高層建筑結構的案例
考慮高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計研究
摘 要：傳統的建筑有限元網格劃分、基于SMMS模型的節點承載力分析方法，沒有考慮狀態變量，而導致建筑物的荷載分析結果與實際不符等問題。為此，提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。根據建筑物豎向和水平荷載作用下的彎矩，對高層建筑物鋼結構框架的節點所受力的機理進行分析。構建高層建筑鋼結構框架節點三維模型和有無支管情況下的有限元模型，分析有無支管有限元模型的荷載-位移關系，確定構建過程中節點參數與支管的關聯性。計算模型單元上下端狀態變量的傳遞關系，整合狀態變量，確定鋼結構框架荷載，并以此作為依據進行失穩判定，完成鋼結構框架節點承載力分析。由實驗結果可知，該方法在X、Y、Z三個方向的承載力與實際值最大分別相差2 kN、1 kN和1.5 kN,具有精準分析結果。
關鍵詞：高層建筑;鋼結構;框架節點;承載力;三維仿真;
近年來，國內外學者對高層建筑鋼結構的節點穩定問題進行了大量的探討。文獻[1]提出的基于有限元網格劃分的節點承載力分析方法，構建狗骨式節點模型，結合有限元網格劃分節點位置，并使用千斤頂在懸臂兩側施加荷載，通過傳感器測量獲取分析結果；文獻[2]提出的基于SMMS模型的節點承載力分析方法，結合應變修正平均應力，構建SMMS模型，并通過各個韌性參數，對節點承載力分析。然而，上述這兩種方法沒有考慮到支撐節點的承載力問題，使得總承載力計算結果與實際情況不符。為此，本文提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。
1 工程概況
本工程選擇一座以鋼筋混凝土為主的多幢高層建筑物為研究對象，該建筑物2號樓地面以上8層，建筑樓面高43.2 m。3號樓A區地面以上9層，建筑樓面高45.6 m。2號樓和3號樓A區之間有一條大約28 m長的通道相連，構成了一個連通的結構，該結構的連廊采用鋼桁架結構。
展開 OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用
在復雜超高層結構設計中，利用OptiStruct的優化功能，可針對設計的不同需求對結構構件尺寸進行優化，并根據靈敏度分析的結果評估各設計變量對目標函數的敏感度。本文以兩個超高層項目的結構優化為例，分別介紹了OptiStruct在結構剛度優化，造價優化和周期優化上的應用。
曹倩_OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用.pdf
18m深基坑對臨近超高層建筑物的影響有限元模擬
1 工程概況
某深基坑距離98m高層建筑物僅18.6m，如圖1所示。該深基坑長度91.25m，寬25.75~32m，開挖深度18m，支護樁樁徑1.2m，樁長40m。支護結構采用3道內支撐，標高分別為-0.5m、-6.5m、-12.5m。臨近高層建筑物高98m，采用樁箱基礎，距該深基坑18.6m。使用ABAQUS分析該深基坑開挖對臨近超高層建筑物的影響。
圖1 工程概況
2 有限元分析模型
分析模型有限元網格劃分如圖2所示，共劃分54余萬網格單元。
圖2 網格劃分
初始地應力平衡如圖3所示。
圖3 初始地應力平衡情況
3 結果及分析
基坑開挖18m后，高層建筑側向位移如圖4所示，最大側向變形為1.93mm。
圖4 高層建筑側向變形
基坑開挖18m后，高層建筑的彎矩如圖5所示，最大彎矩為378.8kN.m，位于首層中部區域柱中。
圖5 高層建筑結構彎矩
基坑開挖18m后，高層建筑結構應力如圖6所示，最大應力為31.9MPa，位于首層中間位置柱與底板交接處。
圖6 高層建筑結構應力云圖
基坑開挖18m后，支護結構側向位移如圖7所示，最大側向位移為8.9mm。
圖7 基坑支護結構側向位移
基坑開挖18m后，內支撐結構的彎矩如圖8所示，最大彎矩為1438kN.m。
圖8 內支撐結構彎矩
展開 史詩級大片"山竹"登陸我國，那些高層建筑還安好嗎？
外維護結構損壞主要由下列原因造成：（1）由于風力太大，高層建筑，特別是高層鋼結構建筑層間側移過大；（2）群樓的狹管效應引起；（3）風致效應引起；（4）面板強度不夠引起；（4）設計不合理引起（包括：造型奇特、迎風面太大、玻璃沒有夾膠等）。
▲ 提升高層建筑抗風能力的措施
1、控制建筑物的造型：最好的建筑平面就是最沒有特色的圓柱體或者正多棱柱。若是正方形，角部宜切掉了一小部分，使平面形狀沒有直角或者銳角。建筑外表面也要盡量的光滑，各種裝飾性的突起要盡量避免。仔細觀察一下全球400米以上的超高層建筑，絕大多數也都是這個造型。
2、優化結構構件：高層建筑一般是結構柔度大，自振頻率比較低，如果與風振頻率接近，在風的作用下振幅就會很大（共振）。改變自振頻率有很多辦法，最直接的辦法就是通過優化結構構件（梁、柱、剪力墻、支撐）的尺寸和布置，把結構的自振頻率控制在合理的范圍內，使得建筑在風的作用下保持較好的舒適性。
3、增加減振裝置：超高層建筑，因為高寬比太大，結構太柔，僅通過結構設計調節，難于有效改變結構的自振頻率。特別是鋼結構建筑，阻尼比較小，需要在一些特殊的部位設置風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器），或設置阻尼墻、偏心支撐、屈曲約束支撐等耗能構件，達到減少風致效應、提高舒適度的目的。
一、控制建筑物的造型
風是紊亂和隨機的，風對建筑物的作用十分復雜，規范中關于風荷載值的確定，適用于大多數體型較規則、高度不太大的單幢高層建筑。對風敏感的高層鋼結構建筑，及高層鋼結構建筑群，其體型宜做專項設計：
單體建筑的體型系數應盡量小。其體型應有利于建筑物減少受風面積，從而減少風荷載對建筑物的影響。
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高層建筑抗風設計的幾個問題
外維護結構損壞主要由下列原因造成：（1）由于風力太大，高層建筑，特別是高層鋼結構建筑層間側移過大；（2）群樓的狹管效應引起；（3）風致效應引起；（4）面板強度不夠引起；（4）設計不合理引起（包括：造型奇特、迎風面太大、玻璃沒有夾膠等）。
▲ 提升高層建筑抗風能力的措施
1、控制建筑物的造型：最好的建筑平面就是最沒有特色的圓柱體或者正多棱柱。若是正方形，角部宜切掉了一小部分，使平面形狀沒有直角或者銳角。建筑外表面也要盡量的光滑，各種裝飾性的突起要盡量避免。仔細觀察一下全球400米以上的超高層建筑，絕大多數也都是這個造型。
2、優化結構構件：高層建筑一般是結構柔度大，自振頻率比較低，如果與風振頻率接近，在風的作用下振幅就會很大（共振）。改變自振頻率有很多辦法，最直接的辦法就是通過優化結構構件（梁、柱、剪力墻、支撐）的尺寸和布置，把結構的自振頻率控制在合理的范圍內，使得建筑在風的作用下保持較好的舒適性。
3、增加減振裝置：超高層建筑，因為高寬比太大，結構太柔，僅通過結構設計調節，難于有效改變結構的自振頻率。特別是鋼結構建筑，阻尼比較小，需要在一些特殊的部位設置風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器），或設置阻尼墻、偏心支撐、屈曲約束支撐等耗能構件，達到減少風致效應、提高舒適度的目的。
一、控制建筑物的造型
風是紊亂和隨機的，風對建筑物的作用十分復雜，規范中關于風荷載值的確定，適用于大多數體型較規則、高度不太大的單幢高層建筑。對風敏感的高層鋼結構建筑，及高層鋼結構建筑群，其體型宜做專項設計：
單體建筑的體型系數應盡量小。其體型應有利于建筑物減少受風面積，從而減少風荷載對建筑物的影響。單體建筑要有合理的流線，使風產生不了風旋渦，避免建筑物產生風振，即使產生渦流，也要能減少建筑物的搖擺振動。
展開 拓撲優化技術助力尋找高層建筑支撐體系最優布置方案
結構體系的高度限制
高層及超高層建筑發展趨勢之一是支撐大型化，建筑外圈的大型立體支撐結構體系為大型角柱、橫跨整個建筑面寬的水平桁架梁及X型或人字形斜向支撐組成，形成高層建筑有效抗側力體系，如1979年建成的美國芝加哥John Hancock中心大廈，1989年建成的香港中國銀行大樓，2005年建成的英國倫敦Broadgate Tower等均采用大型化支撐抗側力體系。
John Hancock中心大廈，美國芝加哥
中國銀行大樓，中國香港
Broadgate Tower，英國倫敦
在多高層建筑設計中，什么樣的巨型支撐才是最合理最高效的布置方式呢？工程師們圍繞這個問題展開了思考。
對高層建筑風荷載分析時，其實就是對抗側力單元的分析。一般來說，建筑結構不僅要承擔垂直荷載和水平荷載，還要抵抗地震作用。對于低多層結構中，水平荷載對結構影響很小，不起主要控制作用，但在高層及超高層建筑中，水平荷載作用和地震作用將起主要控制作用，所以，高層及超高層建筑結構設計只有具有較大的承載能力和剛度，才能保證側向變形在允許范圍之內。一般地，將高層建筑簡化為一維豎向懸臂梁結構。
展開 海口雨林之心高層觀光塔結構設計要點
海口雨林之心高層觀光塔結構設計要點
文/陽升、趙仕興、夏靜、董駿龍、何俊
項目概況
海口雨林之心項目位于海南省海口市秀英區，由三棟高層觀光塔及連橋構成，三個塔樓為上大下小傘狀塔樓，寓意為整個公園雨林的中心，塔樓之間的連橋圍繞塔樓盤旋而上，形成“曲徑通幽，豁然開朗”的建筑效果。建筑除頂部觀景平臺外，僅包含局部1層夾層，內筒與外筒之間為圍繞內筒旋轉而上的樓梯。建筑效果圖如圖1所示。
▲ 圖1 觀光塔效果圖
項目所在地抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.30 g ，設計地震分組為第二組，抗震設防類別為標準設防類，基本風壓為0.75kN/m 2 。結構采用 鋼結構筒中筒結構體系 ，外筒采用 菱形鋼網格結構 ，內筒采用 鋼框架結構 ，鋼連橋采用拉索及撐桿與三座塔樓連接。項目造型獨特，結構形式新穎。
塔樓結構體系本就復雜，塔樓之間采用空間曲線連橋相互連接后，更增加了結構的復雜程度。按《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質〔2015〕67號），本項目存在構件間斷、承載力突變、局部不規則等不規則項，但由于本工程結構體系、樓屋面結構、連體結構的連接形式均與常規結構差異較大，為特殊類型的超限高層建筑。
展開 高層建筑框架剪力墻鋼筋施工
三、剪力墻中鋼筋的錨固
在剪力墻結構鋼筋工程中，構件的承載力主要是通過計算鋼筋用量以及合理布置鋼筋來體現，而對結構的抗震構造措施等，則體現在鋼筋的錨固上。對于鋼筋工程施工來說，鋼筋的錨固是一個關鍵施工技術要點。
（1） 鋼筋的最小錨固長度。剪力墻結構中的鋼筋錨固必須要按照規范規定滿足最小錨固長度，這樣才能確保結構的構造措施。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》中的規定，在抗震地區中剪力墻結構鋼筋的最小抗震錨固長度LaE為：抗震等級為一、二級時取1.15La； 抗震等級為三級時取1.05La； 抗震等級四級時取1.0La。
（2） 水平分布鋼筋錨固。剪力墻水平分布鋼筋應伸至墻端，并向內水平彎折10 d后截斷，其中d為水平分布鋼筋直徑。當剪力墻端部有翼墻或轉角墻時，內墻兩側的水平分布鋼筋和外墻內側的水平分布鋼筋應伸至翼墻或轉角墻外邊，并分別向兩側水平彎折后截斷，其水平彎折長度不宜小于15d。在轉角墻處，外墻外側的水平分布鋼筋應在墻端外角處彎入翼墻，并與翼墻外側水平分布鋼筋搭接。措接長度為1.21a。帶邊框的剪力墻，其水平和豎向分布鋼筋宜分別貫穿柱、梁或錨固在柱、粱內。
（3） 豎向分布鋼筋的錨固。剪力墻的豎向分布鋼筋通常都錨固在基礎的墻體或者地下室的基礎上。當上下墻體等厚時，剪力墻結構的豎向分布鋼筋適宜錯開搭接； 當上下墻體厚度不等時，則剪力墻結構的豎向分布筋直接伸入基礎或者地下室的墻板中錨固，其最小錨固長度按最小搭接長度取值。
四、剪力墻中鋼筋的連接
剪力墻結構鋼筋工程中，鋼筋連接方法主要有綁扎連接、機械連接以及焊接連接，其中尤其以綁扎連接居多。因此本文著重探討剪力墻中鋼筋的綁扎連接要點。
（1） 豎向分布鋼筋。
展開 建筑結構動力彈塑性與倒塌分析的參數化建模軟件PA-TRANS
一、 前言
隨著我國城市建設的不斷發展，復雜高層結構日益增多。其中，相當多的高層建筑結構超出我國抗震設計規范、高層設計規程的適用范圍和設計規定。如何保障這些超限復雜高層建筑結構的抗震安全性是目前工程結構設計界極為關注的問題之一。根據我國現行抗震規范、高層規范，進行高層建筑結構的動力彈塑性分析乃至倒塌過程模擬來評價結構抗震安全性已成為超限建筑結構設計的重要手段與依據。
采用纖維模型和分層殼模型的通用有限元軟件ABAQUS與采用集中塑性鉸模型和墻體宏觀模型的傳統結構工程軟件相比，能夠得到更為準確、細致的分析結果，現已成為結構動力彈塑性分析的主要工具之一。但目前基于 ABAQUS 平臺建立復雜高層結構模型十分繁瑣、耗時耗力，這制約了ABAQUS在結構動力彈塑性分析中的應用。
為提高ABAQUS前處理建模效率，國內已有一些單位與個人開發了結構模型轉換程序，實現了將工程軟件MIDAS/GEN、SAP2000、YJK模型轉換為ABAQUS有限元模型，從而省略了ABAQUS 的建模步驟，大大提高了復雜結構動力彈塑性分析的效率。 但PKPM作為我國設計院最為常用的結構分析與設計軟件。特別是其中的PMSAP模塊，在我國常規的多層和高層建筑以及復雜的超高層、體育場館結構中得到廣泛的應用。如想實現PKPM的模型轉換為ABAQUS有限元模型，則需二次轉換，即首先將PKPM的模型轉為上述軟件模型，再轉為ABAQUS模型。此建模方法由于數據轉換層次較多，容易遺漏結構數據信息。
更為重要的是，上述轉換程序的最終轉換結果均是ABAQUS計算數據格式文件（INP文件）。而該計算數據格式文件極為復雜。若在轉換結構模型信息時出現缺陷，均難以在ABAQUS中修補，這極大地影響了工程結構分析工作。
展開 基于ABAQUS的建筑結構時程分析
四、 小結
本文從ABAQUS的隱式分析算法原理，軟件設置中的關鍵參數理解，國家規范及實際案例這四大方面介紹了H.H.T算法在高層建筑結構分析中的應用，對實際復雜建筑結構分析中具有很好借鑒作用，同時可以作為超限結構分析的補充方法。
CPU:I7-10750H
內存：16384MB
計算模型的處理技術：ABAQUS隱式分析
計算機耗時：30min
基于ABAQUS的建筑結構時程分析20210824 V2.0.pdf
淺談高層建筑地基沉降及控制措施 附GB55003-2021 建筑與市政地基基礎通用規范下載
引言：
在實際施工過程中，建筑地基的施工質量極易設計不周到以及施工工藝不完善等因素的影響，地基的不均勻沉降導致混凝土結構出現不同程度的裂縫，從而對建筑物的正常使用產生不利的影響。因而加強對建筑地基不均勻沉降造成的裂縫進行分析，滿足建筑地基施工的實際需求，有助于減少建筑物的安全隱患。
1.地基不均勻沉降引起墻體裂縫
高層建筑的全部荷載最終通過基礎傳給地基,而地基在荷載作用下，其應力隨深度而擴散，深度愈深，擴散愈大,應力愈小;在同-深處，也總是中間最大，向兩端逐漸減小。也正是由于土壤這種應力的擴散作用，使房屋地基產生不均勻沉降。當高層建筑修建在淤泥土質或軟塑狀態的粘性土上時，由于土的強度低、壓縮性大，房屋的絕對沉降量和相對不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設計的比較大,整體剛度差而對地基又未進行加固處理，那么墻體就可能出現嚴重的裂縫。當房屋地基土層分布均勻，土質差別較大時，則往往在不同土層的交接處或同一土層厚薄不一處出現較明顯的不均勻沉降。造成墻體開裂，其裂縫上大下小，向土質較軟或土層較厚的方向傾斜。
2.建筑物沉降觀測
在高層建筑工程中，必須及時掌握建筑物的沉降情況，以便及時發現影響其下沉的原因，這樣不僅能提前采取措施，保障建筑物使用的安全性，還能給往后合理設計提供寶貴資料。所以，在現代高層建筑建設過程中，不管是在施工階段,還是投入使用后，必須進行沉降觀測。
2.1布置觀測點
在建筑物沉降觀測中，觀測點的布置與建筑物的大小基礎形式和地質條件等方面是息息相關,其位置和數量能全面的反應建筑的沉降情況，所以，通常來講，在現代民用建筑工程中,是沿房屋的周圍每隔6-12m設立-點另外,在房屋轉角及沉降縫兩側也應布設觀測點。當房屋寬度大于15m時，還應在房屋內部縱軸線上和樓梯間布置觀測點。
展開 
高層建筑地震分析案例賞析
采用功率譜密度（PSD）的隨機振動的地震分析
百米高層建筑模型時程分析 ￥65
百米高層建筑模型時程分析
夜間高層建筑起火“老大難”？無人機滅火系統大有作為
此次演示目的是檢驗無人機滅火系統整體實戰能力，包括夜間發射、真實高層火情撲救等。
截至目前，該無人機滅火系統共計完成11次飛行試驗，發射滅火彈70余枚，對無人機穩定性、滅火彈侵徹能力、滅火彈滅火效果、滅火彈安全性等主要功能進行了充分驗證。2020年9月無人機滅火系統完成了國家消防裝備質量監督檢驗中心的全部60余項檢測項目，檢測結果均為合格并已取得檢驗證書。
圖
為真實高層火情撲救 航天科工供圖
無人機滅火系統團隊相關負責人表示，該無人機滅火系統具備群體協同消防作戰能力，項目團隊今后將著力開展滅火系統的體系化建設，結合地面消防設備載車、地面發控設備研制，無人機將探索攜帶滅火彈、救援彈、探測彈，突破相關關鍵技術并完成試驗，實現滅火、偵查、搜索、救援等主要研制目標，力圖成為同產品在消防救援領域的領路者，在消防救援領域達到國際一流水平。
<完>
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北京國際無人機系統產業博覽會UAS EXPO CHINA為每年舉辦一屆，先后得到了廣大主流無人機系統科研生產單位的積極參與，產生了巨大的社會效益和經濟效益，經過多年的歷練發展已成為我國無人機領域公認的重要交流平臺。2021北京國際無人機系統產業博覽會將于7月9日-11日在北京亦創國際會展中心再度榮耀亮相，是集學術交流、展覽展示、商業洽談、飛行表演、模擬體驗于一體的高檔次、大規模、較權威的綜合性專業活動，對于推動國內無人機科技創新、加強國際間的交流與合作、促進航空航天和無人機產業健康發展將發揮重要的橋梁作用。
展開 高層建筑地下室抗浮施工技術
高層建筑地下室抗浮施工技術
摘要：隨著高層建筑的大量興建，人們對其地下空間的開發利用越來越重視，資金投入比重不斷增大，地下室正朝著多層和超深的規模發展。為了充分利用建筑紅線內的地下空間，多數地下室的占地面積會遠大于上部建筑塔樓，造成一部分地下室上部沒有足夠的建筑重量來壓浮，永久抗浮安全度往往不夠，近年高層建筑地下室整體或局部上浮的工程事故時有發生，給國家和建設單位造成了巨大的損失。本文結合具體的工程實例，介紹了高層建筑地下室抗浮施工技術，以期對高層建筑地下室抗浮問題的解決提供有價值的參考。
關鍵字：深基坑 新型抗浮錨桿
High rise building basement anti floating construction technology
Abstract: with the construction of a large number of high-rise buildings, people on the underground space development and utilization of more and more attention,investment proportion increases unceasingly, the basement is toward thedevelopment of multilayer and ultra deep scale.
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