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篇1：异形柱结构设计研究论文
异形柱结构设计研究论文论文
摘要：本文详细阐述了异形柱框架的受力特点，对设计实际工程中异形柱结构的分析计算、构造措施等方面进行了探讨，并给出成功的工程设计实例。
关键词：异形柱；框架
1前言
近年来，异形柱框架或异形柱框架一剪力墙结构作为一种全新的结构形式广泛用于小高层住宅建筑中，相对于传统的短肢剪力墙或框架结构，能更好的满足建筑需求且造价略有降低，因此具有更好的经济效益和社会效益。该结构形式一般指同层内异形柱数量超过柱总数量10％的框架或框架剪力墙结构，适用抗震设防烈度为6度或7度的地区。
2受力特点
异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱，而采用多个小墙肢的组合截面柱子，由剪力墙演变而来。柱肢截面中各肢高厚比不大于4，常用的有L形、T形和十形，亦有采用Z形。柱肢宽度一般使用与墙体相同的厚度，一般为200～250mm，不大于300mm。肢长较大，《规程》规定不小于500mm，一般为600～800。除此之外，不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6，各肢截面厚度不能相差过大。
虽然异形柱由剪力墙演变而来，但由于柱截面本身的特殊性，异形柱结构的受力特点既不同于剪力墙结构，也与普通框架相差很大，具有自己的独特性，在荷载作用的结构反应更加复杂。国内外大量的试验资料和理论分析证明，异形柱的破坏形态有：弯曲破坏、小偏压破坏、剪压破坏等，影响破坏形态的因素主要有：荷载角、轴压比、剪跨比、配箍率等。
2．1整体计算分析
异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大，总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构，异形柱结构的整体性要好，刚度略由增强；而单结构形式来讲，异形柱结构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献[2]对8度区－6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计，然后分别采用SATWE和CRSC程序对比分析，结果表明在地震作用下异形柱结构的底部剪力要比矩形柱框架结构大16％～26％左右，各层柱的平均剪力和节点剪力也比矩形柱框架大很多。异形柱结构的受力特点介于普通框架柱和剪力墙之间，结构的抗震性能比较差，在内力分析计算时，既不能完全按普通框架柱，也不能完全照搬短肢剪力墙。
根据规范要求，对于矩形柱结构，当无斜向抗侧力构件时，结构设计的地震作用方向一般取工程纵横轴方向，即0°和90°以此来求得地震作用下的结构内力，正截面承载力两个方向分别按单偏压计算配筋，其承载力基本上可以包络地震作用沿其他方向的情况。但对于异形柱，由于截面惯性矩沿不同方向差别很大，地震作用下柱受力的最不利方向不一定0°或90°，也就是说仅沿该两个方向计算的正截面配筋并不能完全包络地震作用沿其他方向时的情况，尤其在高烈度地区体现得更显著。对此，《规程》强制规定，7度及以上时地震作用尚应对与主轴成45°方向进行补充验算。
考虑到受力后异形柱结构反应复杂，抗震性能不好，为符合“三水准两阶段”的抗震设计思路，地震作用计算后梁柱的内力调整都相对要求更严格些。对此，目前国内通用的结构设计软件PKPM并没有体现出来，虽然可以建立异形柱的模型，但尚未增加异形柱这种结构形式。其内部的内力调整和截面配筋计算仍然按照矩形柱或者短肢剪力墙的模式进行的，这难免会带来误差，有时可能相差甚远。天津大学开发的异形柱设计软件CRSC尚未普及。
目前很多设计都是把异形柱作为短肢剪力墙，按短肢剪力墙结构利用PKPM等空间软件进行分析设计，误差大在所难免。相对精确的设计方法是：假设梁柱节点与普通框架梁柱节点相同，按等主轴刚度及等截面面积两个条件把异形柱截面转化成等效矩形柱截面，利用空间有限元分析程序进行内力分析，求出柱的内力重新按照有关异形柱截面的配筋计算公式进行截面配筋验算。但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入，由于异形柱肢长比较大，与梁相交时梁柱重叠部分较大，形成类似与壁式框架的梁柱刚域，梁的计算长度大大减小，实际结构的侧向刚度比计算模型大，导致地震力计算偏于不安全，文献[3]对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。但这也是权宜之计，且对于普通设计人员来讲过于费时费力，不利于提高效率。
2．2正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力
柱肢截面的差异，导致柱肢平面内外两个方向的`截面特性相差较大，异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下，正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题，因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直，也不与截面边缘平行，其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显，进而侧向刚度相差较大，对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱，《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元，仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。
由于多肢的存在，其截面的剪力中心往往在截面外，受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力，导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力，柱肢易首先出现裂缝，核心混凝土处于三向受剪状态，变形能力降低，脆性破坏特征明显。
异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化，但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用，通常比等面积矩形柱高，文献[4]表明，T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍，L形柱则基本相同。
2．3节点强度
普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求，节点核心区面积大，除二级或更高抗震等级的节点外，一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大，节点核心区有效水平截面积小。另外，异形柱由于轴压比的要求，通常肢长较大，相对同截面面积的矩形柱来讲，刚度大，地震作用大，相应的节点剪力比相同布置下(柱面积相等)的矩形柱结构大很多。因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时，异形柱肢厚度偏薄，节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大，钢筋握裹性能差，施工质量的可靠性也难以满足。
异形柱截面形式的不同，其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，翼缘的作用得以充分发挥，节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承载力下降最大。文献[5]研究表明：L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截面的矩形柱节点分别低33％、17.5％、8％左右，且用于矩形柱框架节点抗剪验算的公式已不适用于异形柱节点。在高烈度地区控制异形柱结构适用高度的参数已不单单是柱轴压比，而是节点区的强度。
3构造措施
异形柱的受力情况复杂，结构延性相对较差，单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求，因此必须加强构造措施，从概念出发，保证结构具有足够的安全度。
3．1结构平面布置
异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系，根据结构平面布置和受力特点，可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式，特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称，尽量控制或减小扭转效应：竖向布置注意体型力求简单规则，避免过大的外挑内收，避免楼层刚度沿竖向突变；柱网尺寸不易过大，一般不超过6m，柱矩大梁高也大，一方面建筑净空难以满足要求，另一方面柱承受的轴力也大，轴压比高，于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束，宜采用现浇楼盖。
3．2轴压比及柱配筋
对于柱而言，控制其延性的因素很多，不管对矩形柱还是异形柱，轴压比无疑是最重要的控制条件之一，其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降，对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载，局部压应力大，可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明：带暗柱异形柱与普通异形柱相比，承载力及延性和耗能能力有显著提高。
异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合，剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝，产生腹剪破坏，导致柱脆性显著，延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压，此时柱的延性最差，因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外，尽量避免短柱的出现，对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施，以免形成薄弱环节。
3．3节点构造
节点已经成为异形柱结构的薄弱环节，考虑到节点处钢筋的锚固以及保证节点区混凝土浇筑的质量，柱钢筋数量不宜过多且直径不宜过大。
4工程实例
长沙市某住宅楼长24.7m，宽14.5m,建筑面积3575m2左右，地上架空层一层，层高4.5m，住宅十一层，层高3.0m，最大建筑高度为39.0m，平面图见图1。该工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类。采用异形柱框架——剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级，异形柱框架抗震等级为三级。采用SAIWE程序分析，各层间位移角见图2，满足规范对层间位移的规定；同时重视抗震概念设计，加强构造措施。目前已竣工验收交付使用，经观察结构整体状况良好。
5结语
异形柱结构具有广阔的应用前景，但其受力性能具有自己的独特性，目前仍需要进一步研究以完善设计理论，开发更适用的设计软件，提高工程设计效率，便于推广运用。
参考文献：
[1]JGJ149-200，混凝土异形柱结构技术规程。
[2]黄锐，抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题，建筑结构，2005(5)。
[3]沈伟，汪杰南京虎啸小区09栋住宅异形框架设计，建筑结构，2001(11)
[4]李建辉，论述异形柱轻型框架的设计，福建建筑高等专科学校学报，2000(2)。
[5]曹祖同，霞等，钢筋混凝土异形柱框架节点强度的研究建筑结构，1999(1)
篇2：异形柱结构设计分析论文
异形柱结构设计分析论文
一、异形柱的概念
异形柱是指截面肢厚小于300mm的L、T、+形的截面柱。建筑界所讲的“异形柱”,特点是截面肢薄,由此引起构件性能与矩形柱性能的包括受力、变形、构造做法等一系列差异。制定规程主要是针对肢厚200、250mm的异形柱。其形式与短墙肢相似,若肢较长就称短墙肢,很难划分两者的界线。
其中“Z”、“一”形柱未列入规程的原因如下。
第一,“Z”形柱在实际工程中,应用很多。“Z”形截面柱与“一”形截面柱类似,即两主轴方向抗弯能力相差甚大,多数情况下是Z形的上下两水平肢受与其方向一致的力,即由两根梁传来的拉力或压力,这只有通过中间肢的受扭来传递,后果只能是中间肢的断裂。“Z”形异形柱目前研究的不是很多,但在实际工程还是有用的。如果结构中只是个别柱为Z形,可以采用加强构造的设计。
第二,“一”形柱截面两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载作用下还是在地震作用下结构中的柱一般都是受到两个方向的弯矩同时作用,其受力后的表现可想而知,它在双向剪力作用下性能也不好,由GB50010柱双向受剪承载力计算公式可见,柱截面相邻两边长相差越多,其斜向受剪承载力越低。
二、底层减柱的限制
第一,落地的框架柱应连续贯通房屋,框架柱应连续贯通转换层以上的所有楼层。底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的30%,转换层下部结构的框架柱不应采用异形柱。底部抽柱带转换层的异形柱结构可用于非抗震设计和6度、7度抗震设计的房屋建筑。
第二,带转换层的异形柱结构在地面以上大空间的层数,非抗震设计不宜超过3层;抗震设计不宜超过2层;底部抽柱带转换层异形柱结构适用的房屋最大高度不少于10%,且框架结构不应超过6层。框架-剪力墙结构,非抗震设计不应超过12层,抗震设计不应超过10层。
第三,不落地的框架柱应直接落在转换层主结构上。托柱梁应双向布置,可双向均为框架梁,或一方向为框架梁,另一方向为托柱次梁;转换层上部异形柱向底部框架柱转换时,下部框架柱截面的外轮廓尺寸不宜小于上部异形柱截面外轮廓尺寸。转换层上部异形柱截面形心与下部框架柱截面形心宜重合,当不重合时应考虑偏心的影响;
第四,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比宜接近1。转换层上、下部结构侧向刚度比可按国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第E.0.2条的'规定计算。规程不允许次梁转换(二次转换)。
第五,转换层及下部结构的混凝土强度等级不应低于C30;转换层楼面应采用现浇楼板,楼板的厚度不应小于150mm,且应双层双向配筋,每层每方向的配筋率不宜小于0.25%。楼板钢筋应锚固在边梁或墙体内;
第六,托柱框架梁的截面宽度,不应小于梁宽度方向被托异形柱截面的肢高或一般框架柱的截面高度;不宜大于托柱框架柱相应方向的截面宽度。托柱框架梁的截面高度不宜小于托柱框架梁计算跨度的1/8;当双向均为托柱框架时,不宜小于短跨框架梁计算跨度的1/8。托柱次梁应垂直于托柱框架梁方向布置,梁的宽度不应小于400mm,其中心线应与同方向被托异形柱截面肢厚或一般框架柱截面的中心线重合。
第七,注解:直接承托不落地柱的框架称托柱框架,直接承托不落地柱的框架梁称托柱框架梁,直接承托不落地柱的非框架梁称托柱次梁。
三、应用范围及特点
异形柱应用在7度设防以下。在异形柱结构中使用扁平柱是可以的,建议最小厚度取250,梁纵筋用3级钢,直径不超过12。各项验算同普通框架柱,构造和轴压比建议控制更严格一些。因“一”形异形柱不提倡用,在某工程上缺了还不行,没办法可用扁平柱,其计算按矩形柱方法计算。
地震力系数放大,自振周期折减。因用异形柱导致刚度下降,使得地震力减小,应采用地震力放大系数来适当地增加地震力。计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期,应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。
四、截面定义输入
异形柱截面有T形、十形、L形,对一字形、Z字形规程未列入应用,在PMCAD截面定义中输入T形按2截面工形输入,不用的地方输0;十形按6截面十形输入;L形用5截面槽钢形输入。其宽均为240,肢长为600。输入轴线节点处应注意偏心材料应定为砼。为减少输入偏心转角的麻烦,在定义时要多定几个不同的截面类型。
五、配筋计算及施工图画法
配筋计算如下:采用双偏压、拉计算,箍筋采用双剪箍。异形柱肢长与肢宽比≤4时,否则应考虑梁的刚域。这时梁柱重叠部分,按刚域参数考虑。
施工图画法如下:a全楼柱钢筋归并;b平面柱大样画法画异形柱施工图,应注意箍筋加密与普通柱相同;柱分布筋之间设拉筋,其直径同箍筋,间距是箍筋的2倍;横向肢、竖向肢分别按计算配置一个矩形箍筋,并分别满足X、Y向计算箍筋面积的要求;c竖向筋要满足最小间距要求,采用对称配筋,一排排不下,程序自动放两排;按固定钢筋和分布筋的构造要求分别配制固定钢筋和分布筋。d在核心区箍筋相交处,若无主筋时,应设竖向架立筋如T形柱内侧,架立筋为构造筋,隐含直径D=14mm。
六、其它
顶层托斜层顶的(角)柱,规程对此没有涉及,它所受轴力、弯矩均不大,柱本身强度不会成问题,关键是房屋顶部结构整体性能,设计人员自己把握抗震设计的异形柱结构不应有错层,原因是免形成短柱。这里的错层是指规范和高规中的“较大的错层”。抗震设计时,框架柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4,不应小于3。一般楼梯处易出现短柱,为此在楼梯间两侧布置剪力墙其它地方以异型柱为主。异形柱在斜向水平荷载作用下,其受剪承载力的平面图形为梅花状,等肢情况下异形截面柱受剪承载力在各象限图形是凸的。
在斜向剪力下,如果按X、Y两个分量分别配筋满足要求的话,其斜向承载力也能满足要求。由以上原因,异形柱规程规定异形柱的斜截面承载力可以分X、Y向分别进行设计,不等肢情况时,该图形的凸出程度要差一些,两肢长度相差越大,凸出程度越差,一形柱就是个扁椭圆。所以,这也是规程规定异形柱截面任一肢肢长不得小于500mm的一个原因。
篇3：异形柱框架结构设计的几点思考
异形柱框架结构设计的几点思考
为适应住宅平面灵活布置,异形柱框架结构是一种较好的结构形式.本文分析了异形柱结构设计的'一般规定和计算方法,对一些常见的特殊问题作了分析,供广大工程设计人员参考.
作 者：陈慧敏 作者单位：新昌县一建公司建筑设计所,浙江,新昌,312500 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)：2010 “”(11) 分类号： 关键词：住宅 框架柱 结构设计篇4：异型柱框架结构设计探讨论文
异型柱框架结构设计探讨论文
摘 要：从异型柱框架结构的自身受力特点出发，结合工程实践经验提出了异型柱在住宅结构设计中应注意的相关问题。
关键词：异型柱 框架结构 设计方法
一、概述
随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高，普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求，从结构受力角度来说，它博采框架加剪力墙体系之长，平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，将截面积向工程轴外铺开成T形、十字形、L型等，用较少的混凝土材料，获得了较大的刚度；同时配合轻质填充墙的使用，结构重量比一般框架更轻。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
二、异型柱受力特点
异型柱结构与普通框架结构相比，有如下受力方面的特点：
1．根据建筑上的需要，异型柱在房间的分隔墙交点处灵活布置，平面刚度疏散均匀，经常会有梁纵、横不贯通，结构较难简化为平面结构计算；
2．立面刚度分布较均匀，异型柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好；
3．柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢宽厚比在2.5~4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显；
4．异形截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的`方向角敏感，抗扭刚度较差，相应地也造成异型柱结构的荷载方向敏感性，且稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大；
5．异形截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重；
6．异型柱结构的梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域；同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响；
7．异型柱结构的节点区的受力性能与矩形柱节点有较大区别，一方面由于梁柱薄，施工时混凝土不易振捣密实，再加上梁柱交接处应力集中和后期破坏较重，削减了节点核心区的有效体积，使节点抗剪承载力降低；另一方面，节点区破坏部位向梁端的外移，又缓解了节点区受力的复杂程度，有利于强节点的实现。
三、异型柱框架结构设计中的有关问题
1．结构平面布置
异型柱框架结构的平面布置，除应遵守一般框架结构的构造措施、相关规定、设计要求外，还应考虑自身的特点，注意以下几点：
（1）平面布置宜尽量对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，尽量减少因扭转产生的不利影响；
（2）考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接
（3）各柱肢应尽量对齐，使柱肢与梁一起构成较规则、多跨的抗侧力体系。笔者认为，异型柱设计的目的主要是合理解决小面积房屋的使用问题，应重点布置在房屋中影响房间使用的墙角部位，其它部位从受力合理和施工方便两个方面考虑宜采用矩形截面柱。这样兼顾了使用和经济两个方面，充分发挥了异型柱使用和受力的特点创造出每平方米建筑面积用钢量较低的好指标。
2．设计方法
异型柱和矩形柱的截面形式差异很大，不能简单把矩形柱的计算方法应用到异型柱中。目前，国内可直接进行异型柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异型柱结构配筋计算程序CRSC。这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。考虑到上述两种规程作为地方标准，具有一定局限性，在设计中还应注意以下几个问题
（1）按肢长与肢宽之比定义异形柱或短肢墙很大程度是为了学术上的便利。但用TAT程序进行结构整体计算时，按异形柱模式可能导致结构刚度下降，应适当增加抗地震力；当按短肢剪力墙模式计算可使梁配筋偏小，应适当调整配筋；
（2）在一般的矩形柱的多层框架结构中侧移多不起控制作用，而对于异形柱框架结构，由于侧向刚度较小，有时侧移会超过规范允许值；
（3）对柱的净高与柱截面长边尺寸之比小于4的异形柱，应沿柱高全高加密箍筋，以减小地震作用下柱剪切脆性破坏的危险性和改善柱的变形性能；
（4）因荷载方向角的任意性，在异形柱内折角处也应设置相同直径的受力筋；
（5）位于L形柱角处的纵向受力钢筋为双向共用；
（6）为安全起见，对抗震等级三级及三级以上的结构，应对节点进行计算，以保证节点区的可靠性；
（7）施工过程中对异形柱及其节点区应加以重视，采用骨料粒径较小的混凝土进行浇筑，以确保施工质量。
3．构造设计
（1）柱壁厚度和砼标号的选择
参照规范及实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于160mm，一般常采用200mm 比较合理。对于8层及以上框架其下面两层梁柱节点处的钢筋有时显得比较密集，因此不宜减薄。在梁跨度较大时，柱子往往显得截面不足，轴压比太大，钢筋过分密集。因此最好把一二层柱砼标号提高到 C30左右，避免采用加大壁厚的方案。
（2）纵向钢筋和箍筋
纵向受力钢筋选用时，数量宜少，直径宜大，一般只要不大于Ф25均应选较大的直径减少根数，而每边钢筋的数量宜用2根，多则做两排配置。底层每边钢筋的数量也可以用3根，但穿出楼面的柱筋每边单排配筋还是不要多于2根为宜，否则节点施工困难。
纵向构造钢筋在柱肢宽较大时应该设置，以保证纵向钢筋间距不大于350mm的规范要求，因为异型柱的纵向构造钢筋比较多，因此其直径的选取也是影响经济技术指标的一项因素，根据我国钢筋砼设计规范和国外有关资料以及有关剪力墙的构造规定，笔者认为取Ф12、Ф14还是比较合理的，不必选用更粗的钢筋。
箍筋的设置对抗震设防的影响很大，按我国抗震设计规范中有关规定及参考国内外有关资料，建议箍筋最小直径可以选用Ф6，在加密区的间距为100mm，在非加密区的间距为200mm。
（3）轴压比限值
异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。天津《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径dv和抗震等级确定，在0.3~0.7之间波动，比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以，在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。
四、结束语
异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。
参考文献
[1] DBJ／TIS－1S－95钢筋混凝土异型柱设计规程.[S] .
[2] DB29－16－98大开间住宅钢筋混凝土异型柱框架结构技术规程.[S].
[3] GB S0010－2002混凝土结构设计规范.[S].
篇5：高层建筑结构设计研究论文
关于高层建筑结构设计研究论文
对于高层建筑工程来说，结构稳定性与安全性要求更为严格，为了实现工程结构支架，必须要设计一种能够进行结构转换的结构层。梁式转换层结构为高层建筑支架转换重要组成部分，可以在满足基础功能的前提下，提高工程结构的安全性。在对此结构形式进行设计时，需要从多个角度出发，做好每个细节的研究分析，选择合适的措施进行优化，争取不断提高工程设计效果。
1、高层建筑工程梁式转换层结构设计特点
梁式转换层结构传力途径为墙－梁－柱(墙)形式，具有传力明确、清晰、直接特点。转换结构主要作用是承受上部结构传达的竖向荷载，以及悬挂下部结构多层荷载力等，这样就导致转换结构构件存在很大的内力，在对结构进行设计时，就需要将对竖向荷载的控制作为研究要点。对高层建筑工程梁式转换层结构来说，基本上均具有比上部结构大于数倍的跨度，决定了结构设计时还需要做好对结构竖向挠度的控制。通常为提高转换层结构强度与刚度，会导致结构构件截面尺寸会加大。对高层建筑工程设计转换层结构，会沿着建筑高度方向对刚度均匀性造成影响，改变力的传播途径，成为竖向不规则结构，在对梁式转换层结构进行设计时，需要结合其所具有的特点来确定设计要点，选择措施做好每个环节的优化分析。
2、高层建筑工程梁式转换层结构设计原则
2．1减少竖向构件
在对高层建筑工程梁式转换层结构进行设计时，需要控制好竖向构件的数量。因为如果工程竖向构件数量较多，会减少转换构件数量，会降低转换效果。当整体结构转换层刚度突变减小时，会降低工程整体结构转换层的刚度，进而都会影响到抗震效果，对工程建设效果影响比较大。另外，在建筑物竖向高度方向上，在保证转换层存有足够承载力与刚度前提下，采取灵活的方式来进行多处整层布置，或者是在某层局部位置设置，可以采用分段布置或者间隔布置。
2．2结构位置布置
要提高转换层结构位置的合理性，一般情况下应将上升位置设计在比较低的位置，以免转换层结构位置过高而对框架剪力墙结构刚度与内力造成影响，情况严重的甚至会降低结构抗震性能。因此必须要做好对转换层结构位置的控制，严格遵守高位转换原理，结合实际需求来调整下部框架，提高结构刚度设计效果，避免出现轴向变形的问题。按照工程经验与研究结果，转换构件可以采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。
2．3下部结构刚度
在对转换层结构刚度进行控制时，需要确保结构上下部之间变形与结构刚度特征的统一性。因此，可以采取提升抗侧刚度的方法，确保建筑结构刚度的均匀性，将刚度质量中心与刚度中心完全整合在一起，避免出现中心偏移的情况，不断提高工程结构的逆转控制性能。同时，在对结构设计后需要保证简体结构整体抗侧刚度比重在下部结构中上升，达到提高简体截面的控制效果，将工程结构抗震荷载性能控制在专业范围内，提高结构抗震、防震性能，对高层建筑工程梁式转换层结构质量进行优化。
2．4转换层计算
在对转换层进行设计前，必须要结合实际情况对各环节的所有数据参数进行采集、计算与分析，最终形成统一的结构数据。各环节数据的计算分析结果直接决定了工程结构设计质量，要求设计人员必须要严格按照受力变形状况来进行数学建模，利用信息技术与计算机技术完成各项三维立体空间的构建。例如在对数据进行计算时，设计人员可以选择有限元方法对转换结构进行局部补充与计算，完成各项整体之间的两层结构模型计算，对各项模型条件做好相应的处理，保证所有模型数据均能够满足实际施工要求。
3、高层建筑工程梁式转换层结构设计实例分析
3．1工程概述
以某高层建筑工程为例，工程主楼地上建筑35层，地下3层，裙楼地上为3层，地下2层，施工时将地下1层楼作为上面结构固定端，并将主要楼层作为一个剪力墙结构，把结构转换层设置在固定端以上4层位置，使得结构转换层支架模式变成梁式转换层结构。转换层标高20m，转换层高为6m，转换区域面积为900㎡，形成一个L格局。转换层结构抗震等级为二级，设计活荷载为3.5KN/㎡，设置22根支柱结构，布置成矩形柱网络结构，主要钢筋为Ⅲ级钢(HRB400)，箍筋为的`Ⅱ级钢(HRB335)，混凝土强度等级为C60，核心筒面积大约为48㎡。另外，墙结构设计厚度为350mm，但是实际施工后中间墙厚度≥200mm，并采用Ⅲ级钢(HRB400)来作为边缘构建的纵向钢筋结构。剪力墙钢筋采用的Ⅱ级钢(HRB335)，混凝土强度等级为C50，框架支柱梁最大横截面积为1100mm×2300mm，最大净跨为7500mm，选择用Ⅲ级钢(HRB400)为纵向钢筋。
3．2梁式转换层结构设计
(1)模板支撑系统。在设计模板支撑系统前，需要从安全角度出发，利用专业软件以及人工组合的方式进行精确计算，确定出满足工程施工建设需求的安全参数，以及支撑钢管的横截面、跨度、空间间距等数据。另外，为提高结构施工的便利性，以及施工材料的利用效果，还需要做好模板装拆卸便利性的分析。尤其是要做好安装施工难点的分析设计，可以通过软件来设计出隐藏的分支节点，提高结构设计的合理性。
(2)转换大梁结构。高层建筑工程梁式转换层结构的设计，需要对应实际结构功能需求来进行相应分析。例如在对转换大梁进行设计时，需要对详细计算结构受力数据，依照竖向荷载或者承托建筑结构上部剪力墙内容，来完成各项组件的构建，为建筑结构抗震设计打下坚实的基础。另外，为提高工程各楼板之间的负载性能，必须要做好对结构刚度与强度的分析，确保工程结构竖向受力效果满足专业设计要求。
(3)钢筋下料与绑扎。对于转换梁纵筋来说，具有直径大、排数多、数量多等特点，并且在施工时一般还需要进行全长加密处理，构造腰筋必须要严格按照受拉钢筋锚固要求将其锚固在两端柱子内，这就对钢筋下料与绑扎环节的处理提出了更高的要求。设计时要求每一道梁式转换层钢筋放样与所下材料完全满足专业设计要求，并且要与设计方案对应。提前进行简单布局的排列，确定出最符合实际要求的设计方案，最后在进行相应的处理，避免下料处理后没有按照既定规则来安置钢筋，影响钢筋绑扎效果，而对最后混凝土的振捣效果造成影响。
(4)转换层计算。以提高结构设计合理性与有效性为目的，对转换层各细节做好设计，改善局部分析的合理性与有效性。在进行计算时可以选择用平面有限元的方式，分析不同数据之间的影响，并结合以往经验来做好各影响因素的控制，按照工程楼层实际情况进行计算。另外，为提高计算效果，还应对楼层平面内刚度实施三维空间盒子模型构建，提高模型数据与整体高层建筑梁式转换层结构控制的有效性。在转换梁截面计算时，如果转换梁承托上部普通框架，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁受力基本与普通梁相同，可以按普通梁截面设计方法进行配筋计算。
4、结束语
高层建筑梁式转换层结构在设计施工时，往往会受到各项因素的影响，为提高其设计效果，必须要针对结构所具有的特点进行分析，严格遵循专业设计原则，做好每个细节的控制，做好各项数据的计算，争取不断提高工程建设效果。
篇6：剪力墙结构设计研究论文
剪力墙结构设计研究论文
摘要:在建筑行业发展中，剪力墙结构是建筑结构中的重要组成部分。剪力墙由于抗震性能好、抗侧刚度大等优点在目前建筑施工中得到广泛推广和应用。为了提高建筑水平、保证建筑质量，在建筑结构设计中应严格遵循剪力墙结构设计原则，规范剪力墙结构设计要点，科学、合理地运用剪力墙结构在建筑结构设计中的优势。
关键词:剪力墙结构;建筑结构;设计;应用
目前，剪力墙结构设计在国内并没有相关规范条例，设计者应用在建筑结构设计中时参照实践经验和建筑实际要求来设计。剪力墙结构能够更好地适应建筑的发展需求，是建筑结构设计中常见的一种结构，设计得当不仅能减少建筑施工时间，以其抗侧刚度大等优势还能增加建筑使用年限，在建筑结构设计中占据着重要的地位。虽然剪力墙结构应用广泛，但是并不是所有建筑都适用，设计者应结合实际情况综合考虑，根据可靠分析来设计剪力墙结构，才能最大限度发挥其作用。
1剪力墙结构概述
1.1剪力墙结构
剪力墙结构是指建筑(包括房屋极其附属的建筑物)用来承受风荷载或者地震等自然灾害引起的水平荷载的墙体，因此又叫做抗风墙、抗震墙或者结构墙。剪力墙结构设计初衷是为了防止建筑结构遭受外力破坏，提高建筑结构的稳固性。所谓建筑结构，根据施工方法分为:混合结构、框架结构、剪力墙结构以及框筒结构等，剪力墙结构具有抗侧刚度大、用钢量小以及抗震性能强等优势，对比其他建筑结构，剪力墙在建筑结构设计中应用较广泛。剪力墙结构的建筑材料一般选用钢筋混凝土，利用钢筋混凝土墙板承受建筑结构来自竖向受力和横向受力，但在实际施工中，剪力墙结构主要指竖向的代替梁柱受力的钢筋混凝土墙板(见图1)，水平方向仍然是用钢筋混凝土的大楼板搭载墙上实现对建筑结构水平力的控制。
1.2剪力墙特征及种类
根据剪力墙的墙体是否开洞以及开洞尺寸的大小，6～7m的为大开间，3～3.9m的为小开间，而小开间剪力墙较经济合理，减少了建筑成本，增大了建筑使用面积。剪力墙结构分别有以下四种:①实体墙，其中只有实体剪力墙结构墙体不开洞。实体墙的变形主要是曲型，墙体承受能力比较强，不会发生突变，稳定性较好。②整体小开口剪力墙，相对来说截面墙体开洞面积较小，占整个墙体面积的比例不超过15%，变形为弯曲型，弯矩图处有可能发生突变。③多肢或双肢剪力墙，墙体开洞面积过大并且洞口成列状分布，弯矩图处不会发生异常情况，受力特点和整体小开口剪力墙相似。④壁式框架剪力墙。墙体开洞面积在几种剪力墙结构中是最大的，墙肢线与连梁线上的刚度比较接近，变形为剪切型，受力特点与框架结构相似。
2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.1剪力墙结构设计原则及要点
2.1.1对墙体进行受力分析
剪力墙结构在建筑结构设计中，墙体作为平面构件承受着建筑结构水平、垂直方向的剪力和弯矩，因此，在进行剪力墙结构设计时，要对墙体自身的实际受力情况进行充分研究和分析，保证墙体质量，才能发挥出剪力墙应用在建筑结构设计中的重要效果。
2.1.2平面内搭接
剪力墙的主要作用就是代替原始建筑结构中的梁柱受力，决定了剪力墙结构在同一平面内对自身刚度和承载力的要求。首先，剪力墙结构的平面布置方向应该尽量沿着主轴的`方向，不能出现对直或拉通的现象，若方向不一样，则应该使剪力墙结构连在一起，只有这样，剪力墙结构才能发挥出在建筑结构设计中的价值。再者，剪力墙结构在垂直方向上要做到从下往上连续的布置，避免发生刚度突变，且刚度要分配均匀，剪力墙结构开的洞口要形成明确的墙肢和连梁。最后，合理控制剪力墙结构的数量，在建筑结构平面布置和设计时不能使剪力墙结构过于密集，需要平衡抗侧力刚度，如果抗侧力刚度过大，剪力墙结构重力加大，无形中对建筑抗震能力造成威胁。由于处在平面外的刚度和承载力相对较小，在建筑设计剪力墙结构时应尽量避免平面外的梁体与剪力墙连结，影响剪力墙弯矩发生突变导致施工质量问题，实在无法避免的情况下，应当按照相关施工标准加固剪力墙结构(见图2)，确保剪力墙平面内外安全。
2.1.3调整超限
1)剪力墙结构应遵循建筑楼层之间最小剪力数的原则，例如在建筑结构设计初期，考虑到提高建筑抗震性时需要适当降低建筑结构自身重量，剪力结构设计应在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提下，尽量控制剪力墙的数量［1］。2)有必要对楼层之间最大位移与楼层高之间的比例进行调整的原则，为满足地震作用等对建筑造成扭转或剪切变形导致的建筑楼层之间发生位移的需要，剪力墙结构设计不能只依靠控制竖向构件数量来对建筑变形进行处理，调整楼层之间最大位移和楼层高比例可以尽量减少楼层之间的扭转、剪切变形。3)超限的具体内容是依据相关规定，剪力墙结构中连梁剪力和弯矩的跨高比须＞2.5，反之，如果跨高比＜2.5，则视为超过规定限度，但是跨高比大于2.5并不等于越大越好。例如当剪力墙结构连梁跨高比在5～6时，并不会导致连梁刚度发生变化，但是剪力墙出现超限现象，剪力墙结构发生突变概率增大，不利于整体建筑结构施工，这种情况应该采取框架结构的方式设计剪力墙。所以，剪力墙结构设计时，超限调整也是必不可少的内容之一，既保证剪力墙结构质量，又能有效控制建筑结构整体质量。
2.2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.2.1平面布置
明确定位剪力墙设计要点，平面布置应尽量均匀、对称，同一平面内外的剪力墙结构的质量中心和刚度中心完全重合，减少扭曲，增加稳固性。建筑结构设计过程中较长的剪力墙结构要设计开洞口，并均匀分配成长度相等的几段墙面，为避免剪力墙发生剪切破坏，相关施工指标规定:每段独立墙面总高度与截面高度之间的比例必须≥2。剪力墙结构洞口一定要保证上下对齐，成列布置，避免墙洞交错叠合导致剪力墙受力刚度减小，否则剪力墙结构容易变形，发生施工事故。在建筑结构抗震功能设计时，进行双向或多向设置对剪力墙结构的功能性有一定的保障，形成一定的空间工作结构，当剪力墙结构洞口与墙边或洞口与洞口之间形成墙肢截面高度与厚度比例＜4的小墙肢时，应该采取框架柱箍筋设计对剪力墙结构进行全高加密。对较长的墙肢要分为两个墙肢施工，超过8m长的墙肢都应设置施工洞使其划分为小墙肢。同时剪力墙结构的抗侧力刚度不宜过大，否则会导致墙体自身重力增大，违背了抗震性能设计的初衷。剪力墙结构的抗侧力刚度值可以通过公式:T=n(0.05～0.06)来计算，式中，n为建筑结构的楼层数，建筑施工建模时计算得出精确数据，防止抗侧力刚度过大影响建筑施工。
2.2.2墙肢截面厚度
剪力墙结构设计应用在建筑结构设计中，对墙体厚度施工有明确规范条例，例如短肢剪力墙，条例规定其底部加强部位不能＜0.2m，其他部位必须＞0.18m。剪力墙的厚度应按阶段变化，为防止剪力墙结构发生刚度突变，剪力墙阶段变化范围应控制为50～100mm，且要均匀连续变化，当混凝土等级和强度改变同时发生时，建筑结构设计必须将两者错开楼层。剪力墙结构墙体厚度的规范性施工能有效保证墙体的稳定性和刚度，直接决定了建筑结构的稳固性和安全性。
2.2.3剪力墙结构连梁钢筋配置
连梁是高层建筑的重要承重构件，按照国家四级地震抗震指标来说，剪力墙结构的配筋率不得低于0.2%，前三级抗震则要求不能低于0.25%。因此，在剪力墙结构设计过程中，连梁配筋率必须严格按照相关指标进行，结合实际对建筑结构连梁进行精确的承压计算，可适当增加剪力墙的配筋率，有效防止扭曲、剪切力对建筑结构的破坏，同时也不可盲目增加，避免剪力墙结构自身重力过大影响其抗震性。
2.2.4边缘构件设计
在建筑结构设计中设计剪力墙时，剪力墙的边缘构件也是一个比较重要的部分。剪力墙结构的边缘构件主要有端柱、暗柱等，增加边缘构件的延展性，结合实际设计需求约束边缘构件设计能防止剪力墙结构产生水平位移等问题。
3结语
在充分保证建筑结构的稳定性及安全质量的前提下，有效降低建设成本，优化建筑结构设计有助于建筑实现效益最大化。建筑结构设计中，剪力墙结构设计应用的重要性和广泛性在国内建筑业已经占据了很大的比例，设计人员在设计剪力墙结构时，应经多番论证结合建筑实际情况和设计要求，以剪力墙种类的多样性和灵活性为基础，遵循设计原则，把握剪力墙的设计要点，促进剪力墙结构设计技术的发展，推动建筑事业取得更大的成就。
参考文献:
［1］付艳强．论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．科技风，2014，27(1):146－147．
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［3］许晓东．建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析［J］．黑龙江信息科技，2014，18(23):277．
篇7：我国高层建筑结构设计研究论文
我国高层建筑结构设计研究论文
摘要：随着现代化城市建设的快速发展， 城市高层建筑逐渐兴起。高层建筑在设计过程中， 结构设计一直是其关注的重点内容。所以， 为了保证高层建筑结构设计更科学， 本文章对高层建筑的结构设计中经常出现的问题实行了研究分析， 同时参照相关的文件与一些自己的想法指出了相对较好的处理方法， 以利于提升高层建筑的结构设计水平。
关键词：高层建筑； 结构设计； 相关问题； 解决措施；
1 引言
近些年， 在我国经济的持续性发展与城市建设步伐的加快过程中， 建筑一种正趋于高大化的形势发展。城市中高层建筑物数量在不断的增加， 建筑的结构也比较复杂。高层的建筑和低层的相比较， 前者的结构设计较繁琐， 影响的原因也较多， 不但需要对建筑的外型比例进行慎重思考， 还需要使建筑结构的稳固性得到保证， 同时还要考虑到建筑物地基的沉降问题、风力因素、温度的转变， 及地震等原因对建筑结构的危害与影响。
2 高层建筑的结构设计过程中时常发生的问题
高层建筑结构设计的合理性， 不仅能够明显地对施工过程造成影响， 同时还将影响到后续的维护与保养。因此， 在高层建筑的结构设计过程中对于时常遇到的问题以及相应的解决措施方法进行深入的探讨分析是十分有必要的。
2.1 扭转的问题
建筑的三个重“心”所指的是几何的形心、结构的重心、刚度的中心， 这三个重要的“心”相统一才可以确保建筑结构的牢固。但在现实当中地基础的形状、建筑功能的需要等的影响造成建筑的体型大多数原因下是不规范的， 设计过程中没有有效的做好三个重要的“心”相统一， 会导致建筑的结构发生扭转的现象， 造成结构的损坏。
2.2 抗风的相关问题
因为高层建筑其层数众多、高度较高， 风通过的时候， 较易出现空气动力的反应， 转变风在高层建筑面的.流动， 导致高层柔软的结构在风与空气的效应下产生震动， 对于高层建筑的结构与其构件的牢固性产生破坏。所以在对高层建筑的结构设计时实行抗风的结构设计， 让建筑结构的抗风力符合结构的牢固标准。然而在现实的设计当中由于没有科学的对高层建筑所能承载的风力进行评估， 导致高层建筑的抗风设计不合格。
2.3 抗震的问题
高层建筑在其结构的设计时， 对于抗震的设计是一个非常难的环节， 经常由于设计人员的专业性比较弱、灵活性不足， 对建筑抗震的规划不够重视。甚至在实施高层建筑的抗震核算的时候， 因为核算的错误使抗震的设计有效性降低。如果出现地震， 高层建筑的抗震结构将无法实现抗震的要求， 造成不同程度的损坏， 更严重的可能会导致人员的伤亡及经济财产的损失。
2.4 消防方面的问题
参照现在的有关规范制度， 高层建筑的结构一定要有科学适合的消防体系。然在高层建筑的结构设计当中却存有疏导困难大、火势较容易扩大、排烟的设计困难等相关的问题， 如果不能对这些问题进行有效的处理， 便不能确保高层建筑对于消防的安全。
3 高层建筑的结构设计所存在问题的处理方法
3.1 科学合理的设计建筑平面
如果高层建筑的结构发生扭转的现象， 主要的原因是高层建筑结构的几何形心、结构的重心、刚度的中心三心没有统一， 导致建筑的质量不平衡， 所以使结构的牢固性降低。所以在建筑的结构设计当中， 设计的相关人员需参照地基的形状与建筑的功能需要等科学有效的设计建筑物的体型， 最大程度的运用较规矩的型体， 例如方形或是圆形等， 科学的布置建筑的平面， 进而确保建筑质量的布局均衡。
3.2 科学地选取计算简图与结构方案
在实施高层建筑的结构设计核算的时候， 要在运算简图的情况下实行计算， 因此在选取计算简图时一定要合理的选取， 如果计算简图不规范， 很易导致结构的参数不正确， 给施工带来影响， 更严重的会造成事故的出现， 选取合适的计算简图是确保高层建筑的结构设计安全的基础。
3.3 合理地设计高层建筑的抗风构件
为了让高层建筑的抗风构件符合结构设计的牢固性需要， 在高层建筑的抗风设计当中需充分的做好下面几项工作：首先， 基础的改进， 高层建筑的基础结实， 上部分的结构才可以稳固。所以高层建筑的基础设计最根本的是明确所用混凝土的级配标准， 运用级配高的砂石是最佳的选择， 加大基础持力层厚度， 加置抗拔的锚杆构件， 提升建筑基础的牢固性；其次， 不同程度增加高层建筑的构件， 例如剪力墙、楼板等， 可抵消不同程度风能对结构造成的不利因素， 确保结构的牢固；最后， 最大程度的降减风力的水平负荷与风力相加对高层所造成的影响。
3.4 重视抗震的设计
在高层建筑的内部安装抗侧力的部件。合理科学的安置高层建筑内的水平走向的构件， 在水平走向产生应力的分布体系， 增强高层建筑的结构连续性。增强地基的抗震水平。加强高层建筑的桩基础深度， 和上部的结构产生联动性， 从而强化建筑结构抗震的水平。增设性能高的剪力墙等抗侧力构件。在高层建筑的结构内部加设墙体或是楼板的刚性， 以更好的管理好建筑位移的现象。
3.5 加强高层建筑消防结构的设计
可以利用下面的一些方法加强高层建筑的消防结构， 具体的方法：一是要参照建筑所在地形的环境有效的设计防火结构相互间的合理距离；二是要运用不容易燃烧的用材， 强化所用材料自身的耐火性能；三是要设计两个疏导的通道， 尽可能不把疏导通道设计为垂直的形式， 防止疏导的成效降低；四是要设计耐火的区域、防烟的区域等。五是设计隔离区域， 有利于防止火势的扩大与蔓延。
4 结束语
综合以上所论述， 本文章对于高层建筑的结构设计过程中的扭转、抗风性、抗地震性、消防方面等问题， 指出了相应的处理方法， 更深一层的健全了高层建筑的结构设计， 可以显着的提升高层建筑的结构安全性。伴随城镇化的深入发展， 城市当中高层的建筑数量将会逐渐的增长， 需持续的强化高层建筑的结构设计探讨， 不断的提高高层建筑的结构设计能力， 以适应时代快速的发展步伐。
参考文献
[1]罗晓清。高层建筑结构设计特点及常见问题分析[J].科技创新与应用， 2015, 33:249.
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[3]宋志瑜。建筑结构设计中常见问题与解决措施分析[J].城市建筑， 2014 （4） :66.
篇8：高层建筑结构设计方式研究论文
摘要：随着社会经济的发展进步，高层建筑结构不断优化，高层建筑的数量也逐渐增多，深刻影响着人们的生活、生产。结构设计是高层建筑结构设计的关键，高层建筑的建设、养护等工作具有重要的影响。文章根据现阶段高层建筑结构设计存在的问题，针对优化高层建筑结构设计方式进行分析。
关键词：高层建筑；结构设计；设计方式
高层建筑建设发展和一般的建筑结构不同，它需要承担一定的水平荷载、垂直荷载，具体包括外界风力带来的压力、建筑物本身高度带来的承重压力等。在高层建筑数量的增多下，高层建筑出现了不同程度的位移，对人们使用建筑的舒适度带来了影响，严重的位移甚至还会引起建筑结构构建的损害。基于此，文章对高层建筑结构设计的问题与设计方式进行研究，旨在更好的促进高层建筑发展。
1高层建筑结构设计存在的问题分析
1.1建筑短肢剪力墙设置存在问题
现阶段在高层建筑结构设计中存在问题最多、危害性最强的是建筑短肢剪力墙现象。在一般情况下，建筑结构的短肢剪力墙是指墙肢的高度、厚度比例为5:8的墙。但是高层建筑结构设计中应用了过多钢筋混凝土结构的短肢剪力墙。短肢结构剪力墙高度、厚度之间的比例超过了限定比例要求，在应用的时候需要承载过大的轴力和剪力，在其本身抗震性能差、防风能力差的情况下，会出现过早压塌的情况，不利于高层建筑的稳定建设发展。
1.2抗震结构设计问题
高层建筑结构设计中难度最大的是抗震结构设计。受高层建筑高度过高的影响，一旦出现了地震，就会诱发出各种不可估计的问题。现阶段我国建筑工程建设要求高层建筑要保证五十年的设计基准期，并对高层建筑的抗震设计进行了明确的规定。但是在实际应用中，受我国自然灾害的影响，原有的抗震等级不适用现阶段的高层建筑结构设计。如果高层建筑结构设计人员没有充分认识到这一点，就无法保证高层建筑的抗震性能。
1.3超高设计问题
高层建筑设计的超高问题主要是指一些高层建筑设计单位在施工建设的时候没有按照相应的规范确定高层建筑的高度，而是为了获得经济效益，不加思考、不慎重的提升高层建筑高度，不利于建筑本身的安全稳定建设。
1.4扭转问题
质量中心、刚度中心和几何中心是高层建筑结构设计中的“三心”，也是高层建筑结构设计过程中需要注重的建设目标。但是在实际施工中存在高层建筑施工设计三心偏离的问题。在三心偏离的情况下，一旦出现不适当水平力的影响就会出现高层建筑扭曲震动的问题，影响高层建筑的'安全建设。
篇9：高层建筑结构设计方式研究论文
2.1注重高层建筑的结构性能设计
高层建筑的结构性能设计是高层建筑结构抗震设计的关键。在城市化的快速发展下，人们对建筑的使用需求提升，高层建筑结构设计目标不仅仅是要保证人们的安全，而且还需要注重控制高层建筑物的地震破坏，提升高层建筑的抗震性能。为了提升高层建筑的抗震性能，在高层建筑结构设计的时候需要有关人员加强对地震标准下建筑构件变形问题、承载力问题、局部构造问题得到分析，全面提升高层建筑构建的变形条件、承载力等。另外，在加强高层建筑结构设计的时候需要对抗侧力构件位置的科学确定，从而保证高层建筑承载力的科学、合理分布。为了进一步提升高层建筑的稳定性，还需要有关人员采取措施提升构建的强度、刚度。
2.2选择合理的高层建筑结构设计方案
高层建筑结构设计方案的选择需要考虑多重因素，包括：①结构的选型需要满足高层建筑各个功能的实现。比如为了提升高层建筑的视觉和传音效果，在进行结构设计安排的时候需要放弃一部分的竖向支撑构建，加强对大跨度结构的应用；②在高层建筑结构设计的时候需要通过防震缝的设计形成一定规则的结构单元；③需要有关施工人员根据高层建筑所在的地区情况对施工地下水位变化、地址土层、周围建筑物、建筑材料选择、工程造价等问题进行综合的权衡考虑；④需要加强对建筑结构的延展性设计；⑤加强对高层建筑结构水平力的关注；⑥保证高层建筑结构设计的规则性。高层建筑结构设对规则性有着很高的要求，比如结构嵌固端上层和下层的刚度比、平面规则问题等。为在高层建筑结构设计之后不出现后期施工改动的情况，在高层建筑结构设计的时候需要严格按照相关的规范条件进行施工。
2.3对建筑的扭转问题进行优化设计
对建筑的扭转问题进行优化设计能够减少地震、风荷载等问题对高层建筑结构设计的影响。为此，在高层建筑结构设计中需要有关人员选择适当的建筑结构安排布局，实现建筑物的“三心”合一。根据一些城市规划发展要求和建筑物场地的限制，高层建筑结构设计不能采取简单的模式，而是需要根据实际需要采用不同的模式，比如I型模式、T型模式等，将建筑结构设计凸出的位置限定在合理、允许的范围内。
2.4加强高层建筑结构的包络设计
包络设计是近年来比较常见的设计方式，可以有效解决工程项目结构设计中存在的各种问题。当前工程设计问题变化比较多，有许多因素都会影响到结构效应，各种问题盘根错节，使用目前已经掌握的只是或者软件很难对其进行准确的分析。学术科学和工程的不同点在于后者难以长时间等待。因此要通过优化结构设计的形式，利用最少的经济投入来获取最大的经济效益，并解决工程项目存在的问题。不同的工程条件可以用不同的网络设计原则来处理，在对待转换结构转换层或者连体结构时，也可以用网络设计，对构件进行分析验算，取不利值包络设计。
3结束语
综上所述，随着社会经济发展进步，高层建筑成为城市发展的重要标志。为了提升高层建筑结构设计的安全性、稳定性，需要有关人员认识到综合性、技术性很强的高层建筑结构设计工作对于建筑设计的重要作用和意义，加强对高层建筑结构设计的分析，应用多种技术，结合高层建筑结构特点，遵循相应的高层建筑结构设计原则，从而设计出符合社会发展需要的高层建筑结构。
参考文献：
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篇10：高层建筑结构设计与研究论文
高层建筑结构设计与研究论文
摘要：当前，随着我国城市化进程的不断加快，高层建筑物的数量在持续不断地增加。在高层建筑物中，梁式转换层具有承上启下的作用，因而在设计的过程中需要与上部结构中的竖向载荷相结合，通过进行科学、合理的设计与规划来减少结构突变及应力集中的现象产生，由此来保障整个结构的连续性以及受力的平稳性。
关键词：梁式转换层；高层建筑；结构设计
近年来随着我国社会经济持续不断的发展，人们的生活质量及水平也随之得到了极大程度的提升与发展。进而，对相关建筑物的结构设计及要求也在不断地增加，以此来更好地满足人们在日常生活中对停车及购物等方面的要求。基于此，很多的高层建筑采用了梁式转换层的结构来进行设计与规划，进而提升了整个高层建筑的实用性，为人们的生活提供了更多的便捷。
1高层建筑梁式转换层设计概述
1.1梁式转换层结构设计特点
就当前我国高层建筑中应用梁式转换层的效果来看，通过应用梁式转换层能够促使高层建筑的上下荷载力保持在一个平衡的状态之中，进而能够有效地避免由于结构发生形变而导致受力不均匀的现象，进而增加了整个结构的稳定性。此外，在设计建筑的过程中，通过在梁式转换层中增设一些管道、通道等线路能够提升整个高层建筑多功能性，为其中的用户提供暖气、水电等相关的保障措施。但是，目前我国带有国内转换层的高层建筑大多采用的都是上部剪力墙、下部框架式的结构，其框架式剪力墙的结构如图1所示。这种形式的设计还需要通过应用相关的转换构建来对高层建筑的结构内力进行重新的分配，进而来调整高层建筑的内部应力，防止其发生形变。
1.2高层建筑梁式转换层的构造特点
在高层建筑的设计过程中，转换层的应用十分普遍，其中的建筑构造形式也存在着多样性的变化，具体如图2所示。目前，在我国高层建筑转换层的设计中，梁式转换层的应用最多，板式转换层以及箱型转换层等的应用次数较低。梁式转换层由于尺寸较大、结构设计简单、便于施工等特点，在实际的建设设计当中的应用十分广泛。此外，梁式转换层在高层建筑设计应用中还有性能稳定、工程造价核算便捷以及经济效益较高等有利的特点。
1.3高层建筑梁式转换层受力特点
梁式转换层在高层建筑应用过程中主要是维持高层建筑内部稳定，使其能够受力均匀，通过上部密集小空间的竖向载荷传递到下部稀疏的大空间中。但是由于高层建筑的结构设计通常都比较复杂，所具有的功能也具有多样化的特性，从而会造成内部荷载在竖向传递的过程中出现中断的问题，进而造成建筑整体刚度发生突变的现象。这种建筑的形式在发生地震时，很容易由于下部结构的稀疏而发生坍塌及变形的事件。因此，在对高层建筑进行转换层设计时，需要针对受力均衡问题展开有效的分析与解决，由此来避免建筑结构被破坏的事故发生，尽可能地减少相关财产的损失。
2梁式转换层的`高层建筑结构设计案例
2.1工程概况
A市某高层建筑，有地下1层，地上22层，总建筑面积为25840m2。其中的1-4层为商业用房，1层的层高为5m，2-4层的层高为4m，采用框架简体结构。5-20层均为住宅层，层高为3m，采用的是剪力墙简体结构。21-22层分别是电梯的机房以及屋面水箱，层高为3m。针对这种情况，需要在整栋建筑物中的4-5层之间设置一个结构转换层，同时存放相关的操作设备。其楼层结构平面设置的情况如图3所示。
2.2楼层转换方案
在对这个高层建筑进行楼层结构转换的时候，所采用的转换层的结构形式为梁式、板式、箱式等多种形式。由于这些转换层能够形成一个较大的空间，进而完成结构类型以及轴线的转变。其中的梁式转换层对相关的受力结构比较明确，从而在设计及施工过程中的操作比较便捷，应用的范围较为广泛。因此，在本工程的施工过程中采用梁式转换层的方式，其转换层的高度为2.5m，转换梁上、下两端与楼板相连，上层楼板厚度为20cm，下层楼板的厚度为300cm。转换梁承托上部的剪力墙，且所使用的混凝土强度为C40。
2.3整体结构分析
在高层建筑梁式转换层中所使用的转化梁本身是杆件，能够直接地按照梁单元进行相关的分析与设计，同时，梁的轴线位于转换层的上层楼板处，在整体结构中需要通过对上下层的刚度进行比较来确定适当的力度，防止竖向刚度的变化而形成薄弱层。据此，转换层的下层柱子截面尺寸可以设置为110cm×110cm，剪力墙的厚度为50cm，混凝土的强度等级为C45。同时，转换层上层的剪力墙的厚度为35cm，混凝土的强度等级为C45。
2.4转换梁设计
在高层建筑中，转换梁承托上部剪力墙，受力较大，也是保障整个结构安全性的关键性因素。转换梁的跨度大约在9m左右，截面的高度为2.5m。但是由于我国在混凝土设计规范中没有明确地给出承载力计算的方法，进而对此进行了两种连续短梁的试验研究。
2.4.1试验结果
本试验中所采用的转换梁为转换梁1/5的缩尺模型，其截面尺寸及配筋的形式如图4所示。通过经过相关试验可知：该转换梁的正截面平均应变符合平截面的建设。斜裂缝在加载点与中支座的内剪跨区的梁腹中部出现，属于剪斜裂缝，并通过长时间的发展成为临界斜裂缝。底部的纵筋和顶部的纵筋会顺着梁的方向来分散相应的应力，因而在斜裂缝出现之前，需要与弯矩图保持一致性，而在斜裂缝出现之后则与弯矩图产生明显的差距，由此就说明了转换梁内的应力发生了较大程度的变化。此外，在转化梁的底部纵筋处于受拉状态中，顶部纵筋的内剪跨内也随之处于一种受拉状态。当试验受到破坏时，内剪跨区段之内，临界斜裂缝的箍筋会受到一定的拉力，剪压区内的混凝土压疏。当穿越斜裂缝的箍筋应力变化为原来的应力的53%时，剪压区内的混凝土中就没有压疏现象。
2.4.2相关构造要求
依据相关的试验结果，为了保证梁式转换层中的转换梁在斜裂缝出现后能够起到纵筋拉杆的效果，其底部纵筋不能够在跨内形成弯折或者是截断的现象，需要将整个纵筋全部地伸入到支座中，并使用相关的可靠锚进行固定。同时，转换层的顶部纵筋在跨中不能够较早地被折断，最好进行通长布置。由于转换梁的横截面尺寸较大，因此需要依据梁高来配置一定数量的水平腹筋。由此，就能够承受到一定的受剪承载力，进而对整个裂缝的发展情况有一个抑制的作用，能够有效地减少相关温度以及混凝土收缩对整个工程的影响力。
2.5转换层抗震设计
在进行转换层结构设计的时候，由于有转换层的存在，致使高层建筑物在高度方向上的刚度均匀性会受到较大的影响，进而造成承载力构件与墙、柱截面产生突变，线路发生曲折的现象等等，因此，转换结构需要较大的抗震性能。基于此，需要在该建筑物3层及以上的部分都设置部分框支剪力墙结构的转换层。同时，相关构架的抗震等级还需要依照国家相关的标准进行。此外，还需要配备相关构件抗震性能的构造措施，以此来有效地提升建筑物的抗震等级，增加高层建筑物转换层的抗震效果。
3结语
在高层建筑结构设计的过程中，通过应用梁式转换层能够有效地提升整个工程的项目建设效果，由此来提升整个高层建筑的稳定性。此外，通过应用梁式转换层还能够在相关的成本造价、费图4试验梁截面尺寸及配筋用方面有一定程度的提升。因此，在高层建筑设计的过程中可以通过应用梁式转换层来保证整个建筑工程设计的稳定性，同时还能够对相关设计、施工单位的操作进行有效的控制，从而避免产生相关的问题及困难，最终做到优化高层建筑设计，提升整个工程的结构。
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篇11：高层建筑结构设计策略研究论文
摘要：社会不断在发展，时代不断在进步，也推动了建筑行业的发展进程。但随着建筑用地越来越少，因此当前最主要的建筑趋势就是高层建筑，而建设高层建筑的工作中很重要的一部分组成就是高层的建筑结构设计。在一定程度上，建筑结构设计能够对建筑的质量和功能产生直接的影响。但从当前的情况来看，高层建筑结构设计中还存在较多的问题。基于此，本文论述了高层建筑结构中存在的不足，并提出了相应的解决策略。
关键词：高层建筑结构设计；不足；解决策略
随着科技的发展，城市进程的加快，而建筑工程也不断朝着高层化的方向发展。复杂的施工以及较高要求的建筑结构承载力，是高层建筑具备的主要的一些特点。高层建筑很重要的一部分组成就是高层建筑设计，因此，在进行施工的时候，要高度重视高层建筑工作，确保科学合理的建筑结构设计，这样才能够使得人们生活的需要得到满足。同时，在进行建筑结构设计的时候，还要确保其抗风以及抗震能力，这样才能够保障建筑的安全性。
1高层建筑结构设计中存在的不足
社会不断在发展，建筑工程项目也在不断增多，但是从实际情况来看，在建筑的结构设计等一些方面还有一些不足之处，基于此，本文进行了分析，力求使得建筑水平得以提高。
1.1超高问题
很多的建筑单位为了节省建筑成本，获得最大化的利益，不遵循一些建筑相关的规范制度，过分地增加建筑物本身的高度。而且很多建筑物的高度已经从以往的A级转变成了B级，同时建筑模式也发生了一定的变化。在实际的建筑设计当中，最普遍的问题就是超高问题，这对建筑物结构的稳定性产生了直接的影响。假如遭遇一些恶劣天气以及一些比较严重的自然灾害，比如地震、台风，特别容易发生一些断裂以及倒塌的情况，这对人生的生命财产安全构成了很大的威胁。
1.2短肢剪力墙
不科学的建筑结构设计能够影响到高层建筑施工的整体质量，特别会对建筑物整体的结构造成一定的损害，不合理的短肢强设置就是其中的一个很典型的问题。当前，很多的设计人员在对建筑结构进行设计时，会实行短肢剪力墙的增设。但是实践证明，增设短肢剪力墙会对建筑结构的抗风和抗震性、稳定性以及稳固性造成一定程度的影响。因此，为了将建筑工程的整体工程质量提高，在对建筑结构进行设计的时候，要避免应用短肢剪力墙。
1.3固定端问题
固定端又称之为嵌固端，在设置位置的时候，要尽量避免在这个位置构件发生位移的情况。高层建筑当中很重要的一个组成部分就是固定端，但在位置设置的时候，还是有一些问题。①固定端所选的位置存在着问题，很多的高层建筑都设有地下室，因此会将固定端设置在地下室，这样的设计非常不科学，还会留下了一定的安全隐患，很难达到理想的效果。②所设计固定端的刚度比例并不合理，对固定端设计是否合理进行判断的很重要一个依据就是上下层的刚度比例设计。但是当前实际情况是，设计固定端的时候，还有一些准确性低以及设计的问题存在。③抗震的缝隙处理同固定端的设计，两者之间互相矛盾，很难恰如其分的衔接在一起。另外，在进行设计的时候，还有不足的平衡性的问题出现，这也使得建筑结构的稳定性得以降低。
1.4其他部位的问题
不同于一般建筑，高层建筑有一定的特殊性，在对建筑结构进行设计的时候，要同很多面的设计内容接触。高层建筑中，除了以上提及的三个问题，还存在的`牢固性和稳定性以及抗震性等问题，由于不合理的设计，能够对建筑的使用寿命和质量以及设计的整体的效果产生直接的影响。而从设计部位的角度来讲，能够对设计的合理以及科学性产生影响的就是计算的准确性。而能够对计算结果的准确性产生影响的有很多因素，包括合适的计算公式、完善的设计资料以及得当的数据精确度等等，这些因素也会对建筑结构的合理性产生一定程度的影响。
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