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高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文第1篇

關(guān)鍵詞：高層建筑、結(jié)構(gòu)體系分析、設計、轉(zhuǎn)換層、布置

中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：

一、高層建筑結(jié)構(gòu)體系分析

高層建筑的結(jié)構(gòu)體系與其自身的承載能力、抗震能力、造價高低等密切相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)體系適用于不同的層數(shù)和高度，所具的功能也不盡相同。以下就對常用的結(jié)構(gòu)體系進行分析。

1、剪力墻結(jié)構(gòu)：即利用建筑物墻體作為抵抗水平荷載、承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系。此結(jié)構(gòu)體系的整體性較好，剛度較大，在水平荷載作用下不但側(cè)向變形小，而且承載力也得到很好滿足。若高層建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)，則以彎曲變形為主，其整移曲線呈彎曲狀，層間位移會隨樓層的增高而加大。所以剪力墻結(jié)構(gòu)最大的不利就是剪力墻間距不能太大，平面布置不夠靈活。故剪力墻結(jié)構(gòu)在民用住宅及酒店旅館高層建筑中應用較多，適宜于建造較高的高層建筑。

2、框架結(jié)構(gòu)：即由梁和柱通過節(jié)點構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)。常用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，可靈活布置建筑空間，且具有較大的室內(nèi)空間，故使用比較方便。但此結(jié)構(gòu)梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，故建筑高度受到一定限制，主要用于不考慮抗震設防、層數(shù)不太多，且低于七十米的高層建筑中。

3．框架—剪力墻結(jié)構(gòu)：即在框架結(jié)構(gòu)中設置部分剪力墻，使兩者相互結(jié)合揚長避短，共同抵抗水平荷載。此結(jié)構(gòu)遠高于框架結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力，防震性能極高，當發(fā)生地震時，層間變形減小，對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（隔墻及外墻）的破壞也小，所以此結(jié)構(gòu)可用來建造層數(shù)較高的建筑，得到人們廣泛青睞。

4．筒體結(jié)構(gòu)：即采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分空腹筒和實腹筒兩種類型?？崭雇彩怯擅芘胖痛叭沽夯蜷_孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件，實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體。此結(jié)構(gòu)具有很好的整體性和抗側(cè)力性，且平面布置的靈活度和承重的能力也具有明顯優(yōu)勢，被廣泛用于眾多高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)中。

總之，不同的結(jié)構(gòu)體系具有不同的強度和剛度，適合的建筑高度和層數(shù)也不同。下面筆者就結(jié)合工程實例來說明結(jié)構(gòu)體系的選擇和布置以及轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析與設計。

二、 工程實例

某高層工程擬建場地為緩坡地形，場地地層構(gòu)造及地形穩(wěn)定，屬抗震有利地段，設六級抗震。此高層由商業(yè)裙樓及1幢高層塔樓組成。設地下2層，地上27層。其中地下室層高3.6m，布置設備用房及公共機動車泊位，設六級人防。地上1～3層為商業(yè)用房，層高4.6m；第4層為轉(zhuǎn)換層，層高5.8m；4層以上為住宅，層高設3m。27層為機房，室外地坪以上主體高度為82.8m，建筑總高度含機房93.4m。三、結(jié)構(gòu)體系的選擇、布置與設計。1、結(jié)構(gòu)體系的選擇，不但要根據(jù)上述各結(jié)構(gòu)的特點分析，還要結(jié)合相關(guān)單位要求。該高層要求住宅樓每層有10戶，每戶戶型及面積均不相同。為充分爭取有效建筑面積和靈活布置及考慮到建筑的用途、高度和抗震、承重能力，經(jīng)多方論證，采用大開間剪力墻結(jié)構(gòu)最宜。底部3層為商業(yè)用房，為滿足大空間建筑功能要求，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2、結(jié)構(gòu)平面布置。由上述分析知工程底部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，體形復雜，不規(guī)則；4層轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu)。但由于相關(guān)單位要求住戶建筑面積和戶型不同，故住宅建筑布置不對稱，所以剪力墻的布置必須經(jīng)過多次試算，直到達到“剪力墻布置分散、均勻，且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果“的目的；同時還要保證：質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過規(guī)定值，結(jié)構(gòu)偏心率較小；各層最大水平位移與層間位移比值不大于偏差比值等，即所有條件均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求時，方可驗證結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)劃的合理性，才能進入有效結(jié)構(gòu)設計中去。 3、結(jié)構(gòu)的設計。在結(jié)構(gòu)總體設計時，應對結(jié)構(gòu)體系的特點有清醒的認識，有針對性的對結(jié)構(gòu)薄弱層、薄弱部位及由于建筑設計方案可能帶來的抗風抗震設計缺陷有宏觀的把握，然后借助于工程設計軟件進行正確建模，采取多方案對比試算，最后制定完善的結(jié)構(gòu)方案。本文此處省去計算環(huán)節(jié)，經(jīng)計算認為上述所選結(jié)構(gòu)方案為最佳結(jié)構(gòu)形式。設計時需要重點解決的問題是：①減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，縮短傳力途徑。②為保證結(jié)構(gòu)沿豎向剛度均勻變化，應設法爭取盡可能多的上下貫通構(gòu)件。結(jié)合電梯井道、消防樓梯間及電梯廳，布置了一個中央核心筒；此外還要根據(jù)塔樓四角剪力墻分布情況，在底部裙樓對應部位設置落地貫通的L型加厚角墻。③合理布置裙樓柱網(wǎng)，使不落地剪力墻直接通過轉(zhuǎn)換層托梁。④框支剪力墻結(jié)構(gòu)是抗震不利的結(jié)構(gòu)體系，設計重點應放在轉(zhuǎn)換層，當轉(zhuǎn)換層位置較高時應加強底部框支層的等效剛度，防止底部位移突變。四、轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設計4.1抗震等級的確定本建筑4層為轉(zhuǎn)換層，4層以下為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，以上為純剪力墻結(jié)構(gòu)，故是多種結(jié)構(gòu)體系共存的高層建筑，因而不能像單純的框架結(jié)構(gòu)或者剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)的確定抗震等級，而應該嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范標準，有針對性的分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級。該工程屬“框架剪力墻”，高度93.4m，6度設防，框支框架等級為二級，剪力墻底部加強部位為二級，非底部加強部位剪力墻為三級；由于工程轉(zhuǎn)換層設在建筑4層樓面，屬于高位轉(zhuǎn)換，根據(jù)《高規(guī)》中對復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特別規(guī)定，“當轉(zhuǎn)換層位置設在三層及三層以上時，其框支柱、剪力底部加強部位的抗震等級尚宜按本規(guī)程表4.8.2和表4.8.3的規(guī)定提高一級”，故該工程框支柱應定為一級，剪力墻底部加強部位定為一級。4.2結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，因此《高規(guī)》對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定?；谠摴こ潭?，屬于高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應大于1.3。所以在設計過程中，應把握強化下部，弱化上部，盡量避免出現(xiàn)薄弱層的原則。具體的方法：①與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可以在底部增設部分剪墻（不伸上去）。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還要進行專業(yè)的協(xié)商，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地，且北部的一大片L型剪力墻也落至基礎。這樣都可大大增強底部剛度。②底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太多。③加大底部剪力墻厚度，減小上部剪力墻厚度，轉(zhuǎn)換層以下剪力墻厚度區(qū)取400m厚，上部厚度取200mm。④提高底部柱、墻混凝土強度等級，建議采用C55混凝土。4.3轉(zhuǎn)換層樓板本工程框支剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為分界，上下兩部分的內(nèi)力分布規(guī)律不同。在上部樓層，外荷載產(chǎn)生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配；而在下部樓層，由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異，水平剪力主要集中在落地剪力墻上，即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配產(chǎn)生突變。轉(zhuǎn)換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務，并且由于轉(zhuǎn)換層樓板必須有足夠的剛度保證，轉(zhuǎn)換層樓板采用C40的混凝土，厚度采用200mm，Φ12@150鋼筋雙層雙向整板拉通，配筋率達0.41%。另外，為了協(xié)助轉(zhuǎn)換層樓板完成剪力重分配，應將該層以上及以下各一層樓板也適當加強，均取厚度150mm。五、結(jié)語

上述結(jié)合工程實例來說明如何進行高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇、布置、設計以及抗震等級的確定、結(jié)構(gòu)豎向布置和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計，是筆者結(jié)合自身實踐發(fā)表的的一些個人拙見，期望對大家有借鑒作用，當然對論述不當之處還望多提寶貴意見。

參考文獻

[1]林東;淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設計[J];科技創(chuàng)新導報;2011年20期

[2]馮春林;淺談建筑結(jié)構(gòu)設計[J];科技風;2009年11期

高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文第2篇

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設計

Abstract: in order to make the structure in the plastic deformation stage still has strong ability of deformation, avoid collapsed, the special needs in the structure of the take appropriate measures to ensure that the ductility of the structure is enough.

Keywords: building design

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A文章編號：

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設計特點

1.水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

2.軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

3.側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應被控制在某一限度之內(nèi)。

4.結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

1.框架-剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

2.剪力墻體系。當受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。

3.筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析

1.高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

（1）彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，往往會產(chǎn)生較大的位移，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

（2）小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P-Δ效應）進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H > 1/500時， P-Δ效應的影響就不能忽視了。

（3）剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當調(diào)整來考慮這種影響。

（4）計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：①一維協(xié)同分析。②二維協(xié)同分析。③三維空間分析。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應考慮截面翹曲，有7個自由度。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同?？蚣?剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。

（3）筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。

高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文第3篇

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計： 優(yōu)化設計

前言

多層和高層結(jié)構(gòu)的差別主要是層數(shù)和高度上,但從實際情況上分析兩者并沒有實質(zhì)性差別，它們都要抵抗豎向及水平荷載作用，從設計原理及設計方法而言，基本上是相同的。但是在高層建筑中，要使用更多結(jié)構(gòu)材料來抵抗外荷載，特別是水平荷載，因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為結(jié)構(gòu)設計的主要問題。

一、高層住宅結(jié)構(gòu)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中主要把握以下幾個方面:

1、水平荷載成為控制結(jié)構(gòu)設計的主要因素。結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系，除軸向力與高度成正比之外，彎矩和位移隨高度都呈指數(shù)曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為主要控制因素。水平力作用下結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化，材料用量將有很大差別。

2、在抗震地區(qū)，隨著層數(shù)的增加，地震作用對高層建筑危害的可能性也比對多層建筑大，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計應受到加倍重視，工程位于抗震區(qū)，無需進行地震作用計算，仍需要考慮抗震的構(gòu)造措施。

3、結(jié)構(gòu)側(cè)向位移成為控制指標。與多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而應將結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移控制在某一限度之內(nèi)。

4、軸向變形不容忽視。高層建筑中豎向荷載數(shù)值很大，使得柱產(chǎn)生較大的軸向變形，從而會使得連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大。軸向變形還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，需要根據(jù)軸向變形的計算值調(diào)整下料長度。另外軸向變形也會對構(gòu)件的剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，如不考慮構(gòu)件豎向變形將會得出偏于不安全的計算結(jié)果。

5、結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標。相對于多層建筑而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形會更大一些。為了避免結(jié)構(gòu)傾覆倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取合理措施，使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，即保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、結(jié)構(gòu)分析的基本原則

1、整體參數(shù)的設定

開始結(jié)構(gòu)計算時，首先需要根據(jù)規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述，以及工程的實際情況，準確設置軟件的初始計算參數(shù)。其中有幾個關(guān)系到整體計算結(jié)果的參數(shù)，必須事先確定其合理取值，才能保證后續(xù)計算結(jié)果的正確性。這些參數(shù)包括地震信息、風荷載信息等。此計算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計算出來，正確設置，否則其后的計算結(jié)果與實際差別很大。

2、結(jié)構(gòu)體系的合理性分析

規(guī)范特別強調(diào)了整體結(jié)構(gòu)的科學性和合理性。對結(jié)構(gòu)進行整體分析是為了解結(jié)構(gòu)在地震作用下動力特性、判斷結(jié)構(gòu)的變形是否滿足抗震設防要求，以及進行構(gòu)件截面設計。規(guī)范中用于控制整體結(jié)構(gòu)合理性的指標主要是周期比、位移比、剛度比、剛重比和剪重比等。

（1）周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應的重要指標。周期比是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比。限定周期比的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，限定周期比是使得結(jié)構(gòu)承載布局合理?！陡咭?guī)》第4.3.5條對周期比的限值給出了規(guī)定。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應明顯，設計人員應增大結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。計算軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比，需要設計人員根據(jù)計算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)和第一平動周期，然后計算得出周期比。

（2）層間位移比(位移比)是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標。位移比為最大層間位移與平均層間位移的比值。在《建筑抗震設計規(guī)范》和《高規(guī)》中均對位移比的限值作了明確的規(guī)定。需要指出的是規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定得出的，如在結(jié)構(gòu)模型中設定的是彈性板，則必須在軟件參數(shù)設置時選擇“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”，以計算出正確的位移比。在得出的位移比值滿足要求之后，去掉“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”的選擇，按彈性樓板假定進行后續(xù)配筋計算。

（3）剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標。根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，軟件分別提供了地震剪力與地震層間位移比，剪切剛度和剪彎剛度的計算方法。正確認識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關(guān)鍵。地震剪力與地震層間位移比可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判定。剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

（4）剛重比是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要指標。剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它既是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效應的主要參數(shù)。如該值不滿足要求，則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，因而設計人員應給予足夠的重視。

（5）剪重比(剪力系數(shù))是抗震設計中非常重要的參數(shù)。剪重比是樓層剪力與其上各層重力荷載代表值之和的比值?！犊拐鹨?guī)范》中5.2.5節(jié)對剪重比的最小值進行了規(guī)定，主要是因為對于長周期結(jié)構(gòu)，規(guī)范所采用的振型分解反應譜法無法正確計算出地震力所產(chǎn)生的作用，出于結(jié)構(gòu)安全考慮，因而規(guī)定了最小剪重比。

3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設計

上述主要是針對結(jié)構(gòu)整體合理性的計算和調(diào)整，這一步則主要進行結(jié)構(gòu)單個構(gòu)件內(nèi)力和配筋計算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計算，構(gòu)件截面優(yōu)化設計等。

（1）軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有四種情況。1)當梁的彎矩設計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋。2)在四級抗震及非抗震時混凝土截面受壓區(qū)相對高度ξ>，二、三級抗震時ξ>0.35(計算時取AS=0.3AS)，一級抗震時ξ>0.25(計算時取As’=0.5AS)，提示超筋。3)當大于《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%時，提示超筋。4)混凝土梁斜截面計算結(jié)果不滿足最小截面的要求時，則提示超筋。

（2）剪力墻超筋的情況。1)剪力墻暗柱超筋。軟件中設定的暗柱最大配筋率是4%，而各規(guī)范以邊緣構(gòu)件方式給出了剪力墻主筋的配筋面積，沒有最大配筋率。所以當程序給出剪力墻超筋的警告信息時，可以酌情考慮;2)當剪力墻水平筋超筋時則說明該結(jié)構(gòu)抗剪承載力不夠，應予以調(diào)整;3)當剪力墻連梁超筋時，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承載力不夠。規(guī)范中允許在地震作用下對剪力墻連梁的剛度進行折減，折減后的剪力墻連梁在都會出現(xiàn)塑性變形，即開裂。但在進行剪力墻連梁設計時，應考慮其配筋是否滿彈性變形時承載力的要求。

（3）柱的軸壓比計算。軟件在計算考慮地震作用下柱的軸壓比時，采用的是地震作用組合下的的柱軸力設計值;軟件在不考慮地震作用下柱的軸壓比時，采取的是非地震作用組合下的柱軸力設計值。因此對于同一個工程，考慮地震力和不考慮地震力時柱的軸壓比計算結(jié)果會不一樣。

（4）剪力墻的軸壓比計算。為了保證結(jié)構(gòu)在地震力作用下的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對剪力墻的軸壓比均作了限制。需要指出的是，軟件是按單向計算短肢剪力墻的軸壓比時，與《高規(guī)》中規(guī)定按雙向計算短肢剪力墻的軸壓比有所不同。

高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文第4篇

關(guān)鍵詞:住宅建筑；結(jié)構(gòu)設計；SATWE軟件；抗震性能

中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

隨著我國社會經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，城鎮(zhèn)人口日益增加，致使城市住房建設用地較為緊張，超高層住宅建筑的建設也日益增加。目前，超高層住宅建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計方面的變化愈加明顯，許多新興的結(jié)構(gòu)設計方案逐漸被超高層住宅建筑工程所采用。同時住宅建筑結(jié)構(gòu)類型與使用功能越來越復雜，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，對住宅建筑結(jié)構(gòu)設計工作的要求也不斷提高。在超高層建筑建設過程中，部分建筑的結(jié)構(gòu)設計環(huán)節(jié)并不是十分合理，加上工程設計人員容易出現(xiàn)一些概念性的錯誤，給建筑的質(zhì)量安全和使用帶來了一定的安全隱患。因此，如何提高超高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設計水平，就成為了工程設計人員面臨的一項難題。

1 工程概況

某高層住宅建筑面積為29000.4m2，地下1層，地上43層，大屋面高度138.02m。本工程結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，樓蓋為現(xiàn)澆鋼筋砼梁板體系。

建筑抗震設防類別為標準設防類(丙類)，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設計使用年限為50年。所在地區(qū)的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s，地震影響系數(shù)最大值采用0.08，上部結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。建筑類別調(diào)整后用于抗震驗算的烈度為7度，用于確定抗震等級的烈度為7度，剪力墻抗震等級為一級。

2 基礎設計

本工程的基礎設計等級為甲級，主樓基礎采用沖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁直徑為1100mm，單樁豎向承載力特征值為8000kN；樁端持力層中風化凝灰?guī)r(11)層，樁身全斷面進入持力層≥1100mm，樁長約50m。樁基全面施工前應進行試打樁及靜載試驗工作，以確定樁基施工的控制條件和樁豎向抗壓承載力特征值。

承臺按抗沖切、剪切計算厚度為2700mm，承臺面標高為－5.200，基礎埋置深度為7.7m(從室外地面起算)。

3 上部結(jié)構(gòu)設計

3.1 超限情況的認定

參照建設部建質(zhì)［2006］220號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術(shù)要點》附錄一“超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表”，結(jié)合本工程實際逐條判別，將存在超限的情況匯總?cè)缦隆?/p>

(1)附表一，房屋高度方面

設防烈度為7度，剪力墻結(jié)構(gòu)，總高度138.05m＞［120m］，超限。

(2)同時具有附表二所列三項及三項以上不規(guī)則的高層建筑(因篇幅所限，本文不再詳細列出)。

第一項．扭轉(zhuǎn)不規(guī)則:考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比＞1.2但＜1.3，雖然本條超限，但僅此一項。所以本工程不屬于附表二所列的超限高層。

(3)具有附表三某一項不規(guī)則的高層建筑工程。根據(jù)SATWE計算結(jié)果分析、判別，本工程亦不屬于表三所列的超限高層。

綜上所述，本工程只屬于高度超限的超高層建筑。

3.2 上部結(jié)構(gòu)計算分析及結(jié)構(gòu)設計

本工程為剪力墻結(jié)構(gòu)，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3－2002)(以下簡稱高規(guī))5.1.13條規(guī)定:

(1)應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內(nèi)力位移計算。

(2)應采用彈性時程分析法進行整體補充計算。

根據(jù)《高規(guī)》要求，本工程采用的時程分析計算程序為PKPM系列的SATWE軟件，并采用PMSAP軟件進行對比分析。

本工程屬于純剪結(jié)構(gòu)，作為抗側(cè)力構(gòu)件的剪力墻，選用正確的結(jié)構(gòu)分析程序尤為重要。SATWE對剪力墻采用墻元模型來分析其受力狀態(tài)，這種模型的計算精度比薄壁柱單元高，所以我省大多數(shù)工程的結(jié)構(gòu)計算都選用SATWE程序。實際上就有限元理論目前的發(fā)展水平來看，用殼元來模擬剪力墻的受力狀態(tài)是比較切合實際的，因為殼元和剪力墻一樣，既有平面內(nèi)剛度，又有平面外剛度。實際工程中的剪力墻幾何尺寸、洞口大小及其空間位置等都有較大的隨意性。為了降低剪力墻的幾何描述和殼元單元劃分的難度，SATWE借鑒了SAP84的墻元概念，在四節(jié)點等參平面殼元的基礎上，采用靜力凝聚原理構(gòu)造了一種通用墻元，減少了部分剪力墻因墻元細分而增加的內(nèi)部自由度和數(shù)據(jù)處理量，雖然提高了分析效率，卻影響了剪力墻的分析精度。此外，從理論上講，如果對樓板采用平面板元或殼元來模擬其真實的受力狀態(tài)和剛度，對結(jié)構(gòu)整體計算分析比較精確，但是這樣處理會增加許多計算工作。在實際工程結(jié)構(gòu)分析中，多采用“樓板平面內(nèi)無限剛”假定，以達到減少自由度，簡化結(jié)構(gòu)分析的目的，這對于某些工程可能導致較大的計算誤差。SATWE對于樓板采用了以下幾種假定:(1)樓板平面內(nèi)無限剛；(2)樓板分塊平面內(nèi)無限剛；(3)樓板分塊平面內(nèi)無限剛，并帶有彈性連接板；(4)樓板為彈性連接板。對彈性樓板實際上是以PMCAD前處理數(shù)據(jù)中的一個房間的樓板作為一個超單元，內(nèi)部自由度被凝聚了，計算結(jié)果具有一定的近似性，某種程度上影響了分析精度。根據(jù)高規(guī)要求，本工程應采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內(nèi)力位移計算，由于PMSAP對剪力墻和樓板都采用了比較精確的有限元分析，單元模型更接近結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)，雖然數(shù)據(jù)處理量大大增加，但其分析精度卻比SATWE高。用PMSAP軟件對SATWE程序的計算結(jié)果進行分析、校核，是比較可信的。

SATWE和PMSAP兩個程序均采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，彈性時程分析法計算結(jié)果作為振型分解反應譜法的補充。

程分析主要結(jié)果匯總?cè)缦?

表1 結(jié)構(gòu)模態(tài)信息

表2 地震荷載(反應譜法)和風荷載下計算得到的結(jié)構(gòu)最大響應

多遇地震時彈性時程分析所取的地面運動加速度時程的最大值為35cm/s2。針對報告中提供的實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，根據(jù)08版抗震規(guī)范要求，本工程選擇了兩條天然波和一條人工波。這三條波的時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的65%，且三條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值亦大于振型分解反應譜法(以下簡稱CQC)計算結(jié)果的80%。由此可見本工程選擇的地震波是滿足規(guī)范及設計要求的。

SATWE和PMSAP時程分析的樓層剪力曲線如(圖1、圖2)所示。

圖1 SATWE時程分析樓層剪力圖

圖2 PMSAP時程分析樓層剪力圖

比較上圖振型分解反應譜法(CQC)計算的樓層剪力曲線圖，在大部分樓層基本能包絡時程分析曲線，僅電算34層以上CQC法計算樓層剪力略小于時程分析的結(jié)果。由此可見振型分解反應譜法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。設計中仍以振型分解反應譜法計算結(jié)果為主，并將34層以上部分指定為薄弱層，該部分樓層地震剪力予以放大。這一方案也得到了本工程超限高層審查與會專家的認可。

比較PMSAP和SATWE計算出的基底剪力非常接近，其余參數(shù)如周期、結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量、地震荷載和風荷載下計算得到的結(jié)構(gòu)最大響應位移、地震下的剪重比等都比較接近，說明用這兩個程序做計算分析是可以互相校核的。

3 抗震性能設計

本工程綜合考慮設防烈度，場地條件，房屋高度，不規(guī)則的部位和程度等因素，本工程只屬于高度超限的超高層建筑，且高度只超過A級而未超過B級，故將本工程預期抗震性能目標定位在“D”級，即為小震下滿足性能水準1的要求，中震滿足性能水準4的要求，大震下滿足性能水準5的要求。

普通的高層結(jié)構(gòu)抗震設計基于小振彈性設計，對于本超高層結(jié)構(gòu)作為主要承重構(gòu)件的剪力墻，尤其是底部加強區(qū)需要提高其抗震承載能力。根據(jù)抗震概念設計“強柱弱梁、強剪弱彎”的要求，剪力墻也需要有更高的抗震安全儲備，所以本工程剪力墻底部加強區(qū)采用中震設計。具體措施如下:

(1)根據(jù)安評報告中震設計的地震影響系數(shù)最大值采用0.23，不考慮與抗震等級有關(guān)的內(nèi)力增大系數(shù)(即剪力墻抗震等級定為四級)，不計入風荷載的組合效應。

(2)抗剪驗算按中震彈性設計，考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數(shù)，材料強度取設計值，考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)。計算結(jié)果作為剪力墻底部加強區(qū)水平筋的配筋依據(jù)。

(3)抗彎驗算按中震不屈服設計，不考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數(shù)，材料強度取標準值，不考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)。計算結(jié)果作為剪力墻底部加強區(qū)約束邊緣構(gòu)件豎向鋼筋的配筋依據(jù)。

本工程通過對關(guān)鍵構(gòu)件剪力墻底部加強區(qū)進行中震設計，即抗彎承載力按中震不屈服復核，抗剪承載力按中震彈性復核，結(jié)構(gòu)能滿足性能水準1、4的要求，預估結(jié)構(gòu)在大震作用下能滿足性能水準5的要求。各性能水準目標具體描述如下:

性能水準1:結(jié)構(gòu)在遭受多遇地震后完好，無損傷，一般不需修理即可繼續(xù)使用，人們不會因結(jié)構(gòu)損傷造成傷害，可安全出入和使用。

性能水準4:遭受設防烈度地震后結(jié)構(gòu)的重要部位構(gòu)件輕微損壞，出現(xiàn)輕微裂縫，其他部位普通構(gòu)件及耗能構(gòu)件發(fā)生中等損害。

性能水準5:結(jié)構(gòu)在預估的罕遇地震下發(fā)生比較嚴重的損壞，耗能構(gòu)件及部分普通構(gòu)件損壞比較嚴重，關(guān)鍵構(gòu)件中等損壞，有明顯裂縫，結(jié)構(gòu)需要排險大修。

4 結(jié)論

通過工程實例分析超高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設計工作，可以得出以下幾點結(jié)論：①PMSAP和SATWE計算結(jié)果的比較表明了SATWE計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設計是基本可靠的；②采用合理的方法對部分樓層剪力進行了調(diào)整，能夠有效確保工程抗震分析安全、可靠；③對剪力墻底部加強區(qū)采用中震設計，能夠滿足住宅建筑的抗震需要。

參考文獻

高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文第5篇

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震設計；梁剛度增大系數(shù)

我國高層建筑的結(jié)構(gòu)材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設計思想的不斷更新，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，尤其是在抗震設防地區(qū)，如何準確地對這些復雜結(jié)構(gòu)體系進行抗震分析以及抗震設計，已成為高層建筑研究領域的主要課題之一。近年來，許多科研和軟件設計人員對高層建筑結(jié)構(gòu)進行的大量的分析與研究，目前我國已有多種高層建筑結(jié)構(gòu)分析設計軟件。

但是，在建筑功能等要求復雜多樣化的今天，工程設計中經(jīng)常會遇到一些問題，如果簡單地直接應用設計軟件計算設計，可能會出現(xiàn)不必要的浪費，有的甚至造成工程事故，這就要求結(jié)構(gòu)工程師不斷積累經(jīng)驗，運用概念設計的原則，結(jié)合理論分析與試驗數(shù)據(jù)對具體工程一些特殊問題具體分析、具體處理。

1 工程概況

某大廈地處市中心地段，為市標志性建筑。整個建筑由酒店、商場、公寓和會堂四部分組成，總建筑面積13.5萬m2，分兩期工程進行設計建造。一期工程xx酒店為xx大廈的主體建筑，由四星級高級賓館及部分五層裙房組成，建筑面積為7.6萬m2，地下兩層、地上36層，建筑高度99.8m。五層以下為健身、娛樂、餐飲、購物等配套設施，面積較大， 6層主要為音樂茶室，7層為設備層，8-30層為賓館客房，頂層設觀景餐廳。

酒店主樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)筒外框架結(jié)構(gòu)體系，按7度抗震設防，建筑場地類別為II類，抗震設防類別為丙類，框架和剪力墻的抗震等級均按二級。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設計地震反應分析模型

此酒店工程為超限高層建筑，建筑高度為99.8m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土現(xiàn)澆內(nèi)筒外框架結(jié)構(gòu)體系。5層以下面積較大，其中地下1, 2層為設備用房，地上1-5層為健身、娛樂、餐飲、購物等配套設施。6-31層為標準層，其中7層為設備層，其余層為賓館客房。頂層設觀景餐廳。

針對該工程實際情況，經(jīng)多方分析研究，在工程計算中采用了中國建筑科學研究院編制的“高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序TBSA”進行計算，采用清華大學建筑設計研究院編制的“空間結(jié)構(gòu)通用設計系統(tǒng)TUS”和中國建筑科學研究院編制的進行復核驗算。中國建筑科學研究院編制的“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)二維分析與設計軟件TAT”采用二維空間模型，剪力墻采用薄壁柱單元模擬，梁、柱采用空間桿系單元模擬，可用于分析復雜體型結(jié)構(gòu)，比較真實地反映結(jié)構(gòu)的受力性能。對復雜體型結(jié)構(gòu)可進行地震作用下的平動和扭轉(zhuǎn)禍聯(lián)分析，考慮豎向荷載、風荷載和地震荷載在不同工況下的內(nèi)力組合。可模擬施工過程，進行豎向荷載作用下的施工模擬計算，解決一般程序中一次性加載時對柱子軸向變形估計過大而引起的誤差問題，可真實地反映結(jié)構(gòu)受力性能。該程序假定樓板在平面內(nèi)為無限剛性的，平面外剛度為零，但對跨層柱等空曠結(jié)構(gòu)可以定義彈性節(jié)點而不考慮樓板的作用。下面介紹的均為采用“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)二維分析與設計軟件TAT”對新益酒店結(jié)構(gòu)進行空間受力分析的計算過程及結(jié)果。圖1為酒店空間有限元模型圖。

圖1酒店空間有限元模型圖

3 初步設計階段結(jié)構(gòu)動力特性分析

進入初步設計階段后，首先按方案階段確定的結(jié)構(gòu)布置進行計算分析。計算模型取自0.000至塔頂，假定樓板為平面內(nèi)剛度無限大。采用“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)二維分析與設計軟件TAT”計算的結(jié)構(gòu)前15階自振周期列于表1。

表1結(jié)構(gòu)前15階自振周期表/s

其中，T1=3.696s為Y方向平動周期;T2=2.636s為X方向平動與扭轉(zhuǎn)禍聯(lián)周期; T3=2.473s為X方向平動周期。X方向為結(jié)構(gòu)平面的長軸方向，即縱向;Y方向為結(jié)構(gòu)平面的短軸方向，即橫向。

X方向(縱向)底層剪重比為1.816%，二層剪重比為1.887%;Y方向(橫向)底層剪重比為1.538%，二層剪重比為1.600%。

從表1可以看出，結(jié)構(gòu)X方向(縱向)自振周期及地震力基本正常，而結(jié)構(gòu)Y方向(橫向)自振周期偏長、結(jié)構(gòu)剛度偏低，對應于水平地震作用的剪力較小(底層剪重比為1.53 8%

表2增加剪力墻后結(jié)構(gòu)前15階振型周期表/s

從表2計算結(jié)果不難看出，結(jié)構(gòu)Y方向(橫向)自振周期及結(jié)構(gòu)剛度基本趨于正常，對應于水平地震作用的剪力加大(底層剪重比為1.602%> 1.6%)結(jié)構(gòu)的抗震能力得到加強，整個建筑結(jié)構(gòu)方案更加安全合理。

4框架層間剪力的調(diào)整

酒店是在2007年9月開始設計，而當時執(zhí)行的《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)程》（JGJ3-91)中規(guī)定，對于框架承擔的地震總剪力Vf

按《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)程》C JGJ3-91)的方法，TAT計算結(jié)果:0.2Qox=4079. 5 kN,1.5Vxmax=3818.9 kN;0.2Q0=3538.9 kN,1.5Vymax=5701.4 kN;程序自動地計算出了各層的框架剪力調(diào)整系數(shù)，并以此對全樓各層框架剪力進行調(diào)整。

通過分析，采用下列方法進行框架剪力調(diào)整:

(1)對5層以下按規(guī)范要求進行調(diào)整。根據(jù)TAT計算結(jié)果有: 0.2Qox=4079.5kN, 1.5Vxmax=3818.9kN; 0.2Qoy=3538.9 kN，1.5Vymax=5701.4 kN; X向基準數(shù)據(jù)為1.5Vxmax=3818.9kN,Y向基準數(shù)據(jù)為0.2Qo=3538.9 kN。

(2)對于6-31層采用人為干涉，首先計算第六層層間總剪力的0.2倍和6-31層各層框架部分承擔的層間剪力最大值的1.5倍，然后取二者較小值作為剪力調(diào)整的標準，6-31層層間框架剪力小于此標準的按此標準調(diào)整，大于或等于此標準的按計算值。根據(jù)TAT計算結(jié)果對于6-31層有:0.2Q0x=3182.7kN, 1.5Vxmax =3034.7 kN; 0.2Qoy=2731.3 kN, 1.5Vymax =4583.6 kN; X 向基準數(shù)據(jù)為1.5Vxmax=3034.7 kN,Y向基準數(shù)據(jù)為0.2Qo=2731.3 kN。

(3)至于地下部分和32層以上部分則不進行剪力調(diào)整。

5 現(xiàn)澆樓面梁的剛度增大系數(shù)

在酒店結(jié)構(gòu)分析計算中，針對上述問題，采用不同樓面梁剛度增大系數(shù)分別進行計算，對計算結(jié)果進行了認真的分析比較，最后采用了比較合理樓面梁剛度增大系數(shù)進行結(jié)構(gòu)設計。