高层建筑结构的创新设计论文

高层建筑结构的创新设计论文（精选8篇）

高层建筑结构的创新设计论文 篇1

结构概念创新设计主要是指在明确结构性能与地震作用的基础上，遵循工程设计的基本原则与基础理论，并结合实践经验，在规范规程的指导下，制定结构总体方案，从而确定材料使用、构建布置、结构体系的一种方法。在实际工作过程中，工程有设计人员在通过大量计算后，发现最初制定的结构体系难以与设计计算需求相符，最终只能临时将总体体系方案完全更改，导致大量人力、物力、财力的浪费。就异形复杂高层而言，在因其结构体形具有一定缺陷，在结构建模及计算分析过程中，极有可能出现因局部改变，导致整体结构均需更改的情况，为了防止这种现象发生，这就要求设计人员能够对结构体系准确定位，明确设计方向。高层建筑结构可分为很多种，其中包括带加强层结构、连体结构、错层结构等，均属于比较复杂的高层。高层因受到各方面限制，其体形严重不规则，在抗震设计上的难度较大。总体而言，在高层设计中，需要注重四个方面：①水平荷载。异形高层平面竖向存在缺陷，会有明显的地震水平震害效应，扭转、偏心最主要来源就是地震水平力。②侧移变形。异形高层会有明显的变形扭转效应，对侧移变形参数进行调整与控制后，便可抑制变形的发生。③轴向水平变形。水平轴向作用力会使异形高层转换梁变形加剧，如果考虑不够全面，构件便易处于不安全状态。④结构延伸设计。结构延伸设计在抗震结构中，处于核心地位，必须重视。

高层建筑结构的创新设计论文 篇2

1、高层建筑结构定义

通常我们会把超过一定楼层数或一定的高度的建筑称之为高层建筑。对于高层建筑的海拔高度设定各国的要求不一样, 标准也就不一样。在这里, 我们主要了解我国对于高层建筑结构的定义。

在中国, 以前的相关规定, 八层以上的楼层建筑都称之为高层建筑, 而就现在来看, 将近二十层的楼房被称之为中高层, 三十层楼层的房屋将近一百米高称为高层, 而五十层左右的楼房大于两百米的被定义为超高层。在新的《高层建筑混凝土结构技术规程》里的规定是这样:十层及十层以上或高度超过二十八米的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑楼房高度超过一百米时, 则称之为超高层建筑。

中国的房屋六层及六层以上就必须需要安装电梯, 对十层楼层以上的房屋就必须得有特殊的防火措施, 所以中国的《民用建筑设计通则》 (GB50352—2005) 、《高层民用建筑设计防火规范》 (GB50045-95) 中将十层及十层往上的住宅房屋与房屋高度超过二十四米的公共建筑和综合性建筑都统称之为高层建筑。

2、高层建筑结构的概念设计

1) 高层建筑结构的概念设计含义

高层建筑的结构概念设计是指在高层房屋设计中利用概念的方法来进行判断和推理、创新决策的一个过程。通常包括了设计中运用到的材料、风荷载能力、结构的形体、节骨点, 构型的选择方面, 同时也包括了关于计算参数、计算方法的使用, 以及对于结果的判断、选择以及调整。另外还包含了高层建筑结构的制造和安装过程的详细策划等等。但是概念设计有一个弊端就是高层建筑中提出的新的理念, 它其实是缺少一个专门的理念支持的, 所以还要结合在实践中的不断经验应用、研究、总结和积累。

2) 高层建筑结构的意义

房屋概念设计它的意义就在于:第一, 是对于传统教学方式的补给, 传统的教学式主要是老师来规划题目、设计参数, 学生计算、绘图。其实这样一方面的确是提高了学生的执行能力, 但是另外一方面是忽略了让学生主动探索、选择、创新、决策能力的培养, 所以在对房屋概念设计中, 除了要精确的计算方式还要拥有灵活的概念设计思想。第二, 对于一般设计经验的总结和升华, 我们通常的高层设计都是凭借经验或者是总工程来定夺, 但是这就造成了一般设计人员没有能够履行自觉的进行概念设计, 这样是比较难进行对于理论的实践升华的, 所以每个设计师都应该自觉的履行概念设计的职责, 探索新的设计思路。第三, 推动社会的进步, 现在社会上追求的粗放型的发展, 就会对于房屋设计质量进行自觉忽略, 只追求工程量, 不注重降低标准会对安全造成很大的隐患。人口数量的不断剧增, 造成很多压力包括环境方面的压力。所以概念设计的就是要对于这些问题进行正确的引导跟合理规划。

二、高层剪力墙结构及优化

1、高层剪力墙结构

说到高层建筑不得不说下人们越来越重视的在高层建筑中剪力墙的结构优化设计。剪力墙结构在整个建筑物中是很重要的形式之一, 其优点主要是防风, 抗震还有就是经济性能高等优点。一方面能保证建筑的功能性和安全性, 另一方面又能节约成本。剪力墙分为两种, 一种是平面剪力墙另一种则是筒体剪力墙。前者主要是用于钢筋混凝建筑或是无梁建筑结构, 普遍用于相对于低层的建筑物。后者主要用于高层建筑结构当中, 通常也是钢筋混凝土浇筑而成, 有利于剪力墙防风荷载和抗震的性能。

2、高层剪力墙结构的优化

剪力墙的用钢量是在整个住宅建筑标准中含钢量的百分之四十五到百分之六十五。用在剪力墙边缘的结构部件的含钢量约有百分之三十到五十左右, 所以对于经济指标来说, 是取决于剪力墙的好坏的。按常规, 剪力墙的安置规则是如何尽量减少其数量和考虑减少其边缘的那些部件来尽可能的获得建筑物最大的抗侧, 抗扭的刚度, 而另一方面又能减少一部分经济的支出。

剪力墙的结构优化我觉得应该分为以下的几点:第一, 加强周边力量, 减弱中间的力量, 就是说把剪力墙安置在周围的房屋围护墙结构处, 如果有必要, 就在房屋的窗台之间设置高梁来提升整体的刚度。像比如电梯楼道间的剪力墙作为建筑物中部的剪力墙就可以适当减少一些, 这样更有利于提高主体建筑机构的抗扭度。第二, 尽量多添加和均匀长墙, 减少短墙的设置, 但长墙长度都应该小于等于八米, 不得超过八米。在保证各个墙体的承重能力下, 应该精心挑选有利于承受水平竖向荷载的间隔墙作为剪力墙, 但是要尽量拉大剪力墙的间距, 避免了在同个小区域布置了多条剪力墙。通过加长剪力墙的高度, 来减少剪力墙的重复设置, 有利于提升整个建筑结构的抗扭性和灵活性。能够使剪力墙破坏的模式主要是剪跨比和轴压比, 只要剪跨比不要小于二, 轴压比在正常范围里面, 那么高层的剪力墙就算墙长大于了八米, 剪力墙的剪跨比一般都是会大于二的, 也就说明能够满足其延性破坏的要求。但是要避免个别墙肢作为长墙, 如果因为个别墙肢相对较长, 而其余的墙肢较短时, 有时就会引起其余结构不能起到第二道抗震的防线, 就会制造安全隐患。第三, 就是剪力墙在设置时尽量设置为“L”、“T”、“十”字型, 应该要避免设置形状过于复杂曲折。第四, 应该设置连续性的剪力墙, 比如多一些半框设计在里面, 更能减少空间的复杂, 可以说是化繁为简。第五, 剪力墙的厚度应该跟随其高度的变化较为均匀的做出适当变化。

三、结语

综上, 合理的概念设计和结构优化对于剪力墙的升级有着很重要的意义。我们不仅仅要有按着某些已成文的设计参数的精确执行能力, 还需要有着对于概念设计的思维。对于结构优化, 我们要化繁为简, 考虑周全, 能够在不浪费的情况下做到既能对建筑设计有很好的启迪, 又能满足建筑的安全性达到更高的要求。

参考文献

[1]凃浩.高层建筑的结构优化设计研究[J].信息化建设.2016 (01)

高层建筑结构抗震设计的讨论 篇3

关键词建筑；结构；抗震；设计

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0207-01

随着经济的不断发展，城市高层建筑如雨后春笋般的涌现，在科学技术的不断发展中，人们越来越重视高层建筑的安全，希望通过结构的抗震设计，能够在造价最小的情况下达到“小震不到，中震可修，大震不倒”的目标。本文通过对高层建筑结构抗震中容易出现的问题进行了总结，并对这些问题提出了防范要点。

1高层建筑结构抗震设计中常出现的问题

1）部分建筑物高度过高。我国在建筑物高度设置上参照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002），规定在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这就要求设计单位再进行高层建筑设计时为了考虑抗震问题，设置的高度要与土建规范体系相协调。因为，建筑物高度一旦超过规定高度，就会出现很多意想不到的问题，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型的选取等都会产生变化，如果还按照以前的设计标准，在地震作用力下，超高建筑肯定会出现变形破坏形态，影响建筑物的安全。

2）地基选取不合理。地震造成建筑物破坏的情况是多种多样的，在城市空间相对狭小的地方，地基选择不合理，若进行工程措施预防有时很难达到效果，或者代价昂贵。因此，在工程选址时，要对地质状况进行详细的勘察，搞清楚地质状况，并避开对建筑物抗震不利的地段，选择开阔平坦地带，坚硬土地上，防止地震中因地基选择不合理引起人员伤亡或较大的经济损失。

3）材料选用不科学。在材料的选择上，要从结构整体性上出发，改变过去对结构抗震设计只考虑荷载的不确定性，要综合材料的性能参数。在我国建筑钢材的品种不断增多，钢结构的加工制作能力有不断的提高，因此在有条件的地方，要尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构或钢结构等，以减少柱的断面尺寸，改善结构的抗震性；在超过一定高度后，钢结构质量小而且较柔，为了减轻风荷载作用而出现的共振就要采用混凝土材料，在变形控制中，以钢筋混凝土结构的位移限制为基准。可见，为了加强高层建筑物的抗震设计必须做好材料的选择。

4）抗震设防烈度低。水平地震作用是双向的，可以使结构沿平面上的两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力，结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映，过大的变形肯定会导致结构的破坏和失稳。而我国现行抗震设防级别是比较低的，较低的抗震设防肯定会放松高层建筑的抗震要求；在抗震设防设计中，除了要考虑结构抗震验算外，还要在提高结构延性等方面总结设计方法，我国在目前的抗震设计方法和构造规定的安全度上不能和国外相比，在配筋率、轴压比等保证抗震延性的要求上远不如国外严格，这就造成了结构失效的几率大于国外，为了解决抗震设防烈度低的情况，可以在结构设计中加入弹性设计，增加高层建筑的抗震延性。

5）轴压比与短柱问题。在高层建筑结构中，轴压比是控制偏心受拉钢筋先到达抗拉强度，还是受压区混凝土边缘先达到其极限压应变的指标。轴压比增大，柱的变形能力将逐渐降低，根据施工经验，高轴压比下，增加箍筋对改变柱的变形基本没有什么帮助，为了控制轴压比，采用高强混凝土或增大柱的截面尺寸，都不能很好的解决这个问题，因为限制轴压比是为了使柱子在大偏心压力状态下，防止受拉钢筋没有达到屈服强度而混凝土先行压碎，这样的柱结构的延性差，当在地震力作用下，结构容易破坏，在框架中要做好强柱弱梁设计，保证梁有良好的延性，设计时可以放松轴压比限值。

2高层建筑结构抗震设计要点

1）选择合理结构类型。高层建筑常用的结构体系有框架、框架剪力墙、剪力墙和筒体等多种，在进行结构抗震设计时要注意一下几点：结构形式简单，结构受力简单是指在地震力作用下，受力明确，传力简单，“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径”，只有结构简单，才能对结构抗震性的估计比较可靠；结构的规则性和均匀性能够满足建筑抗震设计规范要求，只有建筑平面较为规则，结构布置均匀，才能防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌等问题；结构的刚度和抗震能力水平，地震力是双向的，所以在布置结构时要使结构能够抵抗任意方向的地震作用；结构的整体性，这对结构非常重要，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要求这些子结构能够协调抵抗地震力作用。

钢结构同混凝土结构相比，具有优越的强度、韧性和延性以及强度，在高层建筑中常常将钢结构的优点和混凝土的优点结合起来使用钢混结构，这样结构具有刚度大、整体性好、可进行多种组合等优点，能够经受地震力的作用。

2）减轻结构自重。高层建筑结构设计时，减轻结构的自重具有重大意义，可以在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以增加建筑物的层数，如对于同样的地基承载条件，可以利用减轻自重来增加施工层数，增加使用面积。同时考虑到地震效应和建筑物的质量成正比，这样减轻建筑物的质量可以减轻地震力的作用效应，如高层建筑由于高度大，重心偏高，地震力作用的力矩变大，降低的建筑物的安全可靠性，所以可以使用轻质的填充墙减少结构的自重，降低地震力作用效应。

3）减少地震能量输入。通过采用抗震措施，积极使用基于为宜的结构抗震设计来分析结构的变形能力，并确定结构具有所需的延性抗震能力，从而保证结构在各种地震作用中实现抗震防设的目标。减少地震输入除了验算构件的承载力外，还要控制结构在地震作用下的层间位移角限值或位移延性比；确定构件的变形值；根据施工经验和施工标准图集合理确定构件的构造要求，从各个环节进行控制，减少地震能力的输入，防止地震引起的共振破坏。

4）设置多道抗震防线。高层建筑框架剪力墙结构是性能良好的多道防线的抗震结构，其中剪力墙既是主要抗侧力构件，又是第一道抗震防线。因此，剪力墙必须有相当的数量，当第一道抗震防线遭到破坏后，可以利用剪力墙结构中的联肢墙作为第二道防线，可以避免联肢墙产生较大的拉力而过早出现刚度和承载力退化的问题，而使建筑物倒塌的问题。

5）层间位移限制。做好高层建筑的高宽比设置，避免建筑在风荷载和地震等偶然荷载作用下产生的层间位移超过规定值，如钢筋混凝土结构的位移限值一般为1/400-1/700之间，而钢结构一般为1/200-1/500之间，可见钢筋混凝土结构位移限值更加严格，同时风荷载和地震荷载相比，风荷载的位移限值更加严格。因此，在高层建筑结构设计中既要满足其刚度，同时也要避免过大的层间位移，防止影响结构的承载力和稳定性，从层间位移限制中提高建筑物的抗震安全系数。

3结束语

地震力是一种偶然作用，不能准确的预测，但是在高层建筑结构设计中，设计人员必须从建筑结构安全着想，按照有关法律和规范，做好建筑结构的抗震设计，保障人民和国家生命财产安全。

参考文献

[1]朱镜清.结构抗震分析原理,2002.

[2]许福海.建筑结构抗震的发展及前景展望,2004.

高层建筑电气设计的特点 篇4

根据中国经济增长及规划的预测，我国建筑设计市场无论在未来5年还是到将来都将有巨量需求。每年都会有新的成员来充实这个行业，进入设计单位，需要逐步去适应企业的文化，熟悉工作流程等等。对于这个行业中的从业人员来说，如何能够尽快提高自己的设计水平，能够较独立的去处理工程上的繁杂问题，进入单位的前期是相当关键的，电气设计有好多其自身的专业特点。就高层建筑的电气设计主要内容和特点做了一些探讨，同时还阐述了建筑电气设计中的节能原则、节能方法。高层建筑电气设计火灾自动报警电气节能

随着城市规模的不断发展，高层建筑越来越多，因此，高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题，同时，在能源紧张的今天，更要注重节能的设计。

一、负荷的计算：负荷计算取值大多数地区未明确确定，计算准确与否对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

二、高低压供、配电系统的设计：为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，另外还须装设应急备用柴油发电机组，要求存l5秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、消防等设备的事故用电。

三、电气照明设计：包括光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、眩光控制、调光控制、照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一，选用各种建筑物自动化系统特别是直接数字控制系统来触发照明电路和接触器。

四、防雷与接地设汁：高层建筑物的防雷接地、电气设备含电源设备的接地、屏蔽接地及防静电接地应采用一个总的共用按地装置。其用接地装置优先采用大楼的钢筋混凝土中的钢筋等自然接地体。其按地电阻应≤1Ω，如达不到要求，可增加人工接地体。除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。

五、弱电系统设计：包括楼宇自控系统、综合布线与计算机网络系统、火灾报警与消防联动控制系统、安全防范系统、广播音响系统、汽车库管理系统、无线通讯系统、程控交换机系统、因特网接人系统、电视系统、视频点播系统、办公自动化系统、物业管理系统、计量电表系统、系统集成平台与各子系统的.连接等十余个子系统。在有些高层建筑中还会遇到小区域无绳电话系统、无线对讲系统、酒店电视综合服务系统等。虽然具体到一个项目子系统的多少会由于建筑性质、投资规模等因素的不同而有所增减。

六、消防自动报警和自动灭火系统按国标GB50116《火灾自动报警系统设计规范要求》，建筑物作为火灾自动报警系统的保护对象，共分三级，即特级、一级、二级。现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。

（1）关于消防自动报警和自动灭火系统的设计应从以下几方面入手报警探测器安装、报警手段、自动灭火方面、手动灭火方面、通讯设备、挡烟垂壁的设置以及避难层的消防安排等。

（2）在高层建筑中的其它重要的防火手段防火阀。为了防止烟火沿风管蔓延而设置，因而一般在通风机房外侧装设。特殊情况下，通风风管（如空调管道）被允许进入或穿越电气设备间（如配电室、电话室、中控室），此时在电气设备间过墙处的风管上的墙内、墙外要各设一个防火阀，使设备间的烟火不能外传，也不允许外面的烟火导入设备间。

在平时防火阀处于常开状态，火灾初起时一旦管卡气温超过70℃，管道上的防火阀叶片在电磁动力作用下翻转90度，阻断管道。灭火结束，防火阀重新恢复常开状态。

排烟阀。设干排烟风机的排烟管道上，多位于出户风口附近。排烟阀平时关闭。火灾之初打开，随之排烟风机联动启动排烟于户外，当火灾继续发展，烟气温度达到280℃时，排烟阀自动关闭（否则风助火势，有助燃烧作用）。

正压送风系统：火灾时人员不能进入电梯内，或火灾发生后电梯迫降一层未成而失电，便可能停留于火场中，梯中人员会为烟气室息。正压风机一般处干屋顶，各层的电动风口联动。火灾初起时打开风口，启动正压送风机，使楼梯间、电梯厅处于正压状态。

火灾报警系统有效起作用有赖干喷淋系统的可靠工作。当室温升到预定值时，喷淋头的玻璃球会爆破喷洒，此为灭火直接有力的措施，为了监测该系统的正常工作，在喷淋系统设水流指示器、湿式报警阀、喷淋阀等探测器，及时在中控室反映喷淋系统的工作状态。

小议高层建筑的设计要点论文 篇5

减少人工照明的能源消耗和优化日光的使用是高层建筑设计时的资源节约型目标之一。一般情况下，为了减少日光的直射对人视觉舒适度的不利影响以及减少热能的消耗来减轻高层建筑的制冷压力，往往采用被动日光技术来对建筑物中直射的光线进行控制。下面来介绍几种较为先进的日光采集系统:1)通过提高单位面积进光区域内有效日光量，来减轻对阳光辐射产生的制冷负荷，从而减少了建筑物的能耗;2)为了能在不增加窗户周围的阳光强度且能使其到达采光更深的工作区域，可以通过阳光发射到屋顶平面来完成;3)仔细设计阻挡阳光直射的系统，可以减少阳光直射导致的眩光和温度不适。设计的难度在于每天和全年阳光位置及获得的不断变化。自然采光的建筑无论设计得多好，只有在日光有效利用和代替人工照明的情况下才能节约能源。当然，进行采光设计时，可以在人工照明节能和少量增加阳光热量获得之间寻求平衡。我们可以完善座位和工作平面规划，通过更好的窗户和立面设计来减少眩光，获得自然采光。研究表明，太阳光的适当获得和开阔视野可以提供一种舒适感。然而，为保证一个安全、舒适的工作环境，使用者应该可以控制光线的数量和质量;设计者需综合考虑能耗、背景光线、屋顶灯和窗户的自然采光等因素，并为使用者提供最好的视觉环境。

2高层建筑的抗震设计

1)在对高层建筑进行抗震设计时，应该注意以下的问题:构造柱是否已经设置在了大厅的四角和外墙的转弯处，且位置是否正确;此外，还要注意山墙和纵墙的交界处是否设置了抗震构造柱和是否用构造柱代替了砖墙承重等问题。2)缺乏岩土工程勘察资料或者资料不全。在缺乏岩土工程勘察资料的情况下贸然进行施工是不可取的。若没有相关的岩土工程勘察资料，设计时就缺少了必要的依据，对此我们要注意以下情况:在设计方案会审后或者规划设计阶段便直接进行设计施工图;在扩初设计会审后就直接进入施工图设计。3)抗震设防标准掌握不当。在高层建筑设计时要严格按照《建筑抗震设防分类标准》划分的设防等级，不能任意的提高或者降低设防等级，前者会造成工程投资超支，后者则会影响整栋建筑的安全性，不利于抗震。

3高层建筑的消防问题设计

1)人员疏散困难设计。众所周知，高层建筑往往是人群分布密集的区域。如果发生火灾，除了消防专用电梯之外的其他电梯必须马上降至底层暂停使用，这样人员的疏散必须通过楼梯，大大延长了疏散的时间和增加了疏散的难度。因此，在设计时要注重人员疏散问题。2)火灾蔓延迅速。由于超高层建筑中存在许多可燃物，它们形成了许多纵向烟筒。当火灾发生时，这些烟囱的拔风抽力效应可以促进火焰及烟气的蔓延，高度越高，抽力越大，这种效应就越强烈。超高层建筑的烟筒效应是最难防范的，虽然可在管道内设置一些防火阀，然而这些防火阀可能出现控制失灵、无法严密闭合等情况，从而导致有火溢出直至延烧。3)火灾扑灭问题。高层建筑一旦发生火灾，在灭火过程中，就会遇到建筑周围场地小或者登高高度受限等具体问题。另外，如前文所述，高层建筑的火势蔓延迅速，也增加了扑救的难度。通过以上分析，可以看出对于超高层建筑，在设计中必须充分重视消防问题。只有全面考虑高层建筑中可能出现的消防问题，并在相关设计中消除这些问题发生的可能性，才能实现高层建筑设计的根本目标。

高层建筑结构设计心得 篇6

要想保证建筑结构设计达到规范规定的标准，就必须遵循一定的原则，加强建筑结构的使用维护、施工及设计。其原则需求主要表现在:(1)安全性。在设计的合理的使用年限以内建筑的结构应该可以承担各种可能发生的突发情况。而且在发生了偶然事件以后，建筑物的结构必须要保持一定的稳定特性。(2)耐久性。在设计的可以使用的年限以内，建筑的结构应该具有一定的耐久性。(3)适用性。在建筑物能够合理使用的年限以内，建筑结构的设计应该可以满足使用的要求，具有较好的抗振、抗裂缝及抗变形的性能。

2建筑结构设计的基本特征

在低层建筑结构中，水平荷载所引发的位移与内力很小，因此可忽略不计。在高层建筑结构中，水平荷载的位移与内力是慢慢增加的，侧向力是影响整个结构内力与建筑物土建造价以及结构变形的唯一因素。在所有的高层建筑中，地震力与水平荷载成了最关键的控制因素，结构一定要具有适宜的刚度。随着建筑高度的不断增加，建筑的侧向位移也会随之而增加，所以设计高层建筑的过程中，不但要结构上有着足够大的强度，同时结构上还要有具体的刚度，让结构有个合理的自振频率，使水平力的作用层位移具体控制在一个范围内。此外，结构还要有一个良好的廷性。相对一些较低的楼房来说，高层建筑的结构会更加柔和一点，在实际地震作用下其变形就会更大一点。其实影响建筑结构的耐震性的主要因素是结构的变形能力和承载力，所以为了让结构进入塑性的变形阶段之后还能有着较强的实际变形能力，预防高层建筑在一些大地震中倒塌，必须注意结构的变形能力和承载力。

3建筑结构设计中的注意事项

3.1结构体系问题

结构体系的选择是高层建筑钢筋混凝土设计的重点之一，在一些地基基础比较稳固的地方，在上部结构能够满足变形限值的前提下，考虑到建筑的外观问题，可以尽量减小刚度。规范中确定转换层上下刚度比的公式宜改为控制上下层转角的比值在1左右较为合理。规范中顶点位移和层间位移限值不尽合理，可以通过采取措施来解决这些限值。水平加强层在增加侧向刚度的同时，会使外柱的剪力有较大增加，应慎重设计。

3.2结构超高问题

在抗震规范中，建筑物的高度控制是非常严格的，而在新规范中这一点重新进行了界定，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，所以在进行设计的时候一定不可以超越其应属范围，B级建筑物就应该控制在B级规定范围之内，一旦超过了，那么无论是设计还是施工都要全部进行重新设定。在现实情况中这类问题曾经出现过，结果导致审查时难以通过。

3.3短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙的使用虽然具有一定的的作用，但是在使用数量上一定要严格参照规范，不可设置过多。而且，在抗震达到要求的情况下，结构工程师应尽量少采用这种结构，尽量减少后面处理的麻烦。

3.4建筑结构概念设计问题

建筑不同于普通商品，尤其是高层建筑。很多因为是地理标志性建筑，所以往往都是有一定个性的，千篇 一律的建筑会给人带来枯燥的审美观。在概念设计上，我们应该多选择一些新颖的建筑样式，同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。但是建筑也不能盲目的标新立异，结构上应该选择规则性强一些的。不论是平面或者立体都应该尽量遵循这个原则。

4建筑结构设计要点与措施

4.1结合工程实际进行设计

建筑结构设计中，要结合工程具体情况，兼顾各专业的设计要求，做到安全适用、经济全理、技术先进和确保质量。所选用的建筑方案在结构上要保证可行性，要保证结构方案在整体上是安全适用、经济合理的。如果结构方案在整体上存在缺陷应及时告之建筑专业并配合调整建筑方案。同时，为了满足建筑的一些特殊功能要求，在不影响结构整体方案的前提下，对一些局部部位构件，结构应采取可靠措施尽量实现这些特殊功能要求。如在层高受到限制而使用净高又不能降低致使结构必须采取造价相对较高的宽扁梁或无梁楼盖方案时，在结构方案不能同时兼顾建筑立面效果内部使用功能(比如房内露梁现柱)等情况下，结构设计人员应及时知之相关专业设计人员，解释说明每个方案的利与弊，在各方协商一致后找到最佳的综合解决办法。

4.2提高建筑结构抗震功能

建筑结构抗震功能设计是确保建筑物安全性的关键之一。在进行工程图纸设计时，房屋的结构按照其抗震的设防进行分类，其中房屋抗震的等级可以依据房屋结构类型、烈度和高度等按照抗震规范来确定。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取。例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍。除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚的分析时，它的振型数才可以取的更大些。

4.3加强建筑构造周期性折减系数设计

注重建筑结构安全性设计，在框架结构与顶盖结构设计中，填充墙会直接使结构的实际刚度大于设计时的刚度，所以这就会导致计算周期远远大于结构的实际周期。因此，计算出的结构剪力比较小时，这就会使房屋建筑的结构不安全，所以要把建筑物的结构计算周期进行适当的折减，只有这样建筑的效果才能有所改善。在框架结构中，当采用砌体来填充墙体时，折减系数在计算周期时取0.6～0.7;当采用轻质的砌块或者墙体少时，折减系数在计算周期时取0.7～0.8;当采用轻质的墙板时，折减系数在计算周期时取0.9。除了没有墙的框架结构，其余都要进行适量的折减。

5结束语

综合上述，结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，结构设计人员在进行建筑物结构的设计过程中，必须做到有理有据、认真谨慎、多方面考虑以及保证结构模型的准确无误。并且在保证结构安全的前提下，尽可能做到最合理、最经济和最优化。

本文作者:吴庆工作单位:芜湖市华润规划建筑设计有限责任公司

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★ 结构设计人员的年终总结

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高层建筑结构的设计特点及体系 篇7

1. 高层建筑结构设计的特点分析

1.1 结构设计的主要因素

在高层建筑工程项目中, 建筑结构的设计主要取决于结构自重所产生的水平荷载。究其原因, 主要是由于建筑的自重对竖向构件施加荷载所产生的弯矩数值、轴力数值, 将随着建筑层高的增加而呈小倍数同步增长;而建筑自重所产生的水平荷载, 对竖向构件施加作用力所引起的轴力、对结构体系施加的倾覆力矩, 将随着建筑层高的增加而呈多倍数同步增长。此外, 一般情况下, 高层建筑的竖向荷载通常是不变的, 而当建筑结构的动力特性发生改变时, 作为水平荷载的地震作用、风荷载的具体数值将不同程度的发生变化。

1.2 主要控制指标

相较于普通建筑、多层建筑, 高层建筑结构设计的控制, 其关键在于建筑结构的位移, 而随着现代高层建筑的层数的不断加大、水平荷载的持续增加, 其主体结构的侧向位移、变形幅度也将同步加大。在实际进行高层建筑的设计时, 不仅需要考虑到建筑结构的强度要求, 同时还要保证其具有足够的抗推刚度, 从而在水平荷载下, 将结构的位移控制在安全范围之内。

1.3 轴向变形问题

由于现代高层建筑的层数不断增加, 其竖向荷载所施加的作用力也将同步提高, 从而往往会造成柱体内部出现大幅度的轴向变形, 以至于影响到连续梁弯矩, 最终势必会降低连续梁中部支座区域的负弯矩数值, 而端支座的负弯矩数值、梁跨中正弯矩数值将有所增加。此外, 轴向变形还会影响到建筑预制构件的下料长度。在实际进行构件的预制时, 应根据轴向变形的具体情况进行全面、系统的计算, 将其结果作为主要依据, 及时调整下料长度。

1.4 关键设计指标

在由地震所产生的作用力之下, 相较于普通房屋、多层建筑, 高层建筑结构延展度、允许变形幅度较大。究其原因, 主要是由于高层建筑的高度过大, 在外在作用力之下, 为避免发生倒塌, 需要在建筑的构造上采取特殊处理, 以此保证建筑的主体结构在进入塑性变形期后, 仍具备一定的变形能力, 提高其延展性, 保证变形范围的最大化。

2. 高层建筑结构设计方案的对比

以某在建12层的高综合写字间为例, 该建筑的长、高、宽分别为48m、36m、18m, 两侧共设有9根纵向间距设定在6m、横向间距设定为18m的柱体。此外, 建筑的内部设有6×12m的管道井筒、电梯。

结构设计方案1:该方案是利用建筑的框架结构来承担所有水平力, 在方向不变的风载作用下, 框架两侧的柱体各自处于受压、受拉状态, 按照有关公式经过计算得出67.2×36×18/18=2418.2KN, 即总压力、拉力。在此基础上, 通过计算公式2419.2/9=268, 8KN/柱<7×3×9×10=1890KN可得9根柱体的平均受力小于恒载, 建筑的基础相对稳定、安全。

结构设计方案2:经过详细计算6×36× (6+12) ×2, 可得出建筑井筒墙的重量为7776KN, 而井筒所承受的风力荷载为1.4×6×8=67.2KN/m, 建筑结构的竖向荷载约15120KN左右, 抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。最后, 通过计算合力偏心距, e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m, 确认其超出安全范围、不符合稳定标准, 必须采取基础加固措施。

综合考虑多种形式的水平荷载, 对两种方案进行对比、分析, 不难发现, 方案1的稳定性、安全性优于方案2。由此可见, 高层建筑结构设计有着多种体系, 在设计前应综合考虑项目的实际需要与情况, 进行严格的筛选, 从中选取最佳方案才能确保建筑的质量安全。

3. 高层建筑的结构设计体系

3.1 剪力墙结构体系

高层建筑的剪力墙体系, 其主要是指全部采用了平面剪力墙构件的主体受力结构。在此种高层建筑结构设计体系中, 所有的水平作用力、垂直荷载均施加在单片剪力墙之上, 该结构设计体系主要采用的是刚性结构, 从而有着较高的刚度、强度, 其位移曲线呈弯曲形态。高层建筑采用剪力墙体系的优点在于, 延展性较强, 传力均匀且性能较强, 有着良好的整体性, 适用高度超出框架、框架——剪力墙体系, 是一种性能良好、状态稳定的结构体系。

3.2 框架结构体系

高层建筑结构的设计, 倘若采用框架结构体系, 其主要是利用柱体、梁架、基础共同组成一个平面框架, 同时将其作为建筑的主要承重结构, 最后通过梁的连结, 使各个平面框架组合形成一个整体的空间结构体系。此种结构体系的优点在于:可灵活布置建筑的内部平面, 可从中设置空间容积较大的餐厅、会议室、教室等;必要时, 可通过隔断的安设与拆除, 将建筑的平面布局为大空间或分割成小居室, 灵活调整以满足使用需求;建筑的外墙通常会选择使用非承重构件, 从而能够自由调整建筑的立面设计。值得注意的是, 此种结构的刚度较小、抗测力能力较差, 在地震所产生的荷载与水平荷载的作用力下, 将发生大幅度位移、破损, 对于超出十五层高度的建筑不宜采纳, 相反则可实现建筑结构经济性、安全性的平衡。

3.3 框架——剪力墙体系

对于选择框架结构体系的高层建筑, 倘若其刚度、强度无法满足安全标准及有关要求时, 通常需要利用质量较大的剪力墙, 来替换建筑平面部分位置的框架结构, 使剪力墙与框架形成一个整体, 即框架——剪力墙结构体系。在水平荷载的作用下, 充分利用了刚度较强的连梁、楼板, 使剪力墙结构体系部分与原有框架结构体系形成一个整体, 协同承受水平力。高层建筑采用框架——剪力墙结构体系, 水平剪力主要由剪力墙部分结构来承受, 而垂直荷载则由原有框架结构承担, 其位移曲线呈弯剪形态。此种结构体系的优点在于:通过剪力墙的增设, 提高了建筑结构体系的侧向刚度, 大幅缩减了建筑的位移数值, 同时也有效降低了原有框架结构所负担的水平剪力并竖向均匀地分散了内力。由此可以看出, 此种结构体系的总体性能优于框架体系。

3.4 筒体结构体系

筒体结构体系, 其主要是指将筒体作为主要抗侧力构件的建筑结构。高层建筑所采用的筒体受力构件, 可大致将其分为空腹筒、实腹筒两种。其中, 空腹筒受力构件, 主要是由开孔钢筋混凝土外墙、密排柱、窗裙梁以几种组合方式构成的构件;实腹筒受力构件, 主要是由曲面墙、平面墙共同围组而成的立体竖向结构单体。此种体系的优点在于:强度、刚度较大;各个构件的受力均匀、合理;有着良好的抗震性能、抗风能力。对于空间、跨度较大的超高层建筑, 采用此种结构体系较为适宜。

4. 结束语

谈论高层建筑结构优化设计的研究 篇8

摘要：笔者长期从事高层建筑设计的研究工作，2013年有参加金田花园三期、华南摩尔改造工程、云浮港机、合肥世纪荣廷小区等等项目，旨在与同行探究学习共同进步。

关键词：建筑体系；应用；发展

高层建筑经常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围内现在还没有一个统一的划分标准。高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的。

1.高层建筑结构的发展

组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下，可以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，己广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中，随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。

2.新型结构形式的应用不断增加

框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙（支撑）体系是高层建筑的传统结构体系。根据筒体的不同组成方式，可分为框筒体系、筒中筒體系和多束筒体系这3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，所以，该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的商层建筑中。

钢筋混凝土材料重新得到重视

与钢结构相比，钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点。因此，即使是在美、日等钢铁工业发达的国家，钢筋混凝土造价还是低于钢结构。

智能建筑的发展异军突起

现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是装备、服务、经营以及建筑这四要素相互联系、全面综合以及各自优化并达到最佳组合，以获得高功能与高效率的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即服务、管理、结构以及系统等等。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：办公自动化、动化系统、通讯网络系统以及系统设备管理等等。并且应用现代4 C技术构成智能建筑结构系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。

3.高层建筑结构设计体系

剪力墙结构 高层建筑剪力墙结构，指的是使用平面剪力墙作为建筑主体的受力结构。高层建筑的结构设计中，水平作用力与荷载都作用于单片剪力墙，而结构设计依靠刚性的结构，使建筑保持更高的刚度与强度，而位移的曲线则出现变曲的形态。在高层建筑中，剪力墙有很多优势，特别适用于超出框架的高度时，是性能良好且具有稳定状态的结构体系。

筒体结构 筒体结构是把筒体当作抗侧力的构件。一般的高层建筑物使用的筒体受力构件可以分成空腹筒和实腹筒两类。筒体结构最大的优势在于：筒体结构具有较大的强度和刚度，结构体系内各个构件受力比较均匀，具有更好的抗震性能与抗风性能。筒体结构对空间和跨度大的高层建筑，可以发挥出更大的优势。

框架结构 高层建筑的结构设计，一般使用框架结构时，要利用柱体和梁架及基础组成平面的框架，将平面框架作为建筑主要的承重结构，并且利用梁连接来实现平面框架组合的整体空间的结构体系。框架结构的优势在于：可以灵活的进行建筑平面的布置，对空间容积大的餐厅与会议室等可以更好的设置。

框架与剪力墙 通过水平荷载作用，将刚度强的楼板与连梁与剪力墙和框架结构共同组合成整体的结构，一同进行水平力的承担。而应用了框架-剪力墙结构的高层建筑，还是要靠剪力墙承担水平剪力的作用，垂直荷载力由框架结构进行承担，而位移的曲线会出现弯剪的形态。框架-剪力墙结构最大的优势在于：由于增加了剪力墙，可能使整个建筑的结构体系刚度增强，而建筑位移值有效降低，同时，还能使原本框结构承担的水平剪力朝着竖向的方向进行受力的分散。可见，框架-剪力墙结构体系较框架体系具有更好的适用性。

4.现代高层建筑结构设计存在的缺陷

竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，然而随着建筑高度的增高而增大。在现代高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而是更重要的是整体抗弯和抵抗变形。可见现代建筑的高层结构受力性能与低层建筑有很大的差异，存在扭转、水平侧向位移以及剪重比等问题。相比于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素。其原因有两个：一、侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多；二、较大的垂直荷载要求有较大的柱以及墙或者井筒。

5.设计中存在的问题

优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。然而现在尚没有实用的高层建筑优化分析软件而是使用现有的各种计算机分析软件进行截面优化，并不是简单的几次尝试就能达到效果的。所以，无论是机时还是设计进度，都较难允许实施这种优化方。多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸，但是计算分析后还存在某些薄弱环节，为了改善这种受力状况，增大构件截面却未能得到明显改善，反而增加了材料耗量。只重视结构尺寸的优化，即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，而忽视结构整体的优化。

离散变量优化问题 建筑物尺寸以及型钢规格型号等都不是连续变化的。所以传统的优化方法：例如各种对偶算法和梯度算法等解析算法均无法胜任而且。基于问题的规模较大，随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。

6.工程优化设计理论的发展

工程设计软科学的发展 在工程设计中，更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作，因此工程设计可能是硬科学和软科学的结合，这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期，有许多重大的问题需要进行科学的决策，包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及结构的造型、结构设防水平以及功能优化的决策等.所有这些前期的决策工作，其影响都必须远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

工程项目功能优化的发展 在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模以及建设地点、建设分期等重大问题之后，就需要重新考虑工程建设的总体布局及规划，这也是一个重大的决策，直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能以及对环境的美学效应。在优化整个工程项目的功能时，可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。

工程项目全寿命优化的发展 以往的优化设计理论针对的都是具体的结构，但是在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题，其中由众多系统或者结构组成，具有变量种类多、约束藕合、多目标以及等高维数等复杂难点。

结语

综上所述，随着高层建筑结构设计理论、计算施工技术以及分析水平等不断提高，高层建筑结构的结构体系也将多元化，追求更具合理性和创新性的结构形式，也是结构工程师们今后不断努力的目标和方向。

参考文献：

[1]刘夏石.工程饥饿够设计优化[M].北京：科学出版社，2008：14-19.