复杂高层结构

复杂高层结构（通用8篇）

复杂高层结构 篇1

1 引言

同低层建筑相比, 高层建筑和复杂高层建筑对设计和施工要求相对更高, 只有控制好复杂高层和超高层建筑的结构设计要点才能有效地建设出性能最佳, 安全性最高的高层建筑。但是这2种高层建筑的结构较为复杂, 施工程序相对较高, 所以必须严格控制好结构设计要点[1]。对此, 本文进行了相关研究与分析。

2 工程概况

上海某超高层建筑预计共44层高, 主要用途为商业娱乐场所。由于场所用途较广, 所以建筑的结构较为复杂, 急需进行结构优化设计。

3 在建筑结构设计中需要把握的几个重要问题

3.1 水平荷载问题

低层的建筑结构在设计时, 可以不需要重点考虑竖直方向可能会产生的弯矩和轴向应力, 而超高层建筑则不同, 必须充分考虑水平荷载问题。该问题主要是指一个高层建筑在建设时会受到自重的影响, 竖直方向上可能会产生一定的弯矩和轴向应力, 这种问题随着建筑高度的不断增加而随之增加, 最终建筑会因水平载荷而出现竖向轴向应力和倾覆力矩。由于超高层的竖向轴向应力是固定的, 所以其水平荷载在外力 (包括地震、风力作用等) 的影响之下会出现变化, 所以对上述建筑进行结构设计时一定要充分考虑水平荷载问题。确保建筑材料能够承受一定的水平荷载, 同时也要对水平荷载波动情况进行细致地分析。

3.2 侧向位移问题

由于超高层建筑具有一定的水平荷载现象, 在建筑高度逐渐增加之后, 水平荷载会愈发增大, 而水平荷载增加会导致高层建筑出现侧向位移。侧向位移问题的严重程度与建筑的高度密切相关, 所以在对该建筑进行结构设计时一定要认真计算最大的侧向位移, 对其进行严格控制。

3.3 轴向变形问题

44层高的超高层建筑, 其高度相对较高, 自然就会产生较大的竖向应力, 长期以往容易出现柱体的轴向变形情况, 极易破坏建筑的梁弯矩, 对建筑的侧向位移、构件剪力等均会产生一定的影响, 所以必须重视。

3.4 结构延性问题

对于高层建筑来说, 由于高度相对较高, 所以要比低层建筑要更加注意抗震性能。而若想保持较高的抗震性能就必须具有较好的结构延性, 能够保证建筑在地震中不会形成较大变形, 以此来达到抗震的作用。

4 复杂高层与超高层建筑结构设计要点

4.1 分析构件, 优化设计方案, 完善结构计算简图

在对复杂高层及超高层建筑进行设计时, 从以下几个方面进行结构设计方案的优化。 (1) 对复杂高层和超高层建筑进行设计时一定要将建筑的实用性和稳定性作为建设基础, 同时对其相关的构件进行设计, 重点把握应力较为集中部位的构件稳固性, 充分考虑风力、温度等因素对建筑可能产生的影响, 尽量降低侧向位移和轴向变形等情况。 (2) 在对构件进行分析时一定要做好构件的质量控制, 对构件自身的轴向变形和延性性能进行检测。 (3) 优化建筑高层的结构方案, 合理选择最佳的设计方案。所谓最佳设计方案是指既能够以工程实际建设需求为基础, 又能充分涵盖多种构件情况、施工技术、可能发生的问题、材料质量检测和工程成本控制等要素。这些要素之间要保证其能够有效地协调和优化, 确保设计方案的具体性和全面性。由于方案较多, 所以在选择上也要进行细致地区分和对比, 最后选择最佳方案。 (4) 完善结构计算简图。计算简图中涵盖了超高层建筑的结构情况和所有方案得以运行的数据, 所以在复杂高层和超高层建筑设计时, 一定要对结构计算简图进行完善, 使其充分体现高层建筑的结构信息, 也确保了信息呈现的科学性和直观性, 能清楚直观显示建筑结构, 如图1所示。

4.2 构建完善的建筑结构体系

体系建设是高层建筑的结构设计中的重要环节, 本文针对目前较为常见的3种结构体系进行分析。

4.2.1 剪力墙结构体系

剪力墙结构就是指通过剪力墙来承担竖向载荷和侧向载荷, 它的主要墙体结构为多轴线斜交布置和横向纵向交叉布置, 该结构具有一定的刚度和强度, 具有一定的抗震性和延性。但是这种结构应用到高层建筑中其平面控制较为复杂, 侧向位移也会随之产生。

4.2.2 框架结构体系

框架结构主要包含柱、梁、板以及基础4种承重构件, 其中, 柱和梁的弯曲变形状况会致使框架出现剪切型的侧移曲线。随着建筑高度的增加, 框架的侧向位移随之降低, 而柱的轴向变形引发的侧向位移则会随着建筑高度的增高而逐渐增大。由于该结构工程造价较低, 成本较少, 所以常被应用于建筑工程中, 但是由于框架结构的柔性较大, 所以其抗震能力及抵抗侧向载荷能力较差, 随着建筑高度的增加也会深受地震和风力的影响, 最终出现较大的侧向位移, 不利于建筑结构的稳定。

4.2.3 框架-剪力墙结构体系

综合上述2种结构的优缺点, 诞生了框架-剪力墙结构。该结构兼具上述2种结构的优点, 对竖向载荷和水平载荷具有明确的分工。其中, 框架结构承担竖向载荷, 而剪力墙结构则承担水平载荷。一旦发生水平载荷过大的情况, 该结构可以及时同连梁和楼板进行相互配合, 最终确保能够承受应力的最大化。对建筑工程应该采取框架-剪力墙结构体系, 既能够满足高层建筑的抗震需求, 同时也具有一定的结构延性, 有利于高层建筑结构的稳定性。

4.3 正确选择设计指标

相关设计人员应该积极采用先进的设计计算软件对多项设计指标进行合理的计算。 (1) 计算风荷载。依照100年重现期下风荷载合理计算建筑多个构件所能承受的最大风力, 再针对近50年来的重现期下的风载荷计算、分析和控制其承载力。 (2) 针对地震荷载设计抗震指标具体参数, 依照《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 设计地震荷载[2]。有相关研究内容显示, 超高层建筑结构的自振周期为6~9s, 在对建筑结构进行设计时一定要控制直线的倾斜下降段为10s[3]。在施工前严格评估工程所在位置的地震发生频率和相应的安全性。一旦安全性的评估结果超过相关规范, 可选用评估的最终结果。 (3) 对其他影响高层建筑的位移比、自振周期、剪重比等进行科学化的计算和设计。结合工程的实际情况确定地震力的放大情况, 然后分析自振周期所受的影响。同时, 确定振型数目, 调整振型参与系数, 以此来保证结构计算的准确性。在确保高层建筑安全性的同时还要积极保证其舒适性, 明确设计钢筋和混凝土的规程。特别注意在计算和设计为了美观性而采取的非结构构件时, 也要充分考虑其抗震性能和抵抗风力的能力。

5 结语

复杂高层与超高层建筑设计过程中, 结构设计是影响综合性极强的工作, 尤其是在满足建筑使用功能需求的同时, 还要满足高层建筑的建设环境需要, 通过全盘考虑的方式, 采取严格的设计措施和设计途径, 基于建筑混凝土整体结构设计的多项要求, 提高建筑结构的整体稳定性。总而言之, 建设复杂高层和超高层建筑时必须充分认识到这2种高层建筑的设计特点, 然后依照该特点进行建筑结构设计和施工, 期间重点把握结构计算和结构选型等问题。为了进一步明确结构设计要点, 本文进行了相关研究与探讨, 但是就本次研究内容而言, 仍然不够全面, 今后将联合相关部门进行深入的研究与探讨, 以求最大程度上建设出性能和安全性更高的高层建筑。

摘要：近年来, 国内建筑行业发展较快, 为了节省建筑用地, 同时提高建筑的利用率, 超高层建筑和复杂高层建筑逐年增多。为了保障用户的住宿和使用的安全性, 在建设这2种高层建筑时必须有效依照其结构要点进行合理设计和施工。只有这样才能最大程度发挥这2种高层建筑的实际应用价值。论文对这2种结构进行了研究与分析, 望对相关设计、施工建设提供帮助。

关键词：复杂高层,超高层,建筑结构,设计要点

参考文献

[1]刘军进, 肖从真, 王翠坤, 等.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构, 2011 (11) :34-40.

[2]吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业, 2009 (11) :127-128.

[3]刘伟琼.关于高层建筑结构设计探析[J].中国新技术新产品, 2011 (3) :270-270.

复杂高层结构 篇2

本文以某大型基坑工程为例，对基坑围护不同区域设计不同围护结构进行了分类。结合实际工程并针对施工中的质量要点提出了相应的解决方法及保障措施。本论文可为软土地区复杂的基坑围护结构设计及施工提供参考。

【关键词】基坑工程；水泥搅拌桩；H型钢；保证措施

【Abstract】In the process of China's urban construction， with the development restrictions on land， there has been a large number of irregularly shaped pit construction problems. Especially in soft soil area， due to the soft soil strength is not high， large deformation， and a certain creep， excavation Design and Construction of affecting the security of Excavations.

In this paper， an example of a large-scale excavation， foundation pit design for different regions different envelope were classified. Actual engineering and construction quality points for the proposed corresponding solutions and safeguards. The paper can provide reference for soft soil foundation pit area complex design and construction.

【Key words】Excavation；Cement mixing pile；H-beam；Assurance measures

1. 工程概况

（1）本项目地位于上海市崇明县东滩启动区内，其南侧为东滩大道，东侧为颐湖路，西侧为广慈路，北侧为横1 河，拟建场地中部规划东西向的慈瑞路将本项目分为南（D-5-1）北（D-3-3）两个地块。

（2）该项目总用地面积约为68070.6平方米，本工程基坑围护工程分为两个地块，D3-3地块基坑总面积15400平方米，围护周长546米基坑深度约为5.0～6.4米：D5-1地块基坑总面积19300平方米，围护周长1106米基坑深度约为3.8～6.1米.。

（3）本工程场地内目前主要为空地，场地中间有一条南北向的暗浜分布，埋深为3米，地势较平坦，勘察期间测得地面标高一般在2.89～4.44m 左右。根据工程地质勘察报告，本工程地层特性表1。

2. 基坑围护结构设计方案

本工程D5-1地块基坑形状极其不规则，基坑边与红线的距离较近，根据不同基坑开挖深度和周边环境情况设计不同的围护结构体系，四面采用双轴搅拌桩形式，东西局部采用二轴搅拌桩止水帷幕，H型钢围护形式，坑内加固采用二轴搅拌桩、围护结构周长约1110m（基坑围护结构设计平面布置图见图1）。

3. 基坑围护结构施工方案

3.1 施工工艺的选择。

本工程根据设计要求，采取二喷三搅搅拌工艺，具体施工工艺如下图2：

3.2 桩机就位。

桩机安装好后移位到桩位对中调平，启动两轴电机，浆液注入监控器，放松卷扬机，使搅拌杆沿导向架搅拌切土下沉，切土下沉速度由电流监视表监视及浆液监控器记录预拌速度及深度。

3.3 水泥浆配制及搅拌成桩。

（1）水泥浆按水灰比0.5配制，水泥使用PO42.5级普通硅酸盐水泥，无暗浜区域水泥掺入量为13%，每立方土体掺入水泥用量234kg。暗浜区域水泥掺入量为15%，每立方土体掺入水泥用量270kg。

（2）预拌下沉时，供浆人员必须严格按水泥浆水灰比配制水泥浆，并经常检查水泥浆比重。

（3）提升喷浆搅拌。

搅拌机预拌下沉到设计孔深后，供浆人员必须根据施工班长的指令，及时供浆。浆液到达孔底后，施工班长必须立即慢速提升搅拌机，使喷入的水泥浆和地基土均匀拌和。

提升搅拌参数：两轴转速43r/min，提升速度0.5m/min，灰浆泵压浆时，出口压力为0.5Mpa。

（4）第一次下、上搅拌喷浆结束，地基软土与水泥浆未能充分搅匀，水泥掺入量也未喷完，为使地基软土与水泥浆充分搅匀，达到设计所要求的掺入比，进行第二次下、上重复搅拌喷浆。

（5）清洗输浆管。

每施工完一根桩，必须向集料斗内注入适当量的清水或淡浆，开泵清洗输浆管道，以防管道中残留的水泥浆凝固堵塞管道，影响第二根桩施工。

3.4 型钢插入。

（1）型钢插入水泥土部分均匀涂刷减摩剂。

（2）安装好吊具及固定钩，然后用25吨履带吊机起吊H型钢，用线锤校核其垂直度。

（3）在沟槽定位型钢上设H型钢定位卡，固定插入型钢平面位置，型钢定位卡必须牢固、水平，而后将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内，采用线锤和经纬仪控制垂直度。

（4）H型钢下插至设计深度后，用槽钢穿过吊筋将其搁置在定位型钢上，待水泥土搅拌桩达到一定硬化时间后，将吊筋及沟槽定位型钢撤除。

（5）若H型钢插放达不到设计标高时，则重复提升下插使其达到设计标高，此过程中始终用线锤跟踪控制H型钢垂直度。

（6）型钢插入左右误差不得大于30mm，宜插在靠近基坑一侧，垂直度偏差不得大于1/200。

3.5 暗浜区域的处理。

（1）两轴搅拌桩在施工前提前作好测量放样工作，把需要施工的区域用灰线（白灰）洒出，使用2000型挖机进行搅拌桩围护沟槽的挖设，挖机在挖设搅拌桩沟槽过程中进行探测暗浜的区域是否同设计图纸标注的一致。挖机在挖设探测暗浜区域沟槽深度可适当挖深，控制在1.5m～3.0m左右，挖设宽度同重力坝坝体宽度。探沟挖设完成确认无暗浜回填至1.0m～1.5m。

（2）搅拌桩围护施工沟槽内的暗浜区域进行淤泥清理、障碍物清理。清理完成后使用挖机每60cm一层素土分层回填压实。处理好的暗浜区域及暗浜区域较深处无法处理区域搅拌桩的施工水泥掺量增加2%，水泥掺量为15%。

3.6 保证质量措施。

（1）孔位放样误差小于20mm，桩身垂直度按设计要求，误差不大于50 mm，防止桩身分岔造成止水帷幕形成缺口，相邻桩施工间隔小于等于10小时。

（2）严格控制浆液配比，做到挂牌施工，并配有技术人员负责管理浆液配置。严格控制钻进提升及下沉速度，下沉速度不大于1m/min，第一次提升速度不大于0.5m/min，第二次提升速度控制在0.5～0.8m/min；在桩底部分适当持续搅拌注浆，土体应充分搅拌，使原状土充分破碎以利于同水泥浆液均匀拌和。

（3）浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按照预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌60秒以上再倒入存浆池，在泵送浆液时需人工对浆池中的浆液进行搅动。

（4）压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不得堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。

（5）发生管道堵塞，立即停泵进行处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上下沉1.0m后方能注浆，等10～20秒后恢复正常搅拌，以防断桩。

（6）桩顶设计标高与施工场地地面标高接近时，应特别注意桩头的施工质量，搅拌机自地面以下1m喷浆搅拌提升出地面时，宜用慢速，当喷浆口即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

4. 结语

土方开挖工程及地下室结构施工工程中，对基坑围护结构水平位移和垂直位移进行了相关监测，监测结果显示，该围护结构的设计和施工满足基坑的安全性、经济性，为成功案例，也为以后的施工积累了宝贵经验和提供参考依据。

[文章编号]1619-2737（2015）09-20-681

复杂高层结构 篇3

随着人类科技在各个领域的不断进步和发展,使得人们的生活质量和要求也日益突出,在复杂高层和超高层等建筑不断增长的今天。需要我们摒弃传统的落后建筑理念和实际方案。不断是想世界先进国家的建筑设计理念学习,大力培养我国自主设计和开发的建筑工程设计师,加强国家之间先进建筑经验和理念的交流。

随着我国建筑行业和其技术的发展,相信会在此问题上找出完美的解决方法和结构设计原则。本文主要分析的是复杂高层建筑一超高层建筑的结构设计要点,主要内容如下。

1 重视设计理念

由于复杂高层和超高层的建筑的主要特点,就是楼层比较多,空间建筑高。所以,也比较容易暴露出一些高层建筑结构上的和类型的不合理设计问题。那么,如何保证建筑的安全质量和提高建筑物的抗震效果,以及严格的把关防火和消防方面是设计,提高高层建筑物内部结构的合理利用都是十分重要的讨论课题。

所以一个科学合理的设计理念,以及建筑工程设计师对于高层建筑的整体结构把握,对建筑物的核心合设计都十分重要。

采用科学的高层建筑设计理念,无论是对于建筑的整体构思,还是实际的项目施工都是十分重要的。首先需要建筑的技术设计人员,在最初的设计方案时,需要着重强调建筑结构的均匀性和规则性。并且确保建筑结构的传力途径清晰,保证整体建筑结构维持在高水平上。注重节能减排的设计,降低消耗,提倡绿色理念的设计的意识。

在选材方面,所使用的建筑材料必须可以确保建筑结构受力的均匀性和整体性。结构工程师之间需要充分的交流与沟通,共同打在一个科学化的设计理念和操作流程[1]。

选择合理的结构抗侧力体系,是保证复杂高层超高层结构安全的有效措施。那么意识要其重要性,就需要结合超高层建筑的具体高度和具体的使用结构,选择一个比较适合的结构抗侧力体系。

首先,在结构设计时,要使结构抗侧力构件之间可以相互联系、相互依存。

其次是要对结构抗侧力构建的各自实际情况进行合理的评估预分析,通过准确的数据判断,使其形成一个有效的结构整体[2]。

2 注重超高层建筑的抗震效果设计

由于复杂高层和超高层建筑,本身高度相对于普通建筑来说比较高的特点。那么为满足其功能性,抗震设计是高层建筑的重点。高层建筑的抗震设计的建筑材料选择非常重要。选择抗震效果好的材料,对建筑构件的承载力来说是保持其稳定的基础。如果其承载能力很大,在地震发生时,不容易出现建筑物倒塌事故的。

所以,高层建筑设计时,应该采用位移结构的抗震方法。这样,建筑物能够承受住的结构变形的能力会很大。这种方法主要是通过分析建筑构件的变形及其结构位移之间的关系,确定一个有效的变形值。此项设计方法可以保证建筑结构拥有良好的变形弹性。这样的方法运用的效果十分明显,主要是其可以借助结构消耗的地震能量,减轻当地震发生时的反应,减轻地震给高层建筑带来的破坏,避免重大损失的发生。

另外,在建筑项目的选址上,应该要避免地震多发地带,建设地震对建筑工程的破坏作用。所以说,设计理念和方法,都对高层建筑物的抗震效果有明显作用和效果。所以,加强高层建筑抗震设计的结构,需要重视起来[3]。

3 为高层建筑提供稳定供电的设计

为复杂高层或是超高层建筑,提供安全稳定供电是保证建筑功能使用的重要组成部分。所以,对建筑的供电系统的设计,需考虑到多回路供电,以及供电备用的发电机组配置等方面。可以将超高建筑和复杂工程建筑的变配电房,安置在塔楼中部的楼层中间。这样设计的优势在于,其可以减少低压配电所带来的一些损耗。而备用发电机可以设置在地下的楼层。为保证高层用电,供电电压采用低压配电是有效的措施之一[4]。

4 采用垂直交通设计方案

复杂高层建筑所使用是垂直交通管道设备,并且将其集中起来。采用垂直交通的设计方案,比较节约空间,同时也方便日常的维护工作。由于超高层建筑技术的发展,超高层建筑可以采用以中央为核心的空间构成模式。主要是可以将楼梯或是电梯集中在建筑中央,既能节省空间,还能使得所有的功能使用区有良好的采光效果。使用这种中央为核心的空间构成模式,需要有一个良好的刚度来支撑中心强度。同时也有利于建筑结构的整体受力作用

5 超高建筑的消防设计

由于为了有效的提升抗震效果,所以大部分的高层建筑都使用的是全钢结构。但是这种结构有一个严重的问题就是其耐火性差,在火灾发生是不但不能勇于防火,还可能引起更严重的灾情。此外,由于复杂高层和超高层建筑的结构复杂,建筑内部的管线和电器设备重多,这些都是严重的安全隐患。由于建筑的楼层比较高,所以高岑建筑内部的空气抽力比较大,可以使得火灾迅速蔓延开来。最后还是由于高层建筑自身的局限性,那么一旦发生火灾,人员比容易疏散,并且救援工作也比较困难。

综上可以看出,在复杂高层和超高层建筑的设计时,必须要重视建筑物防火方面的设计。在防灾设计的材料上,必须要选择难燃性的建筑材料,或是耐火性强的建筑材料。在设计建筑通道是,需要增加安全通道的数量,在建筑物内部增设火灾自动报警系统。在走廊等处,多安置一些消防器,确保消防通道密封性,和救援通道的畅通性[5]。为提高消防救援的效率,在设计之初,还需要增加消防专用的电梯,同时需要提高消防专用电梯的安全性能,要在火灾发生时,可以安全使用,提高安全系数。

6 结语

本文主要是针对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行分析和讨论的。从重视设计理念、注重超高层建筑的抗震效果设计、改变建筑结构方案、为高层建筑提供稳定供电的设计、采用垂直交通设计方案、超高建筑的消防设计等不同方面,分别对其进行了讨论。由此多出了一些抗震效果好和建筑的结构方案优化的设计理念和方法。对建筑结构类型、防火设计和建筑的功能实用舒适度等角度全面分析了建筑理念和可行性施工措施。以期,对我国的建筑技术在不断进步的今天,可以提供一些指导性意见,帮助我国的建筑行业更好更快的可持续发展。

参考文献

[1]卢春玲.复杂超高层及大跨度屋盖建筑结构风效应的数值风洞研究[D].湖南大学,2012.

[2]万黎萍.超高层建筑核心筒设计研究[D].华南理工大学,2014.

[3]张斌.超高层综合性办公建筑标准层平面设计研究[D].华南理工大学,2012.

[4]郭洋.复杂高层、超高层建筑设计要点分析[J].科技创新与应用,2014,05:219.

某复杂高层结构超限分析要点 篇4

关键词：高层结构,超限,性能目标,措施

1 工程概况

本工程位于长治市, 府后西街南侧, 西一环路西侧。地下3层, 为2层车库、1层设备层;地上28层, 均为复式住宅。建筑总高为86.4 m, 长约28.8 m, 宽约19.5 m。由于建筑使用功能要求, 每单元户内均为两层复式, 户内有中空及相互错层。本工程结构形式采用剪力墙结构。其复式平面图见图1。

2 结构设计及主要超限情况

2.1 主要设计参数

1) 结构设计使用年限为50年。

结构重要性系数γ0=1.0。

2) 自然条件。

a.基本风压为0.5 k N/m2 (重现期50年) ;风荷载体型系数1.3。

b.基本雪压为0.35 k N/m2 (重现期50年) 。

c.抗震设防烈度为7度 (0.10g) , 设计地震分组为第二组, 特征周期0.55 s (Ⅲ类场地) , 地面粗糙度类别为B类。

2.2 主要超限内容

1) 本工程为高层错层结构, 建筑高度86.4 m (>80 m) , 属于错层抗震墙结构高度超限。

2) 本工程楼层面积为520.79 m2, 楼板开洞面积为285.89 m2, 大于楼层面积的35%, 属于楼板开洞超限, 结构平面特别不规则。

3) 竖向规则性。

楼层质量分布不均匀, 有些楼层质量比大于1.5;且存在部分楼层侧向刚度比不满足规范要求, 结构竖向不规则。

2.3 抗震性能目标

结构抗震性能见表1。

3 结构弹性计算分析

本工程采用SATWE和PMSAP进行结构的整体对比分析, 并采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算分析, 结果如下:

1) SATWE和PMSAP结构自振周期对比 (选取前6个振型) 见表2。

2) SATWE和PMSAP分析其他参数对比见表3。

3) 按《高规》要求选用的地震波按7度地震Ⅲ类场地多遇地震进行弹性时程补充分析, 结果见表4。

规范谱与地震波谱对比图见图2。

分析结论表明设计中采用CQC法进行结构设计是偏于安全的。

4) 小结。

两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算, 结果表明:地震反应、楼层剪力、楼层倾覆弯矩、层间位移角、扭转位移比、层抗侧刚度等计算结果基本吻合, 结构动力特性基本一致, 可以认为结果是可信的。

弹性时程分析与规范CQC法分析对比表明:设计中采用CQC法是偏于安全的。

4 结构的静力弹塑性分析

中震屈服验算:

1) 分析参数取值。

a.荷载分析系数取为1.0。

b.不考虑风荷载作用。

c.地震作用调整系数取为1.0。

d.构件的抗震等级取为四级。

e.混凝土强度和钢材强度均取标准值。

2) 验算结果。

在设防烈度地震作用下 (αmax=0.23) , 剪力墙仍为弹性阶段, 部分连梁出现抗弯屈服, 符合本工程的抗震性能目标, 可以满足“中震可修”的抗震设防要求。

3) 楼板应力分析。

为有效传递结构内力, 结构楼板应有足够的刚度和承载力。本工程楼板采用弹性假定, 在中震地震力作用下, 验算结果表明:开洞层楼盖在X, Y向地震作用下, 楼板应力大部分都不大, 只有个别在剪力墙洞口附近应力较集中, 最大为3.0 MPa, 其余大部分楼板应力小于2.0 MPa小于混凝土抗拉强度标准值 (C35为2.20 MPa) ;地上3层以上楼层最大应力为1.58 MPa (第16计算层) , 小于混凝土抗拉强度标准值 (C30为2.01 MPa) 。结构能确保中震作用下楼板弹性工作。

大震作用分析:

1) 分析软件。

本工程弹塑性静力分析采用Midas Building程序。

2) 分析参数及控制。

a.侧向荷载采用振型荷载。

b.Pushover工况采用重力+振型1 (X向) 和重力+振型1 (Y向) 。

c.分析控制:荷载模式采用位移控制。

d.分析骨架曲线为三折线型, 根据应变和基准应变的比值设置了纤维应变等级, 应变等级分为5个等级。其中, 屈服时对应的应变等级为3级 (即比值为1) , 1, 2, 4, 5等级代表的比值分别为0.6, 0.8, 2, 4。

e.分析过程中, 附加阻尼比均为零。

3) 分析讨论。

Pushover分析主要从结构性能点、层间位移角、塑性铰的分布出现过程以及剪力墙延性屈服状态等几方面对结构在大震下的性能表现进行宏观评价。结果如下:

a.通过Pushover分析得到结构能力曲线, 与需求谱曲线比较, 能够找到性能点 (X向22步, Y向37步) , 从整体上满足设定的大震需求性能目标。

b.大震下, 能力曲线与需求曲线的交点 (即性能点) 所对应的结构有效周期分别为X向2.72 s, Y向2.63 s;最大层间位移角为1/266 (X向) , 1/262 (Y向) , 均小于规范规定的弹塑性层间位移角1/120的限值要求, 结构反应满足大震下的抗倒塌性能目标。

c.框架梁及连梁破坏形态分析:根据X, Y向地震力Pushover过程分析知:X向第五步仅0.8%进入屈服状态, 性能点状态下有20.9%进入屈服状态, Y向第十步6.3%进入屈服状态, 性能点状态下有23.6%进入屈服状态, 而且未进入屈服的其他梁也大部分进入塑性阶段, 由此可知随地震力的增加, 框架梁及连梁出现预期损伤, 起到了耗能的作用。

d.剪力墙破坏形态分析: (以X向地震力方向为例说明) 在罕遇地震的性能点计算步, 以构件的应变等级为参照分析, 剪力墙混凝土在构件Z, XZ两方向分量上应变等级仅XZ有0.3%处应变等级3以上, 且均表现为连梁上的破坏, 在Z向 (轴向) 应变等级3以上比例为0, 99.9%以上为应变等级2以下;以构件的延性系数比值为参照分析, 在性能点计算步, 混凝土在X, Z, XZ分量剪力墙变形延性系数均小于1;剪力墙钢筋Z方向分量变形延性系数小于1, X方向分量变形延性系数小于1的占99.3%, 1~3占0.6%, 大于3的占0.1%, 且钢筋较大变形部位均发生在剪力墙的连梁上。综上所述, 在罕遇地震作用下剪力墙保持了不屈服的工作状态, 没有出现轴压破坏及剪切破坏, 结构实现了大震下对结构的性能目标的要求。

4) 剪力墙受剪截面验算。

根据罕遇地震性能点计算步骤下墙体剪力计算值为参照, 以首层剪力最大的墙体为例, 该墙体承担的地震剪力为11 934 k N, 平均剪应力为4.74 MPa, 而C50混凝土的fck=32.4 MPa, 即剪应力水平为0.146fck, 小于0.15fck;逐个考察其他剪力墙的剪应力水平也具有相同结论, 因此剪力墙的受剪截面尺寸验算均可满足不屈服的要求。实现了性能目标中在设防烈度或预估罕遇地震作用下, 竖向构件受剪截面的要求。

X向、Y向静力弹塑性工况性能点见图3, 图4。

5 结语

1) 本工程采用两个不同力学模型的空间分析程序SATWE和PMSAP进行对比分析, 互相校核, 确保模型分析与实际相吻合, 确保计算的真实性;采用MIDAS三维非线性结构分析软件进行了结构在罕遇地震作用下的弹塑性静力分析。

2) 针对本工程抗震性能目标进行了多遇地震、中震、罕遇地震分析, 对每一个目标逐一对照, 最终实现结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目标。

3) 根据分析结果, 就工程特点对局部薄弱部位采取抗震加强构造措施, 本工程措施为:楼板开大洞处, 弹性板分析, 板厚加强 (150 mm) 、采用双层双向配筋;局部“Z”字形边缘构件抗震等级提高一级, 加强配筋率;错层剪力墙抗震等级提高一级, 墙厚及配筋率增强。

参考文献

[1]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ 3-2010 (备案号J186-2010) , 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]吴国勤, 傅学怡, 李建伟, 等.合肥华润中心超限结构设计要点[J].建筑结构, 2013, 43 (5) :5-10.

复杂高层结构 篇5

由于高层、超高层的高层建筑与普通的有所不同, 因此就更需要设计人员引起注意。随着不断增加的超高建筑物, 逐渐地暴露出一些关于设计方面所存在的不足, 比如抗震设防不准确、建筑结构和类型的不合理, 以及没有最大程度地考虑建筑的舒适度和施工过程等等, 当问题出现时, 就必须采取措施, 解决问题。当然在采取措施的同时, 还有相应的要点需要进行深度的分析, 例如建筑时需注重抗震设计、科学并且合理地选择建筑结构的抗侧力体系以及重视概念设计等方面。与此同时, 这些问题的存在同样为设计师积累了一定的关于日后超高建筑建设的经验。随着建筑技术的迅速发展, 高层建筑的数量不断增多, 其复杂性同样在持续增加, 以至于对于建筑的安全性与经济性的要求也越来越高。无论是从结构设计所积累的经验还是理论研究, 想要在一定程度上保证其安全性, 还需继续探索。

二设计复杂高层以及超高层建筑时需要考虑的问题

1.抗震设防烈度。对于超过一百米以上并且承受不同强度的抗震设防烈度的建筑物, 所被要求建筑物的高度同样是不尽相同的。通常情况下, 三百米及以上的建筑物不适合建在抗震设防烈度为八度的区域, 因此, 复杂性高层以及超高层建筑更加适合建设在六度抗震设防烈度的地区。综合考虑以上因素, 在建设复杂高层以及超高层建筑时, 就应该将该地区的抗震设防烈度考虑在内, 以免造成技术错误, 防止人民的生命财产产生不该有的损失。作为一名设计师, 就应该十分重视抗震技术, 提高高层建筑的质量, 包括建筑的安全性以及经济性, 从建筑的细部处理出发, 坚持以人为本的原则, 才能切实有效地保障人民群众的财产安全。

2.结构方案与结构类型。想要成为一名优秀的建筑设计师, 首先一定要考虑到在设计中的建筑物结构方案的问题, 特别是复杂性高层以及超高层建筑, 结构方案的不合理选择, 很容易导致整个方案的调整, 产生许多不必要的麻烦, 给设计单位带来损失。因此, 设计单位就应该在进行建筑方案设计的同时, 具备结构专业知识, 并将其参与到设计当中。与此同时, 在高层结构类型的选择上, 设计师不仅仅要将方案所在地自身岩土工程地质条件充分考虑在内, 而且要充分考虑所在地的抗震度要求。除此之外, 为了可以更好地节约建筑成本, 工程造价问题和施工合理性问题也应该充分考虑在内, 同等条件下, 当然青睐造价较低的方案。

3.关注舒适度和施工过程。

(1) 高层建筑水平振动舒适度。通常来说, 复杂性高层以及超高层建筑的结构比较柔软, 因此, 在设计的时候, 除了要保证结构安全之外, 更多的是需要满足居住人群对于建筑舒适度的要求;当然对于高钢规程以及高层混凝土规程同样提出明确的设计要求, 这就需要设计师及时控制, 特别是在高层建筑物已经达到顺风向与横风向顶点的最大加速度。进行舒适度分析是复杂高层建筑进行分析的主要任务, 对于混凝土的结构, 阻尼比最好取0.02, 对于钢结构以及混合结构, 其阻尼比可以根据实际情况在0.01~0.02之间取。公共建筑与公寓类建筑相比, 水平振动指标限值也有很大的区别, 其主要原因就是功能的不同。增设TMD或者TLD可以在水平振动舒适度不合格的情况下, 进一步提高舒适度水平。

(2) 在设计的同时应考虑建造过程的可实施性。及时注意钢材传力以及复杂节点部位钢筋的可靠性、施工的可实施性, 这是设计人员在结构设计的同时必须要做到的。通常来说, 有四种处理的方法来解决型钢与其混凝土梁柱节点中主筋相交的问题: (1) 钢筋与表面的加劲板焊接; (2) 钢筋绕过型钢; (3) 钢板上开洞穿钢筋; (4) 其表面的焊接钢筋和连接套筒。复杂的高层建筑则会在施工方法上采取另外一些特殊的工艺。

三设计要点分析

1.注重概念设计。通过大量的实践经验, 我们可以总结出, 在复杂超高建筑的结构设计上, 应该要重视建筑的结构概念设计, 尤其应该重视以下环节:

(1) 应该尽可能地提升建筑结构的规则性以及均匀性;

(2) 确保结构的传力途径清晰而又直接, 特别是抗侧力以及结构竖向的传力途径;

(3) 在设计上, 将结构的完整性保持在一个较高的水平上;

(4) 节能减排的意识要渗透进设计, 能够建立一个比较合理的耗能机制;

(5) 重点提高建筑构件材料利用效率与结构, 保证结构的受力完整性。

在这里, 所有过程的实现, 都是离不开建造师与工程师较好地沟通与交流的, 只有沟通, 才能将建筑与结构相统一。

2.科学、合理选择结构抗侧力体系。大量的理论与实践证明, 正确地选择了合理的抗侧力体系, 可以更有效地保证复杂高层以及超高层建筑结构的安全。因此, 在选择上要特别注意以下因素:

(1) 与建筑的实际高度相结合, 选择合理的结构体系。

(2) 对于建筑设计上, 最大可能地保证结构抗侧力的构件之间的互相联结。

(3) 对于采用多重抗侧力结构的情况下, 综合分析结构体系的效用, 正确估计和评判各自的贡献度。

四总结

在高层建筑数量迅速增长的今天, 随着国外设计院的不断进入, 这无疑是对国内的设计单位产生了不小的冲击, 想要在这样的压力下继续生存并能够得到一定的发展, 就必须摒弃旧的建筑思想, 重视概念技术, 改变建筑结构方案。上文总结了高层建筑结构常见问题, 比如抗震设防烈度、建筑的结构方案与结构类型、关注建筑的舒适度与施工过程等等。与此同时, 上文也阐述了一些在设计的时候应该要注意的要点的具体分析, 比如注重概念技术和抗震技术, 科学合理地选择抗侧力体系等等。这些阐述对于中国的建筑技术在日后改进与发展方向上, 都有一定的指导性作用。总而言之, 设计人员应该坚持以人为本的原则, 切实考虑人民的利益, 才能更好地发展。

参考文献

[1]植红梅.浅谈建筑施工组织与管理课程教学的改革[J].黑龙江科技信息, 2010 (25)

[2]陈文斌.浅谈项目教学法在《建筑施工组织与管理》中的应用[J].科技致富向导, 2012 (16)

[3]闫笛.议如何改善建筑结构抗震扭转设计[J].科学与财富, 2014 (8)

复杂高层结构 篇6

随着经济和建筑技术的发展, 高层建筑和超高层建筑越来越多, 其复杂性也在不断地增加, 这给建筑的安全和建设的经济性在设计上提出了较高的要求, 从理论研究和结构设计的实践经验来看, 要想保证复杂高层和超高层建筑的安全性, 我们还有很多的工作要做, 而且要保证较高的准确性和合理性。先笔者就这一问题, 结合多年的工作实践经验, 谈几点自己的看法。

二、高层及超高层建筑结构抗震设计的目标分析

高层建筑愈来愈多, 高层建筑基于性态的抗震设计必然显得尤为重要, 传统的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的抗震设防目标显然是不够水准的, 设计上必须有所突破, 笔者认为还要从以下两个评价水准进行考察:

1、正常使用水准评价

对于重现期大约为50a的地震, 建筑物只能出现的损伤应该可以忽略, 结构在设计时要求结构的反应状态基本处于弹性反应状态。

2、倒塌水准评价

对于重现期与2 500 a的地震水准非常接近的地震, 要对最大地震振动有所预计, 并设计为真正遇袭的条件能有效防止倒塌, 并能证实以下几点:

(1) 对于结构中所有的延性构件, 其非弹性变形需求必须都比其变形能力要低;

(2) 对于具有非延性破坏模式的结构部件, 其中对力的需求应大于等于其名义上的强度;

(3) 对于超高建筑物, 又或者是复杂建筑物在设计上, 对于起控制作用的构件还必须要证实其受到中等地震的振动作用, 仍能保持弹性。

三、设计要点分析

1、重视概念设计

大量实践经验告诉我们, 对于复杂超高结构设计上, 应重视其结构概念设计, 具体的应重视以下几个环节:

(1) 应该尽量提升建筑结构的均匀性和规则性;

(2) 要确保结构有清晰且直接的传力途径, 特别是结构竖向和抗侧力传力途径;

(3) 设计上, 要保证结构的整体性要在较高的水平;

(4) 设计要渗透节能减排的意识, 建立较为合理的耗能机制;

(5) 应从提高结构和建筑构件材料的利用效率入手, 确保形成整个结构的受力整体性。

这一过程的实现, 离不开结构工程师和建造师之间良好的沟通和交流, 只有沟通才能尽可能地实现建筑和结构的统一。

2、科学、合理地选择结构抗侧力体系

理论研究和实践证明, 选择合理的结构抗侧力体系, 能够有效保证高层及复杂高层结构的安全性。在选择上应注意以下几个主要的因素:

(1) 结合建筑的实际高度选择合适的结构体系, 笔者在工作实践中, 总结并整理了较为常用的高度与结构抗侧力体系对比参照表如表1所示。

(2) 在建筑的设计上, 应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。

(3) 对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时, 应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用, 对各自的贡献度有合理的估计和评判。

3、注重抗震设计

在满足建筑的功能性的基础上, 抗震设计是高层和超高层建筑的设计重点, 这是确保建筑安全性最为关键的一环, 应重点从以下几点着手:

(1) 在高层建筑的抗震方案设计中, 建筑结构的材料选择也非常重要。

(2) 促进地震发生时能量的输入能有效地减少。实践证实, 应做好以下几个方面:一是, 在对建筑构件的承载力进行验收的同时应对建筑结构在地震作用下的层间位移限值实施有效的控制。二是, 具体的高层建筑工程项目设计时, 我们应该采用积极的、基于位移的结构抗震方法, 对设计方案进行定量的分析, 确保结构的变形弹性可以满足地震的预期要求。三是, 应综合分析建筑构件的变形和建筑结构的位移两者之间精确的关系, 有效地确定构件的变形值。四是, 结合建筑物的实际如建筑界面的应变分布及其大小来对建筑构件的构造需求进行有针对性的设计。五是, 选择坚固的场地, 实施建筑施工, 亦是有效减少地震发生作用时能量的输入的另一个方面。

(3) 大量理论研究和实践表明, 对于一个具体的高层建筑而言, 如果其承载能力不是很大, 但是其具有的延性较高, 那么当地震发生时, 它也是不容易出现倒塌事故的, 这是因为延性构件可以将地震带来的能量充分地吸收, 如此一来, 建筑物能够经受住的结构变形将非常大。大量工程实践证实, 在很多情况下延性结构的运用的效果是非常明显的, 借助该结构能够消耗掉地震的能量, 从而使得地震反应得以有效的减轻, 促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱, 避免重大损失的发生。

(4) 设计的质量和方法决定着抗震效果的高低, 因此, 高层建筑抗震设计的结构必须得到足够的重视。从国内外高层建筑结构的设计上来看, 主要有如下3种:“框——筒”、“筒中筒”和“框架——支撑体系”。

参考文献

[1]《GB50011-2001建筑抗震设计规范》

[2]吕西林:《复杂高层建筑结构抗震理论与应用》, 2007年。

[3]《JGJ99—98高层民用建筑钢结构技术规程》, 中国建筑工业出版社, 1998年。

[3]刘华新、孙志屏、孙荣书:《抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用》, 《辽宁工程技术大学学报》, 2007 (2) 。

复杂高层建筑整体结构抗震分析 篇7

1 高层建筑在地震时主要的破坏点

首先是地基:部分场地具有较厚的软弱冲击土层, 此时高层建筑地基破坏了明显增高。由于地基土液化造成地基出现不均匀沉降, 最终导致建筑上部结构损害甚至整体倾斜。高层建筑位置若处于不利或危险地段, 会由于地基破坏而导致房屋整体结构破坏。一旦建筑结构基本周期和场地的自振周期趋于相同, 则会由于共振效应导致破坏程度加重。其次是结构体系:高层建筑一般采用框架或框架-抗震墙结构, 若高层建筑采用抗震墙结构, 其破坏的程度较轻;若采用底框结构, 其刚度柔弱的底层则会受到严重的破坏;若采用框架结构, 建筑底层若为敞开式的框架间, 且未砌砖墙, 其底层也会受到严重破坏;若采用钢筋混凝土柱、板的结构体系, 由于楼板的冲切或由于楼层发生较大侧移, 导致柱脚破坏, 各层的楼板会发生坠落甚至重叠在地面上。

再次是刚度分布:若建筑物结构以矩形平面布置, 电梯井等抗侧力构件在布置过程中一旦存在偏心, 则会由于扭转振动导致地震灾害加重;若采用L形、三角形等不对称的平面建筑结构, 也会由于地震影响产生扭转振动最终导致灾害加重。然后是构件形式:在高层建筑的结构构架中, 一旦发生地震, 高层建筑的梁、板以及柱破坏程度会最大, 而钢筋混凝土柱由于对地震的抵抗能力较强, 因此虽然也会存在破坏的情况, 但是相比于其它结构而言, 会相对较好一些。最后是房屋的形体, 加入高层建筑的平面机构并非是规则的几何体, 如T、L、Y等形状的房屋, 其在发生地震时, 受到的破坏力是最大的, 换句话说, 高层建筑的平面形心与建筑的整体中心偏移越大, 其在地震发生之时所受到的破坏力会越大。

2 高层建筑整体结构抗震的设计方法

(1) 合理的选择高层建筑的建设场地。要想能够保证搞成建筑建设后再地震中的安全性, 首先就需要对高层建筑的建设地址严谨的选择, 一般情况下, 高层建筑的地质选择是在地质层建筑的场地进行的, 然后要能够合乎高层建筑在建设过程汇总的构建, 最后要能够保证所选的地点在地震发生时能够有效的减少地震能力的输入, 更好的减少地震对高层建筑的破坏, 从而能够有效的增加高层建筑的安全性以及对社会经济的保证性。

(2) 增加高层建筑在设计中的延展性。据相关的研究表明, 建筑的延展性能够很大程度的提高建筑在地震来临之时的安全性, 所以, 在高层建筑的设计之时就增加建筑的延展性能够很大程度的增加高层建筑对使用人员的安全性能, 近年来, 相关的设计人员对高层建筑中的延展性越加的重视, 不仅将阻尼器很好的应用在高层建筑的抗震设计之中, 还将阻尼器更好的应用在建筑的材料之中, 巧妙的减少了地震对高层建筑的破坏。

(3) 做好抗震结构设计。对于我国的建筑行业的设计而言, 高层建筑的设计主要有三种结构体系, 其一是框—筒的结构体系, 其二是筒中筒的机构体系, 其三是框架—支撑的结构体系, 这三种结构不仅在我国的应用较为广泛, 在世界各国都有所应用。随着高层建筑设计的不断发展, 现阶段的高层建筑主要是以柔克刚以及刚柔并济的方式进行设计吗, 这样就能够很好的保证地震释放出的冲击力能够得到很好的减弱。

(4) 合理的选择高层建筑的建设用料。高层建筑所选用的建筑材料使用性能要能够远高于普通建筑所应用的建筑建材, 而我国钢材的创造以及加工能力是在世界上都名列前茅的, 故而, 在高层建筑建材的使用中, 钢材的应用较为广泛, 在钢材的选择方面, 首先要能够对高层建筑的钢材参数有一个很好的了解, 其次要能够对钢材的抗震性能进行一个良好的测试, 最后在钢材的应用上不能够仅仅考虑材料的承载力, 还需要对材料的延展性进行一个测试, 以此来更好的保证高层建筑在建设后的安全性能。

(5) 增加抗震防线。高层建筑在建设的过程中要设置多个抗震防线, 这样就能够保证高层建筑的第一道防线破坏后, 高层建筑依然具有一定的安全性能, 能够保证其中使用人员的安全性能, 一般情况下, 高层建筑的第一道防线是剪力墙, 是一种抗侧力构建, 第二层以及第三层的防线主要是起到抵抗地震作用力以及防治高层建筑物倒塌的作用的, 因此, 要想能够准确的保证高层建筑在地震时期的安全性能, 最重要的是多增加几条高层建筑的抗震防线。

(6) 做好高层建筑的加固设计工作。高层建筑的加固工作主要需要注意以下几点, 其一是能够采用一些具有高抗震性能的构建来代替原有的构件, 其二是能高否对高层建筑的承载能力以及刚度进行一个科学的规划, 其三, 是能够通过其它的设计来减少地震对高层建筑的直接破坏;此外, 还需要对高层建筑的形变程度进行一个严格的控制, 要采用一些针对性较强的措施来减少高层建筑在地震时期所产生的形变, 据实践表明, 在地震时期, 高层建筑所移动的角度是十分具有参考价值的, 所以, 在高层建筑建设时期要能够采用一些针对性较强的措施来保证其建设的质量, 以及建设的安全。

3 结束语

随着我国经济的发展以及科学技术的提高, 我国的城市化进程得到了进一步的深化, 我国的建筑发展也得到了逐步的提升, 尤其是高层建筑的发展, 更得得到了迅猛的发展, 而如今, 高层建筑几乎成为了城市的主要标志之一, 但是, 随着建筑的发展, 以及近年来的地震经济损失, 相关的人员发现, 高层建筑所造成的社会经济损失几乎是建筑种类之中最高的, 因此, 要想能够进一步的推动建筑行业的发展, 其首先要做的, 就是对高层建筑的整体抗震设计进行优化, 以此来更好的减少在灾难发生时对社会经济的影响, 以及更好的增加建筑在使用过程中的安全性能。

摘要：自从在十九世纪八十年代的第一座高层建筑建设成功后, 我国的高层建筑就在不断的开发以及创造中, 不仅在高度上进行突破, 在使用材料上也逐渐的更加成熟化以及多样化, 由于高层建筑的自身性质, 使其在建设结束后对地层的震动感受要比一般的建筑要严重的多, 因此, 在于多地震的区域, 高层建筑所造成的经济损失要远远的高于一般的建筑, 为了能够让高层建筑的损失降到最低, 能够更好的保证高层建筑的质量以及建筑的安全性, 就要对高层建筑的整体结构以及抗震性能进行分析。本文主要对高层建筑在地震时主要的破坏点进行研究, 对高层建筑整体结构抗震的设计方法进行探析。

关键词：高层建筑,整体,抗震结构,措施分析

参考文献

[1]崔烨, 孙晓红.高层建筑结构抗震设计与分析[J].科技资讯, 2011, 17∶54+56.

[2]林树枝, 许泽瑶.基于抗震性能目标的超限高层建筑结构抗震分析[J].福建建筑, 2011, 10∶50—54.

[3]陈平.高层建筑结构抗震分析与设计[J].科技风, 2014, 20∶168.

[4]季立炯.复杂高层建筑结构抗震分析方法简介[J].山西建筑, 2015, 04∶27—28.

[5]黄爽.复杂高层建筑结构抗震与结构控制研究及其应用[J].重庆建筑, 2014, 11∶59—64+69.

复杂高层结构 篇8

建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容, 在研究建筑结构的抗震、抗风或抵御其他动力荷载的性能时, 都必须要进行结构动力特性试验, 了解结构的自振特性。由于它可在小振幅试验下求得, 不会使结构出现过大的振动和损坏, 因此经常在现场进行结构的实物试验, 主要分为人工激振法和环境随机振动法[1]。

建筑物周围大地环境引起结构物振动的地脉动和风称为环境激振。自然地脉动是由海浪、风、交通、机械等自然和人为活动所引起, 其位移幅值从千分之几微米到几微米, 频带从0.1 Hz~100 Hz。通过拾振器测得建筑物脉动反应后, 对随机的脉动信号进行数据处理, 可得到结构的基频率或较低几阶的频率。可推导出脉动的功率谱峰值, 这些峰值对应的频率即为结构的自振频率, 而根据计算软件的精度不同, 能得出较为精确的前几阶频率的数目也不同。

1 测试仪器介绍

振动测试系统中最重要的是传感器系统, 包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器以及应变传感器等。在对高层建筑进行现场测试时, 可以根据需要选择一种或者几种不同类型的传感器。如果是采用环境随机激振, 即不采用强迫激振器激振, 则因振动信号微弱, 要求传感器有较高的灵敏度, 放大器有足够的增益。

试验采用同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所自主研发的SVSA振动信号采集分析系统, 具体的测试设备包括:采集仪1台、笔记本电脑1台、LC0132T压电式加速度传感器2只、USB连接线1根、信号线3根、采集仪电源线1根、万用表1只。

2 脉动测试法的基本原理

2.1 自振频率的估计

一般来说, 自振频率的峰点将出现在所有的谱上或者出现在大多数的记录信号中。无论是一个测点信号的自谱或者两个测点信号的互谱, 在结构自振频率峰值的位置都会出现陡峭的峰。异常输入或局部干扰也会带来一些峰值。因此, 主要问题是从谱中出现的所有峰值中, 分辨出自振频率来。如果建筑物各部位在同一频率处的相位和振幅符合振型规律, 那么就可以确定此频率为建筑物的自振频率。而且, 在自振频率处, 两测点输出信号之间的相干函数接近1。

2.2 阻尼比的求取

脉动激励的频谱通常情况下是比较平坦的, 可以看成是有限带宽的白噪声, 建筑结构振动信号的功率谱在自振频率处会出现较大的峰值。将测试所得的信号求其自功率谱, 通过峰值所在频率点来识别结构的自振频率。对于各阶自振频率对应的阻尼比, 可以采用半功率法求取, 由半功率点幅值确定半功率带宽Vω, 然后根据下式计算[2]:

其中, ωk为第k阶自振频率;H (ωk) 为k阶自振频率处的峰值。

3 某复杂高层结构动力测试

3.1 结构概况

本文测试对象选取的是上海某复杂高层建筑结构, 该复杂高层建筑是集教学、实验、科研、会议及办公等多项功能于一体的现代高校建筑, 总建筑面积约43 316 m2, 建筑高度97.5 m, 该建筑上部结构为21层巨型钢框架结构体系, 框架的层高为4 m, 每边9跨, 跨度为5.4 m, 结构平面尺寸为48.6 m×48.6 m, 主体结构采用钢框架加外围支撑的形式。标准层楼板为压型钢板上浇捣混凝土, 主楼楼层中部楼板缺失, 形成L形3平面, 往上顺时针旋转, 每三层旋转90°, 到顶层共旋转6次。该建筑较多楼层的楼板开洞面积大于楼板面积的35%, 有效楼板宽小于典型楼板宽度的40%;结构沿高度每隔3层设2 m高设备层, 竖向刚度突变, 该建筑属于典型的平面不规则和竖向刚度不规则的复杂高层结构。

3.2 测点布置

测点选择在较高层楼梯间拐角处, 以减少外界对信号的干扰, 使测量结果精度达到要求。对于综合教学楼, 测点布置在21层楼梯间拐角处;从结构平面布置图中可见, 此结构纵向、横向均较为规则, 因此, 按东西 (EW) 、南北 (NS) 布置传感器, 分别量测结构在这两个方向的自振频率。

为了排除高频背景噪声的干扰, 使得测试结果的低频成分更真实, 本次测试将仪器采样频率调整到50 Hz。地脉动激励可以看作各态历经的平稳随机过程, 只要测试时间足够长, 可以用单个样本函数上的时间平均来描述这个过程的所有样本的平均特性, 本次测试记录时间设定为20 min以上, 其中某测试样本的时程如图1所示。

4 结构动力特性分析

根据随机振动理论, 分别计算采集到的加速度时程的功率谱, 其中图1所示的时程样本的功率谱如图2所示。

按照第二节脉动测试法的基本原理, 分别求取结构在两个方向上的自振特性, 只要是结构自振频率和阻尼比, 并将各个样本计算的结果取平均值, 作为该复杂高层建筑结构的自振频率和阻尼比, 具体结果见表1。

对于高层建筑, 可按文献[3]中钢筋混凝土框架和框剪结构基本自振周期的计算公式得到其自振周期:

其中, H为房屋总高度;b为房屋宽度。根据式 (2) 得到的该复杂高层建筑结构的自振频率为0.58 Hz, 相比脉动测试结果稍微偏大, 这个主要是因为结构在使用过程中的损伤、老化导致结构刚度降低, 自振周期延长所致。

5 结语

本文根据脉动测试原理, 对一栋复杂高层建筑结构进行了环境振动测试, 采用随机信号的频域分析方法对测试数据进行了分析, 确定了高层结构的自振周期和阻尼比。

通过将环境振动得到的基本自振周期与规范计算的结果进行对比分析, 结果表明, 实测的复杂高层建筑结构的自振频率比按规范计算的结果略小, 这个主要是因为结构在使用过程中的损伤、老化导致结构刚度降低, 自振周期延长所致。

振动测试能够较好地识别高层结构的1阶~3阶自振频率及阻尼比, 且结果具有足够的精度。

摘要：对某复杂高层建筑结构的动力特性进行了现场测试, 通过对测试结果进行分析, 得出了该结构的自振特性, 为建筑结构的安全性评估及损伤识别提供了参考资料。

关键词：复杂高层建筑,振动测试,动力特性

参考文献

[1]徐建.建筑振动工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]曹树谦, 张文德, 萧龙翔.振动结构模态分析——理论、实验与应用[M].天津:天津大学出版社, 2001.