超高層建筑結構設計的案例
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
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 中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
項目信息
建設地點：大連市東港區
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
所獲榮譽：中國鋼結構金獎
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
D10地塊概況
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
結構難點與挑戰
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
展開 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 
超高層結構受力的特點
超高層結構受力有啥特點？
抗彎比抗剪重要，抗風比抗震重要
抵抗傾覆力矩應是首要考慮
柱如何布置效率更好？
三角形平面是不錯的選擇
與漩渦脫落有關的橫風向風振
影響橫風向風振的因素
來源：土木吧
超高層框筒結構反應譜分析
超高層框筒結構反應譜分析
摘要：基于有限元分析軟件，構建超高層框筒結構的參數化模型，計算其反應譜。
工程概況：該工程抗震設防烈度為8度，處于多遇地震區，設計地震分組為第二組，場地類別為第二類，特征周期，阻尼比為0.035。
本結構有56層，層高4，高224，首層占地面積為，三維平面布置圖見圖一；模型分四個標準層，各標準層梁、柱和支撐截面尺寸見表1、表2。本結構模型核心筒為鋼板墻，柱為方鋼混凝土柱，需要設置縱梁，用于兩種材料的賦予，具體材料見圖二，其中LL為連梁，LML為樓面梁，CL為次梁，BYL為邊緣梁，WALL為核心筒鋼板墻，KZ為框柱，BZ為邊柱，LB為樓板。整體模型見圖三。
展開 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 【實際項目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結構內力計算分析
深基坑支護體系包括土體、圍護結構以及支撐結構，是一個保護影響域內建筑物等的空間動態體系。其中支撐結構是基坑支護結構的重要組成部分，它由支撐桿件、環梁、立柱、吊桿等構件組成，是一個承受圍護結構所傳遞的土壓力、水壓力的結構體系。支撐結構必須穩定、結點連接構造必須可靠，支撐與豎向圍護結構共同作用為基坑施工提供一個可靠的結構空間。
一般來講，基坑支撐結構計算方法分為如下三種簡化算法：
1、不考慮共同作用的簡化算法
該方法將水平支撐結構視為不動鉸，計算簡圖如下所示，但這種處理方法過高地估計了水平支撐結構對豎向圍護結構變形的約束作用。
2、平面框架計算模型
該方法是先對平面框架進行平面分析，分析得到產生單位法向變形值，美每延米的支撐力及支撐的等效剛度。再將支撐等效剛度作用于每層支撐結構處，并對圍護體系進行平面分析，力學分析模型如下所示。此種方法建模簡單有效，但一般適用于平面比較規則的支撐體系，且需要足夠豐富的工程經驗。
3、空間桿系分析方法
該方法假定豎向圍護樁余其后土體構成一個平面共同工作體系，每層水平支撐結構將豎向圍護樁連接起來，組成空間結構體系。該方法考慮了水平支撐結構形成的支撐樁間作用，受力明確，但此種方法建模工作量較大。力學模型如下：
本次分享的實際項目為某地超高層建筑深基坑支撐結構體系的計算，該超高層主樓地上51層，副樓地上32層，裙房地上8層，整體設置四層地下室，基坑開挖范圍約為84mX111m,主樓區域挖深23.6m，裙樓區域挖深21.6m，周圍布置地下連續墻，并設置兩道支撐。
基坑東側、南側為高層居民住宅區，樁基礎，一層地下室，基坑北側、西側為市政道路，人行道與道路下埋設有雨水管道、給水管道、通訊管道、污水管道、電力管道。
展開 一文讀懂數字技術在超高層鋼結構上海中心大廈中的運用
首次在500米以上的超高層建筑中應用BIM技術
上海中心大廈，位于上海市浦東新區陸家嘴金融中心，占地3萬多平方米，主體建筑結構高度為580米，總高度為632米，地下5層，地上121層，從規模上看，上海中心大廈有2個金茂大廈、1.5個環球金融中心的體量；從地理位置看，上海中心身處小陸家嘴中心成熟商務區，周圍高樓林立，施工條件苛刻，難度升級，成本增加；從建筑功能來看，上海中心涉及8大建筑功能綜合體，7種結構體系，30余個機電子系統，30余個智能化子系統；從管理角度看，項目參建單位眾多，工程信息量巨大，圖紙數量超過15 萬張。
綜上，在項目方案階段，當時國內建筑行業對BIM 尚無清晰認識，更無超高層BIM項目案例可循，上海中心管理團隊超前思考，多方論證，決定將BIM技術引入“上海中心”的設計、建造和運維的全生命周期過程。同時，上海中心的參建單位，也均是行業內各個領域技術領先型企業，對以BIM 技術為代表的工程建設行業新技術的研究和應用，有著獨特的優勢。
在這種前提下，上海中心充分發揮業主的優勢，率先在項目承發包過程中，通過招標條件和合同條款中加入BIM 技術要求來約束承包商必須在項目中應用BIM 技術。
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 ANSYS建筑專欄：建筑結構設計
任何建筑的結構完整性取決于其單獨部件的質量。不同部件的組合方式、材料的選擇以及建筑所在的獨特位置等因素，決定了建筑物在正常狀況或極端條件下的性能表現。土木工程師需要將這些知識融入到建筑物設計中，并且遵守日益嚴苛的安全和政府監管要求。與此同時，一般公眾也越來越關注和重視環保型設計。
ANSYS仿真軟件為設計者提供在虛擬環境中評估該領域中各參數影響。
通過多種參數的影響的可視化，工程師可以縮窄分析領域的范圍，節省相當多的工程花費，更快速推進到建設階段。
ANSYS軟件助力土木工程師開展多樣化的項目，例如高樓、橋梁、大壩、隧道、體育場等。通過在虛擬環境中進行創新性設計實驗，工程師和設計者可以有效分析安全性、強度、舒適度和環保等因素。
展開 
招兼職人民防空地下室結構設計，建筑結構設計講師或技術支持人員
招兼職人民防空地下室結構設計，建筑結構設計講師或技術支持人員，短周期的培訓或技術支持，可周末，北上廣深，成都，武漢，西安，蘇州等 主要城市 ，內容有培訓講課，或技術支持，或項目外包，如您想掙點外塊，積累資源，充實生活，請聯系我，要求有實際項目經歷，三年以上項目經歷，表達能力較好，微信18612205665 ，郵件soft@info-soft.cn。
建筑結構設計和鋼結構軟件有哪些？
建筑結構設計軟件有哪些選用？
一、對于多高層結構的設計優先選擇PKPM、ETABS和MTS；另外也可以選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT、3D3S；如果是計算分析，隨便選一個通用有限元軟件即可，強烈推薦ANSYS。
二、對于空間結構的設計優先選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT；純計算分析強烈推薦ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；
三、對于索膜結構可以選擇ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鑒于EASY、FORTEN一定要用正版，所以還是用ANSYS和3D3S比較現實。
四、對于動力彈塑性分析建議采用ABAQUS和LS-DYNA；另外也可以選用ETABS（多高層）、SAP2000、MIDAS（最近推出Building專門做動力彈塑性）。
五、節點細部分析，建議采用ANSYS、ABSQUS；也可以選用NASTRAN和MARC。
另外，對于一些特殊結構，考慮到可能會使用到簡單的二次開發，所以還是建議大家選ANSYS、ABAQUS等帶有編程語言的通用軟件。
鋼結構軟件有哪些？
目前美國市場的主流軟件有：STRAP、ROBOT、RISA、ETPAS、STAAD、GTSTRUL。這些軟件水平相對較高，喜歡用那個軟件全憑用戶自己的好惡和習慣。不過現在在歐美，STAAD已遠不如以前受追捧。輕鋼結構最好用PKPM，PKPM界面通俗易懂。其它鋼結構最好用3D3S，因為其建模方便。STRAP 是目前市面上功能最強且內容最豐富的結構分析系統之一。STRAP 采用類似CAD 的圖形界面輸入模型與荷載。鋼結構軟件建議使用浙江大學的mst。該軟件已經比較成熟，且操作比較直觀。
展開 建筑結構抗震設計的核心：概念設計
建筑結構抗震設計包含了兩個設計范疇，即概念設計和參數設計。建筑結構抗震概念設計主要針對地震的不確定性和有限元分析的近似性，從概念上，特別是從結構總體上考慮抗震的工程決策；建筑結構的參數設計主要是采用二階段的抗震設計方法(地震作用計算、構件強度驗算和結構變形驗算等)實現三水準的抗震設防要求。
兩者是相輔相成的。作為一個正確的抗震設計，必須重視抗震概念設計，靈活而又合理地運用抗震設計思想，才能不致陷入盲目的計算工作。
1 結構概念設計的主要內容
01 合理的建筑體型和結構形體：
1）使風荷載效應最小；
2）使地震作用效應最小。
02 合理的結構選型：
1）應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。
2）應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。
3）應具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。
4）宜有多道抗震防線。
5）宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中。
展開 結構工程師眼中的建筑結構融合設計（一）
總結一下，結構在建筑中表現的目標可以提煉為：美得有品味（能影響社會文化），如行云流水般輕盈、通透、靈動，簡無可減。
結構與建筑如何更好地融合
羅馬建筑師Vitruvius在公元前25年就提出一個好的結構設計要基于以下三個要素：Firmitas, Utilitas and Venustas，可以理解為安全性、功能性、美觀性。
后世的建筑師和結構工程師都是圍繞著這三個主題進行探索和實踐。
下圖中包含了產生優雅的外露結構的若干原則，這些原則都體現了美和優雅的元素，并且不是孤立的，而是作為一個整體。
這些原則大致可以歸納為以下幾個方面：
（1） 結構一般原則，包括安全性、可靠性、經濟性，施工便利性，滿足建筑基本功能等；
（2） 高效結構原則，包括明晰性（優先選擇力學概念簡單清晰的合理結構體系）、高效率（合理的結構即是將適宜的材料予以最大效能的利用）、創新性（實現明晰和高效率的途徑）等；
（3） 與建筑表現有關的原則，包括真實性（形式與結構在原則上和邏輯上相符）、有表現力、有美感等；
（4） 與整體考慮有關的原則，包括統一性（結構整體與細部的統一，結構與建筑功能的統一）、對社會和生態的影響、與環境相協調等。
接下來作者將從多個層次，分析結構與建筑融合設計的不同切入點。本文主要是從設計案例出發，歸納、借鑒。下一篇文章將以虹橋機場T1航站樓為例，介紹建筑結構融合設計在自己項目中的實踐。
傳承與發展，從經典項目中吸取更多的營養
經典項目隨著時間流逝逐漸沉淀為建筑文化，其中蘊含著豐富的語言，建筑結構融合設計更要從中吸取營養，實現傳承和發展。
展開 