高层建筑的结构设计

高层建筑的结构设计（精选12篇）

高层建筑的结构设计 篇1

现代高层建筑结构中, 一般采用的有钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构、预应力混凝土结构、钢结构等结构形式。在我国, 钢筋混凝土被广泛应用在钢筋混凝土结构形成的高层建筑中, 一般采用的结构形式有框架结构、巨型框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、剪力墙结构等几种形式。在我国经济发展较快的城市中, 由于用地紧张等多种因素, 都大量兴建高层住宅楼, 根据前面所述的几种基本结构形式, 结合一般高层住宅房间比较多、分隔墙多的平面特点, 结构可以充分利用这些隔墙的位置布置剪力墙, 这样可以满足结构上承受水平、竖向荷载的要求, 同时也可以减少填充墙的用量。剪力墙的厚度一般不太大, 甚至可以做到厚度与填充墙相同, 从而隐藏在隔墙内, 不像框架结构的柱子那样凸出在房间里影响使用, 从而能够保证房间的规则性, 整体美观, 居住也很舒适。因此深得业主的喜欢, 是高层住宅建筑的理想结构体系。因此, 剪力墙结构体系在高层住宅, 尤其是在30层左右的高层结构体系中得到广泛的应用。

一、高层建筑结构的特点

高层建筑与低层建筑相比有比较大的区别, 不仅表现在体量上的差别, 它们之间最主要的差别在于:低层建筑中, 它们所受的外部作用主要是以重力为代表的竖向荷载。因此, 设计低层建筑结构最主要的控制目标是结构强度。另外由于低层建筑对结构体系的空间工作性能要求比较低, 所以一般的低层建筑结构所采用的结构体系为平面结构。

在高层建筑结构中, 结构承受水平荷载和竖向荷载的共同作用, 随着建筑物高宽比的增大、高度的增加, 尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要的影响, 但水平荷载对结构产生的内力越来越大, 成为结构设计时的主要控制因素, 成为确定结构体系的关键性因素。在水平荷载中, 地震作用是动力作用, 而风力作用则包含静力作用和动力作用, 其静力部分称为稳定风, 动力部分称为脉动风。脉动风的作用会引起高层建筑的振动 (简称风振) , 这在高层建筑结构抗风设计中必须加以考虑的。在地震区, 高层建筑基本上是受地震作用控制, 所以计算地震对结构的作用是高层建筑设计的重要内容。高层建筑结构的设计中, 通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。钢筋混凝土结构造价低, 材料来源丰富, 可浇筑成各种复杂断面形状, 可组成多重结构体系, 可节省钢材, 经过合理的设计, 可获得较好的抗震性能。因此在发展中国家大都采用钢筋混凝土建高层建筑。

二、高层建筑结构相关问题分析

1. 高层建筑结构设计中的消防结构设计

高层建筑结构因其结构本身特点, 决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性, 而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求, 需要在进行功能结构设计时, 选用不同的建筑功能材料, 其中所选用的材料多为可燃性材料, 这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性, 且高层建筑之间空气流动性较强, 风力大, 一旦高层建筑发生火灾, 极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。另外, 高层建筑的层数越多, 在进行建筑结构设计时, 应将火灾线路设计成垂直形态, 在这样的情况下, 高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。在消防结构的设计中, 对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面, 在进行设计时, 应注意将排烟结构进行合理设计, 保证烟气正常排出, 降低火灾发生时灾情的蔓延。

2. 高层建筑结构设计中的抗风结构设计

在高层建筑的设计中, 其建筑的抗风性是相当重要的。笔者认为实现抗风结构优化四个步骤:第一, 进行基础设计, 保证建筑结构的抗风结构, 需要建筑结构具有一定的稳定性, 在设计选材时, 可选用级配高的砂石, 保证建筑结构的填充材料密度, 同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁;同时在结构底部进行设置时, 使用抗拔锚杆, 提高其应用功能, 保证地基的稳固, 对风力起到一定抵抗性;第二, 设计耗能减振系统, 在进行高层建筑结构设计时, 可采用耗能减振系统, 减少风荷载力对建筑物的作用力, 系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成, 减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料, 可有效提高减振系统的耗能减振作用;第三, 高层建筑结构设计时, 应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。第四, 抗风结构设计中, 同时也应提高建筑物的刚度和建筑物的承载力, 根据风荷载的复杂性、多变性, 对建筑物的风荷载以及承载力进行精确的计算, 严格按照相关施工规范, 对建筑物的抗风结构进行设计。

3. 高层建筑结构设计中的抗震结构设计

在对高层建筑结构进行设计时, 其抗震结构始终是整个设计中较难实施也是最为薄弱的环节, 因高层建筑本身的复杂特点以及地震发生时会造成的种种不确定影响, 而且建筑结构设计人员在进行建筑结构设计过程中, 并没有充分考虑到地震发生所造成的破坏性以及如何有效避震原理。在设计工作中, 设计人员没有对抗震数据进行精确的研究分析。如果在高层建筑进行结构设计时, 不能根据相关地震灾害发生的原理进行有效设计, 对其进行总体的规划, 可能造成建筑结构在抗震设计方面会缺乏其有效可用性, 无一定的灵活性, 而且不能有效建筑结构的持久耐用性, 无法有效保证高层建筑居民的生命健康和财产安全。

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。

5. 结构的优化设计

随着生产的迅速发展, 新兴科学技术的不断涌现, 新的设计思想冲击着传统的设计观念, 人们对“设计”的理解更加深刻。设计这一概念, 从根本上说是和分析不同的。设计常常表现为重复的分析。例如, 对于静定结构, 要设计得能满足一组给定的容许应力, 只进行一次分析就已经足够, 设计者选择的截面就能使结构重量为最轻。设计超静定结构时, 则是先假定截面特性, 再进行结构分析, 然后用分析结果来选择一组新的截面特性。通过这样反复循环的运算, 得到一个可行的设计。反复修改设计是传统设计的特点, 对于实际的超静定结构, 这种方法是很繁琐且需要求解联立方程。再者, 最后得到一组截面, 在很大程度上取决于最初假定的误差程度。所以只是做到分析结构是远远不够的, 而更重要的任务还在于要设计结构。通过设计, 不仅要使产品具有良好的性能, 同时还要满足生产的工艺性、使用的可靠性和安全性, 且达到费用最省、消耗最低和误差最小等目的。这就是一切设计活动的最终目的。

过去的结构力学研究, 主要着眼于分析和计算各种结构在外界因素作用下的受力和变形等力学反应, 现在则迈出一大步, 把结构优化设计也作为研究的目标和任务, 结构的优化设计与传统的结构设计有一样的设计过程, 也要经过设计 (拟定各部分尺寸) 、校核 (是否满足规范等要求) , 修改设计、再校核, 如此反复进行, 直到找到理想方案为止。所不同的是, 传统设计过程的安全性、经济性缺乏衡量的标准, 而最优设计是在一个明确特定指标 (如结构的体积最小、重量最轻、造价最省) 下来说明结构的经济性与安全性。传统设计的设计、校核关系是松散的, 且一般仅反复进行一两次即停止, 而最优设计则是按一定的数学模式将两者紧密地联系在一起, 即将设计问题转化为严格的数学规划问题求解, 可利用计算机连续快速做出方案比较, 从数百个方案比较中, 找到最优设计方案。此外, 只要在最优设计的电算程序中稍加补充 (增加前后处理功能) 就很方便地实现计算、设计绘图全过程的自动化。从输入数据到图形输出, 只需要少量的时间, 这是传统设计所不可比拟的。

三、结语

对于高层建筑结构设计的相关问题, 要遵循高层建筑的设计原则和设计理念, 选择最为经济合理的高层建筑结构体系, 做好高层建筑的建设工作, 以保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。

高层建筑的结构设计 篇2

林知泉

（北京中华建规划设计研究院有限公司福州公司)摘 要：

高层建筑项 目投资大，建设周期长，对其进行优化设计能够有效的减少投资金，但是，由于设计变量、约束条件、计 算量过于庞大的原因，高层建筑的结构优化设计并未有效的展开。分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势，研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。关键词 ：高层建筑；结构设计 ；优化设计

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，是城市和工商业发展的结果，而 建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用，又为高层建筑的发 展提供了物质和技术基础。

（一）高层建筑结构的发展趋势

第一，钢筋混凝土材料重新得到重视。20世纪 9O年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步 的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。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。

此外，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。特别是 20～40层区 间的住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙 结构。我国的高层建筑中，绝大部分为钢筋混凝土 现浇结构，只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强 混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成 熟，而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材 料技术的不断发展，也为钢筋混凝土材料的重新崛 起提供了条件。

第二，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，而且能大量节约钢材、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，已广泛应用于冶金、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。在强震国家 日本，组 合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用 广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。而香港的中国银行采 用巨形组合柱的建筑设计方法，获得了十分可观的 经济效益。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。

第三，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。筒体结构出现于 2O世纪 6O 年代，它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根 据筒体的不同组成方式，分为框筒体系、筒中筒体系 和多束筒体系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，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并 具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于 多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而 2O世纪 8O年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广 泛 的应用。

第四，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。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各 自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合，以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷 高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：设备管理 自动化系统、通讯网络系统、办公 自动化系统，并以此应用现代 4C技术构成智能建筑结构与系统，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。

（二）工程优化设计理论的发展

第一，工程设计软科学的发展。实际上，人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素；软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的，不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析，具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应的一种手段，是工程设计所使用的工具之一。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，这些工作具有软科学的特点。所以，工程设计应该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 目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作，其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

第二，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、建设地点、建设分期等重大问题之后，就需要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、运行的功能和对环境的美学效应。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。价值工程是一门软科学，依靠集体智慧有组织地研究系统的功能，揭示系统中的必要功能与总成本间的最佳匹配。价值工程的基本观点是对产品及其各个组成部分进行功能分析，在很多情况下，这样做都是很有好处的，因为人类制造任何产品，实际上是为了使用该产品的功能，例如，兴建电视塔、水塔等高耸构筑物是为了求得一个工作高度，兴建房屋是为了提供一个工作、生活和娱乐的空间，兴建桥梁是为了求得一个跨越的媒介，兴建雕塑是为了美学享受或某种纪念。在进行工程项目的总体规划时，从功能出发，可以开拓视野，减少习惯的束缚。

第三，工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化，只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时，各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化，才能真正收到优化的效果。近些年，在解决抗灾结构优化设计方法的实用化问题上，研究者以设防烈度，d作为优化参数，并且比较容易和切实地将结构造价 c(，d)和损

失期望(，d)表为结构设计方案(，d)的函数，原因在于

现行规范将抗灾结构的失效简化为单失效模式，并地震烈度度量结构抗力和地震的作用，这就使结 的优化得到了极大的简化。此外，现行规范得 以 理地提出了三级失效准则。结合这两个举措，就 成了国内外所共识的“小震不坏，中震可修，大震 倒”的设计原则。

第四，工程项 目全寿命优化的发展。以往的优 设计理论针对的都是具体的结构，而在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题，其由 多子系统或者结构组成，具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点，故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道，需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素，在各个阶段的优化中都应该以工程项 目的全局作为优化对象，而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。这是一个从工程项目可行性开始，直至工程设施报废全过程的优化体系，优化 目标不仅包括近期的投资和效益，还包括长远的经济和社会效益，后者包括服役期间使用单位企事业运营的直接经济效益的期望值和遇到灾害时工程失效带来的损失的期望值。

（三）高层建筑结构优化设计中存在的问题

目前，结构优化的应用远远落后于理论进展，特别是高层建筑土木建筑结构的优化设计应用还不普遍。其主要原因有 ：

第一，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。已有的研究结果表明，形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果，因此，也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为，结构设计只要结构方案和布置合理，上部结构又有 比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可，认为上部结构相对下部结构，即地基基础部分，特别是软土地基的意义不大，因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

第二，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。而且，目前尚没有实用的高层建筑优 化分析软件，而应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，因此，无论是机时，还是设计进度，都较难允许实 施这种优化方法。很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。第三，离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的，因此，传统的优化方法，如各种梯度算法、对偶算法等解析算法

均无法胜任。而且，由于问题的规模较大，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。

（四）高层建筑结构优化设计的方法

对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法，首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量，这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量

有关的约束条件，在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量，材料耗量决定于构件的截面尺寸大小，截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此，目标函数很难用明确的数学解析式来表达，不能用数学上求极小值的方法，也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值，并找出使 目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。因此，可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的，是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力，此时材料的强度得到充分利用，构件截面面积将是最小，故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下，按照满应力准则的要求，修改构件的截面尺寸，使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束，则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。

利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤：首先，要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸，并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库；其次，要对结构构件进行力学分析，算出各工况下结构的位移力，并对结构构件进行承载力计算；再次，要根据计算结果，对构件截面尺寸进行调整，在满足位移条件的前提下，尽量充分发挥构件材料的性能，即按规范计算使其接近满应力状态，但截面选择应在指定的数据库中进行，并统计截面需修改的个数；然后，根据修改截面的数量、性质，由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算，即返回到第二步计算，如此循环反复，直到满足要求为止；最后，输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。按以上步骤，可编制完整的高层建筑结构优化分析软件，但在软件研制中，如何尽量减少内存、加快运算速度，需做大量工作，才能使之达到较为实用的程度。当前，在无成熟的优化分析软件的情况下，应用现有的 高层建筑结构分析软件，采用人工分析调整构件的截面尺寸，进行反复运算，也可达到优化效果，但费工费时，较难满足设计进度要求，而且对设计人员的素质要求较高，需要有较高的分析判别能力，当结构布置较复杂时，不仅工作量大，而且有时甚至无法将优化工作进行下去，因此，人工方法只是 目前一个暂时性 的过渡办法。

参 考 文 献：

[1] 沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006．

[2]周坚．高层建筑结构力学 [M]．北京：机械工业出版社。2006．

[3]高立人，方鄂华，钱稼茹．高层建筑结构概念设计[M]．北京： 中国计划出版社。2005．

[4]吕西林．超限高层建筑工程抗震设计指南[M]．上海：同济大 学出版社，2005．

[5] 姜忻良．高层建筑结构与抗震[M]．北京：中央广播电视大学 出版社。2004．

[6] 彭 伟．高层建筑结构设计原理[M]．成都 ：西南交通大学出 版社，2004．

[7]王全凤．高层建筑结构优化、动力和稳定的实用计算[M]．

高层建筑的结构设计与研究 篇3

【摘 要】随着高层建筑的自身发展，人们对高层建筑中建筑设计的要求也越来越高。本文首先对高层建筑中的总体设计进行概述，对高层建筑分类设计进行分析，同时从建筑防火、电气以及防雷击等三个方面的内容，浅谈高层建筑中安全保护设计。

【关键词】建筑设计；高层设计；分类设计；安全问题

随着高层建筑的迅速发展，结构理论和建筑技术也不断得到提高，高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题。在作为城市风景线的同时，高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题，如何多方面实现高层建筑设计的完善是目前高层建筑设计所追求的主要理念。

1.高层建筑整体设计

1.1主体设计

高层建筑设计中的一个全新的要求就是要实现建筑本身的生态节能。首先对于高层建筑主体的下部分裙房而言，虽然其裙房的建设对整个城市影响较小，但是对街道的尺度以及人性化空间的创造等方面的影响都很大。高层建筑的下部门裙房在立面设计上一般跟高层建筑的上部立面不同，在建筑设计当中需要比较细致的设计，要将下部裙房设计的比较多样化，以免显得过于苍白。同时裙房还要进行一定的人性化处理，原因在于群众的视觉一般接触到的都是高层建筑的裙房部分，同时裙房对人们所产生的街道空间感的影响以较大。而对于高层建筑的中的楼顶对整个高层建筑的设计形象又起到了个性化体现的作用，虽然对生态环境的意想不到，但是它们体现的是高层建筑的标志性和独特性，因此在楼顶的设计上也不是不容忽视的。

1.2处理手法上的巧妙运用

在实际的建筑设计过程中，高层建筑设计中的塔楼部分虽然在设计上没有很大的变化余地，但是在高层建筑的底层部分可以通过一些巧妙的处理来实现对空间形式上的丰富，在实际的建筑设计中一般都是采用底层架空和入口缩进的处理方法。

2.高层建筑中的分类建筑设计

2.1底层入口

首先高层住宅的底层入口处一定要避免设在当地冬季主导风的迎风面，而在我国的南方地区，由于比较炎热，因此底层入口可以全部或者是局部架空，避免对夏季通风的妨碍。

2.2建筑围护

由于人们在高层建筑商居住多半都会产生一定的恐惧心理，因此在高层建筑设计中一定要注重建筑维护的安装，从而给居民提供一定的安全感。同时在高层住宅的窗户设计上，由于高层的风压过大，一方面会对外窗开关造成影响，同时也会对人们擦玻璃的同时产生不安全因素，因此在外窗的设计上应该设计为推拉的启闭方式。

2.3服务设施

高层住宅建筑在设计上就应该充分考虑到建筑的服务设施，要在建筑底层入口处设置大楼管理人员的值班室，在值班室中配置夜间电梯紧急呼叫装置、公用电话以及值班人员必要的生活用品；同时还要在大楼内外设计分户信箱以及车辆的存放处，在具体的分户信箱的尺寸安排上，应该大于300mm，同时要保证对墙面面积占用较小的基础上与墙面垂直。

3.高层建筑设计所必需要注意的安全问题

3.1防火的问题

总体布局要保证畅通安全。在楼道的设计上要保证人员的流动畅通，便于紧急情况时人员的疏散。有采光设施或者照明系统，使居住人员在疏散中能保证安全快速的撤离，从而避免发生踩踏等其他伤害。

合理进行防火分区。在高层建筑的楼道内消防器械、疏散通道必须合理的分区，做到在火灾发生时，可以及时的采用灭火措施和进行人员疏散。消火栓的位置应保证同层的任何部分都可以实现。

3.2电气的问题

3.2.1消防电源与配电

高层建筑要求供电主要采用了以下三种方案：第一种是供电电源必须是来自于两个不同的发电厂，保证一个要是遇到问题或者突发事件无法正常工作时另一个也可以正常工作，从而确保建筑的正常运行；第二种是供电电源来自于两个不同的区域变电站；第三种是一个电源来自于区域变电所而另一个是自备的发电设备。目前在一般大多数设计中都是采用了第三种方案，经济合理。

3.2.2应急照明

应急照明就是指当高层发生火灾及其它灾害、故障时，导致正常照明系统中断而启用的照明，也称事故照明。应急照明的安装要体现出人性化的特点，应急照明主要安装在疏散楼梯、消防电梯前室、消防控制室、自备电源室、变配电室、消防水泵房、防排烟机房的墙面上或者顶棚上。当电源断电时，应该能清晰地看到。

3.2.3电梯

电梯在设计中要保证位置合理，让电梯在运行中的噪音不会打扰用户的正常生活。电梯的最大载荷也要根据居住结构作相应的调整，保证居住者平时出行上的方便和快捷。电梯在遇到紧急情况时要有方便快捷的方法使人迅速撤离。为了保证电梯正常而安全的运行，便于在发生事故的时候进行救人和灭火。

3.3防雷击的问题

高层建筑防雷系统应该按照“综合治理，整体防御，突出重点，多重保护”的原则，充分利用高层建筑物的结构，做好防雷措施，进行防雷击问题上的治理。在高层建筑物的顶端以及其他容易受雷击的部位装设避雷针或者避雷带、避雷网。利用结构中的主钢筋作引下线，利用整个钢筋混凝土基础作接地装置。在建筑物周围用扁钢做避雷带。为了防止静电感应产生火花，建筑物内的金属物体和突出屋面的金属物均要接地。 [科]

【参考文献】

[1]李世权.高层建筑设计的可持续性理念[J].山西建筑，2009，（01）.

[2]李峰.高层建筑结构概念设计[J].山西建筑，2009，（23）.

[3]陶任重，秦海福.基于城市空间的高层建筑设计理论研究[J].黑龙江科技信息，2009，（06）.

高层建筑的结构设计 篇4

关键词：高层建筑结构,结构体系,剪力墙

本文围绕高层建筑结构, 总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法。为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。

1 高层建筑结构设计特点

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。

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, 会得出偏于不安全的结果。

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。

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。

2 高层建筑结构分析

2.1 高层建筑结构分析的基本假定

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:

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。但是在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, 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。

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-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了。

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理论计算筒体结构提供了条件。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。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

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。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。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。 (2) 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。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程, 用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。 (3) 三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调 (竖向位移和转角的协调) , 而且, 忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。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。

2.2 高层建筑结构静力分析方法

框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多, 大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件, 可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同, 各种方法解答的具体形式亦不相同。

框架-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。

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。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。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。但因其自由度较多, 机时耗费较大, 目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。

筒体结构

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。

等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化, 以便用连续函数描述其内力;另一种是作几何和物理上的连续处理, 将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板, 以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。

等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件, 以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。

比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系, 其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析, 每端节点有7个自由度, 比空间杆增加一个翘曲自由度, 对应的内力是双弯矩。三维空间分析精度较高, 但它的未知量较多, 计算量较大, 在不引入其它假定时, 每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw (Nc、Nw为柱及墙肢数目) 。通常均引入刚性楼板假定, 并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等, 这样每一楼层总自由度数降为3 (Nc+Nw) +4, 这是目前工程上采用最多的计算模型。

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, 高层建筑与智能建筑国际学术研讨会, 2002.

高层建筑的结构设计 篇5

高层建筑的抗震设计与抗震结构初探

5.12汶川大地震中,建筑的倒塌是造成人员伤亡的最重要原因.地震灾难警示人们:防震减灾任重道远.针对高层建筑的抗震设计与抗震结构进行了阐述.

作 者：张学智 作者单位：中房集团张家口房地产开发公司,河北,张家口,075000刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(24)分类号：关键词：高层建筑 抗震 结构

高层建筑转换层结构设计的探讨 篇6

摘要：根据建筑平面及功能要求合理结构布置，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，正确选择各分部的抗震等级，做好高层建筑转换层结构的控制轴压比设计是高层建筑转换层结构设计的关键。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计；策略

现今我国建筑业一般能建造20～50 层之间的高层建筑，适应了我国城市的经济发展和需求水平，所以在工程项目中应用最为广泛。高层建筑对于建筑功能的要求很少使用功能单一的住宅或者宾馆等，而更为多的则是地下停车场或者大型娱乐商场等。据统计表明在高层建筑中，有转换层结构的大概占了80%。因为有转换层的部分的梁和柱或者板的尺寸比较大，所以有严格的要求来确保大面积混凝土浇筑等施工、模板的支撑、钢筋的绑扎等方面的施工。在高层建筑中恰当使用转换层施工技术，有科学的施工方案，合理的组织施工现场，能给企业带来巨大的经济和社会效益。

一、转换层概念

高层建筑结构中，为了满足人们对房屋住所的要求，为建筑物预留更大的空间，扩大建筑物网柱，减少墙体；而在高层建筑结构上层，要开设小的空间，就需要多层墙体来实现。然而，在结构设计过程中會因竖向杆件无法贯通接地，使得无法满足高层建筑结构额整体效果和功能，所以采取水平转换结构来与下部竖向杆件进行连接，能够有效的满足高层建筑结构设计在不同功能上的需求。这种形式的建筑结构称为高层建筑转换层结构。

二、高层建筑结构转换层的特点

高层建筑结构的转换结构的组件在高层建筑物中间，对于外力荷载起到了承上启下的过渡作用，即承载上层建筑到来重力荷载，对下层建筑的悬挂构建荷载也需要起到依靠作用，也因此该特殊作用，其也呈现出多种特点，具体总结有以下几点：

1、内力大。因其一方面要承受了来自上层的重力，另一方面要承载下层建筑的悬挂力，对其内力的要求很高；

2、跨度大。转换构件的跨度一般是上层结构的几倍，因此，垂直挠度的要求相当高；

3、构件截面大。面积加强转换构件的刚度和强度时，根据刚度及强度的计算公式进行调整，较为有效手段是增加构件截面面积，因此，就够构件的截面面积较大；高层建筑转换层的设置，造成了建筑物垂直向的刚度的规则性较差，各项外力的传递路线有所变动，不能使用一般方法进行计算，在分析及设计转换层的结构是，不能使用常规方法，其设计显得较为特殊。

三、高层建筑转换层结构设计的策略

1、转换层的结构布置设计

带转换层结构的结构布置除应符合《建筑抗震设计规范》《高规》等对于建筑结构的平面及竖向布置的规定外，还应满足以下规定：

（1）不应对边榀剪力墙进行框支转换；不应在结构底部抽取角柱，形成托柱转换，不应在角部剪力墙的底部开设转角大洞形成框支转换。

（2）纯框架结构抗侧刚度小，地震力作用下侧向变形大，下部为大空间且带转换层框架下柔上刚在地震力作用下非常容易破坏，所以必须设置落地剪力墙来提高建筑物抗震性能。落地剪力墙和框支柱应符合下列条件：

A、落地剪力墙应对称、成对布置，优先采用型钢混凝土剪力墙，相对普通混凝土剪力墙，型钢混凝土剪力墙抗震性能好，耗能系数高，减少了截面面积，提高了承载力，能有效降低层最大剪力、最大位移和层间位移角。

B、框支柱可以选用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、柱内部设置芯柱的钢筋混凝土柱，这些柱能有效降低轴压比，具有承载力大，延性好的优点

C、转换层周围楼板不应错层布置，不应在大空间范围内开大洞口。楼梯间、电梯间处周围的落地剪力墙应围成筒体。

（3）转换层上下结构刚度的突变对建筑物抗震非常不利，结构设计时首先应该增强转换层下部结构的抗侧刚度，同时减小转换层上部的抗侧刚度，最终要使转换层上下结构刚度相差不大。抗震设计时，结构的地震作用效应不仅与刚度有关，还与其质量有关。结构的动力性能取决于结构质量、阻尼和刚度。在转换层结构中，转换层一般集中较大的质量，其质量对下部结构的动力特性影响较大，但对上部结构的动力特性影响较小，结构设计中采用的等效抗侧刚度比意义就不大了。转换层位置越高，转换层上下部结构在地震作用下的变形效应越大，转换层上下部结构等效侧向刚度比的作用更加有限。

综上所述，根据地震作用效应来控制比较合理。因此建议采用转换层下、上层结构层间位移角比来控制转换层下上部结构构件内力和位移突变。转换层上下结构层间位移角比能准确反映转换层上下部结构楼层侧向刚度比、质量比、楼层层间抗侧力结构的受剪承载力比，对抗震设计有重要的意义。

2、高层结构转换层的抗震设计

（1）梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换层的次梁及次梁上的剪力墙，其受力比较复杂。框支柱梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传下来的剪力，扭矩和弯矩，因此，主梁是最容易遭到破坏的。如果对建筑有严格抗震设防要求时，为了改善结构整体的传力途径和受力性能，提高建筑的抗震能力，所有在对结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，与基础相连，使其与框支剪力墙形成一个整体受力体系。

（2）高层转换梁的设计与构造要求

在对转换梁截面尺寸设计时，是要根据剪压比的计算结果确定的，通常转换梁上不宜开洞，若必须开洞是，洞口的尺寸不能过大，且宜位于梁中和轴附近，还需对洞口做加强措施，以增强局部抗剪能力。如果洞口四周的内力较大时，可采用型钢给予加强。规范规定转换梁用的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁主筋在非抗震或6 度设防时的最小配筋率是不低于0.3%且转换梁中主筋不宜有接头。

（3）框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸也是根据其轴压比的计算确定的。但在地震作用时框支柱的内力需进行调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩要乘以相应的放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋。根据最新规范要求，框支柱全部纵向钢筋配筋率，一级抗震时不小于1.2%，二级时不小于1.O%，三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。

（4）转换梁的截面设计方法

当前普遍应用的是应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析，根据有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，但在进行有限元分析前要假定不考虑混凝土的抗拉作用，因此拉力全部由钢筋承担。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值的同时钢筋也达到屈服强度。

3、高层建筑转换层结构的控制轴压比设计

高层建筑中转换层还要注意轴压的比率，尽量控制这个比率，我们知道，转换层的支梁和支柱在内交角的位置，有一个突出的应力表现情况，由于深受水平负载以及垂直负载的双重影响，柱子的横截面，柱子的剪力，以及柱子的弯矩在相对条件下较小，所以轴压力的承受力主要受框支柱所支撑，转换层以上的墙体垂直负载和水平负载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙，因此要严格控制框支柱的轴压比。例如，在一高层建筑实处，设计的方案是这样的：抗震设计时框支柱的轴压比小于0.6，砼的强度等级高于C20，但低于C30，采用螺旋箍围绕框支柱全高密度较小，箍筋直径要不足10，间距不足100rnm，这个设计方案，在真正实行的过程中限制了柱箍筋配箍率，减弱了转换层柱的抗剪能力。因此要切合实际的对高层建筑进行科学的检测，确保万无一失。

四、转换层高层建筑结构的设计时注意事项

高层建筑本来的施工难度系数就比较高，而转换层的施工技术在其基础上又上升了一个难度系数，同时目前我国的带转换层高层建筑的施工经验又比较有限，所以在实际的施工中难免会存在一些问题，趋利避害才能实现长久发展，下面重点分析一些设计注意事项，以给同仁参考：

1、在对带有转换层的建筑进行设计时其转换层下部的结构不能设计为柔软层，否则容易造成建筑坍塌事故。

2、在设计时应该注意要把转换层的上部结构设计成为抗侧刚度接近于下部的抗侧刚度，刚度系数必须保证循序渐进的变化。

3、我们知道底部转换层的高度和其刚度是有关联的，所以施工时，需要合理的控制转换层的高度，同时也需要满足建筑需要的基本刚度，提高建筑的稳固性。

4、帶转换层的高层建筑施工有其既定的施工标准，建设施工时不得出现违规现象。

综上所述，带转换层的高层建筑是未来房地产事业的一个总体趋势，实现带转换层高层建筑的结构设计综合性分析，能够有效的避免在设计中留下重大的安全隐患，这不仅是对广大人民群众的负责，同时也是我国设计单位提高自身能力的一个必经之路。未来，随着带转换层高层建筑规模的扩大，在不断的经验积累基础上，我国的相关技术和设计理念还会得到完善。

参考文献：

[1]关度豪.试述如何做好高层建筑转换层的结构设计[J].价值工程，2010（18）.

[2]林红雨.浅析高层建筑梁式转换层结构的抗震设计--以某高层住宅建筑为例[J]，建筑知识：学术刊.2012，（02）：79-79.

[3]徐志杰.浅议高层建筑转换层结构的设计[J].山西建筑，2011（17）.

[4]曾凡柏.探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题[J].中华民居，2011（11）.

上接第122页

抗侧刚度通常都会很大，为了能够充分的利用剪力墙，并将此结构的重力减轻，剪力墙的布置最好宽松点，应该使得其结构有着适当的侧向宽度。

2.楼层的最大层间和层高之比

相关规定，于计算多地震作用中的楼层最大层间的位移时，需以楼层间弯曲变形为主，将扭转变形计入，可以不除去结构整体的完全变形。所以，对于高层建筑而言，应该尽可能的将扭转变形降小，不过又不可以仅仅只是依照此层间唯一不够而胡乱的增加竖向构件中的刚度。不过，在实际结构的设计中，有些设计者看到某个方向的层间其位移不能满足规范的要求，就连续的增加此项侧向刚度，不过需要注意，架构的剪重比假若与规范限制较为接近则可以，假若减重太大，则不能将另一侧的结构设计刚度减小。

3.楼层间最小的剪力系数其调整原则

在满足短肢剪力墙所承受的第一振类底部地震倾覆力弯矩占到结构总底部的地震倾覆力弯矩不能超出 2/5 的前提下，应该要尽量将剪力墙的布置减少，且以大开间的剪力墙布置方式为目标，以使其结构有着适合的侧向刚度使得楼层最小的剪力系数大于规范限度，此做法可以减小结构自重，并且合理的减轻了地震作用的输入，最终能够降低工程建设的成本。

4.剪力墙连梁朝鲜的调整原则

在剪力墙中，连梁的跨高比通常要大于等于2.5为宜，连梁的跨高比如果小于2.5，就非常容易出现剪力与弯矩超出规范的限值，相关制度规定，跨高比大于等于5的连梁适合按照框架梁实施设计。换句话说就是跨高比大于等于 5 的连梁的刚度不应该折减。如果跨高比在 5～6 之间时，假如连梁的刚度还是不折减，那么就很容易出现剪力或者弯矩超限。

六、结语

现如今，国家对于建筑结构的法律规定越来越规范，对于建筑结构中的剪力墙结构设计的应用也做出了相适应的规范。所以，我们在进行高层建筑的结构设计工作时，应当明确结构设计的相关概念，然后根据规范进行设计，从而使建筑结构的设计工作不断优化。

参考文献：

[1]支韶阳 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J]《商品与质量·建筑与发展 》 -2013年11期-

[2]贺海洋 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J]《建材与装饰》 -2012年21期-

[3]胡金焱 浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J]《科技创新与应用 》 -2013年31期-

[4]张小康 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J]《城市建设理论研究（电子版）》 -2013年9期-

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地区或是東西向窗口。其弱点是与通风阻挡和对视线非常严重，一般不能用于固定式建筑构件，对一些方便拆卸和活动建筑构件的遮阳效果较好。

（三）幕墙密封系统设计

分为干式密封和湿式密封两个分类。

1.干式密封主要采用胶条，应用在单元式幕墙、小单元式幕墙上。主要成分是三元乙丙，一般30% 左右，随气候条件变化而调整其含量、配方。1m2 幕墙所用的密封胶不多，一支300mL 胶能够满足胶缝0.8cm。通常计算胶用量，就应先求出总胶缝长度，乘以宽度就等于平方数，最后计算出胶的用量。现场施工设计也不需要太精准的计算用量，只要满足现场施工需要，控制进场胶量即可。

2.湿式密封主要采用硅酮耐候密封胶，组角胶、带胶打钉，主要应用在框架式幕墙及单元式幕墙的工厂加工组装阶段。硅酮耐候胶具有耐污染、耐紫外线照射、耐候性、耐水性等特征，主要是用于幕墙材料之间，通过密封嵌缝来保证材料道德气密性。硅酮耐候胶在高温时不流淌，在低温时的弹性也比较好，因此是一种性能较好的密封材料。

3.细生产施工

在幕墙设计和施工过程中，应重视施工质量，主要着眼点放在玻璃的质量控制、组装的质量控制、安装的质量控制三个方面，减少缝隙，贯彻设计意图，确保实际k 值相比理论k值不打折。在玻璃的质量控制方面，应选择质量合格的玻璃材料，在主体结构、预埋件施工、隐框架结构施工方面应特别注意。

在组装的质量控制方面，应检查各组成构件的质量，清除焊接接头的颗粒和灰尘。在安装的质量控制方面，其步骤如下：基层处理→校核施工放线→检查骨架安装的质量→调整幕墙骨架的方向→密封。

三、结束语

随着现代建筑的发展，人们对建筑物的性能要求越来越高。为了缓解能源危机，建筑节能势在必行。在现代幕墙设计中，节能理念的应用，能大大减少建筑行业的能源消耗，还能促进现代建筑的健康发展。但也应认识到，幕墙设计中节能理念的应用应从安全性、经济性、适用性、科学性出发，选择合适的节能材料、节能材料，以合适的节能构造方法，采取必要的节能辅助措施，才能取得较好的节能效果。

参考文献：

[1]侯菊，郑钧升.玻璃幕墙的能耗及节能设计[J].科技资讯.2009（31）.

[2]何浩强，蒋建龙.浅谈建筑节能的创新[J].山西建筑.2009（02）.

关于高层建筑结构设计的分析 篇7

某项目地上建筑面积为13.45万m, 地下建筑面积为4.3万m, 总建筑面积为17.75万m。根据岩土工程勘察报告, 本工程场地地基土层为第四纪冲海积的黏土和淤泥层, 基底岩性为侏罗纪熔结凝灰岩, 场地内无液化土层。宾馆塔楼柱下荷载最大达3.8×104kn, 商务塔楼柱下荷载最大达3.5×104kn, 采用大直径灌注桩, 平板式桩筏基础。经优化比较, 桩径700~1100较为合理。商务楼和宾馆塔楼下筏板厚度为3m, 其他位置底板采用厚板式, 板厚为1.2m。针对本工程塔楼和辅楼预期存在的沉降差异问题, 在各塔楼与辅房之间设置后浇带, 并配合相应的后浇带处理措施和大体积混凝土浇筑措施, 解决了超长结构混凝土的收缩裂缝问题和塔楼与辅楼间的沉降差异在基础底板中产生过大内力的问题。

2. 结构设计与计算

2.1 结构体系。

塔楼外框架柱采用现浇钢筋混凝土柱, 钢筋混凝土柱外框架体系将作为有效的承重支撑, 大部分竖向荷载通过轴力方式向下传递, 而混凝土核心筒除了承受竖向荷载外, 其主要功能是提供强大的抗侧力能力。《建筑抗震设计规范》规定:6度区现浇钢筋混凝土框架一核心筒结构适用的最大高度为150m, 本工程两塔楼的房屋高度均为161.1in, 仅超过11.1m;本工程属b级高度, 而《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:6度区框架一核心筒结构b级高度建筑的最大适用高度为210m, 还有48.9m才超限;大跨度钢结构连廊的存在使得本工程属于特殊类型的高层建筑 (大跨度连体) 。但由于本工程塔楼高宽比h/b为4.4并不大, 两塔楼的平面及竖向结构特性变化较少, 且连廊与塔楼采用弱连接, 对塔楼耦合影响小。计算分析结果也表明无异常薄弱层出现, 且以风荷载为控制水平作用。综上所述, 本工程有两项轻微超限, 设计时采取必要的抗震加强措施, 在技术上是可行的, 顺利通过设计审。

2.2 弹性计算。

风荷载及多遇地震作用下的结构反应计算是结构设计中的重要内容, 结构在风荷载及多遇地震作用下结构最大点位移和最大的层间位移角, 可见在风荷载和地震作用下的层间位移角度均小于规范限值。两塔楼产生的最大屋面位移及最大层间位移角均是x方向风荷载作用下产生的, 其中商务塔楼最屋面位移为93.44mm, 最大层间位移角为1/1537;宾馆塔楼最大屋面位移为82.83mm, 最大层间位移角为1/1743。最大层间位移角均小乎规范所规定的限值1/800。本工程塔楼属于风荷载为控制水平作用, 在考虑偶然偏心影响的水平地震作用下, 楼层竖向构件最大水平位移和层间位移与其平均值之比小于规范限值, 说明结构具有很好的抗扭刚度。

地震作用下楼层剪重比也是结构整体分析的重要内容, 计算结果表明, 两塔楼各层x方向和y方向的层间地震剪力均满足规范的最小剪重比要求。宾馆塔基底框架和核心筒的x方向倾覆力矩分别为2.83×105kn·m, 6.55x105kn·m;y方向倾覆力矩分别为2.66×105kn·m, 8.09×105kn·m。商务塔基底框架和核心筒的x方向倾覆力矩分别为3.21×105kn·m, 6.08×105kn·m;y方向倾覆力矩分别为2.37×105kn·m, 7.66×105kn·m。核心筒所占倾覆力矩沿结构高度始终大于总地震倾覆力矩的50%, 表明对于整体结构安全度是可靠的。

2.3 弹性时程分析。

按照《岩土工程勘察报告》确定的场地类别, 采用《工程场地地震安全性评价报告》提供的地震动参数, 选择两组实际地震记录波和一组人工模拟地震波进行弹性动力时程分析。每条时程曲线计算所得的结构底部剪力大于cqc法求得的底部剪力的65%, 三条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值大于cqc法求得的底部剪力的80%。cqc法计算结果基本包络三条时程曲线计算所得的平均值, 仅在结构顶部的少数楼层地震剪力偏小, 说明设计反应谱在长周期阶段的人为调整以及计算中对高阶振型的影响估计不足, 设计时将对顶部楼层的地震剪力进行调整, 满足对时程分析法的内力包络要求。除此以外, 结构内力和配筋可直接按cqc法计算结果采用。

2.4 中震不屈服分析和动力弹塑性分析。

如前所述, 本工程平面及竖向结构特性变化较少, 多遇地震下的计算结果也无超限情况出现, 鉴于本工程建筑等级较高为确保结构安全可靠, 我们依然对其进行了中震不屈服验算, 使剪力墙、柱、连梁和框架梁等重要抗震构件在中震作用下不屈服。

3. 主要技术及措施

3.1 空中连廊支承结构抗震加强措施。

连廊弱连接支座留足连廊两端活动空间确保不出现下坠, 采用抗拉铰接万向支座, 并用侧面限位器固定, 确保水平荷载直接传递到塔楼主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级, 以确保安全性。

3.2 连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施。

连廊采用空间钢结构桁架, 钢筋混凝土楼板的形式, 并进行专门设计。顶部莲花座高度较高且外形复杂, 采用将芯筒适度上升, 外复钢结构形成莲花座外形的结构设计, 能极大地减轻自重保证结构强度, 从而有效克服鞭梢效应, 且施工方便。

3.3 平面扭转不规则抗震加强措施。

主要采取调整抗侧力构件的布置, 使质心与刚心尽量重合, 并加大结构的扭转刚度, 以减小结构扭转效应, 使结构各楼层的位移比不大于1.4。例如由于塔楼平面存在局部凸出圆弧, 部分楼层的x向最大水平位移与平均层间位移比值超b级高度的1.4, 最大达到1.47, 最终通过适当加宽圆弧内柱子x向柱宽, 并加强两柱联系梁刚度得以解决。

3.4 侧向刚度不规则抗震加强措施。

适当加大立面变化处楼层的板厚及配筋, 并采用双层双向配筋, 加强与立面变化楼层相交的竖向构件的配筋, 如25层局部凸出圆弧结束, 竖向构件截面变化则避开25层, 并适当加强24~26层竖向构件配筋。

结语:超高层建筑双塔结构是一种非常复杂的结构体系, 如何科学合理地设计超高层建筑结构已成为一个急需解决的问题。超高层建筑应采用合理的计算模型, 通过多种分析进行比较, 证明结构设计是可靠的, 因此设计者要足够重视抗震设计。

摘要：高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物, 是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。本文分析了高层建筑结构的设计及措施。

高层建筑结构设计的要点总结 篇8

高层建筑已成为我国建筑业的主要设计结构, 在城市化的过程中, 未来将有着更加良好的发展态势。

1 高层建筑结构设计工作的特点

1.1 重概念轻精度

高层建筑结构设计的首要任务是抗震设计, 无论是低烈度设防还是高烈度设防, 都要保证结构要足够的延性和多道防线。可以说抗震设计贯穿结构设计的全过程。而抗震设计重要的是概念设计, 要求结构设计人员有清晰的概念: 控制结构承载力和刚度的分布, 选择抗震性能好的结构体系, 人为设置多道抗震防线, 从构件层面满足”强柱弱梁, 强剪弱弯, 强节点弱构件, 强墙弱连梁”, 保证结构在地震作用下要足够的耗能能力。

重概念轻精度就是要从一开始就把握结构的本质问题, 顾及关键部位的细节, 力求消除结构中的薄弱环节, 从根本上保证结构的抗震性能。在此基础上进行的抗震计算和计算结果才是最为可信的, 也一定是比较经济合理的。

1.2 高层结构计算是一门艺术

基于结构设计主要解决抗震的任务, 设计中各种指标的控制就显得非常有艺术性。在抗震概念设计的指导下, 结合建筑功能布局和工程实际情况, 同时要使平面扭转位移比, 竖向侧刚比, 结构振动特性, 质量和刚度分布, 位移比, 稳定性指标以及轴压比等参数达到规范要求, 我们需要从结构布置入手, 不断试算, 增删构件, 改变约束条件等等, 使结构变的”既柔韧, 又刚强”, 这不得不说是一种艺术, 也是结构设计的乐趣所在。

1.3 施工图是设计语言

施工图是设计师的语言, 通过规范的施工图, 我们把结构设计的理念和措施表达了出来。我们用他来和业主, 施工方, 以及项目的其他参与者进行交流。好的施工图能够使我们的交流变的顺畅, 让施工变的更加便捷。优秀的施工图可以反映一个团队的设计水平和服务能力。所以从设计说明到平面图再到详图, 设计人员都要认真梳理, 清晰表达, 使整个设计一气呵成, 控制设计中的错, 漏, 碰, 缺, 避免给项目后期施工造成额外的成本。

2 结构选型分析

2.1 结构规则性

新旧规范在建筑物结构规则方面的内容出现了很大变动, 在这方面新规范增加了很多的限制条件。而且, 新规范也明确表明了强制性的规定"建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此, 结构设计人员应结合建筑实际情况, 从结构规则性入手设计, 调整结构模型和指标, 掌握结构设计的主动权。

2.2 结构超高

在高规与抗震规范中, 结构总高度有严格的限制, 特别是在新规范中, 对于超高问题除了将原来的限制高度设定为A级高度外, 还增设了B级高度的建筑。因此, 必须对该项控制因素严格注意。如果高度超限, 设计方法和构造措施会有很大区别。施工图审查, 工程造价以及对工程进度都会有很大影响。

2.3 嵌固端设置

高层建筑的嵌固端, 一般设置在地下室的顶部, 因为高层建筑通常有人防地下室, 因此嵌固端也可以设置在人防地下室的顶板上。然而, 当地下室的首层埋深仅有该层层高的1/3 时, 顶板不应该作为上部结构的嵌固端。实际工程设计中, 通过严格控制嵌固部位上下层侧刚比, 规定地下室顶板厚度和梁柱节点配筋, 使设定的位置成为结构的真正的嵌固部位。

2.4 短肢剪力墙

墙肢截面高厚度为5-8 的剪力墙在新规范中规定为短肢剪力墙。短肢剪力墙在高层建筑中的应用, 规范在轴压比和配筋上提出了更高的要求, 而一般给计算和配筋量都会带来不少麻烦。因此, 结构设计师应该尽量避免采用短肢剪力墙。

3 建筑结构设计质量优化措施

3.1 平面布置

建筑平面尽量规则不超限;剪力墙结构的高宽比不宜超过6;尽量不设转换层, 尤其是高位转换;高度尽量取上限 (如剪力墙结构做80m或100m, 7 度区) ;层高宜取2.9m。

3.2 梁钢筋问题

上部钢筋采用搭接、架立等做法规范有条文, 且设计人员也常用。需要注意的是:框架梁的贯通钢筋采用搭接并不一定经济。由于贯通钢筋要求按受拉搭接, 搭接区箍筋要加密。一二级首先要满足1/4 的要求, 一般钢筋直径大于18, 梁净跨大于4 米采用搭接才经济;三四级及非抗震框架梁的钢筋直径不小于16, 梁净跨大于4 米搭接才经济。另外在连续梁长短跨相差1 倍时, 短跨其实已不存在搭接的问题了。建议负筋用两种规格, 小直径的钢筋通长。次梁上部跨中均用架立筋。

3.3 墙钢筋问题

暗柱纵筋间距问题。对构造边缘构件规范仅提到箍筋的无支长度不应大于300mm的要求, 导致暗柱纵筋间距大量采用300mm, 反而比墙体分布筋间距还大。

尽量不要在墙端做较大的端柱。

标准层剪力墙分布筋问题。水平、竖向分布筋均用￠8@200, 虽然符合规范要求, 但由于珠三角地区一般￠8 的只有HPB235 级钢, 现场施工非常困难。建议竖向最少要用φ10+￠8 间隔排放。

剪力墙截面高度与厚度之比为5~8, 但两侧有跨高比不大于2.5 的连梁或翼墙, 可以不按短肢墙。

3.4 计算问题

连梁是按开洞还是按节点输。这实际是程序的两种处理方式。由于方法不同, 得出的刚度也相差较大。按理说如果所有尺寸等前提条件一样, 结论应该也是一样的。但由于目前程序的模型假定是建立在很多简化的基础上, 开洞处理比节点处理得出的整体刚度普遍大得多, 而剪力墙的多少又直接影响造价。对于以追求低成本而赢利的不少开发商就要求只要能符合条件的就按开洞处理。曾经与PKPM开发部沟通过, 他们认为当跨高比不大于3 时用开洞处理才比较合适, 其它的建议用节点处理。

剪力墙的长度在规范有不宜大于8m的规定, 条文解释得很清楚, 剪力墙宜设计成高宽比大于2 的细高剪力墙, 这样容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙。对于高度较大的剪力墙 (如大量的接近100m的住宅等) , 超过8m的剪力墙未必不可以, 关键是要避免应力过于集中到某片剪力墙 (如只有个别墙肢大于8 米而大多数为, 仅较小墙肢, 一旦遭受强烈地震, 大墙肢首先破坏分担较小剪力的小墙肢就会被各个击破) 。

4 未来趋势:住宅产业化

随着人类改造自然进程的深入, 环保的要求和紧迫性越来越高。同时我国人口结构在发生变化, 人口红利逐渐消失。住宅产业化成为未来建筑发展的一大趋势, 预计建设成本将降低10%-15%。目前, 建设流程的征求意见稿已经印发。现状是现在的技术支持和业务推动还不成熟, 业主也不愿主动去做。作为设计人员, 我们要未雨绸缪, 注意收集信息, 如规范《预制装配整体式钢筋混凝土技术规范》, 关注结构构件的预制率, 装配率, 从头学习, 使我们未来能够更好的提供服务。

5 结束语

经济和社会发展所带来的是提高生活质量, 和人们追求高层次的生活的向往。我们国家人口众多, 就要求我们国家的建筑物, 不仅要确保最基本的安全和功能, 还要满足人们对新环境的要求, 充分利用土地, 节约建设成本, 使新的建筑顺应新时代的发展。

摘要：随着科技的发展, 高层建筑结构设计的要求也越来越高。加强高层建筑结构设计要点的研究, 有助于提高高层建筑结构设计水平。因此, 对高层建筑结构设计的要点进行了探讨, 希望对相关从业人员具有借鉴意义。

关键词：高层建筑,结构设计,要点

参考文献

[1]朱炳寅.抗震概念设计及抗震性能化设计

[2]王卫忠.材料用量和优化措施.华森设计内部培训

[3]王永, 胡凌燕.浅析高层建筑结构设计[J].中华民居 (下旬刊) , 2013

高层建筑结构设计要点的分析 篇9

关键词：高层建筑,结构设计,要点

1 结构设计的特点

1.1 控制指标

因为在城市中有不同的建筑物, 而每一个建筑物之间存在着较大的差异, 所以在设计中会有不同的重点设计。而高层建筑的设计重点在结构侧移, 因为楼层太高, 所以侧移程度会增加, 因此在设计的时候我们就应该重点照顾这一点, 尽量使它能在有效的范围内得到控制。

1.2 轴向变形

建筑物在进行设计的时候有一个非常重要的点那就是轴向变形。主要原因是高层建筑在随着层数的增高, 高度会逐渐增高, 就会导致垂直的荷载增加, 而且在垂直方向会发生很明显的轴向变形, 进而会使梁的弯曲程度发生较大的形变[1]。从而导致高层建筑产生不必要的问题, 这样就会让高层建筑不能长时间处于一种安全的状态, 所以, 不管在什么时候我们都应该重点注意轴向的设计。

1.3 水平荷载

在建筑物中有一个非常重要的一个特点, 那就是水平荷载, 由垂直荷载产生的轴力和高度是成一定的比例, 但是由水平荷载产生的倾覆力则是与轴力成一定的比例关系, 所以建筑物的高度和水平荷载与垂直荷载三者有着密不可分的联系, 所以建筑物的高度会直接影响这俩者的数值, 建筑物越高对它们的影响就越来越大, 因此在建筑设计中我们就必须严格的进行设计, 在大多数的建筑中会出现很多不规则的建筑, 这样就会产生不同的影响, 所以我们就应该根据风的方向, 大小以及建筑的方位等, 来进行重点的设计, 让建筑物能更加的经得起大风的压力。

1.4 结构延性

在建筑设计中有一点是比较重要的, 那就是结构延性[2]。结构延性主要发挥的作用就是在遇到地震的情况下, 它可以在建筑物发生倾斜倒塌的时候产生形变, 进而可以减少因为地震带来的危害。而结构延性会在不同的建筑物中发挥出不同的作用, 如果在高层建筑中结构延性会产生更大形变, 尤其在高层建筑十分常见。

2 结构设计要点

2.1 注重选材

一个建筑物的建设离不开好的建筑材料, 只有好的材料才是建筑物建设的根本条件吗, 在我们进行材料选择时, 我们应该选择质量轻, 质量好, 耐用的。只有这样我们才能在遇到地震的时候减少危害, 二楼层一般采用压型钢板和混凝土的搭配, 也可以运用钢筋混凝土的结构, 这样使得建筑物更牢固, 而外墙一般采用玻璃幕墙就可以。因此我们要特别的注重对建筑材料的选择。

2.2 平面结构的选择

作为一个建筑物就必须得受到风的影响, 而我们需要做的就是尽可能的减少风带来的危害, 那我们就应该运用规则的正方形结构, 主要的设计特点就是上小下大, 开一个洞口来排风, 这样就可以减少大风带来的危害了。在建筑物的外表我们应该采用流线型的外表, 从而来减少建筑物的风压系数。

2.3 注重选择结构体系

在建筑物中剪力墙是高层建筑中经常使用的结构之一, 因为多利用剪力墙就可以减少建设承重墙的使用频率, 从而可以减少自然灾害带来的危害, 进而使得我们的居住建筑更加安全可靠, 而且也辅助一般人的审美需求;使得建筑物更加的美丽可观。于此同时还有一种情况那就是需要剪力墙和框架墙的结合, 这样的情况一般出现在比较高的建筑物中, 比如说是筒型建筑物, 这样的结构就可以大大的增强物体的抗侧力。另外, 还应该采用将几个或者是多个比较权威的计算程序进行比较、小规模风洞试验获取相关参数、进行更加智能合理的设计, 并且提高结构的可控性等方法。所以结构体系的选择是非常重要的一个步骤。

2.4 注重概念设计

在整个建筑从开始到结尾有一样我们必须贯穿始终, 那就是概念设计, 不管是在方案, 还是在绘图, 再或者在以后的施工当中, 概念设计必须不能缺少。在普通的施工当中有一些不能缺少的要求, 比如说:建筑必须选在平整规则的场地;还应该远离不健康的地方;建筑的材料和体系应该重点选择, 这样有利于房屋的质量和安全;并多方面进行对比, 从而选择最适合建筑物的, 还应把抗震作为重点。

2.5 注重抗震设计

由于高层建筑和一般建筑有着很大的区别, 主要是高层建筑具有很高的高度, 这样面对自然灾害带来的破坏就有一定的区别, 所以, 高层建筑的设计必须得注意抗震, 这样会给人们带来很多安全, 因此我们在设计当中必须要对建筑地进行勘探, 如果不适合进行施工, 那我们就要放弃这块建筑地。但是如果有土地适合建设施工那我们就选择这样的地方进行施工, 这样就能减少很多不确定因素。

2.6 弹性假定下高层建筑结构分析

在我们目前的关于建筑方面的计算方法弹性假定计算是最为普遍的一种方法。在大部分情况下由于各种条件的影响, 大部分的结构都处于一种弹性的状态, 这个方法在一定程度上比较锲合实际的需要。在一部分特殊的情况下, 比如说大风, 地震等自然灾害的影响下, 建筑物就会发生很大的位移, 这样就会出现弹塑性状态。这样就不应该运用弹性方法计算。

3 结束语

由于现在社会的不断发展, 城市的进步越来越明显, 同时城市发展所需要的建筑面积也越来越多, 这样就导致城市用地更加的少了, 为了解决这样的问题, 所以我们就必须建设高层建筑, 这样就可以解决问题了。这样我们所需要的设计人才得要求就更加的高了, 这样设计师就必须拥有扎实的理论知识和丰富的实践经验, 同时设计师还必须掌握必要的法律知识和有关建筑设计的条文条例, 必须设计出安全可靠的建筑, 让人们住的安心, 舒心。于此同时我们还应该尽可能的节约成本, 为我们的城市设计一个外边好看, 内部安全可靠表里如一的房子。

参考文献

[1]蔡静敏.某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D].华南理工大学, 2013.

高层建筑结构设计的发展研究 篇10

现代高层建筑起源于美国, 1894年纽约曼哈顿的人寿保险大厦标志着进入超高层建筑发展阶段。建筑业作为国民经济发展中的一大行业部门, 受近几年土地价格上涨和建筑技术提高因素的推动, 高层建筑如雨后春笋般涌现, 逐渐成为国内建筑业中的核心力量。2008年竣工的上海环球金融中心, 总楼层数101层, 主体高度492 m, 居世界第二;2009年的珠江新城西塔, 总高度432 m, 楼层数104层;2010年的广州电视塔, 主体高度450 m, 总建筑高度510 m……但是, 数量的增加并未带来质的提升, 国内的高层建筑在结构设计方面还存在着一系列的问题, 这些问题的存在也阻碍了建筑行业的进一步提高。为此, 本文将从各方面、各角度入手, 探析高层建筑中所存在的结构设计问题, 谈谈解决问题的对策。

2 高层建筑结构设计所存在的问题

我国高层建筑的结构材料一直以钢筋和混凝土为主, 而随着建筑设计思想和理念的更新与变换, 国内各建筑设计师对高层建筑的结构设计趋于多样化和复杂化, 这不仅对建筑结构材料提出了更高、更细的要求, 也给建筑技术带来了一定的难题。

2.1 嵌岩桩的竖向承载力计算和长径比问题的分析和计算

桩作为建筑物的基础, 在建筑的设计、施工等环节都有着重要的影响, 其承载能力的高低、对地层条件的适应性强弱和控制沉降性能的好坏对今后建筑施工有着积极的意义。自80～90年代以来, 受建筑技术和设备不断提高和升级的影响, 业内发明了很多新的桩型和新的工艺, 使得桩能更好、更大程度地满足于各类土木工程的实际需求。据相关数据统计, 有70%以上的建筑在设计和施工中需要利用桩, 而桩的费用占了工程造价的25%-33%左右。为此, 对设计人员来说, 对桩的承载能力如何计算和分析有着重大的现实意义。随着国内高层建筑的发展, 嵌岩桩得到了广泛应用, 然而由于嵌岩桩具有承载力大、试验耗费大的特点, 故完整的试桩实测资料不多, 这就约束了其承载性能的全面认识。近年来, 国内外大量的实测资料都表明, 嵌岩桩即使是在无覆盖层条件, 并非一律就是端承桩, 而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩, 很长的嵌岩桩可能完全属于摩擦桩。

2.2 超长钢筋混凝土结构温度应力

近年来, 超长钢筋混凝土结构在公共建筑和高层建筑中不断得到应用, 然而建筑设计理念与美感的要求, 使得建筑设计师要求在结构设计上不设或者少设温度伸缩缝, 导致不设温度伸缩缝的建筑结构长度远远超出了我国规定的伸缩缝限值。相反, 国外对伸缩缝的间距并没有严格的要求与规定, 只是要求建筑结构的长度超过一定值时, 计算温度引起的应力即可。同时, 由于混凝土结构尺寸的增加, 温差变化所引起的温度变形和混凝土水化热, 而温度变形和混凝土水化热又引起伸缩变形而造成应力问题。目前, 国内对温度荷载作用并没有严格的定义与规定, 只是在结构构造上做了一定的要求。由于温度应力是引起超长结构裂缝的主要原因, 容易受到自然环境或人为作用的影响, 也时时刻刻经受温度的改变, 当温差变化所引起的拉应力超过荷载引起的拉应力值时, 混凝土结构便会出现裂缝, 将危及结构的安全。

2.3 地下车库的建设

人民生活水平的提高使得近年来私家车数量逐渐增加, 城市中停车已经成为了一大难题, 而各高层建筑作为人口密集地, 如何解决好停车问题成为了建筑设计中的重要一环。为此, 国内大部分高层建筑的停车场都将地下停车库作为首选。据相关规定, 地下车库的柱网尺寸基本上在8.4 m×6 m左右, 而其结构设计由地质结构与水文条件所决定, 且车库内部还需保有消防通道和消防设施, 使得车库容积大大缩小。

2.4 钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力

城市高层建筑一般都是作为写字楼的办公之所, 因此, 在建筑设计与施工中往往需要考虑配置空调、消防等设备, 而这些设备通常都是配置在楼层梁底下, 而这些梁需要在其腹部进行开孔后, 才能进行设备的安装。腹部开孔后的梁的承载能力与未开孔的大大不同, 其承载能力大大减小, 且不仅容易在弯矩或剪力最大处发生破坏, 而且还有可能发生在洞口处, 这大大增加了梁破坏的概率。

3 解决对策

(1) 运用有限元理论和ANSYS软件解决嵌岩桩的相关计算与分析问题。有限元方法是将结构离散化, 把荷载和位移简化到结点上来分析的数值计算方法。其既可以以位移为未知数, 也可以以应力为未知数。运用岩土的本构模型 (本构定律) 对材料的应力、应变、强度和时间的关系进行计算与分析, 为了便于计算与分析, 可广泛应用ANSYS软件。ANSYS软件在钢筋混凝土房屋建筑等工程中可以广泛地应用, 对这些建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案。同时, 根据工程设计与施工的实际情况, 建立嵌岩桩的三维弹塑性有限元模型, 计算分析得到了嵌岩桩单桩竖向承载力特征值。

(2) 运用温度应力理论对温度载荷进行分类, 并加强对混凝土结构温度变形和温度应力的计算与分析, 着重分析计算季节温差引起的温度应力。同时, 考虑到影响温度载荷的因素涉及各方个面, 通过设定温度载荷组合系数、刚度折减系数和松弛系数等来分析和构造混凝土结构温度载荷的组合。

(3) 在地下车库设计与构建过程中, 加强顶板布置结构的设计和消防车等荷载的计算。地下车库的顶板设计关系着建筑物的结构受力与开发商的经济效益, 为此, 地下车库的次梁如何布置, 是否布置有着重要的影响。对此, 可采取8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向设置1道次梁, 顶板厚度180 mm;8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向不设置次梁, 顶板厚度取22 mm等各种不同的方案来权衡顶板的结构受力与经济效益。同时, 由于地下停车库需要设立消防通道, 为此, 要计算地下停车库对消防车的载荷能力。通过输入板跨长度、板厚以及覆土深度等信息, 结合《建筑结构荷载设计手册》得出消防车通道的荷载, 再考虑地下室顶板板跨和覆土深度, 计算各种情况下的消防车荷载。

(4) 结合不同类型, 加强钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力计算与分析, 并就梁腹部的开孔进行规范。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《混凝土结构构造手册》的相关规定, 对钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、大小、环节与流程等进行规范。同时, 通过计算开孔梁承载力、开孔梁挠度、开孔梁裂缝宽度以及孔洞周边补强钢筋等方面的计算, 来分析钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载力;也可以根据计算的方法与依据, 对该计算过程进行编程, 简化计算流程, 提高建筑设计与施工的效率。当然, 在计算过程中, 要结合各种不同类型的腹部开孔方式来计算钢筋混凝土梁的承载力。例如早期建成的北京京伦饭店, 其剪力墙结构无缝长138 m, 超过了当时《高层建筑混凝土结构技术规程》45 m的限值。南京国展中心工程主体部分是两层的部分预应力混凝土框架结构, 建筑物总长度达292 m, 宽158 m, 纵横向不设缝均远远超出了我国规范规定的限值。此外, 杭州萧山国际机场楼228 m火72Jn, 采用无粘结扁梁一平板体系, 短向不设伸缩缝;杭州江干区全民健身中心117 m×51.6 m, 在梁上布置了无粘结预应力筋, 设置后浇带及加强配筋等措施以减少温度应力对结构的不利影响;浙江省金华市文化中心, 地下室197 m×76.m未设缝, 属于超长地下室钢筋混凝土结构。这些工程都采取了有效的裂缝控制措施, 并取得了理想的效果。

4 结语

高层建筑已成为了现代建筑业的中心, 且也是未来的发展方向, 正所谓“凡事要从源头开始抓起”, 因此, 探析高层建筑的结构设计问题具有十分重要的意义。本文就嵌岩桩的竖向承载力、地下车库、超长钢筋混凝土结构温度应力以及钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力等4个高层建筑结构设计方面的问题进行了剖析。同时, 在今后的高层建筑结构设计中, 应特别注意这几方面的问题, 并通过理论模型与计算机编程的方法, 对这几个问题进行控制与完善, 保证建筑结构的完整与安全。

参考文献

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[4]段建华.国际工程建筑结构设计探讨[J].有色金属设计, 2006.

论高层建筑结构设计中的概念设计 篇11

关键词：高层建筑；概念设计；结构设计；研究

中图分类号： TU972 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-79-2

0 引言

通过概念设计，对建筑结构的性能进行整体把握，即优选结构体系，从平面、立面两种形式进行综合协调，从而使各空间要求与对应的平面和立面形式配合，并且对其中的细节构造进行充分考虑。概念设计能够有效拓展建筑结构设计思路，打破常规，实现真正的创造性设计，同时这也是建筑结构设计的最终目标。

1 高层建筑结构的概念设计基本原则

1.1 全面考虑

建筑结构概念设计过程中，应当对涉及的内容进行综合、全面的考虑和分析。其中，主要涉及建筑、施工以及结构等方面的内容，并且对功能、使用以及技术和美观方面进行全面考虑，注意整体与局部之间的关系。基于上述几组内容分析，在三维构思基础上进行二维构思技术设计，分别解决水平、竖向分体系构件选择以及双边关系。基于二维构思的考虑，再进一步进行一维构思，然后进入施工图设计环节，即对组成分体系的一维构件进行设计和计算。

1.2 立足实际，优化选型

建筑结构概念设计过程中，应当立足实际，从实际出发。比如，全面考虑本地固有的环境条件、历史人文条件以及当地当时的条件等。同时，还有对建筑结构进行优化选型，做好以下工作。第一，优化建筑结构体系。这一前提是全面掌握基本构件的主要特征，并根据环境条件、利用需求以及建筑荷载要求等，对基本构件进行优化选择，确定彼此之间的关系，并在此基础上形成基本的结构单元以及支撑方法。第二，优化结构布局。在满足应用需求、建筑意向的基础上，对楼层盖水平、柱墙竖向支撑以及基础等系统进行优化布置。第三，科学构造做法。这一环节的重点在于结构构造做法、建筑构造要求之间的一致性，而且结构理论构造与施工实际要求相一致。

1.3 减轻自重

建筑结构的承受荷载主要有两种，即横向与竖向荷载。对于竖向荷载而言，超过85%的是建筑物自重，其中水平荷载——建筑物自重、地震荷载之间存在这直接相关性，因此减轻建筑物自重，是结构概念设计的一项有效原则。

1.4 合理受力

第一，从受力与变形情况来看，均匀受力非常好。较之于集中受力而言，均匀受力形式比较好。此外，多跨连续较之于单跨简支要好，空间作用较之于平面作用要好，刚性连接较之于铰连接要好，传力简捷较之于传力曲折要好，而且还要避免不明确受力。第二，从受力、变形来看，应当尽可能利用建筑结构的刚度、对称性以及变形协调性和连续性。在此过程中，不仅要分析各部分构件的受力情况，而且还要对整体结构的受力状态进行宏观分析。第三，从抗力以及材料来看，应当尽可能以轴向应力受力为主，增加构件、结构截面惯性矩以及抗剪切能力和抗弯刚度，合理选材，优化组织建筑构件截面。第四，就结构构件而言，混凝土构件应当避免剪切破坏先于弯曲破坏、钢筋混凝土黏结破坏应当先于构件破坏，以免导致构建脆性丧失。

2 结构概念优化设计

基于以上对高层建筑结构的概念设计基本原则分析，笔者认为在建筑结构概念设计过程中，应当做好以下工作：

2.1 平面优化布置

高层建筑结构平面布置，在建筑结构设计过程中起到了非常重要的作用，在建筑独立结构单元设计过程中，应当确保平面形状的规则化、简单化以及承载力和刚度分布均匀适宜，避免采用不规则平面布置形式。对于地震区而言，在结构平面布置过程中，应当满足以下要求。即平面布置应当简单、对称和规则，尽可能避免出现偏心现象，而且平面长度与结构平面的外伸长度不宜太长。对于高层建筑而言，抗侧力结构布设时，尽可能使平面质量中心与抗侧力结构刚度中心接近，规整、简洁而又对称的平面设计，有利于抗侧力结构的布设。实践中，一般无法做到质量分布绝对均匀，而且会产生一定的扭转效应，此时除全面考虑平面形状的对称性，还要优化布置抗侧力构件，以此来提高建筑结构抗扭转能力。在抗侧力构件布置过程中，尤其是剪力墙、柱布置时，应当往周边进行布置。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下称之为《规程》）之规定，限制周期比，其目的在于使结构整体具有一定的抗扭刚度，以免产生扭转。不满足要求的情况下，应当优化调整抗侧力结构设计，沿周边进行布置，通过加大抵抗扭转内力臂，提高建筑结构的整体抗扭能力。

2.2 建筑结构竖向布置

高层建筑结构竖向布置，应当包括建筑结构的竖向构件高度变化。通过竖向构件布置，可以有效满足其应用需求以及结构的安全和传力要求。根据《规程》对高层建筑结构竖向布置的规定，其合理性应当包含的主要参数有刚度比、承载力比以及剪重比。其中，建筑结构的承载力比主要是指抗侧力结构层间受剪承载力、上层比值，一般不超过80%，主要是对建筑结构竖向规则性进行定量界限，以免形成薄弱层。对于刚度比而言，主要是说明竖向上的刚度规则问题；该层侧向上的刚度小于邻层的70%，除顶层外，局部收进水平向尺寸超过相邻下层的四分之一，即视为不规则侧向刚度。对于剪重比而言，主要是为了全面考虑结构抗震研究过程中的高阶振型对建筑结构产生的影响。《规程》及抗震技术规范中，均采用强制性的条文对高层建筑结构各楼层地震条件下的最小剪力有所要求，在此不再赘述。

2.3 转换层设计

目前高层建筑的应用功能具有多元性，并不是唯一的，楼层功能要求不同，所需的空间划分也存在这较大的差异，因此上、下层要求结构形式以及布置轴线等作出相应的改变，同时也人为地将结构竖向的传力路径切断了。实践中，为了能够有效的进行正确传力，需在上层与下层之间布设结构转换层。设计转换层构建时，水平转换物件应当较为简单，而且受力较为明确，使传力更加的直接。在高层建筑工程项目中，梁式转换层设计最为广泛，受力明确，而且传力途径也非常的清楚。实践中，需纵、横一起转换时，采用的是双向梁布设方式。对于箱形转换层而言，因其结构尺寸以及刚度等都比较大，所以应当对大空间下部几层、底层的结构平面合理布置，以免在抵抗水平力条件下因底层刚度不足而导致相对位移过大。当上下柱网轴线错开较多，难以用梁和桁架直接承托时，可以做成厚板，形成板式转换层结构。如果高层建筑底部大空间楼层柱距相对较大，建议采用桁架转换层。其具有自重轻、刚度大以及可跨越度大等的特点。在转换层的设计时，必须要充分考虑建筑结构竖向刚度。转换层是竖向结构较为薄弱点，通过转化消弱了下部的刚度。针对这一问题，设计时建议加强落地剪力墙，并对各构件的尺寸进行优化调整，尤其是框支结构，应当严格对转换层的上下刚度进行有效控制。

3 结束语

总而言之，在高层建筑结构设计过程中，应始终以概念设计理念为指导，不能盲目的照搬既有规范，也不能盲目地采用一体化的计算机设计程序。实践中，我们应当坚持概念设计理念并不断创新和改进，只有这样才能追求设计的尽善尽美，才能创造出更多、更好的设计成果。

参 考 文 献

[1] 井维.探讨概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用[J]门窗，2013（11）.

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[4] 邓小山，吴黎葵.传统文化环境中的高层建筑造型创意[J].四川建筑，2005（04）.

[5] 王琦，邢忠，龙灏.高度在矛盾中攀升——重庆渝中半岛商务中心区硬核区摩天楼发展与反思[J].时代建筑，2005（04）.

高层建筑结构设计的问题分析 篇12

关键词：高层建筑结构,结构体系,剪力墙,设计

随着现代社会发展的商业化、工业化和城市化,房屋建筑逐渐由单层、多层向高层发展,房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂,框架、剪力墙、框—剪、筒体等已变成当前建筑设计中的主要结构形式。本文旨在对上述两方面的问题提出个人的看法,以期引起结构设计人员的重视。

1 高层建筑结构设计特点

1.1 水平荷载成为决定因素

1)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,是与楼房高度的二次方成正比;2)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

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。

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,来保证结构具有足够的延性。

2 框架梁柱截面尺寸的选取及其影响因素

2.1 框架梁截面尺寸的选取

在高层规程JGJ 3-91[1]中,曾规定框架主梁的高度可取梁设计跨度的1/12～1/8。这个截面高度对于现代高层建筑已不能完全适用,最近十几年来,我国一些设计单位在设计框架梁时,其高度取值已突破上述规定,一般为跨度的1/18～1/15,且已有大量工程实践。在现行高层规程JGJ 3-2002[2]中已规定取跨度的1/18～1/10,对于8 m左右柱网的一般民用建筑,框架主梁高度取500 mm左右,宽度为350 mm～400 mm,工程实例很多。

2.2 框架柱截面尺寸的选取及其影响因素

高层建筑中,框架柱所受的轴向力较大,进行框架结构设计时,柱的截面尺寸要根据轴压比限值进行假定。

考虑抗震设计时,框架柱的轴压比要满足下列规定。

其中,N为柱轴力,N=(1.1～1.2)Nv,Nv=负荷面积×(12～14) kN/m2;fe为混凝土轴心抗压强度设计值;b,h分别为柱截面宽度和高度。

框架柱的轴压比限制条件是要保证柱的延性,新规程JGJ 3-2002相对旧规程JGJ 3-91,在柱的最小截面尺寸规定上已有所降低。矩形截面柱的边长,非抗震设计时不宜小于250 mm,抗震设计时不宜小于300 mm。

影响高层框架柱截面尺寸的因素主要是结构的侧移限制条件。高层建筑层数多、高度大,为保证高层建筑具有必要的刚度,应对其层位移加以控制。这个控制实际是对柱截面尺寸控制的一个相对指标。

3 高层建筑结构分析

3.1 高层建筑结构分析的基本假定

1)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。但是在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,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。

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—A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A/H>1/500时,P—A效应的影响就不能忽视了。

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位移的自由度,简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。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。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

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3种:a.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。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。b.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3个自由度u,v,0(当考虑楼板翘曲时有4个自由度),楼面内各抗侧力构件的位移均由这3个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程,用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。c.三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调),而且,忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。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。

3.2 高层建筑结构静力分析方法

1)框架—剪力墙结构。

框架—剪力墙结构内力与位移计算的方法很多,大都采用睦梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件,可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同,各种方法解答的具体形式亦不相同。框架—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。

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。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。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。但因其自由度较多,机时耗费较大,目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。

4 结语

目前新高规和新抗震规范的改进,对高层建筑结构设计的要求不断地完善,作为工程设计人员必须充分地理解新规范的编制原理,密切结合新规范和工程实际情况,不断地提高工程设计水平。

参考文献

[1]乌家培.建筑框架结构[M].北京:清华大学出版社,2003:27-30.