超高層建筑結構設計
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超高層建筑結構設計范文第1篇
1 超高層建筑與一般高層建筑結構設計的差異
1)從房屋高度上，超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米甚至上千米的設想，而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。
2)超高層建筑由于消防的要求，須設置避難層，以保證遇到火災時人員疏散的安全。由于機電設備使用的要求，還需要設置設備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用，而對于更高的多功能使用的超高層建筑，它不只每15層設一個避難層兼設備層即可，還需要設有機電設備層。對于這些安放有設備的樓層設計除考慮實際的荷載之外，更需考慮設備的振動對相鄰樓層使用的影響。同時,這些樓層的結構設計,為提高結構的整體剛度，可用來設置結構加強層。這與一般高層建筑設計是不相同的。
3)超高層建筑的結構類型選擇上相對要廣，除鋼筋混凝土結構外，還有全鋼結構和混合結構。而一般高層建筑結構除了特殊條件需要者外，多為鋼筋混凝土結構。
4）超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對于矩形平面其長寬比也是在2以內，尤其抗震設防的高烈度地區(qū)更應采用規(guī)則對稱平面。否則，在地震作用時由于扭轉效應大，易受到損壞。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。
5）超高層建筑的基礎形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為框架-核心筒或筒中筒，基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。同時，由于基底壓力大要求地基承載力很高，除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外，一般均采用樁基。另外，超高層建筑基本不采用復合地基，而一般高層建筑則有采用。
6）房屋高度超過150m的超高層建筑結構應具有良好的使用條件，滿足風荷作用下舒適度要求，結構頂點最大加速度的控制滿足相關規(guī)定要求，而高層建筑設計不需要考慮。
2 超高層建筑結構的基礎設計
超高層建筑一般多設二層或更多層的地下室，其基礎的埋置深度均能滿足穩(wěn)定要求。而對于基巖埋藏較淺無法建造多層地下室不能滿足埋置深度要求的，則可設置嵌巖錨桿來滿足穩(wěn)定要求。其基礎形式應據場地的巖土工程地質條件，在滿足地基承載力的同時也滿足沉降變形設計的要求。一般當基底砌置在第四紀沖、洪積的黏性土層或海相沉積的土層時，其地基承載力不能滿足且地基剛度也不能滿足變形要求，因此，需采用樁基方案。而房屋高度在150m左右且房屋樓層約40層左右的超高層建筑，當基底砌置在第四紀厚度較大且密實的砂、卵石層時，一般承載力特征值和壓縮模量都很高，則可考慮采用天然地基方案。對于基底砌置在中風化或微風化的基巖上的情況，則無論房屋高度多大，均為天然地基方案。
1）天然地基基礎。上述兩種情況下的天然地基方案，其基礎形式是各不相同的。對于基底砌置在砂、卵石層的基礎，多是采用等厚板筏形基礎。但也有工程采用箱形基礎，主要利用作為消防水池，如155m高的北京國貿中心一期寫字樓工程。由于該工程有3層地下室只是最下1層是箱基，而其他1層、2層不是，故總稱為箱筏聯(lián)合基礎。等厚板筏基的板厚應具有較大的剛度，以使基底壓力均勻分布以及減小外框（筒）和內筒的沉降變形差異，通常設計的等厚板筏基的板厚取外框和內筒之間跨度的1／4左右。而對于基底砌置在中風化或微風化的基巖上，由于基巖承載力特征值很高，則外框柱可采用獨立基礎，內筒可采用條形基礎或等厚板筏形基礎。如某地區(qū)工程基底的中風化泥巖和中風化砂巖的承載力特征值分別為2650kPa和10380kPa，就可按上述的基礎形式進行設計。同時，由于中風化或微風化基巖剛度很大，荷載作用下沉降變形甚微，所以地下室底板厚可按構造設置或按巖石裂隙水的水浮力計算考慮。在基巖上的獨立柱基礎，一般為使施工開挖不破壞基巖的整體性，多采用人工挖孔樁的開挖方式施工。
2)樁基礎設計。超高層建筑的樁基礎，由于基底壓力大，要求的單樁豎向承載力較高，因此，均采用大直徑鉆孔灌注樁或有條件的工程場地采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。樁端持力層的選擇應考慮層厚較大和密實的砂、卵石層或中風化、微風化基巖，以減少樁端沉降變形。關于樁的布置總原則應集中布于柱下和墻下，但不同的樁型布樁的結果是各不相同的。如果設計采用的是端承樁或是摩擦端承樁，由于單樁豎向承載力特征值很高，所需樁數要少，則可布于柱下和墻下；如果設計采用的是端承摩擦樁或摩擦樁，由于單樁豎向承載力特征值相對要低，則往往整個基底承臺下需要滿布樁方能滿足設計承載力和變形控制的要求。上述兩種不同的布樁方式，其樁承臺板的厚度是各不相同的：布樁于柱下或墻下的承臺厚度一般由沖切確定，且地下室的底板厚度可小于外框和內筒承臺厚度，按構造或水浮力產生的底板內力計算要求確定；而對于滿布樁的承臺厚度應如同天然地基基礎中的等厚板筏基一樣，承臺板應具有較大的剛度以使基底承臺樁均勻受力，因此承臺板的厚度一般不是由沖切確定。這種滿布樁的等厚板承臺的內力計算，可根據樁的單樁豎向承載力的實際平均反力并按剛性方案的倒樓蓋計算，這樣是符合實際工程受力狀態(tài)的。
我國在20世紀80年代后期，為了提高鉆孔灌注樁的豎向受壓承載力，經過科學試驗開始在工程上應用后注漿鉆孔灌注樁并取得了很好的成果。這種后注漿鉆孔灌注樁不僅單樁豎向承載力得到大幅度的提高，而且樁端沉降變形減小，在樁基工程中已被廣泛采用。現(xiàn)有樁基設計規(guī)范對后注漿鉆孔灌注樁單樁相對普通鉆孔灌注樁的單樁豎向承載力提高系數已有明確規(guī)定，總體來說與各地巖土工程地質條件有關。像某地區(qū)樁端持力層為卵石、園礫層，樁側為黏性土層和砂卵石層，其提高值接近普通鉆孔灌注樁的兩倍，但必須是由具有后注漿技術資質的專業(yè)公司施工。從工程造價上講，采用后注漿鉆孔灌注樁總的工程費用可降低25％左右。因此，該樁型是超高層建筑樁基設計中采用的合理樁型。另外，關于鉆孔灌注的成孔方法，以往均采用反循環(huán)鉆機施工，而現(xiàn)在對于一定的樁長采用旋挖鉆機，施工速度快，特別是樁端沉渣厚度很小甚至幾乎沒有，從而有效的保證了鉆孔樁的施工質量。這種鉆機是在工程實施中凡有條件應當優(yōu)先采用的鉆機。某項目的1期、2期工程超高層寫字樓和公寓樓全部采用后注漿鉆孔灌注樁并采用旋挖鉆機成孔，后注漿技術為中國建筑科學院地基基礎研究所專利技術并由他們實施完成。該工程的主裙樓間雖荷載差異很大，設計中考慮到采用后注漿鉆孔灌注樁均不設置沉降后澆帶，建成投入使用后，地基差異沉降實測值均在設計允許范圍之內并與地基所地基的沉降計算分析結果基本吻合。
超高層建筑結構設計范文第2篇
關鍵詞：高層；超高層；結構設計；風載荷
0、引言
隨著城市化進程的加快，高層和超高層建筑數量不斷增加，在滿足城市發(fā)展需要的同時，也在一定程度上對建筑結構的可靠性、安全性、持久性以及安全性提出了更高的要求。由于建筑結構直接關系到高層建筑的整體性能及使用功能，因此在設計過程中必須對之予以重視。在實際的設計過程中必須通過多種技術手段，從多個途徑突出混凝土建筑結構施工的整體效果。
1、復雜高層與超高層建筑結構設計的主要控制因素
建筑載荷的選取是建筑結構設計的首要工作，對于大多數高層建筑而言，可以根據建筑結構設計載荷規(guī)范中的相關要求予以確定。其次則需要對其他的建筑結構設計影響因素進行分析，確定對應的結構設計措施。
1.1 風載荷
對于復雜高層與超高層建筑結構的設計，由于其高層容易受到風載荷的影響，尤其是一些超高層建筑，其主要控制的因素就是風載荷。例如，臺北的101大樓設計過程中，不但參考了當地的相關設計規(guī)范，而且還委托加拿大相關設計公司進行了相關的風洞試驗，以提高該建筑的抗風載能力。在試驗過程中，設計了一個以1：500為比例的模型在半徑為600m的風場環(huán)境中進行試驗，驗證建筑在不同風況下的受力情況。
1.2 地震力
對于地震力的預測，當前的技術條件存在一定的限制，難以對之進行準確預算。即使對地震有深入研究的日本，以無法準確的預算地震的發(fā)生時間、地點。所以，高層建筑設計過程中尤其要注意抗地震力的設計。同時，還需要考慮建筑主樓、裙樓在地震力作用下的不同反應。
1.3 地基基礎
對于復雜高層建筑與超高層建筑，地基基礎發(fā)揮了十分重要的作用。在實際的施工過程中藥根據不同的地基形態(tài)采取穩(wěn)定性強的地基結構。例如，對于深厚的軟地基，高層建筑地基必須選擇使用樁筏基礎或者樁箱基礎。同時，可以根據實際的地質情況采取對應的基礎措施：使用深度不大的年輕巖基，通過將現(xiàn)澆混凝土樁基深入巖層中的方式為建筑提供基礎支撐；對于深度較大的巖層，例如在地面100m以下，可以利用巖層上層常見的層狀沖積土，使用框格式的地下連續(xù)墻為建筑提供基礎支撐；對于地下基層條件較好的地層，可以采用筏形基礎即可。在地基設計過程中，應該根據不同的地質情況選擇對應的組合式基礎方案，最終確定一個技術經濟性最高的方案。
1.4 建筑功能使用需求
所有的建筑都是以滿足其使用功能需要而建設的，因此建筑結構設計必須以此條件為基礎，這是一個不能忽視的問題。在設計過程中，需要考慮到建筑的藝術性、使用功能需要以及經濟性等多個方面的要求。同時，在設計時還必須保證所設計的結構能夠在既有施工技術條件下實現(xiàn)，而且保證當前的建筑材料必須達到設計使用需求，這是建筑結構設計需要控制的一個重要因素。
3、復雜高層與超高層建筑結構設計策略
3.1 合理減小框架中的柱距與梁距
（1） 減小柱距
建筑框架是將梁、柱通過剛性連接的方式組合而成的剛性體系，整個結構體系的抗推剛度受梁、柱截面與數量的直接影響，通過減小柱距能夠有效的提高整個結構體系的剛度。
（2） 減小粱距
通過增加框架中梁的數量，不但可以減小框架在載荷作用下的總變形，而且還可以增加柱子在軸力作用下形成的力偶，使得其能夠更好的抵抗結構體系的總力矩。
3.2 充分發(fā)揮梁柱的組合效果
通過簡單的減小柱距、梁距，雖然能夠在一定程度上達到提高框架體系抗推剛度的目的，但是不能從根本上改善框架的整體效能。這時結合增加梁、柱數量的方式，不但能有效增加框架的整體抗推剛度，而且還能夠提高框架的抗風載荷能力。
3.3 采用彎一剪雙重結構體系
彎一剪雙重抗側力結構體系，就是指通過采用彎曲型與剪切型兩種不同變形性質的構件形成一個完整的結構體系。兩種不同類型的構建通過在各個不同樓板中聯(lián)系起來進行協(xié)同工作，明顯減小了整個建筑結構的頂點位移與下部各樓層的層間位移。
（1） 框一墻體系
在水平力的作用下，單獨的框架整體變形是典型的剪切變形，其上部層間側移相對較小，而下部的層間側移則較大。而單獨的剪力墻則是彎曲型變形，其層間側移為上部大、下部小。在采用框一剪雙重體系之后，可以將各樓層樓板聯(lián)系起來，使得框架與剪力墻能夠協(xié)同承受載荷，從而確保了框架與剪力墻變形的一致性，提高了結構的抗載荷能力了。
（2） 框一撐體系
合理設計的框架一支撐體系同樣可以收到與框一墻體系相當的效果，即最終達到減小結構頂點側移與最大層間位移的目的。
（3） 筒中筒體系
筒中筒體系的構建原理與上述兩種結構體系類似，但是其起到的結構增強效果更好。
3.4 合理設置剛臂
對于建筑平面是方形布置的高樓，當采用芯筒一框架體系時，因為大部分的側向力是由芯筒來承擔的，這使得整棟建筑的側移曲線基本上是由芯筒的變形直接控制的。在水平載荷的作用下，芯筒以彎曲變形為主。同時，由于芯筒的平面尺寸還受到建筑的豎向服務性設施面積影響，直接造成了芯筒的高度與寬度比值較大的問題。為了達到減小建筑結構側移的目的，可以在高層建筑中每相隔十來層布置一個設備層，在其中添加桁架，形成剛臂。這樣將能夠使得芯筒與的框架柱連接為一體，使得結構的外柱也可以參與到結構的整體抗彎體系中，有效的一直了芯筒各個水平截面，尤其是頂部截面的傾斜，有效減少了建筑各個島層建筑結構的側向位移。
結語
復雜高層與超高層建筑設計過程中，結構設計是影響綜合性極強的工作，尤其是在滿足建筑使用功能需求的同時，還要滿足高層建筑的建設環(huán)境需要，通過全盤考慮的方式采取嚴格的設計措施和設計途徑，基于建筑混凝土整體結構設計的多項要求，提高建筑結構的整體穩(wěn)定性。除此之外，還必須重視施工過程中的材料選擇控制，例如鋼筋的合理配置等。另外，還必須考慮施工現(xiàn)場的運輸條件以及養(yǎng)護作業(yè)技術水平等，確保施工條件能夠有效的支撐起建筑的結構設計體系，使得建筑結構體系達到對應的要求。
參考文獻
超高層建筑結構設計范文第3篇
關鍵詞：超高層建筑；結構設計；難點分析；新技術
1工程概況
“歐華中心”位于蘇州工業(yè)園中央區(qū)星都街與蘇華路交叉口東南角地塊，地處金雞湖與中央公園東西向景觀主軸南側。南臨相門塘，西依星都街，北接城市地鐵主干道蘇華路。項目定位為蘇州新城中央區(qū)商務中心。該項目建成后將使工業(yè)園中心區(qū)得到國際化提升，成為蘇州國際都市化的標志性建筑之一。
“歐華中心”項目用地面積8491.65m2，總建筑面積約95600㎡，其中地下三層建筑面積19100㎡，地上建筑面積76500㎡。
地上建筑由1棟超高層建筑和4層裙樓組成。（見圖1）
圖1 總平面圖
1.1建筑設計
“歐華中心”地面三十六層，地下三層。
地下一～二層除北側設置少量商業(yè)用房外，主要為設備及機動車、非機動車庫。地下三層為機動車庫。
地面裙房一～四層為商業(yè)用房；商務主樓六～二十層為辦公用房；二十二～三十六層為酒店及公寓式酒店。五、二十一層為避難層。
商務主樓平面為長方形。核心于中部，電梯根據樓層的不同分區(qū)收分。核心體中部在酒店區(qū)域形成通高中庭，提供住店客人明亮及新奇的內部環(huán)境。
1.2造型設計
建筑造型現(xiàn)代、簡潔。
主樓在進深方向上分解為三部分，通過實、虛、實的組合使樓體形體感增強，同時建筑元素以豎向線條為母題，使樓體感覺更為挺拔。裙房延續(xù)了主樓的豎向線條，與主樓在建筑語匯上統(tǒng)一。
2結構設計
2.1上部結構設計
主樓為綜合樓，第1層商業(yè)為商業(yè)部分層高5.7m，第2～4層為商業(yè)部分層高為5m，第5層避難（設備）層層高4.8m，第6～20層為辦公區(qū)層高為3.9m，第21層避難（設備）層層高4.8m，第22～35層為酒店部分層高為3.3m，第36層層高4.5m，頂層高度4.5m?；A埋置深度大于建筑高度的1/18，結構體系為鋼管混凝土混合框架——鋼骨混凝土核心筒結構?？紤]到核心筒中電梯井周圍設置剪力墻，核心筒寬度約10米，約為總高度的1/15，滿足規(guī)范要求，裙房以上高寬比約為3.5，結構的幾個重要控制值均在規(guī)范允許的范圍內，平面不規(guī)則及超長處設置后澆帶分開，使得結構平面簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻；豎向體型均勻，屬A級高度鋼筋混凝土超高層結構。
2.2地下室結構設計
地下室體量大，平面剛度又相差懸殊，結合建筑的功能在主樓與裙房間設置施工后澆帶，可有效減少結構的不均勻沉降和平面尺寸過大而產生的溫度裂縫，又避免了設置沉降（溫度）縫后建筑構造復雜使用面積減少等不足。在地下室部分構件混凝土中摻加混凝土微膨脹劑，減少混凝土的收縮和徐變，以減少溫度應力及結構裂縫的產生。地下室抗?jié)B強度等級P8，防水等級為二級。
2.3地基基礎設計
核心筒下擬采用樁筏基礎，其余采用柱下、剪力墻下樁基獨立承臺，電梯井下局部厚筏承臺的結構體系。使上部荷載與樁基形成自平衡體系，在滿足豎向承載力的同時也能較好地控制變形。各承臺之間用連系梁連接，地下室底板采用剛性防水板，在地下停車位較大的空間處增加梁，減小板的撓度。所有連梁的剛度和板的厚度通過局部承載和地下水浮力計算確定。
2.4結構分析
結構分析程序：整體計算采用中國建筑科學研究院 PKPM系列軟件（2008年5月版），對于超高層建筑結構同時用中國建筑科學研究院PMSAP進行復核，鋼結構節(jié)點設計采用同濟大學MTS建筑鋼結構設計系統(tǒng)。
2.5主要結構材料
填充墻砌體采用新型輕質墻體材料，其強度不低于Mu3.0，砌筑砂漿不低于M5.0，混凝土強度等級豎向構件C55～C30，樓板C40～C30，鋼筋采用HPB235（Ⅰ級）與HRB400（Ⅲ級），鋼材采用Q345B、C與Q235B。
3關鍵技術與側重點分析
3.1關鍵技術問題與特殊技術
3.1.1對超高層建筑，對比分析計算、全面衡量，采用了新型的結構形式：鋼管混凝土混合框架——鋼骨混凝土核心筒的混合結構；
3.1.2三層地下室，共12.8m，基礎埋置深度大于總建筑高度的1/18，基底深度大，加強抗浮計算與措施，溫度和沉降后澆帶的設置。
3.1.3地下室抗浮措施主要為抗浮計算合理確定底板厚度和設置抗拔樁。
3.1.4施工特殊要求以及其它需要說明的問題。
a）三層地下室基坑支護，合理的施工組織設計，基坑地下水排水，地下室跨雨季施工措施，地下室施工后澆帶，防水處理等等方面應注意滿足規(guī)范及設計要求；
b）超高層混合結構的施工，施工難度大，工種及穿插配合較多，核心筒與鋼框架變形差的控制；
c）合理設置施工堆載和控制施工荷載。
3.2側重點分析
該項目有三個側重點：
3.2.1本工程建筑體量較大，建筑抗震設防類別為重點設防類（乙類），據《建筑工程抗震設防分類標準》，應按高于本地區(qū)抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施(即按抗震設防烈度為7度的要求加強其抗震措施)，根據規(guī)范要求，應采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算。
3.2.2筒體尺寸較小，整個建筑結構剛度較小，周期較大，從建筑功能上考慮，可以在21層避難層做一個加強層，可以使結構周期大大減小，但是增加加強層之后，加強層下面一層同加強層的側向剛度比值略小于0.4，形成一個薄弱層，豎向布置超限，需要做超限分析，最終考慮取消加強層。
3.2.3樁位布置
主樓面積較小，筒體下及主樓其他柱下樁取不同長度，均采取后注漿，減小筒體下筏板面積，減小筏板配筋；有三層地下室，考慮水浮力對樁基的有利影響；裙房抗拔短樁布置在基礎梁下，作為基礎梁計算模型的有利集中力，并控制基礎梁的撓度，同時減小基礎梁配筋量。
4新技術的推廣和應用
為執(zhí)行國家建筑技術經濟政策，積極推廣建設部推廣的建筑十大新技術，根據本工程的實際情況，在保證工程總造價不超出投資限額的情況下積極推廣使用建筑新技術和新材料，本工程采用以下新技術新材料：
4.1使用高強度鋼筋。樓層梁采用HRB400鋼和HRB335鋼。采用高強度鋼筋，充分利用鋼筋的抗拉性能，減少鋼筋用量，減小構件配筋率，節(jié)約工程造價，總體經濟效益明顯。
4.2豎向鋼筋接駁采用埋弧對焊或機械連接，可保證鋼筋的連接接頭的質量。
4.3采用高強和高性能混凝土。下部樓層柱及剪力墻混凝土強度等級采用C55；地下室底板、外側墻及后澆帶采用微膨脹抗?jié)B混凝土，以增加混凝土的抗裂性能，取得較好的防水效果。
4.4砌體采用新型輕質墻砌體材料，減輕結構自重，減少地震作用，降低基礎造價。
5結束語
總而言之，對于超高層建筑物來說，合理安全的結構設計是最基本的要求。為保證復雜高層建筑結構的安全性及經濟性，在結構設計時應注重以下幾個方面：首先重視概念設計，確定合理的結構方案，采取有針對性的技術措施；第二，應保證結構分析計算準確性和設計指標的合理性；第三，重視中震和大震下的結構安全性能；第四，關注舒適度及施工過程的影響及可實施性。
參考文獻：
《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》GB50068－2001
《建筑抗震設防分類標準》GB50223-2008
《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002
《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2010
《鋼結構技術規(guī)范》GB50017-2003
《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002
《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001(2008年版）
《高層民用建筑鋼結構結構技術規(guī)程》JGJ99-98
《矩形鋼管混凝土結構技術規(guī)程》CECS 159:2004
《鋼骨混凝土結構技術規(guī)程》YB 9082-2006
《高層建筑鋼—混凝土混合結構設計規(guī)程》CECS 230：2008
《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ 94-2008
超高層建筑結構設計范文第4篇
關鍵詞:住宅建筑；結構設計；SATWE軟件；抗震性能
中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：
隨著我國社會經濟建設的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，城鎮(zhèn)人口日益增加，致使城市住房建設用地較為緊張，超高層住宅建筑的建設也日益增加。目前，超高層住宅建筑內部結構設計方面的變化愈加明顯，許多新興的結構設計方案逐漸被超高層住宅建筑工程所采用。同時住宅建筑結構類型與使用功能越來越復雜，結構體系日趨多樣化，對住宅建筑結構設計工作的要求也不斷提高。在超高層建筑建設過程中，部分建筑的結構設計環(huán)節(jié)并不是十分合理，加上工程設計人員容易出現(xiàn)一些概念性的錯誤，給建筑的質量安全和使用帶來了一定的安全隱患。因此，如何提高超高層住宅建筑結構設計水平，就成為了工程設計人員面臨的一項難題。
1 工程概況
某高層住宅建筑面積為29000.4m2，地下1層，地上43層，大屋面高度138.02m。本工程結構體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，樓蓋為現(xiàn)澆鋼筋砼梁板體系。
建筑抗震設防類別為標準設防類(丙類)，結構安全等級為二級，設計使用年限為50年。所在地區(qū)的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s，地震影響系數最大值采用0.08，上部結構阻尼比0.05。建筑類別調整后用于抗震驗算的烈度為7度，用于確定抗震等級的烈度為7度，剪力墻抗震等級為一級。
2 基礎設計
本工程的基礎設計等級為甲級，主樓基礎采用沖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁直徑為1100mm，單樁豎向承載力特征值為8000kN；樁端持力層中風化凝灰?guī)r(11)層，樁身全斷面進入持力層≥1100mm，樁長約50m。樁基全面施工前應進行試打樁及靜載試驗工作，以確定樁基施工的控制條件和樁豎向抗壓承載力特征值。
承臺按抗沖切、剪切計算厚度為2700mm，承臺面標高為－5.200，基礎埋置深度為7.7m(從室外地面起算)。
3 上部結構設計
3.1 超限情況的認定
參照建設部建質［2006］220號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》附錄一“超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表”，結合本工程實際逐條判別，將存在超限的情況匯總如下。
(1)附表一，房屋高度方面
設防烈度為7度，剪力墻結構，總高度138.05m＞［120m］，超限。
(2)同時具有附表二所列三項及三項以上不規(guī)則的高層建筑(因篇幅所限，本文不再詳細列出)。
第一項．扭轉不規(guī)則:考慮偶然偏心的扭轉位移比＞1.2但＜1.3，雖然本條超限，但僅此一項。所以本工程不屬于附表二所列的超限高層。
(3)具有附表三某一項不規(guī)則的高層建筑工程。根據SATWE計算結果分析、判別，本工程亦不屬于表三所列的超限高層。
綜上所述，本工程只屬于高度超限的超高層建筑。
3.2 上部結構計算分析及結構設計
本工程為剪力墻結構，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3－2002)(以下簡稱高規(guī))5.1.13條規(guī)定:
(1)應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算。
(2)應采用彈性時程分析法進行整體補充計算。
根據《高規(guī)》要求，本工程采用的時程分析計算程序為PKPM系列的SATWE軟件，并采用PMSAP軟件進行對比分析。
本工程屬于純剪結構，作為抗側力構件的剪力墻，選用正確的結構分析程序尤為重要。SATWE對剪力墻采用墻元模型來分析其受力狀態(tài)，這種模型的計算精度比薄壁柱單元高，所以我省大多數工程的結構計算都選用SATWE程序。實際上就有限元理論目前的發(fā)展水平來看，用殼元來模擬剪力墻的受力狀態(tài)是比較切合實際的，因為殼元和剪力墻一樣，既有平面內剛度，又有平面外剛度。實際工程中的剪力墻幾何尺寸、洞口大小及其空間位置等都有較大的隨意性。為了降低剪力墻的幾何描述和殼元單元劃分的難度，SATWE借鑒了SAP84的墻元概念，在四節(jié)點等參平面殼元的基礎上，采用靜力凝聚原理構造了一種通用墻元，減少了部分剪力墻因墻元細分而增加的內部自由度和數據處理量，雖然提高了分析效率，卻影響了剪力墻的分析精度。此外，從理論上講，如果對樓板采用平面板元或殼元來模擬其真實的受力狀態(tài)和剛度，對結構整體計算分析比較精確，但是這樣處理會增加許多計算工作。在實際工程結構分析中，多采用“樓板平面內無限剛”假定，以達到減少自由度，簡化結構分析的目的，這對于某些工程可能導致較大的計算誤差。SATWE對于樓板采用了以下幾種假定:(1)樓板平面內無限剛；(2)樓板分塊平面內無限剛；(3)樓板分塊平面內無限剛，并帶有彈性連接板；(4)樓板為彈性連接板。對彈性樓板實際上是以PMCAD前處理數據中的一個房間的樓板作為一個超單元，內部自由度被凝聚了，計算結果具有一定的近似性，某種程度上影響了分析精度。根據高規(guī)要求，本工程應采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算，由于PMSAP對剪力墻和樓板都采用了比較精確的有限元分析，單元模型更接近結構的真實受力狀態(tài)，雖然數據處理量大大增加，但其分析精度卻比SATWE高。用PMSAP軟件對SATWE程序的計算結果進行分析、校核，是比較可信的。
SATWE和PMSAP兩個程序均采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，彈性時程分析法計算結果作為振型分解反應譜法的補充。
程分析主要結果匯總如下:
表1 結構模態(tài)信息
表2 地震荷載(反應譜法)和風荷載下計算得到的結構最大響應
多遇地震時彈性時程分析所取的地面運動加速度時程的最大值為35cm/s2。針對報告中提供的實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，根據08版抗震規(guī)范要求，本工程選擇了兩條天然波和一條人工波。這三條波的時程曲線計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，且三條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值亦大于振型分解反應譜法(以下簡稱CQC)計算結果的80%。由此可見本工程選擇的地震波是滿足規(guī)范及設計要求的。
SATWE和PMSAP時程分析的樓層剪力曲線如(圖1、圖2)所示。
圖1 SATWE時程分析樓層剪力圖
圖2 PMSAP時程分析樓層剪力圖
比較上圖振型分解反應譜法(CQC)計算的樓層剪力曲線圖，在大部分樓層基本能包絡時程分析曲線，僅電算34層以上CQC法計算樓層剪力略小于時程分析的結果。由此可見振型分解反應譜法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。設計中仍以振型分解反應譜法計算結果為主，并將34層以上部分指定為薄弱層，該部分樓層地震剪力予以放大。這一方案也得到了本工程超限高層審查與會專家的認可。
比較PMSAP和SATWE計算出的基底剪力非常接近，其余參數如周期、結構的總質量、地震荷載和風荷載下計算得到的結構最大響應位移、地震下的剪重比等都比較接近，說明用這兩個程序做計算分析是可以互相校核的。
3 抗震性能設計
本工程綜合考慮設防烈度，場地條件，房屋高度，不規(guī)則的部位和程度等因素，本工程只屬于高度超限的超高層建筑，且高度只超過A級而未超過B級，故將本工程預期抗震性能目標定位在“D”級，即為小震下滿足性能水準1的要求，中震滿足性能水準4的要求，大震下滿足性能水準5的要求。
普通的高層結構抗震設計基于小振彈性設計，對于本超高層結構作為主要承重構件的剪力墻，尤其是底部加強區(qū)需要提高其抗震承載能力。根據抗震概念設計“強柱弱梁、強剪弱彎”的要求，剪力墻也需要有更高的抗震安全儲備，所以本工程剪力墻底部加強區(qū)采用中震設計。具體措施如下:
(1)根據安評報告中震設計的地震影響系數最大值采用0.23，不考慮與抗震等級有關的內力增大系數(即剪力墻抗震等級定為四級)，不計入風荷載的組合效應。
(2)抗剪驗算按中震彈性設計，考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數，材料強度取設計值，考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區(qū)水平筋的配筋依據。
(3)抗彎驗算按中震不屈服設計，不考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數，材料強度取標準值，不考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區(qū)約束邊緣構件豎向鋼筋的配筋依據。
本工程通過對關鍵構件剪力墻底部加強區(qū)進行中震設計，即抗彎承載力按中震不屈服復核，抗剪承載力按中震彈性復核，結構能滿足性能水準1、4的要求，預估結構在大震作用下能滿足性能水準5的要求。各性能水準目標具體描述如下:
性能水準1:結構在遭受多遇地震后完好，無損傷，一般不需修理即可繼續(xù)使用，人們不會因結構損傷造成傷害，可安全出入和使用。
性能水準4:遭受設防烈度地震后結構的重要部位構件輕微損壞，出現(xiàn)輕微裂縫，其他部位普通構件及耗能構件發(fā)生中等損害。
性能水準5:結構在預估的罕遇地震下發(fā)生比較嚴重的損壞，耗能構件及部分普通構件損壞比較嚴重，關鍵構件中等損壞，有明顯裂縫，結構需要排險大修。
4 結論
通過工程實例分析超高層住宅建筑結構設計工作，可以得出以下幾點結論：①PMSAP和SATWE計算結果的比較表明了SATWE計算結果進行結構設計是基本可靠的；②采用合理的方法對部分樓層剪力進行了調整，能夠有效確保工程抗震分析安全、可靠；③對剪力墻底部加強區(qū)采用中震設計，能夠滿足住宅建筑的抗震需要。
參考文獻
超高層建筑結構設計范文第5篇
一工程概況的地基基礎
某項目地上建筑面積為13.45萬m，地下建筑面積為4.3萬m，總建筑面積為17.75萬m。根據巖土工程勘察報告，本工程場地地基土層為第四紀沖海積的黏土和淤泥層，基底巖性為侏羅紀熔結凝灰?guī)r，場地內無液化土層。賓館塔樓柱下荷載最大達3.8×104kn，商務塔樓柱下荷載最大達3.5×104kn，采用大直徑灌注樁，平板式樁筏基礎。經優(yōu)化比較，樁徑 700～1100較為合理。商務樓和賓館塔樓下筏板厚度為3m，其他位置底板采用厚板式，板厚為1.2m。針對本工程塔樓和輔樓預期存在的沉降差異問題，在各塔樓與輔房之間設置后澆帶，并配合相應的后澆帶處理措施和大體積混凝土澆筑措施，解決了超長結構混凝土的收縮裂縫問題和塔樓與輔樓間的沉降差異在基礎底板中產生過大內力的問題。
二結構設計與計算
⑴結構體系。塔樓外框架柱采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，鋼筋混凝土柱外框架體系將作為有效的承重支撐，大部分豎向荷載通過軸力方式向下傳遞，而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是提供強大的抗側力能力?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》規(guī)定：6度區(qū)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結構適用的最大高度為150m，本工程兩塔樓的房屋高度均為161.1in，僅超過11.1m；本工程屬b級高度，而《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》規(guī)定：6度區(qū)框架一核心筒結構b級高度建筑的最大適用高度為210m，還有48.9m才超限；大跨度鋼結構連廊的存在使得本工程屬于特殊類型的高層建筑(大跨度連體)。但由于本工程塔樓高寬比h／b為4.4并不大，兩塔樓的平面及豎向結構特性變化較少，且連廊與塔樓采用弱連接，對塔樓耦合影響小。計算分析結果也表明無異常薄弱層出現(xiàn)，且以風荷載為控制水平作用。綜上所述，本工程有兩項輕微超限，設計時采取必要的抗震加強措施，在技術上是可行的，順利通過設計審。
⑵彈性計算。本工程采用中國建筑科學研究院編制的《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件sat–we》、《特殊多、高層建筑結構分析與設計軟件pm—sap))及美國csi公司的國際通用結構分析與設計軟件etabs等三個程序進行整體計算，均采用抗震耦聯(lián)分析并考慮偶然偏心。用satwe程序進行彈性動力時程分析。兩塔樓的自振特性計算結果見表1和表2，三個軟件的計算結果較接近，從側面反映出結構模型和分析的正確性。結構的主要振型以平動為主，扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比，賓館塔樓分別為0．577、0．605、0．538，商務塔樓分別為0．593、0．603、0．529，均小于0．85，滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程(jgj3—2002)》的要求。
風荷載及多遇地震作用下的結構反應計算是結構設計中的重要內容，結構在風荷載及多遇地震作用下結構最大點位移和最大的層間位移角，可見在風荷載和地震作用下的層間位移角度均小于規(guī)范限值。兩塔樓產生的最大屋面位移及最大層間位移角均是x方向風荷載作用下產生的，其中商務塔樓最屋面位移為93．44mm，最大層間位移角為1／1537；賓館塔樓最大屋面位移為82．83mm，最大層間位移角為1／1743。最大層間位移角均小乎規(guī)范所規(guī)定的限值1／800。本工程塔樓屬于風荷載為控制水平作用，在考慮偶然偏心影響的水平地震作用下，樓層豎向構件最大水平位移和層間位移與其平均值之比小于規(guī)范限值，說明結構具有很好的抗扭剛度。
地震作用下樓層剪重比也是結構整體分析的重要內容，計算結果表明，兩塔樓各層x方向和y方向的層間地震剪力均滿足規(guī)范的最小剪重比要求。賓館塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為2.83×105kn•m，6.55x105kn•m；y方向傾覆力矩分別為2.66×105kn•m，8.09×105kn•m。商務塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為3.21×105kn•m，6.08×105kn•m；y方向傾覆力矩分別為2.37×105kn•m，7.66×105kn•m。核心筒所占傾覆力矩沿結構高度始終大于總地震傾覆力矩的50％，表明對于整體結構安全度是可靠的。
⑶彈性時程分析。按照《巖土工程勘察報告》確定的場地類別，采用《工程場地地震安全性評價報告》提供的地震動參數，選擇兩組實際地震記錄波和一組人工模擬地震波進行彈性動力時程分析。每條時程曲線計算所得的結構底部剪力大于cqc法求得的底部剪力的65％，三條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值大于cqc法求得的底部剪力的80％。cqc法計算結果基本包絡三條時程曲線計算所得的平均值，僅在結構頂部的少數樓層地震剪力偏小，說明設計反應譜在長周期階段的人為調整以及計算中對高階振型的影響估計不足，設計時將對頂部樓層的地震剪力進行調整，滿足對時程分析法的內力包絡要求。除此以外，結構內力和配筋可直接按cqc法計算結果采用。
⑷中震不屈服分析和動力彈塑性分析。如前所述，本工程平面及豎向結構特性變化較少，多遇地震下的計算結果也無超限情況出現(xiàn)，鑒于本工程建筑等級較高為確保結構安全可靠，我們依然對其進行了中震不屈服驗算，使剪力墻、柱、連梁和框架梁等重要抗震構件在中震作用下不屈服。
通過中震不屈服計算和判斷，兩塔樓結構體系中豎向構件在中震作用下保持著良好的彈性性能，而水
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平構件特別是連梁則有部分進入屈服狀態(tài)，通過調整連梁和框架梁的配筋和對部分連梁截面進行調整，才使所有主要水平構件不進入屈服狀態(tài)。這從設計上保證了中震不屈服的落實，體現(xiàn)了地震中各構件的屈服順序基本上是首先連梁屈服，其次有部分框架梁屈服，而豎向構件則未出現(xiàn)屈服情況。
三主要技術及措施
⑴空中連廊支承結構抗震加強措施。連廊弱連接支座留足連廊兩端活動空間確保不出現(xiàn)下墜，采用抗拉鉸接萬向支座，并用側面限位器固定，確保水平荷載直接傳遞到塔樓主結構。支承連廊的框架柱抗震等級提高為一級，以確保安全性。
⑵連廊及頂部塔樓結構抗震加強措施。連廊采用空間鋼結構桁架，鋼筋混凝土樓板的形式，并進行專門設計。頂部蓮花座高度較高且外形復雜，采用將芯筒適度上升，外復鋼結構形成蓮花座外形的結構設計，能極大地減輕自重保證結構強度，從而有效克服鞭梢效應，且施工方便。
⑶平面扭轉不規(guī)則抗震加強措施。主要采取調整抗側力構件的布置，使質心與剛心盡量重合，并加大結構的扭轉剛度，以減小結構扭轉效應，使結構各樓層的位移比不大于1.4。例如由于塔樓平面存在局部凸出圓弧，部分樓層的x向最大水平位移與平均層間位移比值超b級高度的1.4，最大達到1.47，最終通過適當加寬圓弧內柱子x向柱寬，并加強兩柱聯(lián)系梁剛度得以解決。
⑷側向剛度不規(guī)則抗震加強措施。適當加大立面變化處樓層的板厚及配筋，并采用雙層雙向配筋，加強與立面變化樓層相交的豎向構件的配筋，如25層局部凸出圓弧結束，豎向構件截面變化則避開25層，并適當加強24～26層豎向構件配筋。
