超高层建筑结构及设计（精选12篇）
超高层建筑结构及设计 篇1
摘要：文章介绍高层结构概念设计的三维层次和高层建筑的结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构。
关键词：高层建筑结构,概念设计,结构体系
近些年来, 建筑业有了突飞猛进的发展, 城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言, 高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时, 它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外, 还必须控制由风荷载 (或地震水平作用) 所产生的侧向位移, 防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏;控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应, 以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。
一、高层结构概念设计
(一) 高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析, 对于复杂的高层, 例如多塔机构也可以把它分成几块, 分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题, 然后组合起来。首先, 在方案阶段 (Ⅰ) , 可以把基本设计方案概念化, 建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成, 因此在初步设计阶段 (Ⅱ) , 要扩展方案, 把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来, 进行基本水平和竖向分体系的总体设计, 从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的第Ⅲ阶段, 即施工图设计阶段, 处理一维的构件设计, 具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图, 对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构, 可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件, 承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力, 或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合, 趋向于既可能将它推倒 (受弯曲) , 又可能将它切断 (受剪切) , 还可能使它的地基发生过大的变形, 使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言, 结构体系要做到不使建筑物发生倾覆, 其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断, 其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说, 结构体系要做到不使建筑物被剪断, 其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说, 结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形, 地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力, 并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载, 使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态, 就会导致建筑物中的人有震动的感觉, 使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害, 还会使非结构构件 (如玻璃窗、隔墙、装饰物等) 断裂, 甚至危及屋外行人的安全。所以, 高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼, 它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱, 横行柱距为18m, 纵向柱距为6m, 中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式, 进行结构方案优选, 分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力, 外柱仅承受大部分竖向荷载, 不抵抗水平力, 梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架, 来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1.4×6×8=67.2KN/m, 竖向荷载近似为15120KN, 井筒墙自重为6×36× (6+12) ×2=7776KN, 可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m, 超过核心范围 (6/6=1m) , 不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固, 才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此, 在一个方向风荷载作用下, 总框架一侧柱子受压, 另一侧柱子受拉, 并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2KN, 大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268.8KN/柱<7×3×9×10=1890KN, 即比每根柱所承受的恒载小很多, 基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好, 应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析, 下一步就考虑采用什么结构体系, 有下面几种高层建筑结构体系可供选择, 其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点, 结合高层概念设计的三维层次考虑, 选取合适的结构体系或其组合体系。
(一) 框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架, 它是主要承重结构, 各平面框架再由梁联系起来, 形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活, 可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时, 可用隔断分割成小房间, 或拆除隔断改成大房间, 因而使用灵活。外墙采用非承重构件, 可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大, 抗侧力能力差, 水平荷载作用下会产生较大的位移, 地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构, 可以达到比较好的经济平衡点。
(二) 剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3～8m, 现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好, 刚度大, 在水平荷载作用下侧向变形小, 承载力要求容易满足, 适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好, 在历次的地震中, 都表现了很好的抗震性能, 震害较少发生, 程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大, 平面布置不灵活, 而且不宜开过大的洞口, 自重往往也较大, 不是很能满足公共建筑的使用要求, 而且其成本也较大。
(三) 框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件, 框架和剪力墙协同工作的体系。在框架-剪力墙结构中, 由于剪力墙刚度大, 剪力墙承担大部分水平力 (有时可以达到80%～90%) , 是抗侧力的主体, 整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载, 提供较大的使用空间, 同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙, 其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了, 在地震作用下层间变形减小, 因而也就减小了非结构构件 (隔墙和外墙) 的损坏。这样无论在非地震区还是地震区, 都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构, 布置在内部, 外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工, 外围的框架柱断面小、开间大、跨度大, 很适合现在的建筑设计要求。
(四) 筒中筒结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体, 在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件, 它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力, 并具有良好的抗扭刚度。筒中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系, 但是由于它需要密柱深梁, 当采用钢筋混凝土结构时, 可能延性不好, 而且造价昂贵。
除了上述的几种结构体系外, 还有其他一些结构体系, 如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步, 会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习, 从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。
参考文献
[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].
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[3]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1990.
[4]郭院成, 王新玲, 蒋晓东.建筑结构体系概念和设计[M].郑州:黄河水利出版社, 2001.
超高层建筑结构及设计 篇2
高层建筑对城市轮廓线的组织起到很大的作用，所以高层建筑应根据所在城市的城市轮廓线的规划要求而布局，并遵循有机统一的原则。具体有以下三点:(1)高层建筑聚集群的布局为避免出现相互干扰的情况，在布置时对于建筑可采取一系列不同的高度或是拉开距离等方法，若是单栋高层建筑可布置在道路转弯处，能够丰富行人的视觉观赏;(2)为提升整体的和谐效果，增强向心的凝聚感，高层建筑应彼此之间相互联系，集群统一规划布置;(3)为了增加城市轮廓的美感，各高层建筑的顶部造型应尽量避免雷同，防止出现千楼一面的情况。
1．2在同一高层建筑中的尺度应有序
设计师在设计高层建筑时，应充分考虑建筑尺度的序列依次为城市尺度、整体尺度、接到尺度、近人尺度和细部尺度。为保证高层建筑与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间以及与人之间的良好有机统一，设计师在对于其中某一个尺度进行设计时应遵循尺度统一的原则，禁止将几种尺度混淆使用。
1．3高层建筑形象在尺度上应具备可识别性
对于高层建筑的设计，应具有一些可以把握高层建筑整体大小的局部形象尺度。另外，为了衬托高层建筑的真实体量，可以采用常规尺度的屋檐、柱子、台阶以及楼梯等建筑构件来衬托。若是尺度失当，则易使人们产生错觉，显得不伦不类。
2高层建筑设计时应把握的尺度
前面我们已经所说，高层建筑在设计时应充分考虑所创造出的空间给予使用者的感受，所以要求设计师应以人的尺度为参考系数，充分考虑人观察点、视距、视角以及高层建筑使用亲进度，因而我们将从高层建筑的城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度和细部尺度来依次介绍。
2．1城市尺度
高层建筑作为城市的一部分，这就要求其建筑尺度不能脱离城市，应与所在的城市尺度相协调一致。由于高层建筑的建设和布局直接影响城市的景观和居民的生活，所以设计师在设计和规划其尺度时应充分考虑该城市的城市尺度和传统文化。
2．2整体尺度
整体尺度作为设计师最重视的部分之一，在设计时应该注意以下两点:(1)要注意裙房、主体和顶部尺度比例的相互协调。这三个作为高层建筑的主要组成部分，设计师在设计时为了体现建筑的造型美，应该建立统一的尺度参考系，以达到它们之间的相互协调;(2)高层建筑的各部分细部尺度应有层次性，以丰富建筑结构造型。设计师在规划建筑各部分细部尺度时，应具有等级性，为便于人们把握建筑的尺度大小，一般在最高和最低等级之间留有1～2个尺度等级。
2．3街道尺度
街道尺度作为高层建筑设计中的重要环节，设计师在设计时应充分考虑街道行人的视觉舒适感，尽量减少建筑队街道的压迫感，以保障街道空间及视觉的连续性。
2．4近人尺度
近人尺度是人们对建筑物直接感触的重要部分，是指高层建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸给人的感觉。所以设计师在设计时应以人的尺度作为参考系，尺度应大小适中，使建筑物具有亲人性。
2．5细部尺度
细部尺度主要是指材料的质感，为使建筑物更加具有视觉感受，设计师在设计时应该充分利用不同的建筑材料来对建筑物进行塑造，利用建筑材料的质感给人一种视觉优美的感受。
3高层建筑的设计
3．1充分发挥广场的作用
由于高层建筑易给人以压迫感的特性，设计师在规划设计时一般会留出一定空间，并将这一空间设计成一个广场，从而起到空间缓冲作用和缓解交通压力。不仅如此，广场空间还是非常重要的城市共享空间，是城市居民休闲、交流的良好场所。
3．2高层建筑主体的设计
高层建筑作为一个城市经济水平和发展程度的重要标准之一，其合理造型的设计极为重要。由于高层建筑具有一定的城市代表性，所以一些高层的外观设计往往具有独特性和明显的识别性。随着可持续发展和建设生态型社会的提出，高层建筑也向“生态节能型”发展，建筑主体的设计不仅要尽量拉近和体现人与自然的关系，还要顺应整个城市的生态规划。
3．3巧妙的运用一些处理方法
为了丰富空间形式，我们可以对高层建筑的底部进行一些巧妙的处理。常见方法有底部架空法和入口缩进法。底部架空的方法可以将道路、广场和建筑物有机结合起来，从而增加城市空间层次，改善城市人流状况等，是现代建筑的重要特征之一。而利用入口缩进的方法不仅可以有效缓解入口处的各种矛盾，而且可以丰富空间层次，增加人们的印象。
4高层建筑在城市规划设计中的注意事项
4．1尽量避免高层建筑密集
虽然高层建筑的密集有利于方便城市办公，但也会造成城市空间和城市交通的拥堵，不利于城市规划建设。所以政府部门在规划设计高层建筑时，应对其密度进行控制，尽量避免建筑过于集中。
4．2应对城市高层建筑的数量进行控制
高层建筑的建造是一个人力、物力花费极大的工程，对于一些经济效益较小的高层建筑的建造，我们应不提倡，政府部门在城市规划中应避免盲目建造。4．3努力减少高层建筑对城市街道的压力由于高层建筑一般建造在城市的商业发达地区，因而会大大增加其街道的交通压力和负荷。所以，在建造高层建筑时应对其层数和高度进行控制，政府在规划时也可以根据实际情况对其周边街道进行扩展，增加街道的通行能力。
5结语
随着城市化进程的加快，高层建筑的数量越来越多，在建造高度与跨度不断加大的同时，其设计形式与风格也在不断发展变化。虽然我国的高层建筑建造水平与发达国家相比仍有不少差距，但也在不断发展和完善。设计作为一个建筑活的灵魂，设计师应在设计高层时充分把握其中各种尺度，结合人的尺度，满足人的使用、观赏的要求，并从城市的宏观层面和建筑本身的营运体系的中观层面以及建筑室内的微观层面进行综合考虑，才能创造出优美又独具特色的高层建筑，使得建筑与城市环境得到有机统一。
论高层建筑结构设计特点及体系 篇3
摘要：当前我国大部分高层建筑工程的结构设计均为钢筋混凝土剪力墙体系、剪力墙—筒体结构体系，此外较常用的还有框架结构体系、筒体体系等。本文就高层建筑结构设计的特点进行简要的分析、探讨，并对国内高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构进行简要阐述。
关键词：高层建筑；结构特点；结构体系
改革开放以来，我国建筑业有了突飞猛进的发展。近年来我国建筑面积已达到2亿平方米，建成高层建筑万栋。随着城市化进程的加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现。作为土建工作设计人员，只有充分了解了高层建筑结构设计的特点及其结构体系，才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计特点
1.1 水平荷载成为决定因素
在低层和多层建筑结构中，大部分是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而对于高层建筑来讲，尽管竖向荷载仍对结构设计有着重要的影响，但水平荷载却起决定性作用。主要是由于一方面来讲，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。
1.2 轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架—剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。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，会得出偏于不安全的结果。
1.3 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，水平荷載下结构的侧移变形迅速增大，与建筑高度 H的 4 次方成正比（△= qH4/8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度。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。否则会产生以下情况：1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。2.使居住人员感到不适或惊慌。3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
1.4 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
1.5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。
1.6减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
二、高层建筑的结构设计体系
2.1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。
2.2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。
2.3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的部分结构来承受，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。
三、结束语
我国的高层建筑逐渐随着经济的高速发展而越来越多，这就对高层建筑的施工质量要求也提出了相当高的标准。高层建筑有一个好的基础是整个高层建筑工程质量的关键支撑。然而在高层建筑的基础建设中，一些看似对整个工程质量没有什么影响的违规操作，却可以给整个建筑的施工质量埋下巨大的安全隐患，所以，在高层建筑的施工工程中，一定要严格的按照规定的施工标准来进行，不要有违规操作，确实保障高层建筑的安全可靠性。
参考文献：
[1]卢明.大底盘多塔高层建筑结构分析.河北工程大学.2008.
[2]张同亿，李从林，许菊萍.高层框支剪力墙结构地震反应分析的超元法[J].地震工程与工程振动；2002（02）.
[3]王崇昌，马克俭等.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构分析[M].贵州人民出版社.1989.
论高层建筑及高层建筑的造型设计 篇4
在设计中技术与艺术的有机结合, 可以从它的审美效果上体现出来。即建筑的造型、功能、结构三者之间的完美结合同时需要兼顾与环境的统一及人的心理。本文从高层建筑的平面功能层面、结构稳定层面、环境心理层面对超高层及高层建筑体型设计的影响做一阐述。
1 平面功能对超高层及高层建筑体型设计的影响
超高层及高层建筑和一般建筑物比较的话, 平时的垂直荷载、地震影响与平时以及暴风时的水平荷载就相对变得非常大了, 为了使高层上下方向的质量、刚度、强度的分布均匀, 就要尽可能的避免各层平面形状激烈变化, 力求均一化。
有文献资料指出, 合理的选择楼层建筑平面形状, 能显著降低风对高层、超高层建筑的作用。对于采用边数较多的正多边形、圆形、椭圆形建筑平面的高层、超高层建筑, 同采用矩形建筑平面的高层、超高层建筑相比, 风载体型系数大约可减少20%以上。
因此, 超高层及高层建筑平面布置的理想状态就是选用合理的平面形状、功能相对简单, 上下层空间尽可能统一, 结构体系贯通。
但是近年来, 由于社会的不断发展进步, 业主对建设目的的主观需求不断提高。单纯的满足基本功能的使用已经不能达到建设要求。平面布置时, 空间日趋丰富, 功能日趋复杂。很多高层建筑底部需考虑设置大型中庭共享空间或大空间 (影院、剧场等) , 由于上部与下部在功能性质上有所区分, 在中间层改变支撑结构的位置甚至体系的转换 (商住楼) 。在满足功能使用的前提下, 同时需兼顾建筑在城市中获得良好的“易识别性”和“独特性”。
总体来说, 在现今我们对超高层及高层建筑平面布置过程中, 我们需要处理好功能的使用性, 结构的稳定性、空间的丰富性、形态的美观及独特性之间的关系。使其能够成为和谐统一的整体, 尽可能减少或避免体型完全是使用幕墙体系塑造, 摆脱主体与体型脱节的尴尬局面。
2 环境心理对超高层及高层建筑体型设计的影响
2.1 使用者的舒适
对于高层办公建筑, 创造舒适、健康的空间环境是永恒的话题。依此观点, 意味着需要在建造中对自然环境施加最小的影响, 使建成的环境与生物圈的生态系统融为一体。目前, 把绿化引进室内已成为一种时尚, 树木、花草能调节空间中光和影, 提供幽静的场所, 使人精力充沛。随着中庭与高层建筑的结合, 打破了高层建筑内部空间的封闭与单调, 近年来又出现了在高层塔楼的中间开敞空间进行绿化, 沿高层的外表面布置不同深度的过渡空间, 用于遮荫、绿化。较大的空间可有效降低空间封闭对使用者的压迫感, 更重要的是形成了良好的内部小环境, 配合空调系统使室内空气对流更加自然。
2.2 周边环境的协调
高层建筑往往以其宏伟的尺度和巨大的体量, 给观者以强烈的视觉感受, 同时也决定和影响着所在城市区域的艺术风格和美学价值。从城市整体影响的角度来看, 表现在高层建筑对城市天际轮廓线的影响;在区域范围内来讲, 高层也起到地标的作用, 并与周边建筑相协调, 避免过分的夸大和突兀以及锐角边正对其它建筑等, 降低建筑本身对周边影响。
2.3 型体处理
建筑型体组合与造型是高层建筑设计中的重要环节。建筑型体组合与造型是建筑空间组合的外在表现, 它是内在诸因素的反映。二者是互为依存不可分割的。往往完美和谐的建筑艺术形象, 总是内部空间合乎逻辑的反映, 在设计中表现为对建筑尺度的处理。高层建筑一般由三个部分组成的, 即裙房、主体和顶部, 一个造型美的高层建筑是建立在很好地处理了这几个部分之间的尺度关系, 在近人尺度处理中, 应特别注意建筑底层及人口的柱子、墙面的尺度划分, 檐口、门、窗及装饰的处理, 使人的心理有一个逐渐变化的过程。
3 应用工程实例
建成于1988年的香港中国银行大厦共70层, 楼高315米, 加顶上两杆的高度共有367.4米由著名华裔建筑师贝幸铭设计。建筑底层平面为52mx52m的正方形, 上部造型为由正方形对角线划分出来的4个三角形所形成的参差收分体量, 节节高升, 如同节节上升的竹子, 象征力量、生机、茁壮和锐意进取的精神使得各个立面在严谨的几何规范内变化多端。
从环境心理上, 因为大厦尖削的外形像个三棱的刀, 会切去阴阳之间微妙的平衡, 殃及尖角对应的邻居, 这引起了许多反对之声。这也是很多超高层和高层在建筑体型设计上共同面对的问题。
再就瑞士保险总部大厦而言, 为了能够以更合理的方式使用能源, 使其热量损失、结构自重及地面绕流达到最小, 从而实现自给自足的节能式建筑, 此建筑采用了一种更加合理的流线型建筑外形。
从实际功能考虑, 这个方案具有三方面的优势:其外形不会引起迎风面的空气回流, 不加重向下的气流, 因此它能保护周围的环境, 这一点对于保持伦敦城的古街道及小巷式的格调非常重要;建筑周围的空气流动较为平稳, 减少了其表面的热损失;分压系数减小的结果便是建筑表面所需承受的压力变小, 这就使得在建筑外部设置抗风级别较高的灯成为可能。
另外, som事务所涉及的沙特阿拉伯国家商业银行大楼是一栋刀层高, 平面呈三角形的高层建筑。为了适应炎热的气候环境, 建筑外墙呈封闭状态。外墙上没有传统的密密麻麻的窗口, 而取而代之以三个巨大的顶口。洞口内的楼地面形成园林绿地式的内部空间。把办公室从里面边沿退缩到形成空中绿洲的洞口中, 并围绕中心风塔布置, 使湿热空气向上抽拔。光线可以进人中央天井, 洞口相当于巨大的遮阳, 可以避免阳光直晒及沙摸地区的热风直接吹袭, 还可以借此散热。各层办公室面向天井开窗, 不在外墙上直接开口, 以取得良好的气候缓冲作用, 并以厚实的隔热墙体将空气调节得负荷降低。可以说此建筑完美的将建筑造型设计和绿色手段完美的结合在一起。
综上所述, 一个优秀的超高层及高层建筑的体型设计, 不单单是从审美的角度去考虑, 还要努力做到需要功能、空间、使用、体型的四个要素的统一, 并且应充分处理好预期周边环境的关系, 以达建筑物造型设计完美、实用功能齐全之目的。
摘要：超高层及高层建筑在一个城市中往往相对本身更具有一定的代表性和象征意义, 其不仅反映了一个城市物质经济发展水平的程度, 还能表现出该地区的精神和审美标准取向。高层建筑的造型设计在整个设计过程不再仅仅是配合功能, 而是与建筑功能一重要。
超高层建筑结构及设计 篇5
摘 要：高层建筑在当前城市发展过程中快速发展起来，其不仅有效的缓解了当前城市土地紧张的问题，而且还为人们提供了高品质的办公和住宅场所。在当前高层建筑建设过程中，需要做好结构设计工作，利用先进的结构设计手段来确保结构设计的质量，使高层建筑设计能够更好的满足大众的需求，而且风格更具多样化，使高层建筑结构更具稳固性。
关键词：高层建筑;结构设计;设计特点;常见问题;解决措施
随着社会的发展与科技的不断进步，人们对于建筑的要求不仅仅在建筑的功能性上，同时也体现在结构的艺术性上。建筑结构设计也因此得到了长足的发展。作为城市发展的一个重要标志，建筑结构的设计师们通过现有的科学技术寻找更为合理的建筑结构设计。但是随着建筑高度的不断增加，建筑结构设计的难度也大大增加。建筑技术以及经济效益等问题都对建筑结构设计有很大的影响。
1 高层建筑结构设计特点
1.1 侧移成为控制指标
高层建筑由于高度较大，这就对其稳固性和安全性有了更高的要求。在高层建筑设计过程中，建筑结构侧移问题需要重要关注。为了能够避免高层建筑结构变形的发生，则需要对位移的限制进行严格要求。特别是顶点位移限制与数值大小及振动频率息息相关，一旦层间相对位移较大时，则会导致结构变形发生，使建筑物受到不同程度的损坏。在高层建筑高度不断增加的.情况下，建筑物水平荷载能力也会发生不同的变化，建筑物侧移幅度会不断增加，不仅会导致侧移附加内力加大，而且还会导致建筑结构主体裂缝发生，从而带来严重的后果。这就需要在高层建筑设计时，需要控制好结构水平区域的侧移幅度，将其控制在一定范围内，确保高层建筑物的安全性。
1.2 高度预防轴向变形
当前高层建筑多以框架结构为主，在这种结构形式中，框架的中柱轴压力会大于边柱轴的压力，这也导致中柱轴变形的几率增加。特别是当建筑物高度较大时，这种中柱轴变形数值会远远大于边柱轴的变形数值，因此容易出现连续梁中间下沉及下陷的情况发生，从而导致跨中正弯矩值和支座两端负弯矩值增大，给预制构件的下料(主要是钢筋)带来较大的影响。由于高层建筑轴向变形的存在，会给构件的剪力和侧移力带来较大的影响，严重危及高层建筑的安全性。
1.3 抗震性要求越来越高
在地震作用下，高层建筑的安全性低于低层建筑，其变形会更加严重。这就需要在高层建筑设计过程中，需要确保承载力和刚度要自下而上的减小，确保其变化的均匀性。通过合理的对楼体结构中塑性集中变形进行设计，确保楼层建筑延性能够增强，从而更好的提升建筑物的变形能力。另外，还需要在设计时考虑好地基土质及水文情况，例如地基基础设计在地震作用力下进行计算，使结构抗震性能得到更好的提高。
2 高层建筑结构设计中常见问题分析
2.1 高层建筑结构设计选型
2.1.1 结构设计的不规则问题。在当前高层建筑结构设计中，对于结构的规划性有了硬性的要求和限制，而且在新规范中对于严重不符合规范的设计方案严禁进行使用。这就需要在设计过程中，在对结构进行选型时，需要选择相对较为规则的结构，这样可以为后期施工图设计阶段及各项工作的顺利开展奠定良好的基础。
2.1.2 建筑结构的高度问题。当前高层建筑超高的现象较为普遍。由于在地震力作用下超高的建筑物发生变形的几率较大，这就需要我们要谨慎对待建筑的高度问题。在建筑物高度增加的情况下，会对结构带来较大的制约影响，特别是一些参数如果超出了原来的指标范围，这必然会对建筑物结构的安全性和延性带来较大的影响，所以在高层建筑结构设计时，对于高度的确定需要严格按照国家的相关规范要求来进行，避免出现超高限的情况发生。
2.1.3 嵌固端的设置问题。当前高层建筑为了能够最大限度的确保空间的使用率，通常都会向地下部分延伸，通过建筑一至两层的地下室和人防使空间使用率达到最大值。在建筑有地下室的高层建筑中，嵌固端会对整体结构某些部件内力分配的准确性带来较大的影响。通常在地下室的顶板或是人防的顶板位置处来进行嵌固端的设置。这就需要在设置嵌固端时准确进行分析和计算，设计过程中设计人员应注意不管建筑结构怎么变化，只要概念清晰，就能够在结构整体计算之前，较准确的确定嵌固端的位置。
2.2 高层建筑的扭转结构问题
高层建筑结构稳固性需要确保其几何形心、刚度中心和结构重心要达合一的标准要求。否则在水平荷载作用下建筑物不可避免的会发生扭转振动效应，从而导致建筑物受到不同程度的破坏。这是我们在结构设计时需要重要关注的问题，通过合理的结构形式和平面布局，确保建筑物结构达到三心合一，避免高层建筑扭转问题的发生。
2.3 高层建筑的地基和基础设计问题
在高层建筑设计过程中，地基和基础设计作为其中非常重要的一个环节，需要在设计过程中给予充分的重视。在高层建筑设计工作中，地基和基础设计的好坏不仅关系到后期结构设计能否顺利进行，而且对工程造价及建筑质量都会带来决定性的影响。所以需要在地基和基础设计时注意设计的合理性和科学性，避免为工程质量留下安全隐患。
3 高层建筑结构设计中常见问题的解决措施
我国地域较为辽阔，各个地区地质情况存在较大的差异，这就使国家标准的设计规范在具体实施过程中需要与地方的地方性设计规范有效进行结合，确保高层建筑的设计能够与当地的具体情况相适宜，从而提高施工设计的准确性。特别是在地基基础设计上，更需要对地方性建筑规范进行深入的了解，有效的避免可能会对施工带来不利影响的因素，确保施工设计的准确性和科学性。常用的高层建筑计算的计算机软件有SATWETATTBSA等。在开始计算前，设计人员应该根据规范要求和工程的实际情况对结构参数和特殊构件进行正确的设置。不同的结构形式在计算模型上会存在着一定的差异，因此导致各软件的计算结果也会有所不同。这个时候就需要工程师根据软件的特点来选择合适的软件，避免给工程留下安全隐患。
4 结语
综上所述，在高层建筑结构设计过程中，需要严格按照相关的规范要求进行，而且要加强实地考察，多方面的对结构进行深入分析，编制多个设计方案，通过对各个方案的比较来选择最适宜的设计方案，及时对设计过程中存在的问题进行解决，确保整体设计的科学性和合理性，使建筑物的质量能够得到有效的保障。
参考文献
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[4] 赖东林.对某综合楼结构设计的探讨[J].广东科技，2007(04).
超高层建筑结构及设计 篇6
【关键词】高层建筑；结构设计；嵌固端；超高；剪力墙
一、高层建筑结构的特征
高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此，在设计高层建筑结构时，要控制侧移在规定的范围之内，所以高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。
二、高层建筑结构设计中存在的问题
（一）短肢剪力墙设置存在问题
当前的高层建筑结构设计过程中存在诸多问题，其中的一些问题会对结构产生较大的损害，甚至是致命的，其中最为典型的当属短肢剪力墙的不合理设置。有很多高层建筑结构的设计过程都出现过增设短肢剪力墙的现象，这种现象的发生导致高层建筑在后续的使用过程中的稳定性和安全性大打折扣，整个高层建筑的断肢剪力墙的抗震能力都会受到影响，因此高层建筑的后期的长时期使用过程中将会存在安全隐患。
（二）嵌固端设置存在问题
高层建筑结构设计中，嵌固端在工程结构中扮演着非常重要的角色，因此嵌固端的设计也是至关重要的，当前嵌固端的设计主要存在以下几个方面的问题：
一是嵌固端位置选择问题，一些高层建筑在嵌固端位置选择方面存在着较大的问题，尤其是一些高层建筑将其选择在地下室或者人防顶板处，这种设计模式及其的不科学，存在重大安全隐患，对于其效果的发挥是极为不利的；二是嵌固端上下层刚度设计的比例大小不够合理，上下层刚度比例大小是嵌固端设计是否合理的一项重要因素，当前的一些嵌固端设计中存在着较大的计算误差或者其他设计问题；三是嵌固端的设计过程中，一个比较棘手的问题是同抗震缝隙的处理存在较大的难度，彼此之间很难协调，这个问题势必会引起整个高层建筑结构的稳定可靠性。
（三）超高问题
超高也是当前高层建筑结构设计所面临的一个非常棘手的问题，所谓的超高问题指的是一些高层建筑建设单位基于经济利润的考虑，无视相关的文件制度以及设计规范，人为地增加高层建筑高度。但站在另一个角度考虑，这种做法违反了高层建筑结构设计规范，使得高层建筑的稳定性和抗震能力有所下降，一旦遭遇地震、强风天气或者其他自然灾害，就极易发生危险，甚至导致高层建筑结构发生倒塌或者断裂。
三、高层建筑物结构设计问题的解决对策
（一）选择合理的高层建筑结构方案。合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，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。
（二）剪力墙的优化。在其它建筑中，原来框架结构中起承受水平和竖直两个方向的力的构件是梁柱，而在高层建筑中取代梁柱来承受水平和竖直两个方向的力的是剪力墙体系结构。剪力墙体系结构是一种混凝土材质的土墙结构，不仅可以直接承受水平和竖直的力，对于其它结构的水平载荷也可以起到调节作用。因此，不断优化剪力墙的结构对于整个高层建筑结构设计的进度和安全性都有着巨大的影响。在进行剪力墙结构体系优化的时候，需要注意剪力墙设计中的连梁的设计是很重要的一部分。高层建筑设计人员可以把连梁之间的各个墙体连接起来而形成联肢墙。这种设计可以使得墙肢的约束条件增加，从而使墙体的各个部分都得到了更多的内力，十分有效的提高高层建筑的抗震能力。但是这种做法的缺点在于对于投资商来说造成了不必要的浪费，然而对于整个高层建筑结构的安全性来说绝对是利大于弊的。
（三）平面及立面的选择。在进行高层建筑结构设计中，“三心合一”是一个重要的概念。“三心合一”指的是高层建筑整体的几何形心、刚度中心、结构重心尽可能地在空间中交汇于一个点。如果不能在高层建筑结构设计中做到“三心合一”，那么整个高层建筑的结构设计就会出现扭转问题。扭转问题会在风载等水平载荷的作用下对高层建筑的相应结构造成严重危害，继而影响到整个高层建筑的结构设计。为了防止扭转问题对于整个结构的危害，设计人员在设计时应该尽可能的使高层建筑整体达到“三心合一”的状态，要选择合理的结构形式和平面布局。因此，在选择平面和立面形式的时候，对高层建筑的平面要选择比较简单的形式，便于设计人员在进行计算和设计的时候条理清晰、不易混淆。大量的资料表明，对称结构更稳定，更容易在地震中保持安全，因此，选高层建筑的平面形式时要多选结构简单、线条规则、更加对称的平面形式。
（四）高层建筑结构存在着超高的问题。基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。
（五）高层建筑结构计算简图的选择。在对高层建筑进行结构设计的时候首先要进行结构计算，而结构计算一般需要选择一种计算简图，在选择的计算简图上进行高层建筑结构设计的计算。如果在一开始的时候就选择了不合理的简图，那么在高层建筑结构设计的时候就容易出现结构不合理的问题。因此，如果能在一开始就选择了一个合理的高层建筑结构计算简图，那么对于高层建筑结构设计会是一个重要的保障，同样的，合适的构造方法应该和相应的计算简图的方法匹配。重要的是，在实际高层建筑结构设计中，计算简图的结构节点不应只是钢节点或者铰节点，需要保证计算简图的误差在相应规范的规定范围内。
四、结语
综上，当前我国城市化进程不断加快，高层建筑项目工程越来越多，施工难度越来越大，因此高层建筑结构设计人员必须尽职尽责，切实采取科学合理的设计方案，为高层建筑结构提供安全保障，只有这样才能保障工程项目在竣工后投入使用的过程中的安全性。
参考文献：
[1]高群.浅谈高层建筑结构设计中的问题及对策[J].门窗.2014（12）.
[2]郭怀祥.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].中华民居（下旬刊）.2014（09）.
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
高层建筑结构设计及选型分析 篇8
1 高层建筑结构设计分析
(1)高层建筑结构类型。高层建筑结构主要分为三种类型:1剪力墙结构。剪力墙结构是指建筑内外墙采用剪力墙设计方式,利用剪力墙承担建筑负荷。剪力墙的变形及受力特点受剪力墙开洞情况影响,根据轧受力特点,剪力墙分为特殊开洞墙和单肢墙两类,不同类型剪力墙的截面应力分布特点存在显著差异,因而工程实践不仅需要计算位移和内力情况,也需要灵活运用平面有限元法计算剪力墙结构,提高计算结果的准确性。但是该方法存在弊端,如自由度较多。工程实践中,特殊开洞墙应用频率更高。2筒体结构。筒体结构分为框架-核心筒和筒中筒两种类型,前者的受力特点为框架、筒体分别承受竖向和水平荷载,变性特点与框剪墙存在一定相似之处,但是其抗侧刚度性能更好。筒体结构计算方法三维空间法,计算结果的精度更高。3框架-剪力墙结构[2]。该结构由多个框架和剪力墙共组成,该结构类型优点在于位移和内力设计防范方式较多,但是连梁连续化假定方法计算位移协调条件时,应该按照框架水平位移和剪力墙转角设计,建立外荷载与位移关系的微分方程。但是需求和因素未知量之间存在差异,微分方程存在不同解。
(2)高层建筑结构设计。高层建筑结构设计需要做好以下三个内容:1确定水平荷载。任何建筑结构需要承受一定的水平及垂直荷载,具备一定的抗震能力。高层建筑设计虽然受竖向荷载较多,但是随着建筑高度不断增加,水平荷载对建筑结构的影响也在不断提高。2确定测控。与低层建筑相比,高层建筑结构更容易出现结构侧移问题,并成为高层建筑结构的重要因素。随着楼层增加,水平荷载侧变形也越来越大。高层建筑结构不仅需要具备一定强度,还需具备承受荷载作用产生的内力作用和抗侧刚度,以防建筑结构在水平荷载作用下发生侧移。3合理设计结构延性。与低层建筑相比,高层建筑结构的柔性更强,地震作用下高层建筑变形问题更加明显。高层建筑结构进入塑性变形阶段仍存在较大的变形能力,才能防止建筑倒塌。因此高层建筑结构设计中需要考虑该问题,保证高层建筑具有一定足够的延性。
2 高层建筑结构选型分析
(1)工程概况。该建筑位于西北某省份,建筑抗震防裂程度8度,地震加速度值0.2g,设计地震分组。第二组共18层,建筑功能为商住,商用层高4.2m,居住楼层层高2.9m。建筑主体高55.4m,总长51.2m,等宽18m。
(2)建筑结构布置。1结合该建筑功能,建筑结构采用框架—剪力墙结构设计,框架和剪力墙抗震等级分别为二级、一级。基于抵抗竖向和水平荷载考虑,结构平面布置时,楼道、电梯间采用剪力墙设计,墙体采用对称均匀布置方式,达到直接传力和明确受力效果。基于对扭转作用的考虑,在不影响建筑功能前提下,建筑平面四角采用双向抗侧力剪力墙设计,降低扭转作用的影响。建筑平面采用简单规则布置,削弱地震的影响。2将柱和梁的重心重合,保证直接传力。如若梁柱重心无法重合,在计算中考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响。如若偏心距大于该方向柱宽的25%,通过增设梁的水平加腋措施,降低偏心过大产生的影响[3]。3虽然剪力墙的抗震性较好,并且主要体现在抗测力性方面,但是也需要科学合理地设计剪力墙,并遵循以下原则设计剪力墙:A.沿两个主轴方向或其它方向双向布置,并且保持两个方向的刚度一致;B.自下而上地连续布置剪力墙,以免剪力墙刚度出现较大偏差。保持门窗洞口上下对齐,形成明确的墙肢和连梁,以免墙肢宽度差异过大;C.底部加强部位和全高不采用错洞墙设计,单片剪力墙的长度应低于8m。4根据建筑平面布局确定剪力墙间距、剪力墙,按照设计经验,剪力墙间距通常为建筑开间和建筑进深的数倍,剪力墙间距越小,才能体现墙体材料的强度作用,也才能发挥更大的抗震作用[4]。另外,剪力墙设计还受造价影响,因而需要根据造价确定剪力墙间距。5该建筑主要为商用建筑,基于商用店铺对空间的要求,剪力墙和框架柱需要依据大开间原则设计,才能充分体现剪力墙和框架柱的承载能力,并且大开间设计的经济性也更好。
3 结束语
高层建筑是世界发展的趋势,国内和国外建筑从业人员都极为重视高层建筑结构设计及结构选型。国外开展高层结构设计时间更长,并积累大量设计及选型经验。虽然我国高层建筑结构设计及选型的理论方法及研究仍有许多不完善之处,但是国外有益经验可为我国完善高层建筑结构设计及选型提供参考,促进高层建筑结构设计及选型方法完善。并且随着科学技术的发展,大量科技用于高层建筑结构设计选型,也为我国完善高层建筑设计和选型方法提供了技术支持。总而言之,我国建筑设计人员需要在总结自身经验的基础上,灵活借鉴国外优异经验,才能不断完善高层建筑结构设计及选型,设计出性能更完善的高层建筑,满足人们对高层建筑的要求。
参考文献
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超高层建筑结构及设计 篇9
随着现代金融业的高速发展, 普通的金融类办公楼已经很难满足日益增长的需求。伴随着金融业发展的正是现代高层金融建筑的飞速发展, 那么比之于传统的金融建筑, 高层金融建筑有什么突破呢? 现代高层金融建筑大都位于都是繁华地, 是金融的集中体现, 有时甚至是地区的标志性建筑。建筑整体趋于体量高大、功能设计多样化、结构全能化、技术更加创新。由于层数更多, 在建筑设计上要面临诸多问题, 例如, 建筑的沉降、消防安全、抗震以及风荷载等等。高层金融建筑在设计之初, 就要考虑所有可能出现的问题。本文将以上海环球金融中心大厦为例, 针对高层金融建筑的问题进行探讨和分析。
该建筑位于上海浦东新区陆家嘴核心地段, 总建筑面积达38.16 万平方米, 楼高492 米。共101 层, 地下3 层~地下1 层约有1100 个停车位, 地下2 层~地下3层为商业设备, 3 层~5 层为会议室, 7 层~77 层为金融商业写字楼, 在79 层~93层是超五星级的宾馆, 94 层~101 层设计为旅游观光层, 在472 米高的是世界最高观光厅——观光天阁。与在建的上海中心大厦和金茂大厦形成“三组鼎立”的局面。结构形式为钢筋混泥土结构 (SRC结构) 以及刚结构 (S结构) , 巨型柱、巨型斜撑和周边带状桁架所构成的巨型结构体系支撑着之歌巨型大厦。
二、高层金融建筑结构设计
1、基本设计参数
根据对岩土的勘察报告中指出, 该地区的土质分析, 土质中含有大量粘土, 形成于浅海相碱性水介质环境, PH=8 左右。所含矿物质化学成份的硅铝率K=6.0524。 对该建筑的结构设计基准期为50 年, 要求一级的安全等级, 设置7度的抗震设防烈度, 规定周期为0.9s的场地特征, 建筑场地的类别要求至Ⅳ类, 对基本地震加速度设为0.1g, 达到了类别为乙类的抗震设防类别, 设计地震分组的第一组。
2、结构体系
(1) 上部结构之巨型支架
该建筑在建筑工程的上部结构采用三重抗测力的结构体系, 巨型支架、核心筒以及外伸臂的结构, 是绝大多数高层建筑都采用的结构体系。其中材料测试采用稳固性更强的混合结构——钢结构和钢筋混凝土。巨型支架的主要框架是由巨型柱为主要结构柱, 巨型柱是钢骨混泥土的组合结构, 钢骨的截面是用热轧性钢或是焊接形成的, 位于整栋建筑法的主要外部角落, 可以极大地抵抗来自地区风和地震的荷载。辅以巨型斜撑为主要斜撑, 这里的巨型斜撑是钢管混凝土结构, 其截面是由而两块的大型竖向翼缘板和两块水平放置的连接腹板共同组成。
(2) 上部结构之核心筒
该建筑中特殊的周边带状桁架, 从大楼的底部向上延伸, 高度有一层楼高, 是由焊接箱截面和热轧宽翼缘型的钢架组成。这些带状桁架从侧面减少了高层相邻两柱之间的垂直位移, 同时也为结构整体消化了内部的多重重力挤压。采用钢筋混凝土的核心筒是大楼的核心支撑, 79 层以上海采用了带混凝土的端墙设计的钢支撑核心筒。这主要是由于建筑在平面上的限制, 所以在内部核心筒的57~61层到79 层进行了更换, 采用倒插三层的方式进行转换, 为了防止出现错位, 还在搭接的所有楼层部位加强了楼板厚度, 也有利于荷载在各部位之间的有效传递。
(3) 上部结构之外伸臂
为了连接核心筒和巨型结构柱, 在外围构架了桁架结构, 是该建筑的外伸臂, 有巨型柱和混凝土核心筒相连脚部之间的三层楼高的连接桁架构成。这一结构主要是解决建筑布局中无法达成外伸桁架直接通过核心筒的问题, 所以, 在设计时, 在墙中埋置一道环装的圈桁架, 满足外伸桁架所需要的后座跨力。
1、楼面体系的构建
考虑到标准承租层的各种楼面体系, 该建筑采用了两种类型的钢承板组合式的楼面, 由较薄一面2W和较厚一面3W楼面体系组合而成。在设备层以及相邻上面一层的对外承租层使用的是较厚的钢承板楼面, 厚度为200mm, 是为了改善这一块承租设备层的隔音效果。在楼体79 层~93 层的宾馆层则是采用200mm厚的另一种混凝土的楼面。
2、主楼顶部
楼梯的几何设计延伸到楼顶, 完美呈现刀锋式的构架。该建筑在设计之初, 就考虑到主楼顶部的最大特色的圆形缺口要安装观光轨道车系统。主楼的顶部空间承载着轨道系统, 是该轨道系统的支撑框架。支撑框架的材料大部分采用管状截面的杆件, 节省了轨道车系统在空间上的占有率, 同时还能使其安全的装在钢管构成的框架上。
3、设计中特殊问题的解决
在设计分析整体结构的弹塑性时程时采用了两种新的非线性的宏观单元, 一种是传统的梁柱单元, 另一种则是墙单元。两种不同的宏观单元同时通过相同编制高层钢筋混凝土结构弹塑性时程的分析程序来对结构进一步弹塑性的动力时程分析, 将结果与标准的计算结果进行比较。另一方面, 对结构型进行静力的弹塑性分析整体钢结构、混凝土梁柱以及斜撑, 将建筑的核心筒假设为壳单元, 利用程序SATWE等进一步分析扭转、风荷和地震对其作用。
三、新技术分析探讨
1、振动台设计
考虑到该建筑所处的位置以及地下土层, 以及结构体系建筑的复杂性, 设计了模型化的建筑整体结构振动台试验, 提出了简化的模型方法。选取缩小尺寸的模型进行振动台试验, 利用系统程序ANSYS对简化的模型进行设计和计算, 得出结果并测量抗震性, 验证建筑整体的可行性。在模型的测量中, 利用相似关系设置震动参数, 确定相似比, 利用建造的相同材料和对照同样的施工条件, 在类比相似的条件下对建筑的模型进行1:1 的测量, 最后收集所有数据, 整合到系统程序中得出结果。
2、风荷载研究
该建筑处于风力季节性的地区, 为了得出其风力对建筑的影响, 对建筑表面常态和动态进行了压力试验, 以及风环境的进一步测试分析。设定了风荷载即风速达43.7m/s, 阻尼比为2%, 还考虑到周边环境的未来设定, 进一步的风荷载即风速达46.3m/s, 阻尼比为2.5%的设定, 对建筑的将来承受进行测定。
四、总结
目前越来越多的高层金融建筑涌现, 上海环球中心的建造于设计令人叹为观止。关于高层金融建筑的结构设计也在不断创新, 不断地刷新、打破前面的历史记录, 对于新技术, 人们一直在进一步的探索, 同时在大量的数据测定之后应用到高层建筑中, 构成今天我们所看到的一栋又一栋摩天大楼。
参考文献
[1]本格尼·S·塔拉纳特.高层建筑钢、混凝土组合结构设计[M].罗福午, 方鄂华, 王娴明, 等译.北京:中国建筑工业出版社, 1999.309-335.
[2]何广乾.建筑结构优秀设计图集 (2) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.3-56.
超高层建筑结构及设计 篇10
1.1 高层建筑结构设计中水平载荷控制
区别于层数较少的建筑, 高层建筑整体结构承受的水平载荷相对较大, 对于水平载荷水平的控制直接决定了高层建筑的整体稳定性。高层建筑水平载荷与建筑承受的倾覆力矩以及偏心轴向力存在着紧密的联系, 比例关系为两次方倍数。可见在高层建筑结构设计中, 应严格控制水平载荷, 防止出现因水平载荷过大引起的连锁性稳定问题。
1.2 高层建筑结构设计中抗震性能控制
抗震性能是高层建筑结构设计关注的要点内容, 对于建筑使用以及人员安全有着根本性的影响。高层建筑抗震性能的影响因素较多, 在设计环节应对正常使用中设计的水平以及竖向载荷加以考虑, 同时应从建筑结构选型中保证一定地震水平中建筑的稳定性, 确保高层建筑实现“小震不坏、大震不倒”的抗震目标。
1.3 高层建筑结构设计中侧移的控制
侧移问题是高层建筑使用过程中较为突出的稳定性问题, 侧移的产生主要是建筑整体上部与下部水平载荷不同, 而整体刚度水平又趋于一致所形成的结构侧向形变移动。高层建筑侧移水平与建筑高度4 次方成正比例关系, 设计人员在高层建筑设计过程中应重视侧移水平的控制。
1.4 高层建筑结构设计中轴向变形控制
在高层建筑结构设计中, 目前应用最多的是框剪结构体系, 在这一体系中高层建筑整体竖向载荷在中柱结构处相对集中, 因而向建筑基础结构传递的压强更大, 而与之相比边框结构处的应力相对较小, 轴向压强也较小。不同外部压力载荷条件下, 高层建筑结构在竖向呈现差异性压缩变形趋势。因此, 设计人员应对建筑结构进行优化, 避免因过大的轴向变形而形成连续梁中间支座沉陷等系列问题。
1.5 高层建筑结构设计中自重的控制
众所周知, 随着高层建筑整体高度的不断增加, 其结构体量与向基础结构传递的载荷也在不断提升。而在高层建筑整体自重水平超过地基承载能力的情况下, 高层建筑将出现下沉、倾覆或抗震性能不足等系列问题, 这种问题在软土地基等不良地质条件下更为突出。因此, 设计人员应结合工程地质实际条件, 通过结构的优化设计降低高层建筑自重, 使其不超出基础结构的极限承载能力, 确保高层建筑整体的稳定性。
2 高层建筑结构选型中关键环节研究
2.1 高层建筑上部结构主要形式与选择
(1) 框架结构:高层建筑框架结构由梁、柱和楼板等多种构件组成, 具有高延展性、结构自重轻以及建筑空间大等系列优势。框架结构高层建筑的填充墙的选择很多, 目前应用较为广泛的是轻质隔墙结构, 在经济性与轴向稳定性等方面有着良好的结构表现。高层建筑框架结构适用于6 度设防条件下的60m高度范围。
(2) 框架—剪力墙结构:高层建筑框架—剪力墙结构将内部电梯间转化为筒体结构来抵抗水平载荷对于结构整体稳定性的影响, 而框架柱增主要承载高层建筑整体的竖向载荷, 具有理想的刚度与抗震性能表现。高层建筑框架—剪力墙结构适用于6 度设防条件下的130m高度范围。
(3) 剪力墙结构:高层建筑剪力墙结构的主要特点是整体性好且侧向刚度大, 水平力作用下侧移小, 能够方便房间内部的布置。能够通过在合适的位置开结构洞, 以便形成若干断肢剪力墙, 用来调整整体的刚度。并且还可以采用轻质填充墙来减轻结构的自重以及工程造价。高层建筑剪力墙结构适用于6 度设防条件下的140m高度范围。
(4) 筒体结构:框架一核心筒结构一般是由实体的核心筒与外框架组成。在一般单位设计中, 都会把电梯间和一些服务用房集中在核心筒内, 其他需要相对较大空间的办公用房与商业用房等等一般都会布置在外框架的部分。因为核心筒是由两个方向的剪力墙所形成的封闭的空间结构。此结构相对于框架一剪力墙结构的整体性与抗侧刚度要更强一些。且其钢心和质心的偏差很小。其适用的高度范围一般都是150m以下 (6 度设防) 。
2.2高层建筑下部结构主要形式与选择
高层建筑下部结构主要形式包括以下几种, 设计人员在选型确定过程中, 应注意其间的差别, 合理选择:
(1) 柱下独立基础结构:载荷承载能力相对较低, 适用于层数较少的框架结构高层建筑, 同时对于施工建设区域的地质条件要求较高。
(2) 交叉梁基础结构:顾名思义, 此类型下部结构由相互交叉的条形梁构成基础部分, 适用于层数较少的框剪力结构体系高层建筑。
(3) 片筏基础结构:片筏基础结构整体刚度较弱, 需要相对理想地质土体提供辅助载荷能力, 适用于层数较少的高层建筑结构, 需要严格控制沉降、形变以及裂缝等系列问题。
(4) 复合基础结构:在基坑施工环节就包含了对于地质土体结构的整体稳定性加固, 主要适用于层数相对较多或是土质相对较弱的情况, 高粘结强度复合地基的代表是CFG桩复合地基。当前已经广泛的运用到高层建筑地基的建设当中。
3 结束语
综上所述, 高层建筑时当前我国城市化进程不断推进过程中, 出现的建筑形式, 此类型建筑呈现出了较为复杂的结构体系及建筑平面功能, 结构工程师在结构选型、结构布置方面面临着越来越多的挑战。在高层建筑结构设计与选型中, 应在满足建筑使用功能及结构安全前题下, 综合考虑投资、工期、施工经验、空间效果、使用面积和结构性能等综合效益指标来作出判断。本文分析了高层建筑结构设计的要点, 阐述了工程结构选型中的关键环节, 具有一定借鉴价值与参考意义。
参考文献
[1]钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D].重庆:重庆大学, 2006.
[2]刘建文.高层建筑结构选型与布置及剪力墙合理数量研究[D].长沙:湖南大学, 2006.
[3]杨文光.超高层建筑结构方案选型及抗震性能分析与优化研究[D].长安:长安大学, 2013.
高层建筑暖通设计问题及改进探析 篇11
摘要：暖通工程是高层建筑中较为重要的部分之一，也是建筑质量的重要体现。由于当前我国在暖通设计方面还存在着一定的不足之处，因此，必须结合其存在的问题，针对性地提出有效的改进措施，才能促进高层建筑的暖通设计不断进步。
关键词：高层建筑；暖通设计；问题改进
1 高层建筑中暖通设计存在的问题
1.1 通风空调系统设计不符合规范要求
相关文件中已经对高层通风管道的設计有明确规定，并指出风管不能够在防火墙和变形缝中穿过，如在建设的过程中有必要从防火墙中穿过，那么则要在穿越之处加设防火阀；在穿过变形缝时要在穿过的两侧分别设置防火阀。但在很多高层建筑的通风管道建设过程中，设计师并没有按照以上规定进行设计，出现了无防火阀或防火阀空缺的现象发生。
1.2楼梯间散热器立、支管配置不合理
高层建筑与普通建筑的建设方案与技术有所差异，暖通设计也有所不同。高层建筑与普通建筑相比在暖通工程的设计与施工中较为复杂，难度也更大一些。高层建筑要在楼梯间和其他较容易产生冰冻现象的地方设置安装散热器，并设置单独的供热管。很多建筑在进行供热管的设计安装时，容易在供热管处装设调节阀，为了保证供热安全，因此不应在供热管系统中加设调节阀。还有一些建筑在暖通工程设计中，将楼梯间的散热器与室内的散热器通过双侧连接的方式设置为同一根立管，并且还将卫生间与邻室的供暖管道相连接，如果这时发生了事故，则后果不堪设想，也会给维修和重建带来很多不必要的麻烦。
1.3工程参数设计不合理
进行暖通设计时，各项工程参数是必不可少的参考。对于不同的高层建筑而言，其工程参数存在较大的区别，这也是不同建筑之间功能差异的具体反映。所以，在暖通设计中，必须对工程参数加强设计，对其形成全面控制。但在目前的暖通设计中，对工程参数的控制并不合理。许多项目都只是简单地对工程参数进行了设定，没有对其进行精准控制，结果导致湿度、温度和空气质量没有达到高层建筑的具体要求。这不仅对高层建筑的使用造成了很大的不便，还影响了暖通系统的正常运行。
1.4暖通图纸设计不规范
高层建筑暖通系统图、平面设计不合理，工程设计里没有编号设备、没有正确标注定位尺寸等。高层建筑暖通系统图与剖面图和平面图出现了不一致现象，如系统图和供回水管的管径平面图不一致，系统图和风管尺寸平面图不一致等。
1.5经济性考量不科学
经济性是进行暖通设计时所必须加强重点考虑的一个关键环节，只有一个经济性的暖通设计方案，才能在确保基础功能实现的基础上，为施工单位创造更大的经济效益。目前在暖通设计中，对经济性的考量不甚合理，导致出现了各种各样的问题。首先，某些施工单位过分追求经济利益，进行暖通设计时眼光短浅，没有对暖通系统的长远作出全面考量，导致暖通设计的功能具有暂时性，无法长远发挥作用。其次，某些暖通设计中对经济性又缺乏考量，对质量和性能的追求过重，导致暖通设计功能超出实际，造成成本上升和不必要的浪费，致使经济效益下降。
2.解决问题及改进措施
2.1尊重高层建筑暖通设计的技术规范
对高层建筑暖通设计相关规范的遵守就是对社会利益的尊重，也是对高层建筑暖通设计工作价值的客观肯定，近些年的例证和教训告诉我们，没有对高层建筑暖通设计规范的尊重就必然会产生高层建筑暖通项目的重大问题和严重隐患。因此，在高层建筑暖通设计开始前就应该组织设计人员针对自身专业展开设计标准、要求规范的学习，使新型高层建筑暖通设计要求落实在设计人员的思想深处。同时，高层建筑暖通设计单位要组织好对设计人员的规范检验和考核验收工作，通过合理奖励激发设计人员执行高层建筑暖通设计规范的自觉性与主动性。
2.2提高高层建筑暖通工程的可靠性
高层建筑暖通设计工作要将工程可靠性运行能力提升作为前提与基础，这是衡量高层建筑暖通设计水平最为基础和关键的标准之一。进行高层建筑暖通设计方案的制定和优化的过程中，必须把高层建筑暖通工程的稳定性与可靠程度作为重要参量，结合供水能力、供电水平制定好高层建筑暖通工程运行计划与维护措施，出台高层建筑暖通工程的技术标准和相关规范，整体上做到对高层建筑暖通工程可靠性的有效保障。
2.3 空调设施要具调节性和可操作性
建筑的暖通空调系统是季节性的，所以要考虑具有灵活的调节性能，满足冬夏季节负荷的变化。目前我国的建筑空调系统调节性能好的设计方案有 VAV 空调系统和 VRV 变频空调系统，这两种系统的控制性较高。虽然在安装时的一次投资费用较高，但投入使用后运行能耗较小，设计方案的选择应该综合考虑设备的一些因素，从而确立最恰当的设计方案。特别是一些公共建筑，不是全天 24 小时使用空调，调节性就更显得重要，这是从节能角度考虑的。目前普遍采用的空调系统自动化控制，是节能和节约成本的因素。一次性投资增加了，后续使用中的成本减少了，当然这种情况对运行工作人员素质的要求也相应的高了。具体方案的确定，应根据建筑的实际情况和要求来确定，综合考虑设计的经济型和技术性。一些需要自动控制的大型空调系统，设计方案要从简，这样减少操作人员的工作量，尽量提高自动化程度，提高系统的经济性和可靠性。空调系统中，只是季节转换时才需要进行操作的阀门尽量设置为手动。而且还要考虑建筑中不同单位分量计算空调费用的具体情况。
2.4创新图纸审查机制
图纸是暖通设计的一个重要方面，由于图纸审查不严导致的各类问题数不胜数。因此，必须对图纸审查机制进行创新，确保暖通设计图纸不会出现问题。首先，应该加强设计人员对设计图纸一致性的重视，使其在设计过程中严格按照相关标准规范进行设计。其次，创新图纸审查机制，可以交由其他设计部门或是第三方设计机构对设计图纸进行审查，确保设计图纸能够得到更加客观公正的查验，及时发现其中存在的问题并予以解决。最后，对图纸审查发现的问题，必须及时进行纠正，尽快将图纸完善。
2.5加强经济性设计
经济性是暖通设计的关键，尤其是高层建筑对暖通系统的功能需求较大，只有实现经济性的设计，才能在暖通系统的施工和运行环节尽可能的降低成本，确保经济效益。首先，对暖通设计方案进行整体优化，削减不必要的环节，将整个系统做到最简化。其次，对暖通设备的考虑必须更加全面。不同设备的功能、价格都存在差异，选用相关设备时应该考虑暖通系统的性能和寿命等指标，选择最为合理的设备。最后，对短期利益和长远利益加强对比考虑。不同的暖通设计方案在短期利益和长期利益这两个方面存在显著差别，因此需要结合高层建筑的使用情况，合理选择短期利益或是长期利益的方案，实现利益最大化。
3.结语
高层建筑暖通设计工作纷繁复杂、综合性强，所以在高层建筑暖通设计时必须要坚持和遵守相关原则和规范，使高层建筑暖通设计工
作更具有科学性和可靠性，做到对高层建筑暖通建设质量、经济、进程等综合目标的保证。同时，在高层建筑暖通设计工作中应本着提高行业发展水平、提升社会生产与人们生活品质为出发点，全面推进高层建筑暖通设计工作的系统化、环保化、全面化，真正为建设和谐社会、美好家园提供优良、美好的建筑环境与空间。
参考文献：
[1]谢飞武，魏平.浅析高层建筑暖通空调设计[J].知识经济，2011（23）：100
[2]贺宇坤.高层建筑暖通设计的优化对策探讨[J].山西建筑，2013（12）.
高层建筑结构设计的问题及对策 篇12
关键词：高层建筑,结构设计,问题,对策
引言:在城市化进程不断推进的时代背景下,想要在有限的城市可利用土地上获得更多的使用空间,高层或超高层建筑就应运而生,并逐渐成为我国建筑业发展的必然趋势。而建筑结构设计作为建筑工程中的重要环节,它的合理性以及可行性将直接决定整栋建筑的成败。因此,为有效减少因结构设计不合理而带来的损失,相关施工企业就必须要对现有的建筑结构设计模式加以改进,纠正以往设计中不恰当的地方,从而提高高层建筑结构设计水平以及能力。
一、高层建筑结构设计常见的问题
1、高层建筑的抗震结构设计
对于高层建筑结构设计而言,抗震设计是其中最重要且难度最大的环节。相较于其他建筑类型,高层建筑的高度更高,在地震等自然灾害来临时,所承受的不利影响也是最严重的。然而在高层建筑结构设计实践中,有些设计人员没有对这方面工作引起重视,甚至于有些设计人员没有对地震给高层建筑带来的影响进行测算,长此以往,不仅会给高层建筑的抗震性能埋下隐患,同时在地震发生时还会给住户或者周边建筑居民造成巨大的生命以及财产损失,不利于企业的健康发展。
2、高层建筑的抗风结构设计
高层建筑的抗风结构设计需要随着建筑高度的增加为进一步加强,这也是整个建筑结构设计中不可或缺的一环。但是在实践中,这方面也会存在很大的漏洞以及不足。目前,我国针对建筑结构设计中的风压等级还没有一个清晰界定;而应用较为广泛的高层建筑结构抗风设计中的风振系数准确率也不高,存在较大差异;此外,对风振舒适度的界定也不够科学;等等。以上内容都是高层建筑抗风结构设计中容易遇到的问题,相关设计人员要在工作中对此加以重视。
3、高层建筑的结构刚度设计
在高层建筑结构设计中,楼层竖向结构的规则性以及楼层平面的刚度都是设计中容易出现问题的环节。由于不同设计师的设计理念存在较大差异,使得设计结构会因为过程的不同而导致最终的经济指标也各不相同。打个比方来说,有些设计师在高层建筑结构设计中,单纯的追求建筑外形的特立独行,而忽视了最重要的抗侧移刚度对整栋建筑的影响,使它的安全性以及稳定性得不到保障。
4、高层建筑的超高问题
高层建筑的抗震性能标准,是在一定的建筑高度上确定的,国家更是对这一问题做出了明确批示。然而每年的高层建筑建设过程中,总会出现不同程度的超高问题,这就迫使国家需要不断的对相关标准以及规范进行详细说明。举例来说, 有些施工企业为了获取更加的经济利润,盲目地增加高层建筑高度,而没有对建筑竖直方向的承载力引起重视,让建筑地基所承受的重量超过了它的能力范围, 进而影响到整栋建筑的抗震性能以及抗风性能。
二、针对高层建筑结构设计问题的有效应对措施
1、科学选择建筑结构体系
自然灾害的发生不确定性很大,这就对高层建筑的稳定性提出了更高的要求, 而高层建筑是否安全可靠也成为老百姓购房的参考标准。在我国高层建筑行业的发展历程中,相关的规范标准也在逐步改进以及优化。目前,对高层建筑的限制性条件较多,而为了在之后的施工过程中尽量避免因设计而出现变动,就必须要选择一个科学的建筑结构体系。
在进行高层建筑结构设计时,相关设计人员不仅要考虑建筑本身的问题,同时还要对建筑施工所在地进行实地勘察,对当地的地质条件以及周边建筑物分布的实际情况进行全面彻底的了解。与此同时,高层建筑上段部分的结构设计是整个设计中的重点,只有制定一个完善的、科学的方案,才能保证高层建筑结构设计的可行性以及准确性。
2、高层建筑的抗风设计要合理
高层建筑的抗风设计主要包含以下几方面内容:第一,高层建筑结构的强度要过关,能够承受各种风力带来的影响;第二,在保证建筑结构的强度符合要求之后,还要对高层建筑在水平荷载作用下的位移进行有效控制,从而确保居住以及工作环境的优越;第三,科学合理的选择高层建筑结构体系以及建筑外形。
为进一步加强高层建筑的抗风能力,必须要做好相应的防风加固措施。首先, 增加截面面积,以此来提高整栋建筑的承载力,与此同时,加强截面的刚度,降低建筑自振频率受风级的影响,减小动力风荷载效应;其次,可以在建筑结构构件的周围包上型钢,来增加它的稳固性,此外,设计人员可以借助预应力加固法, 来在尽可能不改变使用空间的前提下,提高构件的承载力,另外,通过增设支点的方式也可以在一定程度上对建筑结构的受力状况进行改变。
3、高层建筑的结构刚度设计要合理
在结构刚度设计过程中,设计人员要在允许范围内尽可能的降低结构刚度, 结构刚度越小则受共振的影响就越低,相应的抗震性能也会得到提升,这就在无形中增加了高层建筑结构的安全性以及稳定性。通常情况下,在一些土质较好或者岩基埋得不深的区域,可以将桩基作为建筑结构的基础,让地层下的岩基作为支撑,从而确保地基的安全稳定,在这一基础上,建筑结构的刚度就可以尽可能减小。其中,结构刚度设计要将结构极限变形指标作为参考依据,以此来保持建筑结构的稳定性。
4、加强对高层建筑超高问题的监管
高层建筑作为现代建筑的主流,它的建筑高度也会随着时代的发展而出现新的规定,尽管如此,仍有一部分高层建筑存在超高问题,不仅无法保证建筑的安全,同时还有可以给国家以及人民造成不可估量的损失。因此,为了保证高层建筑结构设计的合理性以及安全性,相关主管部门就必须要加强对超高问题的监管, 并坚决打击违法违规行为,构建完善的建筑高度规范制度,从而为整个高层建筑结构设计监管的顺利展开奠定基础。
三、结语
综上所述,在我国建筑业迅猛发展的今天,高层建筑以及超高层建筑在建筑市场中所占比重也逐年增加,并逐渐改变老百姓的日常生活。然而在高层建筑结构设计中,总会不可避免的遗留很多问题,对高层建筑住户以及周边老百姓的安全造成威胁,因此,在高层建筑结构设计中,一定要在对施工现场进行全面勘察的基础上,做好建筑结构的抗震性能设计、抗风性能设计、结构刚度设计以及其他相关设计,从而在解决结构设计问题的前提下,不断提高自身的结构设计水平,为之后高层建筑行业的可持续发展提供保障。
参考文献
[1]潘启钊.高层建筑结构设计的问题及对策[J].建材发展导向(上),2014,(12):117-118.
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[3]刘斌.探讨高层建筑结构设计的问题及对策[J].建筑工程技术与设计,2015,(34):527.
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