超高層建筑
關注創建者：腦洞 創建時間：2016-11-29
超高層建筑的視頻教程
Fluent高層建筑室外通風數值模擬
本次案例為三棟高層建筑，高度均為108m，計算區域長1200m，寬1200m，高300m。其中來風速度為3m/s，風為西北風，通過fluent來求解壓力場和速度分布場
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基于ABAQUS復雜節點及構件的仿真分析
基于ABAQUS的復雜節點與構件仿真分析 適用人群：結構工程師 基于ABAQUS復雜節點及構件的仿真分析【已結束】 直播時間：2021-03-09 19:30 課程簡介： 在重要的超高層建筑結構或大跨空間結構設計時（如蘭州紅樓時代廣場、華潤深圳灣體育中心、湖州南太湖濕地奧體中心），往往需采用節點試驗與有限元分析相結合來確定節點的安全
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超高層建筑的實例教程
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
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 典型梁柱全偏心節點設計，在中國高震區的超高層建筑上首次采用
在高達68.4米的建筑塔冠設計上采用了輕質空間結構，以適應建筑斜肋構架的體量，在頂層天際大廳實現最大化的開放空間。
建造中的“春筍”錐頂，攝于2017年6月
公共辦公區和休憩區沒有立柱遮擋，室內可以沿玻璃幕墻盡享360度自然采光，室外則一覽海、湖、公園和高爾夫球場四重景觀，提升空間環境的舒適度。
核心筒斜墻過渡設計
由于“春筍”頂端逐漸收窄，核心筒需要在高層收進。除了減少核心墻壁厚度外，在建筑高層區域定制了錐形過渡的核心筒。
考慮到上部結構重量已經較小，結構設計采用四面斜墻過渡的解決方案，將核心筒統一收進，以確保建筑和結構效益，并且增加了凈建筑面積。這一解決方案現已廣泛應用于國內其他超高層建筑設計。
高層核心筒局部變化示意圖
提升用戶舒適度（Outrigger damper to reduce wind vibration）
臺風地區的高層建筑設計必須考慮風的因素。為華潤總部進行風工程相關設計和研究，大廈的高度、形狀、塔尖和外觀都經過精細調整，以改善在不同風荷載下的性能。
同時，也重視強風作用下大樓用戶的舒適度，風致振動會引起用戶不適，為了確保中國華潤大廈的高品質要求，我們采用粘滯阻尼裝置減輕風致振動，為用戶營造更舒適安心的工作環境。
展開 建議超高層、臨海密集區高層建筑、異型建筑應進行風洞試驗。
控制隱框玻璃幕墻的使用高度。建議高度超過100m的玻璃幕墻采用明框、半隱框的做法。
控制板塊的尺寸。建議隱框幕墻板塊的面積不宜超過4m2，開啟扇板塊面積不大于1.5m2。現在許多工程的隱框板塊，尺寸非常大，甚至超過6m2，這些板塊承受的風力使得膠縫寬度達到無法接受的程度，只能使用超高強度結構膠才能過關。
玻璃品種。有脫落風險部位應采用夾層玻璃，明確玻璃材料選用要求。高層玻璃幕墻優先選用超白玻璃和均質鋼化玻璃，降低玻璃內部缺陷率。
五、增加減震裝置
▲風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器）
減小風力對超高層建筑的影響，最新的技術是在超高層建筑設置一種風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器）的裝置，能有效地減小強風力對超高層建筑產生的搖晃。
上海環球金融中心，安裝了兩臺用來抑制建筑物由于強風引起搖晃的風阻尼器。當遭遇6級以上強風時，建筑內的人會有輕微搖晃感。考慮到上海時常遭遇臺風襲擊，設計時，特別安裝了這樣的風阻尼器。
▲臺北101
建筑高度508米。采用新式的“巨型結構”，在大樓的四個外側分別各有兩根巨柱，共八根巨柱，每根截面長3米、寬2.4米，自地下5層貫通至地上90層，柱內灌入高密度混凝土，外以鋼板包覆。大樓的外形設計成鋸齒狀，經由風洞測試，能減少30-40%由風所產生的搖晃。為減少風荷載下的側移，每隔8層設一道剛桁架加強層。
為了因應高空強風及臺風吹拂造成的搖晃，大樓內設置了風阻尼器（質量調節阻尼器），即在88至92樓掛置一個重達680噸的巨大鋼球，利用擺動來減緩建筑物的晃動幅度。
展開 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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基于CFD的復雜超高層建筑雙向流固耦合研究[D]. 重慶大學,2012. DOI:10.7666/d.y2152722.
[5] 趙彬,林波榮,李先庭,等. 建筑群風環境的數值模擬仿真優化設計[J]. 城市規劃匯刊,2002(2):57-58,61. DOI:10.3969/j.issn.1000-3363.2002.02.015.
[6] Kareem, Ahsan.
基于CFD的復雜超高層建筑雙向流固耦合研究[D]. 重慶大學,2012. DOI:10.7666/d.y2152722.</blockquote><blockquote>[5] 趙彬,林波榮,李先庭,等. 建筑群風環境的數值模擬仿真優化設計[J]. 城市規劃匯刊,2002(2):57-58,61. DOI:10.3969/j.issn.1000-3363.2002.02.015.
傳統燃油車的軟件規模相當于一棟居民樓，而新能源車的域控制器架構，讓代碼量暴漲到超高層建筑級別。特斯拉最新車型的代碼總量已突破2億行，相當于250部《辭海》疊起來的高度。
這種復雜度帶來的風險是致命的。2023年某新勢力品牌曝光的"幽靈剎車"事件，起因竟是雨量傳感器數據處理模塊的一個小數點錯誤——當降雨量達到78.3毫米/小時時，算法誤將雨滴識別為障礙物，導致車輛無故急剎。
超高層建筑、特大型橋梁、巨型大壩、復雜的地鐵系統不斷涌現。而我國土木工程行業從2005年開始使用計算機輔助設計（CAD）為尖端項目做三維設計。在三維設計中，設計師可以確保整個建設計劃中任何設計變更都可以得到執行，從而提高整個工程的精確性。
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</div><p class="ql-align-center"><br></p><p>（2）外掛式塔吊一般應用于超高層建筑
[6] 李立樹，陳光遠，包聯進.某超高層鋼結構公寓建筑消能減震方案優化設計[J].建筑結構，2020,50(18):115-121.
[7] 劉富君，阮永輝.某鋼框架-偏心支撐住宅結構設計與分析[J].結構工程師，2021,37(1):191-197.
[8] 陸近濤.建筑用鋼結構梁柱節點受力分析[J].兵器材料科學與工程，2020,43(6):102-105.
建議：可將該項目進行合理拆分，如對于一些超高層建筑，可按照非標準層和標準層作為單獨的項目文件鏈接到該主項目文件中。
日本Tacoma Narrows斜拉橋
利用MSC Nastran氣動彈性分析模塊，對大跨度橋梁及超高層建筑進行氣動彈性分析，分析因為風載引起的剛度問題，氣動力不穩定現象，如渦流、顫振等。
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
，最大跨距，應符合下列規定：
（1） 滿足支持件的承載能力和無損電纜的外層及其纜芯
（2） 使電纜相互間能夠配置整齊
（3） 適應工作條件下的布置要求
柔性礦物絕緣防火電纜在安裝完畢后能夠保證應急使用，平時也可作為耐溫125℃無鹵阻燃電纜、耐火電纜使用，因該系列電纜覆蓋面廣，既克服剛性MI電纜的缺陷，發揮了柔性MI電纜的優勢，并且為各重點工程提供了實用產品，特別是在超高層建筑應用中
