1、 復雜高層建筑結構設計要點摘要：由于城市空間逐漸縮小，土地資源越發稀缺，高層建筑的需求越來越廣。一批現代高層建筑以全新的面貌呈現在人們面前。這些建筑的結構一般都是不規則的，有些是特別不規則結構。復雜高層與普通結構相比在設計上有許多要特別注意的地方。本文將對復雜高層建筑的特點和結構設計的注意事項進行概要介紹。關鍵詞：復雜高層；不規則；結構設計中圖分類號：s611文獻標識碼：a 文章編號：前言：伴隨著社會的快速發展，一批現代高層建筑以全新的面貌呈現在人們面前。建筑師在建筑造型以及建筑多功能、多用途等方面通過創新，設計出了眾多體型復雜和內部空間多變的高層建筑。這些建筑的結構一般都是不規則的，有些是特

2、別不規則結構，結構工程師遇到了前所未有的挑戰。經過多年的研究和工程實踐，盡可能地解決各種結構難題。從而陸續產生了能適應建筑師創新意識的多種復雜高層建筑結構體系。盡管當今已建成了大量復雜高層建筑結構，并且有一定的試驗和理論研究作為依據，但經受過強地震作用檢驗的結構為數不多。因此，在地震區采用復雜高層建筑結構應盡量減少其不規則性，對房屋高度也要有所控制。本文將著重介紹最常見的幾種復雜高層建筑結構體系及設計要點：一 帶轉換層結構多功能的高層建筑，往往需要沿建筑物的豎向劃分為不同用途的區段，這些建筑的豎向結構構件往往不能上下連續，需要設置轉換層，通過轉換構件實現上、下豎向構件的過渡。帶轉換層結構屬于豎

3、向剛度突變及豎向構件不連續的不規則結構體系。 帶轉換層結構設計注意事項：1該體系應有足夠的上、下連續的落地剪力墻或筒體。2對于轉換結構，轉換層高度是影響其抗震性能的主要因素之一，轉換層高度越高，轉換層上下層間位移角及內力突變越明顯，設計時應限制轉換層設置高度。3轉換層與其上層的側向剛度比對結構抗震性能有一定影響。對轉換層位置較低的帶轉換層的剪力墻結構，控制側向剛度比可以控制轉換層附近的層間位移角及內力。4對轉換層位置較高的帶轉換層的剪力墻結構，僅僅控制轉換層上、下樓層的側向剛度比是不夠的，還應控制轉換層上部與下部結構的等效剛度比。轉換層上部與下部結構等效剛度比越大，轉換層上下層間位移角及內力突

4、變情況越明顯。二 連體結構兩幢或幾幢高層建筑之間由架空連接體相互連接，以滿足建筑造型及使用功能的要求。連接體的跨度有幾米長，也有幾十米長;連接體沿建筑物豎向有布置一個的，也有布置幾個的。連體結構因為通過連接體將不同結構連在一起，體型比一般結構復雜，因此連體結構的受力比一般單體結構或多塔樓結構更復雜。連體結構豎向剛度突變，結構扭轉效應較大，且豎向與水平地震組合作用對連接體及其附近主體結構有不利影響。連體結構設計中應關注以下幾個方面的問題：1較之其他體型結構，連體結構扭轉振動變形較大，扭轉效應較明顯，應引起重視。扭轉效應隨塔樓的不對稱性的增加而加劇。即使對于對稱雙塔連體結構，由于連接體樓板變形，兩

5、塔樓除有同向的平動外，還很有可能產生兩塔樓的相向運動，該振動形態是與整體結構的扭轉振型藕合在一起的。對于多塔連體結構，因體型更為復雜，振動形態也將更復雜，扭轉效應更加明顯。2連接體部分是連體結構的關鍵部位，其受力較復雜。3連接體結構與兩側塔樓的支座連接是連體結構的另一關鍵問題，連接處理方式一般根據建筑方案與布置來確定，可以有剛性連接、鉸接、滑動連接等，每種連接方式的處理方式不同，但均應進行詳細分析與設計。當連接體結構包含多層樓蓋，且連接體結構剛度足夠，能將主體結構連接為整體協調受力、變形時，可做成強連接結構，兩端剛接、兩端鉸接的連體結構屬于強連接結構。如果連接體結構較弱(如連廊結構)，無法協調

6、連接體兩側的結構共同工作，此時可做成弱連接，即連接體一端與結構鉸接，一端做成滑動支座，或兩端做成滑動支座，此時應重點考慮滑動支座的作法，限復位裝置的構造，并應提供滑動支座的預計滑移量。三 豎向收進和懸挑結構因建筑造型和功能的需要，高層建筑沿豎向收進的情況是經常出現的;懸挑結構的高層建筑比較少。這類復雜結構體系豎向剛度突變，高振型影響較大，懸挑結構還受豎向地震作用的影響，且對高層建筑主體部分會附加較大的傾覆力矩。對于這類結構設計要注意以下幾方面：1結構體型收進會造成結構豎向剛度的不連續，在體型收進處結構的層間位移會有突變，豎向構件的內力也會明顯增大，對結構抗震不利。當體型收進較大時，結構的突變會

7、比較嚴重，內力放大較多，應盡量避免;設計中應加強豎向構件的配筋，保證在地震作用下不喪失豎向承載能力。2在大底盤多塔樓結構中，塔樓的首層是內力突變的部位，應特別加強，尤其注意避免這一層的剛度再小于上一層的剛度，造成薄弱層。3結構收進如果造成偏心，底部結構會因扭轉效應的影響而內力加大，底部結構的周邊構件應加強配筋;裙房頂板應適當加厚，配筋也應加強。4懸挑結構是結構的上部體型大于下部體型，上部結構剛度和質量大于下部結構，扭轉效應顯著，同樣屬于豎向不規則的結構。因懸挑結構結構冗余度低，這樣的結構在設計時應該予以足夠的重視。懸挑結構根部的梁與懸挑梁的受力情況類似，不應進行調幅。四 帶加強層結構高層建筑框

8、架一核心筒或巨型外框一內筒結構中，有時需要布置若干個加強層，以提高整體結構側向剛度，使其滿足設計要求。帶加強層結構體系對抗風是十分有效的，但是在加強層及其附近樓層，結構的剛度和內力均發生突變，在設置加強層后核心筒墻肢沿高度彎矩圖發生急劇變化，在加強層的上、下幾層彎矩大幅度增加，核心筒墻肢的剪力在加強層的上、下幾層同樣有較大幅度的增加。外圍框架柱在地震作用下所受內力的突變柱的軸力在加強層的下層突然增大，柱的彎矩和剪力在加強層的上、下均急劇增加這些均對結構抗震產生不利影響。在確定加強層結構方案時，需重點研究加強層的數量、伸臂結構形式和剛度以及周邊帶狀析架的設置等問題。五 平面不規則結構平面不規則結

9、構體系在地震作用下扭轉效應較大，部分樓蓋整體性及承載力較差，結構的某些部位應力集中、非線性變形較大、易形成薄弱部位。扭轉不規則，是結構平面不規則中最重要的控制指標，它主要有兩項結構扭轉特性指標：扭轉變形指標和扭轉剛度指標，需作專門的分析和計算。a.扭轉變形指標：判別結構扭轉不規則的扭轉變形，是質量、剛度、平面分布確定后結構固有特性。控制結構扭轉變形的實質是，控制結構扭轉變形要小于結構平動變形，控制地震作用下結構扭轉振動效應不成為主振動效應，避免結構扭轉破壞。b扭轉周期指標： 結構扭轉振型及周期是其扭轉剛度、扭轉慣量分布大小的綜合反映。任何情況下，當扭轉振型發展成為整個結構第一振型時，結構扭轉剛

10、度小，轉動慣量大，扭轉振動成為主振型，對結構抗震抗風均十分不利，都是不允許的。大量震害表明，地震作用下扭轉不規則結構容易產生扭轉脆性破壞。高層建筑結構應調整結構布置來盡量滿足扭轉規則性要求，其主要方法是:1在允許情況下，將較長的建筑物(主體結構長度大于60m)通過伸縮縫兼防震縫將其切割成若干個規則子結構，既可有利于減少水平溫差收縮影響，又可有利于避免結構整體扭轉，減少結構扭轉變形。2盡量加強周邊主體結構，同時適當弱化內部主體結構，提高結構抗扭剛度，有利于縮短扭轉周期，減少扭轉變形。3對于一些建筑功能特殊要求的復雜高層建筑結構，突破扭轉不規則指標時。一方面可采用基于性能的抗震設計或其他設計方法來

11、予以加強，實現預定性能的抗震設防目標，另方面仍應對不規則性加以適當控制，避免因實際結構工作性能太差，地震作用不確定性而引起破壞。結語：盡管各種復雜體系變化多樣，但結構設計的核心目標是調整結構的構件的局部剛度和結構體系的整體剛度使其滿足受力和穩定的要求。進而對舒適度進行控制，使其滿足建筑功能方面的各項要求。參考文獻：（1）jgj3-2010高層建筑混凝土結構技術規程【s】（2）劉慶林，傅學怡體型收進斜撐轉換結構研究應用【j】土木工程學報，2006，(2)（3）劉華新、孫志屏、孫榮書： 抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用， 遼寧工程技術大學學報，2007(2) （4）于險峰： (高層建筑結構抗震設計， 中國新技術新產品，2010(1)（5）高層建筑鋼混凝土混合結構設計規程cecs230：2008注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式查看。內容總