高层建筑结构设计篇1

前 言

建筑发展到今天，错层结构对提升建筑的品味有着不可替代的作用，因而它在工程中的应用越来越广泛了。所谓错层结构是指在建筑中同层楼板不在同一高度，并且高差大于梁高（或大于500mm）的结构类型。

对于错层结构，一般认为其不利因素有两个方面：第一，由于楼板分成数块，且相互错置，削弱了楼板协调结构整体受力的能力；第二，由于楼板错层，在一些部位形成竖向短构件，使受力集中，不利于抗震。前者由于错层楼板的相对变位，所以在错层构件中产生很大的变形能力；后者则有可能在同向受力中由于错层构件刚度大，而产生内力集中。

错层结构中的竖向短构件往往容易被忽视，尤其是错层程度较小时。而实际上，当错层形成竖向短构件时，其脆性剪切破坏是非常危险的。如果不加以重视，当建筑遭遇地震灾害时，危害是灾难性的。下面对高层建筑中的错层结构设计做以下介绍：

一、错层结构的难点分析：

1、错层结构楼板不连续，在没有楼板的区域内，存在越层构件和不受梁板约束的自由节点，使内力计算十分复杂。

2、错层结构的各层楼板布置不均匀、不对称，各相邻楼板的质心和刚心严重偏置，会发生较大的扭转效应。

3、错层结构引起楼层概念模糊，使以层模型为基础的计算分析参数与实际情况不符。

4、错层结构的层高不一致，造成了各层刚度和延性的不同，使部分竖向构件承担更多的地震作用，形成延性较差的短柱和矮墙等，对结构抗震十分不利。

二、错层结构的模型输入：

1、对于局部框架错层结构：利用修改梁节点标高的方式输入错层梁，利用梁确定错层楼板的标高和范围。

2、对于大范围框架错层结构：增加标准层，以楼板为界，将错层划分为多个楼层输入。

3、对于剪力墙错层结构：增加标准层，没有楼板之处将楼板开洞或将楼板厚度设置为0。洞口产生的连梁采用框架梁输入，墙只布置到洞边，梁的高度可以大于层高。但当错层高度较小或错层体量较小时，合并楼层处理，注意保证连梁的高度不变，在错层的交接面进行加强处理。

三、错层结构的内力计算：

1、错层结构计算时，错开的楼层应各自作为一层进行分析。错开的楼层不应归并为一个刚性楼板，计算分析模型应能反映错层影响。

2、对于由于错层引起的短柱或矮墙受力特别复杂，宜发生脆性破坏，所以要特别予以加强。在设防烈度地震作用下，错层处竖向构件的截面承载力宜满足设防烈度地震（中震）作用下性能水准2的设计要求。

3、错层结构属于复杂多高层结构，抗震设计时宜计入“双向地震作用”，若为高层则应考虑“偶然偏心”的影响，复杂高层结构，双向地震必算。

4、由于错层结构易形成狭长板带，因此在进行结构的内力和配筋设计时宜将楼板定义为弹性膜，同时宜相应增加振型数，以保证结构有效质量系数大于0.9。

5、错层结构的楼层承载力和薄弱层判断都有问题，因此建议所有错层的楼层都定义为薄弱层，乘以1.15的增大系数。错层的层间刚度比是没有意义的。

6、错层柱轴压比控制应适当从严，柱箍筋应全长加密。

7、SATWE软件在计算错层结构时，会在错层的柱和墙处施加水平力。

8、错层结构的层间位移角需要手工计算，取错层上下节点位移相减后除以错层高。

9、非刚性板假定下，SATWE程序能够自动识别错层柱的计算长度系数。但若强制执行刚性板假定，则SATWE程序计算柱计算长度系数时取楼层层高。

四、错层结构的抗震措施：

1、错层结构不宜层层错，宜每隔3~4层设置一贯通层。贯通层楼板应按加强层楼板设计，板厚不宜小于150mm，双层双向配筋。

2、错层处剪力墙宜布置成L形、T形、工字形、槽形等，即剪力墙尽量带翼缘或有翼墙。

3、错层结构中宜布置贯穿全楼的剪力墙核心筒，且核心筒的位置宜尽可能布置在错层处。如电梯井尽量布置在偏置于有错层的位置，靠近错层处。

4、剪力墙在错层处最好不开洞，或开到错层以上。

5、错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度都相近的结构体系，楼板错层处宜用同一钢筋混凝土梁将两侧楼板连成整体，此时梁腹水平截面宜满足因错层产生的水平剪力的要求，必要时可将梁截面加腋，以传递错层的水平剪力。结构计算时若两侧柱高不等，则应考虑两侧柱抗侧刚度不同时引起的影响。

6、错层处框架柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，箍筋应全柱段加密，可采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱以提高构件的抗震性能。框架柱的抗震等级应提高一级，若原为特一级可不再提高。

7、在错层位置，平面内和平面外，均宜设置可靠的抗侧力的剪力墙，剪力墙的厚度不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱。错层处剪力墙的抗震等级均应提高一级，混凝土强度等级不应低于C30，墙体水平及竖向分布筋配筋率不应低于0.5%。

五、结束语

错层结构对于建筑方案来讲是种很好的技术手法，但对于结构抗震却非常不利，特别在高层建筑中的应用更要慎重。因而结构专业碰到错层结构时应尽可能回避，如错层楼板高差不大于梁高或小于500mm的结构，可以按平层设计。如果必须做错层，那么就尽量减少错层的范围和错层的楼层数，以减少错层部位对整体结构的影响。最后如果回避不了，那么就加强抗震措施，用提高构件自身的抗震能力来抵抗楼板错层带来的不利影响。

参考文献

高层建筑结构设计篇2

信息越来越发达、人们生活节奏也越来越快，而变化的不仅仅是人们的生活方式，社会所有领域都发生着深刻的变化。我国正在进行城镇化进程，漫步于城市之中，你往往会看到好多工地，而且这些现象在一线城市和正在兴起的城市更为明显。有一个现象或许我们已经感觉到了，就是我们在一线城市核心区买新建住宅的时候，往往很难找到几层楼高的房产了。究其原因，或许是和现在土地寸土寸金、开发商拿地成本很高有关。高层建筑大量的出现在建设规划中，稍微有点专业知识的人都清楚，高层建筑考虑的问题很多，其中结构设计应该成为需要首要考虑的问题之一，因为高层建筑的高度在显现了其较普通建筑更为强大的使用功能外，也对其结构提出了更高的要求。下面，结合笔者工作实际，谈谈从高层建筑的结构特性的角度应该考虑的一些东西。

1 高层建筑结构设计的特点

1.1 设计富有技术性和专业性

我们都知道：高层建筑和多层建筑来说，在功能上和设计上会有很大的不同，这是因为对于高层建筑而言，它们的结构设计关系到它的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。

1.2 水平荷载成为决定因素

水平力在所有建筑结构选择和设计中都是最重要的因素，对于高层建筑来说更是如此，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在建筑结构中起到的作用也随之增大。从专业角度讲，一方面，建筑的自重和露面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，它与建筑高度的一次方成正比；从另一个角度来看，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，楼房的高度从竖向荷载来说一般情况是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

1.3 承载力设计需要基础

在高层建筑结构选择和设计上，必须要保证它的承载力基础，特别是要注重刚度的加强，以抵抗侧向力。结构侧移是高层建筑结构设计的关键因素，这是余较低楼房不同的地方。建筑物层数的增加，使得每多一层其侧向力都会发生很大的变化，所以建筑物特别是高层建筑物需要控制水平荷载因素。

1.4 其他关键因素更需关注

第一是高层建筑的抗风因素，需要要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。第二是高层建筑的抗震要求，应该在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。第三个是高层建筑的地基情况，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。

2 高层建筑结构设计需要关注的问题

2.1 选择合理的结构设计方案

合理的结构设计方案是高层建筑结构设计中需要首要考虑的问题，特别是几个关键因素，比如：结构类型、荷载分布情况、施工条件、地基潜力、相邻建筑物影响等，都需要在设计上分别有针对性的加以考虑。同时，还应考虑到相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系。在首要考虑问题的基础上，还需要考虑地理条件、工程设计需求、施工条件、材料等因素综合分析基础上，加之包括水、暖、电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

2.2 充分考虑设计施工经济性

安全、适用、经济是结构设计的三要素。三个要素之间既有层次关系又相互平衡和制约。在满足前两个要素的前提下，就要考虑如何实现结构造价的经济性问题。直接经济指标一般采用结构造价百分比、单位面积结构综合造价或者单位面积材料用量（如钢材、钢筋和混凝土）。对于高层建筑而言，我们还需要考虑它的施工周期长、投资回收慢、竖向构件面积大等特点，这些都需要用到间接指标，比如：竖向构件占楼层面积比、施工可建性、社会效应、楼层净高等。具体地讲：首先，在超高层建筑中，风荷载是主要水平控制荷载，因此，减小风荷载是最有效的措施之一。其次，提高抗侧力结构的效率是节约材料用量的有效途径；不同材料的有机组合也可发挥材料各自的优点，降低结构综合造价。最后，确定合理的设计性能指标，既确保结构安全，又能满足经济要求。

高层建筑结构计算需要精细化，如果出现误差那将会引起建筑物因结构问题而发生的事故。所以，首先需要选择合理的计算简图，特别是针对结构节点的复杂性，确保其计算误差控制在规定的范围内。另外，需要充分运用各种计算机软件，充分利用软件进行校对并进行合理判断，从而得出准确结构。

参考文献

[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010，（2）.

[3]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011，（1）.

[4]钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D].重庆大学，2006.

高层建筑结构设计篇3

随着我国社会经济的快速发展，高层建筑在城市化建筑中的比例也越来越大。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量日渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

1 高层建筑结构设计的原则

1.1选用适当的计算简图

结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案

基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择结构方案

一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系[1]。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果

在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、 条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施

结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响[2]。此外，还要注意按对称、均匀、规整原则考虑平面和立面的布置；综合考虑抗震的多道防线；尽量避免薄弱层的出现；正常使用极限状态的验算都需要概念设计做指导。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.2 结构延性是重要设计指标

相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力, 避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.3 水平荷载成为决定因素

一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题

在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变[3]。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.2 短肢剪力墙的设置问题

在新规范中，对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中， 结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上， 结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如: 嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.4 结构的规则性问题

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如: 平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4 结语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析，运用掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

参考文献

高层建筑结构设计篇4

结构要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑建设的各项事宜等。其主要特点有：

1、水平荷载成为决定因素

任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，但水平荷载却起着决定性的作用。随着高层建筑层数的增多，水平荷载成为结构设计中的控制因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中产生作用，而水平荷载也对结构产生倾覆作用，并由此产生高层建筑在竖构件中的作用力；另一方面，对高层建筑来说，竖向荷载和地震作用，也随建筑结构动力特性而发生大幅度的变化。

2、抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

高层建筑结构的分析

1. 轴向变形不容忽视对于高层建筑结构，由于层数多，高度大，轴力值很大，沿高度积累的轴向变形很显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。对连续梁弯矩的影响：由于中柱和边柱的轴向压缩变形不同，往往会使连续梁中间支座处的负弯矩值及跨中正弯矩值和端支座负弯矩发生变化。对构件剪力和侧移的影响，在考虑竖向杆件轴向变形与不考虑竖杆件轴向变形相比较，各构件水平剪力和侧移都会产生很大的误差。由此可见，在进行高层建筑结构设计时，构件的轴向变形必须列入到设计考虑的范围中来。

2、弹性假定

目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况，但是在遭受罕见地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，结构进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

3、刚性楼板假定

许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论提供了便利。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或层数较少等情况，会使楼板变形较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

三、高层建筑结构选型

3、1高层建筑结构体系选型

高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。

3、2剪力墙结构体系

剪力墙结构中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙组成，剪力墙不仅承受重力荷载作用，而且还要承受风，地震等水平荷载的作用。同框架结构相比，该结构测向刚度大，侧移小，属于刚性结构体系。从理论上讲，它可建造上百层的民用建筑（如朝鲜平壤的柳京大厦）；但从技术经济的角度来讲，地震区的剪力墙一般控制在35层，总高110米为宜。由于剪力墙的间距比较小，一般为3~6米，所以建筑平面布置不够灵活，使用受限制。

3、3筒体结构体系

凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体一框架、简中简、多束简等多种型式。简体是一种空间受力构件，分实腹简和空腹简两种类型。实腹简是由平面或曲面墙围成的二维竖向结构单体，空腹简是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。简体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

四、高层建筑结构设计应注意的问题

1、提倡节约

我国是发展中的国家，还是要尽量提倡节约， 目前我国规范中的构造要求，并非都比外国低。有的已经超过。外国大企业在北京买了按我国规范设计的大楼，说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论，应注意不要引起误导，千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪费。实践已经证明，现行规范安全度是可以接受的，这是重要的经验，不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化，国家经济实力增强和住宅制度改革现状，可以将现行

设计可靠度水平适当提高一点，这样投入不大，却对国家总体和长远利益有利。

2、考虑受力性能

对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

3、提倡使用概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题巾，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一

高层建筑结构设计篇5

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1 高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简图:结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当会影响结构的安全性，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。结构设计应满足相应的构造措施。结构的节点不是纯粹的铰结点和刚结点，其与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型与载荷分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案。设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择结构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协调，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多个方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计人员应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷等均会影响计算结果的准确性，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”；注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度（尤其是钢筋的直段锚固长度），考虑温度应力的影响力等。 2 高层建筑结构设计的特点

2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向荷载很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取适当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高层规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未能通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为4～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构设计人员应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计人员往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个问题都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.4 结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构设计人员在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4 结语

总之，钢筋混凝土高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，从而要求设计人员应根据具体情况进行具体分析，利用掌握的知识处理结构设计过程中遇到的各种问题。以上只是笔者在结构设计过程中对一些问题的浅薄认识。

参考文献：

[1]梅洪元，付本臣． 中国高层建筑创作理论发展研究[R]．

高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2002。

[2]赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004。

[3]于险峰．高层建筑结构设计特点及其体系[J]． 建筑技术，2009（24）。

高层建筑结构设计篇6

当前高层建筑结构设计工程师面临的一个首要问题就是怎样才能设计出安全、舒适、经济、美观，并能满足人们精神及物质生活要求的高层建筑。因此，对高层建筑结构设计要点的熟练掌握，是高层建筑结构设计人员的必备基本素质。笔者将多年从事高层建筑结构设计的经验做了一个总结，提出了高层建筑结构设计中一些需要注意的问题，并对高层建筑结构设计的体系作了分析，以供参考。

1 高层建筑结构设计的特点分析

1.1 水平荷载是高层建筑结构设计当中的决定因素

高层建筑所承受的楼面荷载及其自身重量于竖向构件当中的弯矩及轴力数值与高层建筑的实际高度成正比；高层建筑结构中倾覆力矩的产生与水平荷载相关，结构的轴力也由竖向构件所引起，倾覆力矩及轴力都与高层建筑本身的实际高度成正比；对于具有特定高度的建筑来说，竖向荷载在一般情况下是一个定值；而高层建筑结构中的水平荷载数值由结构动力的特性决定，随动力特性变化而变化，尤其是水平荷载当中的风荷载。

1.2 轴向变形在高层建筑结构设计当中是不可忽视的因素

如高层建筑所承受的竖向荷载值较大，可引起柱中出现轴向变形的现象，且幅度较大，从而影响连续梁的弯矩，对连续梁中部的支座处负弯矩值产生了减小作用，而对端支座的负弯矩值及跨中正的弯矩值则是产生了增大作用。较大的竖向荷载值还会影响预制构件下料的长度；在这样的情况下，就需要以轴向变形作为依据的计算值，调整下料长度。此外，竖向荷载值对构件侧移及剪力产生的影响也不可忽视，因其与构件竖向的变形相比较考虑，会产生与不安全结果不相符合的现象。

1.3 侧移是高层建筑结构设计中的控制指标

高层建筑与低矮的楼房不一样，高层建筑结构设计工作中，关键的影响因素为结构侧移；随建筑本身实际高度的增大，水平荷载之下的建筑结构侧移的变形会迅速增大。可以发现，在水平荷载的作用下，需要对结构侧移进行控制，使其保持在一定的限度之内。

1.4 结构延性为高层建筑结构设计的重要指标

高层建筑的结构要比低矮楼房的结构更柔，在地震的作用下，出现的变形幅度会更大，减少了倒塌的现象。在高层建筑的构造方面可采取相应的措施，使之进入到塑性变形的阶段后，仍具有足够延性，保持较强变形能力。

2 高层建筑结构设计体系分析

2.1 剪力墙-框架体系的设计

在高层建筑结构中的框架体系刚度及强度均不能达到要求时，常常需要在高层建筑的平面内适当的位置，建立剪力墙以代替结构中的部分框架，将剪力墙-框架结构体系应用于结构设计当中[3]。当建筑物承受来自水平方向的压力时，剪力墙及框架可以通过刚度足够强的连梁及楼板共同组成相互协同结构工作体系。在剪力墙-框架设计体系中，承受来自垂直方面荷载的主体为框架体系，水平剪力的承受主体为剪力墙；在剪力墙-框架体系中，位移曲线为弯剪型。结构侧向的刚度由于剪力墙的作用而增大，建筑在水平方向上的位移得以减小；框架所承受的水平方向上的剪力出现明显下降的趋势，竖向的内力分布变得均匀。

2.2 剪力墙结构体系的设计

剪力墙结构体系是指由平面的剪力墙结构组成的建筑主体受力结构。在剪力墙结构体系当中，全部的水平力及垂直荷载由单片的剪力墙所承受。剪力墙结构体系是一种刚性的结构，位移曲线是一种弯曲型结构。剪力墙结构体系的刚度及强度均相对较高，具有一定延性，在传力时具有直接及均匀的优点，整体性好，且抗倒塌的能力较强，不失为一种优良的建筑结构体系，其可建的高度一般大于剪力墙-框架体系。

2.3 筒体结构体系

筒体结构体系指的是以筒体作为抗侧力的构件建筑结构体系，筒体结构体系主要包括筒体-框架、单筒体、多束筒及筒中筒等其他多种形式。可将筒体分为空腹筒及实腹筒两个大类。筒体为空间受力的结构构件与三维竖向的结构单体，由曲面墙或平面墙围成；也可由窗裙梁、密排柱及开孔钢筋外墙等构成。筒体结构体系的强度及刚度均相对较高，在大空间、大跨度等特殊类型的高层建筑中被广泛应用

3 高层建筑结构设计的基本假定分析

由剪力墙及简体框架组成了高层建筑主体结构，组成的方式为平楼板水平连接。因此，在三维空间中精确及完善的分析高层建筑结构设是存在难度的，特别是不同的实用分析方法，要引入不同程度的简化计算模型。以下四种假定是高层建筑结构设计中比较常见的计算模型。

3.1 小变形基本假定

在一般情况下，小变形基本假定在高层建筑结构设计分析中被应用得最多。很多从几何方面入手的研究人员对P—效应进行了详细研究，并得出以下注意事项：在建筑高度与顶点的水平位移的比值大于0.2%的情况下，需高度重视建筑结构受到P—效应影响的程度。

3.2 刚性楼板基本假定

在分析高层建筑结构设计时，存在的问题主要是过于注重平面内刚度，而忽视了平面外刚度。采用刚性楼板基本假定的分析法不仅能将结构的位移自由度减少，计算的方法简化，而且能为筒体结构空间薄壁的杆件理论创造良好的计算及使用条件。在一般的情况下，在剪力墙结构体系及框架结构体系当中运用刚性楼板基本假定是可行的。但是，就竖向刚度结构出现突变的情况而言，受到楼板变形的影响较大，如有些楼板的层数不多、刚度不大及抗侧力构件的间距过大等情况，尤其是结构底部及每层顶部内力的影响更为显著。对于以上问题，要采取一些适当的调整措施进行解决。

3.3 弹性基本假定

目前，在高层建筑结构设计的分析方法当中，弹性基本假定

计算方法被运用的范围较广。尤其在垂直荷载的计算当中，因高层建筑结构长时间处于弹性的工作阶段，实际工作情况与弹性基本假设的情况相吻合。但如果遭到较严重的自然灾害，如较大强风及地震等，建筑结构会因较大的位移幅度而产生裂缝，从而进入到弹塑性的工作阶段。在这样的情况下，为了能使高层建筑结构状态得到真实的反应，只能在结构设计中运用弹塑性分析方法。

3.4 计算图形基本假定

高层建筑结构设计中三维空间的分析方法主要为计算图形基本假定。二维协同分析没有将侧力构件中公共的节点在外位移纳入到分析的范围当中；侧力构件外的刚度及扭转刚度并没有受到高度重视。分析精通杆的三维空间中每一节点时，自由度只有六个，不足以完成分析，使用计算图形基本假定分析法，可以弥补这一缺陷。

4 结束语

高层建筑的快速发展增加了对其力学及结构分析模型等方面的诸多要求。因此，寻找新的结构设计形式与正确的力学分析模型，是当前高层建筑结构设计工作人员的主要奋斗目标；只有找到新型建筑结构设计形式与正确的力学分析模型，才能使高层建筑获得更好的发展。

参考文献

高层建筑结构设计篇7

高层建筑结构的布置原则与要求 1.1 结构平面布置 平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大,会加大端部构件的位移,导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大,可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断,还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形,其比值超过1.1者,可以认为扭转太大而结构不规则。 高层建筑不应采用严重不规则的结构布置,当由于使用功能与建筑的要求,结构平面布置严重不规则时,应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑,简单、规则、对称的原则尤为重要。 1.2 结构立体布置 结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。 规则,主要是指体型规则,若有变化,亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变,将使地震时某些变形特别集中,常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。 均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀,以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小,自下而上逐渐减小。下层刚度小,将使变形集中在下部,形成薄弱层,严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化,也应下大上小逐渐变化,不应发生过大的突变。上不楼层收进使得体型较小的情况经常发生,但是对于收进的尺寸应当限制。收进的部位越高,收进后的平面尺寸越小,高振型的影响明显加大。如果上部楼层外挑,造成“头重脚轻”的状况,将使扭转反映明显加大,竖向地震影响也明显变大。

高层建筑安装施工的协调与配合1内部协调与配合怎样搞好内部协调与配合，实际上是一个怎样处理好内部各专业之间的矛盾，以及各专业与总体要求之间的矛盾。首先，应从书面资料入手，对本专业图纸、会审纪要、工艺标准、质量要求等加以熟悉，做到心中有数。其次，从技术方面讲，搞好各专业协调配合，一定要把好熟悉图纸、认真会审、内部会审、内部技术协调的关口，务必保持解决问题的渠道畅通无阻。再者，高层建筑楼高、层数多、场地窄、专业交叉施工密度大，与工业建筑、一般民用建筑相比，其作业面尤为狭窄，难以满足在有限的作业面内各专业施工同步展开。2外部协调与配合外部协调与配合主要指土建单位、装修单位的专业之间的协调配合。就高层建筑整体而言，土建和安装构成了躯干和内脏；装修则是为其着装打扮。根据高层建筑的特点，土建、装修施工阶段划分为：①砼结构施工；②砌体建筑施工；③初级装修施工；④二次装修施工。既然土建、装修、安装均作为高层建筑的有机组成部分，故其彼此间必然存在着密切的联系，实际是相辅相成、缺一不可的关系。但作为一个独立项目，又有各自的运行规律，只有掌握了这些规律，并了解其间的内在联系，才能有理、有序、有效地搞好各项目之间的协调与配合。对于安装施工来讲，从整体看，其成品可以说是依附于土建的半成品或成品之上，它们之间的交叉配合贯穿于整个施工过程，且配合密集处主要在“暗”处，如砼结构、砌体内管井等；而装修与安装施工的交叉配合，主要集中在“明”处，如墙面、天花板等。高层建筑安装施工的协调与配合涉及面十分广泛，可以说，它本身就是一项系统工程。要搞好这项工程，必须通过了解工程对象，掌握工程特点，从而采取相应措施，保证内外工种相互协调与配合，确保质量与进度，全面完成工程任务。高层建筑结构设计中的侧移和振动周期分析建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。（1）结构自振周期高层建筑的自振周期（T 1）宜在下列范围内：

框架结构：T1=（0.1―0.15）N框一剪、框筒结构：T1=（0.08-0.12）N剪力墙、筒中筒结构：TI=（0.04―0.10）NN为结构层数。结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：第二周期：T2=（1／3―1／5）T1；第三周期：T3＝（1／5―1／7）T1。（2）共振问题当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。（3）水平位移特征 水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。位移限值、剪重比及单位面积重度（1）位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移（包括层间位移和顶点位移）是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大（或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡），以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。（2）剪重比及单位面积重度结构的剪重比（也即水平地震剪力系数）λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标。其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024.0.040；扭转效应明显或基本周期

参考文献

高层建筑结构设计篇8

1.1概念设计的意义

高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。

1.2概念设计的依据

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

2高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

2.1水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2.4轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

2.5结构延性是重要设计指标。

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3高层建筑结构设计的几个问题

3.1高层建筑结构受力性能

对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

3.2高层建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。

在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

3.3高层建筑结构设计中的侧移和振动周期

建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。

(1)结构自振周期

高层建筑的自振周期(T1)宜在下列范围内：

框架结构：T1=(0.1—0.15)N

框一剪、框筒结构：T1=(0.08-0.12)N

剪力墙、筒中筒结构：TI=(0.04—0.10)N

N为结构层数。

结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：

第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。

(2)共振问题

当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

(3)水平位移特征

水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。

3.4位移限值、剪重比及单位面积重度

高层建筑结构设计篇9

1.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

1.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

1.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

1.4 结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

2、高层建筑结构分析的基本假定

2.1 弹性假定。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，往往会产生较大的位移，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

2.2 小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题（P-效应）进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值/H>1/500时，P-效应的影响就不能忽视了。

2.3 刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。

2.4 计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：①一维协同分析。②二维协同分析。⑧三维空间分析。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。

3、高层建筑结构体受力特点分析

3.1 框架-剪力墙结构。框架一剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。

3.2 剪力墙结构。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。

3.3 简体结构。筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。

4、高层建筑结构设计的要点分析

4.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

4.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

4.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

4.4 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

4.5 合理选择结构方案：一个合理的设计必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

4.6 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

高层建筑结构设计篇10

前言

结构工程师应以力学概念和丰富的工程经验为基础，从结构整体和局部两个方面对计算结果的合理性正确判断计算结果，确认其可靠后，方可用于工程设计。高层建筑结构设计、计算是一项复杂的工作，它要结构设计人员既要有扎实的理论功底，又要有丰富的工程经验，这样设计出来的建筑物才能达到既安全、可靠，又经济、合理。

一、高层建筑结构设计要点

1、结构选型

对于高层建筑结构而言, 在工程设计的结构选型阶段,应注意以下几点:

（1）结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动, 新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如: 平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等, 而且, 新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。” 因此, 结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意, 以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

（2）结构的超高问题。在抗震规范与高规中, 对结构的总高度都有严格的限制, 尤其是新规范中针对以前的超高问题, 除了将原来的限制高度设定为A 级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑, 因此, 必须对结构的该项控制因素严格注意, 一旦结构为B级高度建筑或超过了B 级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中, 出现过由于结构类型的变更而忽略该问题, 导致施工图审查时未予通过, 必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况, 对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

（3）嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防, 嵌固端有可能设置在地下室顶板, 也有可能设置在人防顶板等位置, 因此, 在这个问题上, 结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面, 如: 嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题, 而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

（4）短肢剪力墙的设置问题。在新规范中, 对墙肢截面高厚比为5~ 8的墙定义为短肢剪力墙, 且根据实验数据和实际经验, 对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制, 因此, 在高层建筑设计中, 结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙, 以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

2、地基与基础设计

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行, 同时, 也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素, 因此, 在这一阶段, 所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。

在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广, 地质条件相当复杂, 因此, 作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确, 所以, 在进行地基基础设计时, 一定要对地方规范进行深入地学习, 以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

3、结构计算与分析

在结构计算与分析阶段, 如何准确, 高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理, 是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进, 因此, 对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识。

(1)结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有: SATWE、TAT、TBSA等, 但是, 由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异, 因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以, 在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件, 并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的, 哪个又是意义不大的, 这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则, 如果选择了不合适的计算软件, 不但会浪费大量的时间和精力, 而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

（2）是否需要地震力放大, 考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及, 只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

（3）振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念, 并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中, 并未提出振型参与系数的概念, 或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求, 因此, 在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断, 并决定是否要调整振型数目的取值。

共振问题。随着大底盘, 多塔楼的高层建筑类型大量涌现, 在计算分析此类高层建筑时, 是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算, 还是将结构人为地分开进行计算, 是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大, 就有可能出现即使振型参与系数满足要求, 但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大, 从而使结构出现不安全的隐患。此外，当建筑场地发生地震时, 如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近, 建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期, 通过调整结构的层数,选择合适的结构类别和结构体系, 扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别, 避免共振的发生。

非结构构件的计算与设计。在高层建筑中, 往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容, 尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时, 由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大, 因此, 必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

二、工程概况

1、某高层住宅楼位于市中心的繁华地段，总建筑面积约20 万m2。由五幢高层住宅楼组成,地下部分2 层,底层架空、无裙房;2 层以上为住宅。五幢高层建筑下的2 层地下室连为一体。五幢高层结构平面体型较不规则,建筑结构长宽比3.7～6.9,高宽比5.4～10.3。本工程为丙类建筑, 工程的结构安全等级为二级,采用大直径钻孔灌注桩、桩筏基础。

工程位于较高抗震设防烈度区,同时又是高风压地区,抗震设防烈度为六度(0.15g),Ⅱ 类场地,建筑基本风压值为0.70kN/m2。

2、结构体系的确定

根据建筑功能的使用要求, 本工程为高尚住宅区,底层架空为酒店式大堂,并引入室外景观造景,为此,建筑对底层柱及剪力墙的布置位置有严格的要求,上部住宅部分要求室内方正实用。为了满足上述的要求,本工程采用框支剪力墙结构,在二层楼面设置转换层。因上部墙体多数无法直接落地或落于框支梁上,因而采用了箱高为230cm 的箱形转换结构。利用箱体增加转换层的整体刚度,同时箱体的上下层板又增加了框支梁的抗扭性能。配合建筑使用功能合理布置抗侧力构件, 以合理控制结构的总体刚度,使之既满足抗震要求又满足抗风的要求。将核心筒剪力墙落地,在建筑物及局部突出部位设置70-90cm 厚的L 型剪力墙, 避免出现独立框支角柱,同时将中部部分剪力墙落地,以保证落地剪力墙的数量,满足上下刚度比的要求。本工程结构体系复杂并采用箱形转换,存在高宽比及长宽比超限等问题,进行了超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

3、计算分析

（1）计算程序的选用

本工程属于结构体系复杂的高层建筑,结构设计采用两种软件分析计算; 一种是PKPM系列的SATWE 程序该程序采用墙元模拟剪力墙,是国内应用比较广泛的软件之一。同时另采用体单元模型的ANSYS 有限元分析软件进行复核。

（2）程序使用的注意事项

a在平面输入时应正确指定转换构件,确保程序计算时能按相关规范规定,对转换构件在水平地震作用下的计算内力进行放大,对框支柱的水平地震剪力进行调整等。

b对于一字型墙肢出现与其平面外方向的楼面梁连接时,为抵抗梁端弯矩对墙的不利影响, 在程序计算中将梁与墙相交处作铰接处理,减少梁对墙产生的平面外弯矩。此时,在墙与梁相交处设置暗柱,并按计算确定其配筋。

c剪力墙之间的连结梁应根据具体情况

指定为连梁或框架梁。对一端或两端与剪力墙相交的梁会在程序中默认为连梁,计算中程序会对其刚度进行折减后再计算其内力;而对跨高比较大(>5)的连梁,其受力模式接近框架梁,此时应将该类梁人工定义为框架梁,以求内力分析的准确。

4、结构分析的主要结果

本工程以最不利的一幢(即北楼三)的计算结果。

（1）ANSYS 程序计算结果见表1；

表1ANSYS 计算结果

（2）表2 为SATWE 程序计算结果，在计算中,控制以扭转为主的第一自振周期与乎动为主的第一自振周期之比＜0.85；结构最大层间位移与平均层间位移之比＜1.2。表2 SATWE 计算结果：

（3）.本工程采用由中国建筑科学研究院工程抗震研究所提供的地震波进行计算分析,地面运动加速度峰值55gaL。弹性时程分析法的计算结果与振型分解反应谱法的计算结果基本一致;弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%, 多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。

4、框支层结构设计

（1）框支柱设计

本工程框支柱抗震等级为二级, 轴压比限值为0.7。框支柱主要截面取1300X1300～1300X2300,计算结果表明,所有框支柱的受力较为均匀,轴压比从0.42～0.51,因此,箱形转换层下框支柱的变形一致性较好。框支柱的剪力设计值应按柱实配纵筋计算并乘以放大系数1.1,剪压比控制在0.15 以内。柱内全部纵向钢筋的配筋率不＜1.2%, 箍筋沿柱全高采用不小于Φ12@100 井字复合箍, 体积配箍率均不＜1.5%,使柱具有-定的延性,实现强剪弱弯。框支柱在上面墙体范围内的纵向钢筋伸人上部墙体内一层,其余柱筋锚入梁或板内。

（2）剪力墙设计

本工程核心筒落地剪力墙厚40cm,除核心筒外, 在建筑四角布置70～90cm 厚的L 型剪力墙。为了使混凝土的受压性能改善,增大延性,设计中控制墙肢的轴压比不大于0.5。墙体的水平和竖向分布筋除满足计算要求外, 同时也满足0.3%的最小配筋率的限值。底部加强区的剪力墙中按规范要求设置约束边缘构件,约束边缘构件的纵筋配筋率控制≥1.2% , 箍筋不＜Φ12@100,体积配箍率控制≥1.4%,同时,对长厚比＜5 的短墙在计算中按柱输入计算进行比较,其结果显示,短墙按墙和按柱计算的结果大致一致。

（3）框支梁的设计

本工程框支梁抗震等级为二级。对于两端搁置于框支主梁上的框支次梁,其受力类似简支梁,跨中底筋较大,支座面筋基本按构造要求配置。

本工程的框支主梁的梁高230cm (即箱体高度》于梁顶和梁底各设置一层20cm 厚的箱板,梁截面尺寸按剪压比0.15 控制。梁主筋配筋率除满足计算外,还不小于0.5%,上部主筋沿梁全长贯通,下部主筋全部直通到柱或墙内,沿梁腹部设置不小于Φ16@150 的腰筋,于梁中部设置-排Φ20 的抗裂纵筋,抗裂纵筋根数同箍筋肢数,梁箍筋全长加密。

对其他框支梁,因其受力较大,在靠近柱支座处的应力集中尤为突出,部分梁的计算结果表明,梁端抗剪不足,经过核查该梁各截面剪力设计值,发现框支柱截面内有大部分剪力不足的截面,对此情况的梁截面尺寸不做调整,而对于确实抗剪不足的梁采用梁端水平加腋的方式解决该梁的抗剪能力不足的问题。

4、箱形转换层楼板的设计

箱形转换层的箱体高度为230cm, 箱体的上下层板厚均为20cm。对箱体的上下层板应采用ANSYS 有限元软件进行内力分析。分析结果显示,各荷载工况条件下,箱体上层板都为受压,平均最大压应力为1.2MPa, 箱体下层板均为受拉, 平均最大拉应力为2.0MPa。在设计中,将楼板裂缝控制在0.2mm 以内, 实配双层双向Φ16@150 的通长钢筋。

结束语

在高层建筑结构设计中,结构工程师应从结构的安全、使用功能、建筑美观等方面进行全盘考虑,运用掌握的知识和经验处理实际遇到的各种问题,才能设计出安全合理的高层建筑结构。

参考文献

[1] 赵天赋,李虹.高层建筑结构设计研究[J]. 今日科苑. 2009(12)

[2] 赵明华,赵小慧.如何对高层建筑结构进行设计分析之探析[J]. 民营科技. 2010(05)

高层建筑结构设计篇11

1 结构整体方案的概念设计

概念设计是结构设计的核心和灵魂，他贯穿于结构设计的全过程。结构概念设计运用得好，不但能使结构满足建筑要求，而且可以用最直接的传力方式将荷载传递到基础上，创造更为安全、舒适的工作和生活环境。概念设计的目的是力求使结构设计方案安全、可靠、经济、合理，是对结构优化的过程，笔者主要从以下三个方面对结构设计进行宏观控制。

(1) 结构工程师应在建筑方案设计阶段与建筑师密切合作，通过不断地分析比较，确认方案的可行性。在抗震设计中，合理的结构布置在抗震设计中尤为重要，需要建筑师和结构工程师相互配合、沟通、协调，充分考虑建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布、承载力分布等诸多因素的综合要求，力求平、立面简单对称。结构工程师应在满足建筑功能的前提下，去寻求相对最佳的结构方案。

(2) 在结构方案设计满足建筑功能的情况下，从宏观的角度考虑结构的整体性及主要分体系的相互关系，确定建筑结构的总体布置方案。

(3) 在理论设计过程中应综合考虑各方面因素对结果的影响，以判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确分析或在规范中未精确规定的问题，根据实际经验采用相应的结构构造措施进行处理。

2 结构设计中概念设计的体现

2.1概念设计在结构设计流程中的体现

结构设计的流程一般分为三个部分: 前期的方案选择、中期的结构计算及后期的施工图绘制，这三个阶段在结构设计中都缺一不可。

(1) 合理选择结构方案。一个成功的结构设计必须选择一个经济合理的方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。结构设计必须对建筑的功能要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地情况、能建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

(2) 选用恰当的结构计算模型，正确分析计算结果。结构计算是在计算模型的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，结构计算只能通过计算机来完成。所以，将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型和保证有足够的精确度就成为结构设计的关键问题。现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。因此，设计人员在进行结构计算前，应先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，对电算的结果再用概念设计进行科学分析，做出正确的合理判断。

(3) 施工图绘制。在施工图的绘制过程中，我们不应过分地相信计算机，应用我们的结构知识和结构概念对计算模型、设计方法以及易出问题的关键部位重点审查，对重要计算参数逐一检查，对重要问题、参数、特殊构件及特殊荷载，设计者应给出书面文稿以便复查、核查，运用结构概念对计算结果的合理性进行分析判断，对重要结构构件应用手工进行核算。

2.2 抗震设计中应注意的概念设计问题

抗震设计是结构设计的重要组成部分。地震是一种随机震动，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。现在所采用的地震参数只是概率意义上的估计值，而结构在地震作用下的性能有许多不确定性。因此，抗震设计不能过分依赖理论计算，概念设计在抗震设计中显得尤其重要。

(1) 选择合适的场地。地震造成建筑物的破坏情况是各不相同的: 一是由于地震时地面强烈运动，使建筑物在震动过程中因丧失整体性或强度不足、变形过大而破坏;二是由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害而造成;三是由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防的目的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，尽可能避开对建筑抗震不利的地段。任何情况下均不得在抗震危险地段建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

(2) 选择合适的基础方案。基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素，选择出经济合理的基础方案。基础设计应有详尽的地质勘察报告，一般情况下同一结构单元不宜采用两种不同的类型。

(3) 采用刚柔相济原则。在抗震设计中不能一味地提高结构的抗力，一般是根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后计算配筋。刚柔相济原则可以通过合理控制设计总信息来实现。比如周期、位移、地震力应满足建筑抗震设计规范限值要求或者不超规范太多。

(4) 坚持多道设防原则。强烈地震后往往伴随多次余震，如果只有一道设防，结构将会因余震损伤的积累而导致坍塌。建筑物抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，如框架－ 剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。

(5) 采用合理的建筑结构体系。一是抗侧力构件应布置合理。如在框架－ 剪力墙结构中，剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大; 平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙; 纵、横剪力墙宜组成L 型、T 型等形式，剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突变; 剪力墙开洞口宜上下对齐; 剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近; 二是结构的整体性要好。高层建筑结构中，楼板对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼板相当于水平隔板，他不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼板使各抗侧力子结构能协同工作。楼板体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。所以房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。

(6) 采取相应的构造措施。遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计原则，注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，应考虑温度应力的影响。

3 结构设计中概念设计的应用

某大厦为高层公寓，建筑高度90.5 m，建筑面积30948 m2 ，平面形状复杂。该建筑物地下一层为六级人防地下室，地上一～二层为幼儿园(平面形状为工字型) ，层高3. 8 m; 三～ 三十层为标准层住宅，平面形状缩为凸字型，层高3. 0 m。

经勘察，场地地质条件良好，无不利地段。该工程采用框架－剪力墙结构体系，由于该地区抗震设防列度为7度，设计基本地震加速度值为0. 15 g，除通过计算满足规范要求外，还必须采取有效的抗震构造措施。为确保结构的经济、安全与舒适，概念设计主要通过以下几个方面来体现:

(1) 结构工程师在建筑方案设计阶段，就根据建筑平面布置及使用功能要求，把结构抗震概念设计融入初步方案中，如有意识将楼梯、电梯、管道井等竖向公共设施尽量布置在建筑物中心部位，并利用楼梯、电梯间设置剪力墙筒体; 另外在建筑物外周边转折处布置水平抗侧力构件 ( 剪力墙) ，以此加强结构抗侧移和扭转刚度，并尽可能考虑刚心与质心的重合，以减少水平作用下由于结构偏心而引起的空间扭转效应。

(2) 合理考虑楼层的平面布置，增大外周边框架梁、连梁断面，增大竖向刚度变化大的楼层平面刚度，把三层楼板板厚设为120 mm，以加强周边抗侧力构件的联系，增强结构整体性及空间协同工作能力。

(3) 在结构计算过程中，首先根据工程的实际情况，对结构参数和特殊构件进行正确设置。并根据初算结果，按规范限值调整平面中剪力墙相对比度; 调整剪力墙沿竖向的厚度变化，控制周期比、层间位移及层间位移比，同时注意控制框架柱及小墙肢的轴压比，增强结构延性，以求经济与安全的统一。

(4) 在构造设计时，有针对性地对转折部位、连接部位以及由于水平力作用引起结构受力变形复杂或相对薄弱部位的结构构件进行构造及配筋的加强，使主要受力构件具有良好的变形能力及耗能能力，以提高结构的抗侧变形性能。如对建筑物中部的电梯、楼梯、管道井及周边的梁板加强，板厚加至150 mm，以减少该处楼板开洞对平面内刚度的削弱影响。

(5) 尽量采用轻质墙体，以减轻楼层自重，从而降低地震力，同时要求加强地下室外回填土的夯实，通过人防地下室高强度的侧壁与周边回填土的共同作用，增强对结构的约束，以提高结构抗侧的整体稳定性，减少地震能量的放大。

(6) 在构造措施中按“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计要求，对梁柱墙的承载力进行调整，并适当提高框架柱纵向钢筋的最小配筋筋率。

通过以上概念设计，使该工程结构构件在刚度、延性、承载力方面相匹配，形成一个在抗震、抗风中高效协同工作的结构整体，从而使建筑物在经济、安全、适用、美观的矛盾中找到了统一。该工程竣工后投入使用，各方对工程质量给予了高度评价。

4 结束语

综上所述，作为一名结构工程师，在高层建筑结构设计中，应始终坚持概念设计的理念，既不盲目照搬规范，也不盲从于一体化计算机结构设计程序，任其随意摆布; 只有始终坚持概念设计的理念，才可能不断地追求尽善尽美的设计思想，而其结构的概念、经验、判断力和创造力才会随年龄与实践的增长而越来越充实，其设计成果才能不断创新。

参考文献

高层建筑结构设计篇12

高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、 剪力墙、 筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定。

小变形假定:小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性(P－Δ效应)进行了一些研究。一般认为,当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时,P－Δ效应的影响就不能忽视。

弹性假定:目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下,结构通常处于弹性工作阶段,这一假定基本符合结构的实际工作状况。 但当收到遭受地震或强台风作用时,高层建筑结构往往会产生较大的位移,出现裂缝。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的,应按弹塑性动力分析方法进行设计。

刚性楼板假定:许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大,而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度,简化了计算方法。 并为采用空间薄壁杆件计算筒体结构提供了条件。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种:一维协同分析。 按一维协同分析时,只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。 在水平力作用下,将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。 根据刚性楼板假定,同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等,由此即可建立一维协同的基本方程。 在扭矩作用下,则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。二维协同分析。 二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构,但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。 纵横两方向的抗侧力构件共同工作,同时计算;扭矩与水平力同时计算。 在引入刚性楼板假定后,每层楼板有三个自由度u,v,θ(当考虑楼板翘曲是有四个自由度),楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。三维空间分析, 三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度, 按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲,有7个自由度。

2高层建筑结构的受力与变形

2.1在高层建筑中,首先,在竖向荷载作用下,各楼层竖向荷载所产生的框架柱轴力为:边柱N=wlH/2h,中柱N=wlH/h,即框架柱的轴力和建筑结构的层数成正比;边柱轴力比中柱小,基本上与其受荷面积成正比。 就是说,由各楼层竖向荷载所产生的累积效应很大,建筑物层数越多,底层柱轴力越大;顶、底层柱轴力差异越大;中柱、边柱轴力差异也越大。

其次,在水平荷载作用下,作为整体受力分析,如果将高层建筑结构简化为一根竖向悬臂梁,那么由其底部产生的倾复弯矩为:水平均布荷载Mmax=qH2/2,倒三角形水平荷载Mmax=Qh3/3,即结构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比。 就是说,建筑结构的高度越大,由水平作用对结构产生的弯矩就越大,较竖向荷载对结构所产生的累积效应增加越快,其产生的结构内力占总结构内力的比重越大,从而成为高层结构强度设计的主要控制因素。

2.2在竖向荷载作用下,高层建筑结构的变形主要是竖向构件的压缩变形。由于各竖向构件的应力大小不同,因而其压缩变形大小也不同。 在钢筋混凝土结构中,由于在施工过程中的找平,同时由于各竖向构件的基底轴力大小不同,若不对基底应力进行调整,也可能导致基础产生不均匀沉降。在水平荷载作用下,高层建筑结构最大的顶点位移为:水平均布荷载max=qH4/8EI,倒三角形水平荷载max=11qH4/120EI,式中EI为结构,从以上可看出,结构顶点位移与其总高度的四次方成正比。水平荷载作用下所引起的结构内力及侧移是高层建筑结构设计的主要控制因素。

3 高层建筑结构的设计要点

（一）轴向形变不容忽视

通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变轴向变形的影响在高层建筑结构分析中应当考虑，但是，结构所受的竖向荷载并不是在结构完成之后一次施加的 特别是，占竖向荷载绝大部分的结构自重是在施工过程中逐层施加的，轴向压缩变形已在施工过程中分阶段完成，并在各楼层标高处找平，实际上并不完全类似于以上分析的情况所以，在考虑轴向变形时，要考虑施工过程中分层施加竖向荷载这一因素，不能简单的按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果，如邻近剪力墙和筒体的上层框架柱，在竖向荷载作用下出现拉力; 上层框架梁出现过大弯矩和剪力等 另外，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大

（二）侧移成为控制指称

与低层建筑不同，结构侧移己成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大，结构顶点侧移与建筑高度H的四次方成正比。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力; 还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件，这是因为高楼的使用功能和安全，与结构侧移的大小密切相关：

1 使用人员的正常工作与生活 当高楼在阵风作用下发生振动的频率f为一定值时，结构振动加速度a与结构侧移幅值 A成正比： a=A（2π f ） 因而控制侧移幅值的大小成为保证高楼良好的居住和工作条件的关键因素

2 过大的侧向变形会使隔墙 围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，此外，也会使电梯因轨道变形而不能正常运行

3 高楼的重心位置较高，过大的侧向变形将使结构因P-Δ效应而产生较大的附加应力，甚至因侧移与应力的恶性循环导致建筑物倒塌

（三）结构延性是高层建筑设计重要性质

延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示 对于受弯构件来说，随着荷载增加，首先受拉区混

凝土出现裂缝，表现出非弹性变形 然后受拉钢筋屈服，受压区高度减小，受压区混凝土压碎，构件最终破坏 从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎，是构件的破坏过程 在这过程中，构件的承载能力没有多大变化，但其变形的大小却决定了破坏的性质是钢筋砼受弯构件的M －Δ（Φ ）曲线，Δy是屈服变形，Δu是极限变形 提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力 高层建筑相对低层结构而言，结构设计更柔一些，如果遇到地震，震动作用下的建筑结构变形更大一些 为了做好防震设计，避免倒塌，建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，特别需要在构造上采以适当的设计，确保建筑设计具有很好的延性

4结语

我国的高层建筑在十余年里可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，造成不必要的浪费。高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析,多做方案比较，从当今经济现状和发展趋势出发，建立一个宏观的合理的结构设计理念。

参考文献：

高层建筑结构设计篇13

二高层建筑结构设计的特殊性

(一)水平荷载成为决定因素。一方面。因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

(二)轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续粱弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大，还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

(三)侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

(四)结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

三高层隔震体系的特殊性

高层、超高层陨震体系与常规的隔震体系相比，具有特殊性。首先对高层隔震建筑，上部结构不能满足刚体运动的假定，高振型反应分量的影响不能忽视，不能简单地以结构第一振型为主确定上部结构反应；二是由于高层、超高层结构的水平地震力产生的倾覆力矩比较大，在较大地震和强风作用下，隔震支座可能会有拉应力的出现，如何避免和控制隔震支座的拉应力是一个问题。三是高层、超高层的自振周期都比较长，所以必须进一步延长高层、超高层隔震建筑的基本周期，以达到更好的隔震效果。低弹性、大变形能力的隔震支座的开发和性能研究是在强震和强风作用下的各种分析，具有较高的研究价值和重大的工程意义。

四高层基础隔震系统组成

基础隔震建筑体系通过在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震层，将建筑物分为上部结构、隔震层和下部结构3部分。地震能量经由下部分结构传到隔震层，大部分被隔震层的隔震装置吸收，仅有少部分传到上部结构，从而大大减轻地震作用，提高隔震建筑的安全性。经过人们不断的探索，如今基础隔震技术已经系统化、实用化，它包括摩擦滑移系统，叠层橡胶支座系统、摩擦摆系统等。目前工程最常用的是叠层像胶支座隔震系统。这种隔震系统．性能稳定可靠，采用专门的叠层橡胶支座作为隔震元件，该支座是由一层层的薄钢板和橡胶相互盛置，经过专门的硫化工艺粘合而成，其结构、配方、工艺需要特殊的设计，属于一种橡胶厚制品。目前常用的橡胶隔震支座有：天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。新晨