年的风荷载和地震荷载属短期荷载,需进行构件承载力极限状态验算,一般无需限制墙、柱的混凝土是否开裂.有特别要求的,可由构件截面设计加以解决.7）考虑到设计上的方便,可采用《混凝土高规》的做法,不扣除结构整体弯曲的影响,但大幅度放宽层间位移角限值.重现期50年风荷载作用下只需控制结构的顶点位移,一般1/500~1/400;小震作用下层间位移角1/350~1/300.之所以不是钢结构的1/250,是考虑对混凝土结构刚度的折减.4、广东省东莞会议纪要“框架结构不宜大于1/400；高150米及以下的框架-剪力墙、框架-核心筒结构不宜大于1/500,剪力墙结构不宜大于1/600；高250米及以上结构不宜大于1/400；高150米～250米之间可内插确定；钢结构不宜大于1/250；小震作用下楼层的层间位移角可按上述限值控制,但应进行中、大震抗震性能设计,大震作用下弹塑性层间位移角限值按现行规范规定执行.”5、深圳超限预审专家观点以下是我们参与的一个项目,超限预审会时,五位超限专家给出的意见.探明真相之后,“层间位移角限值”便不是一个技术问题,有时反而是一个“政治”问题.如果我们做了足够的论证,证明“位移角超越规范限值”并不会产生大的不利影响,专家依然“恪守规范”,要求我们增加结构刚度的话,我们该怎么办？楼板薄弱连接位置抗剪计算在实际工程中,我们时常碰到验算楼板薄弱连接位置（包括细腰）的面内抗剪问题.以下为两个工程的结构平面图.从下图可明显看到结构布置中的楼板薄弱位置.楼板协调两侧的主结构时,面内将受到较大的水平力,包括轴力和剪力.楼板面内承受拉力或者压力,相对来说,比较容易计算,但面内抗剪的问题,其实并不简单.通常的做法是,按《混凝》或《高规》中梁或墙的抗剪承载力计算公式进行复核.但这样做,有无问题呢？它们的抗剪机理是否一致呢？先来看梁的受剪机理.翻看教材,抗剪破坏分为斜压破坏、剪压破坏以及斜拉破坏.简单粗暴（并不准确）来说,梁的跨高比较小时,发生斜压破坏,这种破坏多发生在剪力大而弯矩小的区段,以及腹板很薄的梁内.在这种破坏机制下,受剪承载力取决于混凝土抗压强度,是斜截面承载力中最大的.梁的跨高比适中,梁截面中的剪力和弯矩均可能其控制作用,这种破坏由拉区边缘的裂缝开始,然后延伸形成斜裂缝,剪压区高度逐渐减小,当最终剪压区混凝土破坏,斜截面承载力丧失.梁的跨高比更大的时候,截面破坏由弯矩控制,受拉引起的垂直裂缝一旦出现,就迅速向压区延伸,斜截面承载力随之丧失.混凝土楼板承受横向荷载的破坏模式就属于这种情况.它的承载力是由弯矩起控制作用,所以,在规范中,我们主要对楼板的正截面承载力进行计算,对斜截面承载力,通过构造措施（比如楼板厚度,跨厚比要求）,是可以天然保证的.无论是规范,还是教材,梁的受剪承载力推导均是基于剪压破坏这种模式得到的.给出的抗剪截面承载力限值,也是基于剪压破坏的.但对跨高比较小的构件,比如上面提及的楼板面外抗剪验算,跨高比很多情况下,是小于1.0的,破坏模式应该是斜压破坏才对.也就是说,抗剪承载力上限应该更高.另外,斜压破坏的抗剪承载力计算公式,是否应该有所不同呢？从受力机制来看,长墙肢的面内受剪似乎与上文提到的楼板面内受剪很接近？如果把剪力墙旋转90°,边缘构件看作梁的话.但是,规范给出的剪力墙抗剪承载力计算公式,其实是兼顾了长墙肢和短墙肢的,如果按此计算楼板面内抗剪的话,针对性不强.那怎么办呢？如果要提供计算依据的话,个人认为,楼板面内抗剪验算与深梁斜截面抗剪验算最接近.《混规》附录给出的深受弯构件斜截面受剪承载力计算公式如下：这个公式有什么不同呢？1）当跨高比不大于2.0时,计算剪跨比取0.25,也就是说,混凝土部分前面的系数为1.4；如果按梁的公式来算,此系数为0.875,按墙来算,此系数为0.5.系数变大的原因,即是“随着跨高比的减小,剪切破坏模式由剪压型向斜压型过渡,混凝土项在受剪承载力中所占比例增大”.2）抗剪承载力同时与水平钢筋与竖向钢筋相关,“当跨高比等于5.0时,只有竖向分布钢筋（箍筋）参与受剪；而当跨高比较小（小于2.0,则取2.0）时,只有水平分布筋能发挥有限的受剪作用”.以2.0为例,水平钢筋项前面的系数为0.5,这一点与梁或墙的抗剪计算公式有很大不同.同时,规范还对深受弯构件的受剪截面承载力进行复核,换算的剪压比依然为0.15,依然是偏安全考虑.假定混凝土强度为C30,0.15fc基本与1.4ft相当,也就是说,抗剪承载力计算时,钢筋的作用基本可以忽略.如果出现抗剪不足,只能增大构件截面或者提高混凝土强度.另外,为了保证面外稳定性,规范还对高厚比及跨高比限值进行了规定,即不大于25.“试验表明,当仅配有两层钢筋网时,如果网与网之间未设拉筋,由于钢筋网在深梁平面外的变形未受到专门约束,当拉杆拱拱肋斜向压力较大时,有可能发生沿深梁中面劈开的侧向劈裂型斜压破坏,故应在双排钢筋网之间配置拉筋.”楼板配筋,不专门设拉筋,从这个角度来看,钢筋的作用不应考虑.以对3m宽,120mm厚的楼板为例,其最大面内抗剪承载力为1.4X120X0.8X3000=403kN.如果要求不出现斜裂缝,规范也给出了参考值,即0.5ftkXbXh0=288kN.（注意h0=0.8X3m）如果注意到《抗规》附录E关于“矩形平面抗震墙结构框支层楼板设计要求”的一些规定,我们又会得到一些新的启发.此处验算的也是楼板面内的抗剪承载力.在公式E.1.2中,剪压比相当于0.1/0.85=0.118,是偏保守的,这是由框支层楼板的重要性决定的.公式E.1.3不考虑楼板的混凝土作用,仅按穿过剪力墙的水平钢筋验算.这是一个什么样的机理呢？这种情况考虑的是,地震作用下,混凝土大开裂,承担传递剪力的担子全部由钢筋承担.根据程懋堃大师《创新思维结构设计》所述,按照“剪摩擦”理论计算时,受剪面钢筋fy应乘以0.7,我们规范计算的钢筋面积偏小.那对本文开头所述的薄弱区楼板,面内最大抗剪承载力能否按剪摩擦理论计算呢？如果可以,3m宽的板跨,按10@150双层配筋,最大抗剪承载力为791.28kN.事实上,在混凝土大开裂的情况下,钢筋是可以提供791.28kN的承载力的,但在这种情况下,楼板（面内）刚度大大降低,相当于仅由钢筋构成的软连接（往复作用下,混凝土会逐渐剥落）,已无法协调两侧的结构体。
复杂高层与超高层建筑结构设计关键点分析
复杂高层与超高层建筑结构设计关键点分析复杂高层与超高层建筑结构设计是极其关键的一环，在设计过程中需要考虑众多因素，包括建筑物高度、结构类型、地质条件、风荷载、地震力、施工工艺、防火安全等。
本文主要从以下几个关键点对复杂高层与超高层建筑结构设计进行分析。
1. 高度的考虑在复杂高层与超高层建筑结构设计中，高度是首要考虑的因素之一。
高度越高，建筑物所承受的风荷载、地震力等将越大，结构也需要更多考虑防震、防风等因素。
因此，在结构设计中要注重优化结构形式，提升结构的抗震性能，同时增强结构的稳定性，确保高层建筑被长期安全使用。
这方面，可采用框架加筒体、框架加剪力墙、框架加钢筋混凝土核心管等结构形式。
2. 结构类型的选择复杂高层与超高层建筑结构类型的选择也是设计中的关键问题。
在选择时首先要考虑结构的安全性、经济性、可行性等因素。
传统的框架结构可以应用于大多数高层建筑的设计，但对于特殊地质条件下的建筑，如长江以南的软弱土层，不同结构类型的效果不同，选择合适的结构类型可以大大提高建筑物的安全性。
3. 地质条件的考虑在建筑设计中，地质条件也是需要优先考虑的因素之一。
地下水位、地质构造、土层性质等都会对建筑物的结构造成影响。
在选择建筑物的位置时，应先了解到当地地质情况。
对于岩石或是硬质土壤层更适合选用基础地面板，而对于软土层和淤泥层则需要特殊的基础设计。
4. 风荷载的考虑在高层建筑结构设计中，风荷载是需要重点考虑的因素。
风荷载会在高层建筑的各个部位产生变化，这需要通过大量复杂的工程计算进行分析。
一般来说，高层建筑的风荷载增大了5倍，每增加30m高度增大一倍，高层建筑结构的设计、建造、检测等方面都需要合理规划。
除了风荷载，地震力也是需要重点考虑的因素。
对于复杂高层与超高层建筑，建筑物应在设计中考虑到地震安全性和适应性。
地震作用产生的具体影响是房屋受力方式的改变，因此在设计中应考虑地震影响的差异，采用防震增强结构体系，并通过提高建筑的承载力和抗震性能来支撑建筑物，实现长期安全使用。
刍议超限高层建筑结构设计中要注意的问题
刍议超限高层建筑结构设计中要注意的问题由于城市人口急剧增加，为了想要满足人口需求，同时做到节约土地资源，由此设计人员更倾向于对高层建筑进行设计。
近些年来，由于建筑设计技术以及施工技术的发展，超限高层建筑逐步稳步推进起来。
虽然这大大人口比例缓解了城市发展人口过量的问题，但是由于高度非常非常高，结构相对也比较复杂，因此对模块化提出了非常高非常高的要求。
本文正是从设计角度对超限高层建筑进行了研究。
一、超限高层建筑结构类型1、框架一剪力墙结构编排其不仅有框架结构的布置灵活和延性好，也具有剪力墙结构的大刚度和高承载力的特点。
框架结构的侧向差值为剪切型，其层间较小的相对位移下大而上小，而中空结构的侧向位移则为弯曲型，它的层间相对位移则为下小而上大。
并通过楼层连结起来梁板将两者连在一起，从而使得框架和剪力墙协同受力，一同进行工作。
所以，在结构的底部框架的向下侧移变薄，那么在结构上部剪力墙的侧移就变小，其侧移的曲线包含了2种结构的特点，是弯剪型。
2、框架-核心筒体结构核心筒是通过借由电梯井和楼梯间以及管道井楼梯间等的墙体，来叠成围成一个封闭的实腹筒体，且框架部分是以核心筒作为中心设计模式来向外成功进行布置，其不仅如此框架的柱间距可达到9-10m，因此，其有空间大而灵活，立面可选性较强以及采光好等优点，是商务建筑风格和高层公共建筑的理想选择。
其封闭的实腹筒体整体性，让其具有非常优异的抗弯与抗扭刚度，可建造的高度达40-50层。
且当设有伸臂时，其重新得到外框架的抗倾覆矩就会得到增大，从而使其结构的抗侧刚度得以增大，从而减少结构的侧移，这样其新建的高度则可达60-100层。
二、超限高层建筑摇摆式要点1、重点鲜明水平荷载超限高层建筑结构设计中，最为重要的内容就是结构载重设计，而荷载设计三又包含两方面内容，分别为发展水平与竖向荷载。
因为超限高层建筑度基本上都可以确定，因此竖向荷载通常都是确知数值，设计者只要求得进行简单的算出即可，但是技术水准荷载则不同，结构中特性发生变化，数值就会发生变化，因此水平荷载计算更为复杂，设计人员需要多加留意。
高层建筑结构设计和优化
高层建筑结构设计和优化随着城市化进程的加速和人口增长的不断扩大，高层建筑的需求也不断增加。
而高层建筑的设计和结构优化对于建筑的安全性、稳定性、经济性以及可持续性发展等方面有着非常重要的影响。
一、高层建筑结构设计的基本要求高层建筑的结构设计应当满足一系列的基本要求。
首先，结构设计要满足建筑物的安全性和稳定性。
其次，结构设计要满足建筑物的经济性要求，尽量减少建筑总体造价和单平米造价。
最后，结构设计要满足建筑物的可持续性发展要求，尽可能减少对环境的影响和浪费。
二、高层建筑结构设计的技术要点1.双倍立柱结构设计高层建筑的双倍立柱结构常用于某些较大跨度的通道、广场、车站等设计中，这样可以有效减轻柱子对空间造成的压迫感。
在建筑物开发过程中，通过双倍立柱的结构设计，可以自由灵活的创造不同的空间环境，更好地展示城市建筑的美感。
2.袖珍型框架结构设计在高层建筑的设计中，袖珍型框架结构被广泛应用。
这一结构设计方式可以使结构框架更加紧凑，避免翼侧影响。
3.空间桁架结构设计空间桁架结构是一种广泛使用的高层建筑结构设计方式。
其优势在于：可以固定减少建筑物在顶部的重量，减少对柱子的压力，最大限度地优化力度핾오방향。
空间桁架结构的设计也可以改变建筑物的高度和展示面积，更好地满足城市建筑设计的多样性和需求。
三、高层建筑结构优化1.减少文件流浪为了简化结构设计，往往会出现文件流浪。
这样一来，设计师难以根据实际设计过程来进行结构设计优化。
为了减少文件流浪，设计师需要避免过大的建筑高度和不必要复杂的结构。
2.合理利用软摆软摆技术可以减少建筑物与地面的振动，从而提高建筑物在极端环境下的抗震能力。
软摆技术的实现需要建筑物自身能够抵御摆动，同时，其也能够优化建筑物的抗震性能。
3.优化结构材料在高层建筑的设计过程中，优化结构材料也是非常关键的一步。
新型高强度钢材的出现使结构设计更加轻盈，有时候甚至可以取代传统的重型钢材。
同时，基于生态可持续发展的理念，建筑材料也越来越注重可持续的素材，以减少对地球的环境影响。
高层建筑结构设计优化
高层建筑结构设计优化在建筑领域，高层建筑的结构设计是至关重要的环节。
对于大型高层建筑的设计师和工程师来说，他们的目标是确保建筑的结构稳定性、安全性和经济性。
为了达到这一目标，优化结构设计是必不可少的步骤。
本文将探讨高层建筑结构设计的优化方法和技术，以提高建筑的性能和效益。
1. 结构材料的选择与优化高层建筑的结构材料选择对于整体工程的成功至关重要。
在优化结构设计时，设计师应当考虑结构材料的强度、耐久性、可持续性以及施工的便利性等因素。
例如，使用高强度混凝土可以减少楼层之间的柱子数量，从而提高使用空间的灵活性和质感。
此外，采用新型耐火材料或碳纤维材料作为建筑材料，可以在提供足够强度的同时，降低整体结构重量和成本。
2. 结构类型的选择与优化合理的结构类型选择是高层建筑结构设计优化的关键之一。
根据不同的建筑需求和设计约束，常见的高层建筑结构类型包括框架结构、剪力墙结构、框剪结构和悬挑结构等。
在选择结构类型时，应考虑建筑的形状、风载体系、地震烈度等因素，并进行系统的力学分析和比较。
例如，在地震多发区，剪力墙结构可以提供良好的抗震性能；而在高风速区域，悬挑结构可以有效降低建筑的风荷载。
3. 结构布局与空间规划高层建筑的结构布局和空间规划是非常重要的。
合理的布局可以最大化使用空间，提高建筑的经济性和功能性。
设计师应当充分利用建筑的空间来实现各种功能区的需求，并确保结构布局的合理性和连续性。
例如，在办公楼中，通过布置柱网，可以提供充足的空间用于办公区域和会议室，并实现灵活的空间组合与分隔。
4. 结构连接与刚性设计高层建筑中的结构连接和刚性设计对于整体结构的稳定性和安全性至关重要。
合理的连接方式和刚性设计可以保证结构的刚度和强度，避免产生结构振动和变形。
例如，在钢结构中，适当的螺栓连接可以实现构件之间的紧密连接，提高整体结构的刚度和承载能力。
5. 结构分析与计算在高层建筑结构设计的优化过程中，结构分析和计算是必不可少的工作步骤。
简析高层建筑的结构设计特点及优化措施
简析高层建筑的结构设计特点及优化措施一、高层建筑结构设计特点1轴向的变形不可忽视竖向载荷在高层建筑中很大，导致柱或剪力墙产生较大的轴向变形，从而使连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。
同时轴向变形影响构件的侧移和剪力，若不考虑构件的轴向变形会得出偏于不安全的计算结果。
另外对预制构件的下料长度还会产生影响，对下料的长度要根据轴向变形计算值来进行调整。
2抗震性要求越来越高相对于低层建筑物，在地震时，高层建筑物显得更加不安全，在地震的作用下变形会更严重一些。
所以，在设计高层建筑物的时候，建筑物的承载力和刚度应该自下而上的逐渐减小，均匀变化。
要合理的设计软弱楼层的塑性集中变形，尽可能增大楼层的结构延性，提高建筑物的变形能力。
也要考察好建筑物的地基土质，假设地震情况下的建筑物情况，进行计算，尽量完善和提高建筑物的设计。
3设计主要因素—水平力在多层和低层房屋結构中，基于重力为代表的竖向荷载控制着结构设计是比较普遍的。
但在高层建筑中，虽然竖向荷载会给结构设计产生重要影响，但是，水平荷载就起着决定性的关键作用了。
一方面，因为楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中所导致的弯矩和轴力的数值，仅仅与楼房高度的一次方是成正比关系的；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
二、提高高层建筑抗震性能1重点提高结构重要部位的延性在结构竖向，对于刚度沿高度均匀分布的、体形较简单的高层建筑，应着重提高底层构件的延性；对于大底盘高层建筑，应着重提高主楼与裙房顶面相衔接的楼层中构件的延性；对于不规则立面的高层建筑，应着重加强体形突变处楼层构件的延性；对框支结构，应着重提高底层或底部几层框架的延性。
在结构平面位置上，应着重提高房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件的延性；对偏心结构，应加大房屋周边特别是刚度较弱一侧构件的延性；对具有多道抗震防线抗侧力构件，应着重提高第一道抗震防线构件的延性。
复杂高层及超高层建筑结构设计要点
复杂高层及超高层建筑结构设计要点复杂高层及超高层建筑的结构设计是国际建筑领域的热点和难点问题之一、在设计过程中，需要考虑多种因素，包括地震、风荷载、抗倾覆能力、承载能力等。
下面将从这几个方面对复杂高层及超高层建筑结构设计的要点进行详细介绍。
首先，地震是复杂高层及超高层建筑结构设计中必须要考虑的重要因素之一、地震会对建筑物施加水平和垂直方向的地震力，对整个结构的稳定性和安全性产生影响。
因此，结构设计师需要根据建筑物所处地区的地震状况，合理选择结构体系和抗震措施。
常见的抗震措施包括使用抗震支撑和减震装置，增加剪切墙和柱子的数量，提高结构体系的刚度等。
其次，考虑风荷载也是复杂高层及超高层建筑结构设计中必不可少的一部分。
由于建筑物的高度较大，容易受到风的作用产生较大的风荷载。
结构设计师需要根据建筑物所处地区的气候条件和风速，合理计算和选取风荷载。
常见的抗风措施包括使用结构抗风技术，如加强楼板、加固连墙、增加风向柱等，以提高建筑物的稳定性。
抗倾覆能力也是复杂高层及超高层建筑结构设计中需要重点考虑的问题。
由于建筑物的高度较大，容易受到倾覆的影响。
为了提高建筑物的抗倾覆能力，结构设计师需要选择合适的基础形式和结构布置，如采用沉桩基础，并增加剪切墙、加固核心墙等结构措施，以提高建筑物的抗倾覆能力。
最后，承载能力也是复杂高层及超高层建筑结构设计中非常重要的一个方面。
由于建筑物的高度比较大，需要能够承受较大的垂直荷载。
结构设计师需要合理选择和布置主要承重构件，如梁、柱和墙等，以确保建筑物能够承受设计荷载。
此外，还需要合理使用材料和施工工艺，提高结构的强度和刚度，以确保建筑物的整体稳定性。
综上所述，复杂高层及超高层建筑结构设计要点包括考虑地震、风荷载、抗倾覆能力、承载能力等因素。
通过合理选择结构体系和抗震措施、增加剪切墙和柱子数量等方式，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
同时，也需要合理计算和选取风荷载，选择合适的基础形式和结构布置，以提高建筑物的抗倾覆能力。
超高层建筑结构设计与优化
超高层建筑结构设计与优化一、超高层建筑结构设计概述随着城市化进程的不断加快，人们的住房需求也在不断增加。
超高层建筑的出现既是对土地资源的最大化利用，也是对多样化的城市空间需求的回应。
而超高层建筑的设计和施工难度也与日俱增。
超高层建筑结构设计与优化需要高度的专业性和技术水平，才能保证楼房在抵御外部力量和自身重力的同时，保证其安全性、稳定性和舒适性。
二、超高层建筑结构设计特点超高层建筑的结构设计有其独特的特点。
首先，超高层建筑要承受更多的自重。
其次，超高层建筑的设计要考虑到地震、风、温差等外部力量。
另外，超高层建筑的建筑材料和技术水平也需要更高的水平。
三、超高层建筑结构设计的三个原则超高层建筑结构设计的三个原则分别是稳定性、安全性和经济性。
稳定性是指超高层建筑在承受外部力量和自身重量时能够保持稳定状态。
安全性是指超高层建筑在承受外部力量和自身重量时不会发生严重事故。
经济性是指在保持稳定性和安全性的同时，保持结构设计的经济效益。
四、超高层建筑结构设计的优化措施为了充分发挥超高层建筑的优点，保障超高层建筑在设计和施工过程中的安全性和稳定性，同时降低建筑成本，有必要对超高层建筑结构设计进行优化，在实际应用中增强结构设计的可行性和效益。
1、抗震设计措施抗震设计是指在超高层建筑结构设计中加入抗震设施，以增强建筑物的稳定性和安全性，减少外部力量对建筑物的影响。
超高层建筑结构设计的抗震措施包括增加建筑物的自重、增加结构的弯曲刚性和弯曲承载能力、减少建筑物的侧移、增加建筑物地基的强度等。
2、风力设计措施在超高层建筑结构设计中，风力对建筑物的影响不可忽视。
因此，超高层建筑结构设计应该对建筑物在强风荷载下的承载能力进行评估，并加入适当的风力设计措施。
这些措施包括增加建筑物的自重、减少建筑物的侧移、增加建筑物的纵向强度等。
3、结构材料优化超高层建筑的结构材料应具备高强度、高稳定性和耐久性等特点。
钢材是一种常用的超高层建筑结构材料，具有高强度、高稳定性和耐久性等优点。
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超限高层结构设计优化要点汇总（干货！）
随着经济的发展,我国的高层建筑越来越多,越来越高,各大城市的地标建筑也多以超高层建筑为主.然而,超限高层建筑的专项审查工作往往占据了设计阶段的大量时间,且其直接奠定了后期的结构造价.在此分享关于超限高层项目的优化要点.
超限高层建筑工程是指超出国家规范、规定所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程,体型特别不规则的高层建筑工程,以及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程.
具体判别标准详见《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质【2015】67号.
需要注意的是,对于一些处于超限与否边界附近的建筑工程最好提前与审图机构,审查专家提前沟通好是否需要进行超限审查,以免造成时间上的延误.
（1）结构体系
结构体系的选取需经过严格比选.常见的各种结构体系优缺点如下表所示：
结构体系优点缺点
混凝土框架+核心筒造价经济、施
工方便自重大、截面大、浪费空间
型钢混凝土框架+核心筒结构抗震性能
优良
造价高
钢管混凝土柱+核心筒延性延性好；柱截
面较小
造价高于型钢混凝土最终采用何种体系可综合考虑时间成本、施工成本、经济效益等方面.
（2）风速剖面与风振分析
《高规》4．2.7条规定：房屋高度大于200m或有下列情况之一时,宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：
I.平面形状或立面形状复杂；
II.立面开洞或连体建筑
III.周围地形和环境较复杂.
超限高层建筑分为高度超限和不规则性超限,所以往往需要进行风洞试验.
由于风具有明显的地域性,且其强度和方向具有显著的方向性,利用这些特点可以有效降低结构和幕墙的造价.对于高度超过300~400m的超高层建筑,风沿高度方向变化的特性对结构设计影响很大,因此针对具体工程确定适用的最优风速剖面,而不仅依赖于《荷载规范》提供的指数变化曲线,能够有效降低风力作用,取得显著的经济效益.
（3）设计地震动参数
依据《防震减灾法》：“地震安全性评价单位应当对地震安全性评价报告的质量负责”.
一般来说,安评报告提供的结构设计地震动参数往往偏大,将导致结构成本明显增加.通常小震应全部采用安评参数或全部用规范参数,对二者的基底剪力加以比较,按不利情况采用.中、大震计算一般采用规范参数.从而在保证结构安全的同时节约结构造价.
此外,采用规范参数时需注意在不同类别场地分界附近的设计特征周期内插,如下图所示.
之前笔者参与的北京某超限高层办公项目,8度区Ⅲ类场地,设计地震分组第一组,小震规范谱特征周期Tg=0.45s.因工程场地等效剪切波速接近分界线值,经内插特征周期减小为0.42s,地震作用约降低8%.
（4）长周期结构的剪重比
在2010版超限审查要求中对剪重比的规定比较严格,在2015版进行了放松,其规定如下：
“结构总地震剪力以及各层的地震剪力与其以上各层总重力荷载代表值的比值,应符合抗震规范的要求,Ⅲ、Ⅳ类场地时尚宜适当增加.当结构底部计算的总地震剪力偏小需调整时,其以上各层的剪力、位移也均应适当调整.
基本周期大于6s的结构,计算的底部剪力系数比规定值低20%以内,基本周期3.5～5s的结构比规定值低15%以内,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行设计.基本周期在5～6s 的结构可以插值采用.
6度（0.05g）设防且基本周期大于5s的结构,当计算的底部剪力系数比规定值低但按底部剪力系数0.8%换算的层间位移满足规范要求时,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行抗震承载力验算.”
此时,通常来讲可以满足要求.如果还是不能达到最小地震剪力要求,可以通过修改反应谱曲线的方法来使结构达到一定的设计剪重比,或通过位移值来控制结构变形.
（5）周期折减系数
《高规》4.3.17条对周期折减系数做了具体规定,但对于超高层建筑,若拘泥于规范给定的数值范围很可能造成巨大的浪费.一定要根据工程实际情况,隔墙的布置数量、隔墙材料等综合取值.
例如,还是前述笔者说的北京某超限办公项目,框架-核心筒结构,规范给定的数值是0.7~0.8,但考虑到该工程隔墙较少,将
周期折减系数取为0.90~0.95,地震作用约降低15%！
（6）设计材料的选取
I.混凝土
高强混凝土：目前国内规范的混凝土最高强度等级为Ｃ8０,实际可生产的最高等级为C150,因此在设计上对于超高层建筑优先考虑高强度混凝土,既能节省材料,又能节省空间.
II.钢材
高层建筑结构用钢板：与普通结构用钢相比,各项指标均能满足要求,同时具有良好的机械性能与焊接性.
在实际工程中可根据构件的重要性和具体部位选取合适钢材,以求达到最优的经济效果.
（7）施工模拟
可通过调整施工顺序人为控制结构的内力生成,将高内力消除,改善结构合理性,降低用钢量.
（8）性能目标的合理设置
性能目标的设置能够使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,并由业主选择性能目标；对结构的抗震性能睡着进行深入的分析,并通过专家的评估论证.
但是在实际的操作过程中往往发现好多工程的性能目标设置过于严格,类似于“有钱就是任性”,但实际上并不合适,只是白白带来了浪费.
上述的无论采取何种措施或方法,最好都要事先向审查专家进行沟通交流,以避免在最终的审查中出现通不过或二次审查的情况.。