高层建筑工程结构设计

高层建筑工程结构设计（精选12篇）

高层建筑工程结构设计 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].

[2]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[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.

高层建筑工程结构设计 篇2

在我国高层建筑发展的早期阶段，所设计建造的高层建筑大都为单一用途，例如高层住宅、高层旅馆、高层办公楼等。近年来高层建筑发展迅速，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。并且开始大量兴建集吃、住、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市主干道两侧，已成为现代高层建筑的一大趋势。

二、高层及超高层结构体系

对于高层及超高层建筑的划分，相关规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑。

对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。

三、结合工程实际对一些技术问题的处理

(1). 高层剪力墙中连梁的计算和处理

在剪力墙结构和框架―剪力墙结构中 ,连接墙肢与墙肢 ,墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小、截面大 ,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下 ,连梁的内力往往很大。在设计时 ,即使采取降低连梁内力的各种措施仍难使连梁的设计符合要求。基于这种情况 ,下面将提供连梁设计的几个建议。

1连梁的工作和破坏机理

在风荷载和地震荷载作用下 ,墙肢产生弯曲变形 ,使连梁产生转角 ,从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形 ,对墙肢起到了一定的约束作用 ,改善了墙肢的受力状态。连梁在发生延性破坏时 ,梁端会出现垂直裂缝 ,受拉区会出现微裂缝 ,在地震作用下会出现交叉裂缝 ,并形成塑性绞 ,结构刚度降低 ,变形加大 ,从而吸收大量的地震能量 ,同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力 ,对墙肢起到一定的约束作用 ,使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中 ,连梁起到了一种耗能的作用 ,对减少墙肢内力 ,延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下 ,连梁的裂缝会不断发展、加宽 ,直到混凝土受压破坏。

2设计的建议

在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面 :

2.1关于连梁刚度的折减。

连梁由于跨高比小 ,与之相连的墙肢刚度大等原因 ,在水平力作用下的内力往往很大 ,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝 ,刚度减弱 ,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时 ,就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第 4 1 7条规定 :“在内力与位移计算中 ,所有构件均可采用弹性刚度 ,在框架―剪力墙结构中 ,连梁的刚度可予以折减 ,折减系数不应小于 0.55。” 一般在实际设计中我们在 0.55― 1之间取值 ,以符合截面设计的要求.

2.2加连梁跨度减少高度。

在连梁设计中 ,刚度折减后 ,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况 ,这时可以增加洞口的宽度 ,以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度 ,也就减少了地震作用的影响 ,使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限 ,则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于2 0 %,且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

2.3增加剪力墙厚度。

亦即增加连梁的截面宽度 ,其结果一方面由于结构整体刚度加大 ,地震作用产生的内力增加 ,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后 ,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙 ,而是小于这个比例 ,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

2.4提高混凝土等级。

混凝土等级提高后 ,结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例 ,有可能使连梁的受剪承载力不超限。

2.5地震区高层建筑的剪力墙连梁 ,在进行了上述调整后 ,仍有部分不符合承载力要求时 ,可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求 ,配置相应的纵向钢筋。此时 ,如果不能保证连梁在大震时的延性要求 ,应重新计算整个结构 ,必要时调整结构布置 ,使连梁的承载力符合要求。

(2)剪力墙设计的一些要点

1.A级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度：

全部落地剪力墙――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时，分别为150、140、120、100、60m。部分框支剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时，分别为130、120、100、80m，9度抗震时不宜采用

2.A级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度：

6度、7度、8度抗震时，将本地区设防烈度提高一级后，按乙类、丙类建筑

用，9度抗震时，应专门研究

3.B级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度：

全部落地剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时，分别为180、170、150、130m;部分框支剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时，分别为150、140、120、100m

4.B级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度：

6度、7度抗震时，按本地区设防烈度提高一级后，按乙类、丙类建筑采用8度抗震时，应专门研究

5.结构的最大高宽比：

A级――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时，分别为6、6、6、5、4

B级――非抗震、6度、7度、8度抗震时，分别为8、7、7、6

6. 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况，应计算单向水平地震作用的扭转影响

7.考虑非承重墙的刚度影响，结构自振周期折减系数取值0.9～1.0

8.平面规则检查，需注意：

扭转不规则，凹凸不规则和楼板局部不连续

9.竖向规则检查，需注意：

侧向刚度不规则，竖向抗侧力构件不连续，楼层承载力突变。

10.水平位移验算：

多遇地震作用下的最大层间位移角 ≤罕遇地震作用下的薄弱层层间弹塑性位移角 ≤ 1/120

11.舒适度要求：

高度超过150m的高层建筑，按10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点的最大加速度限值为：住宅、公寓 0.15 m/s2，办公、旅馆 0.25 m/s2

12. 伸缩缝

a. 最大间距：现浇 45m，装配 65m

b. 可适当放宽最大间距的条件：

① 顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率

② 顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层

③ 每隔30～40m留出后浇带，带宽800～1000mm，钢筋采用搭接接头，后浇带砼两个月之后浇灌

④ 顶部楼层改用刚度较小的结构形式，或顶部设局部温度缝，将结构划分为长度较短的区段

⑤ 采用收缩较小的水泥，减少水泥用量，砼中加入适宜的外加剂

⑥ 提高每层楼板的构造配筋率，或采用部分预应力混凝土

13.防震缝

a. 最小宽度：按框架结构的50%取用，但不宜小于70mm.

框架结构防震缝最小宽度规定为：高度≤15m的部分，70mm;超过15m的部分，6度、7度、8度、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，缝宽加宽20mm

b. 缝两侧结构体系不同时，按不利情况确定,缝两侧房屋高度不同时，按较低房屋高度确定

c. 缝沿房屋全高设置，地下室和基础可不设，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接

d. 相邻结构基础存在较大沉降差时，宜加宽防震缝

14.截面设计

a 构件截面长边与短边之比大于4时，宜按墙的要求进行设计(《砼规》10.5.1)

b 矩形截面独立墙肢的长度与厚度之比不宜小于5，当其比值小于5时―其在重力荷载代表值作用下的轴压比限值，当一、二级抗震时，应较正常墙肢的相应值减0.1，三级抗震时为0.6，当其比值不大于3时――宜按框架柱进行设计，但纵向钢筋的最小配筋率不变，且箍筋宜沿全高加密

c 双肢剪力墙的抗震设计中，墙肢不宜出现小偏拉，当任一墙肢出现大偏拉时，两墙肢均应将弯矩设计值和剪力设计值乘以1.25的增大系数

(说明：剪力墙墙肢不同受力状态的延性优劣― 小偏拉 < 大偏拉 < 小偏压 < 大偏压)

d 剪力墙截面设计的内容：平面内的斜截面受剪、偏压或偏拉、平面外轴心受压

e 在集中荷载作用下，墙内宜设置暗柱，并注明暗柱纵筋的连接方式，无暗柱时应进行局部受压承载力验算

f 一级抗震时，墙体的水平施工缝处宜进行抗滑移验算

四 小结与展望

本文通过具体的工程设计经验，在对连梁，剪力墙的设计过程中应注意的问题并结合设计规范给出了自己的看法和见解并提出了一些处理措施。

我国的高层自改革开放以来已有20年的历史，并在设计和施工中积累了不少经验，随着经济技术的进一步发展，高层的形式和种类都将有更多形式的出现，对设计技术的要求也必将更加精细。

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论高层建筑结构设计探讨 篇3

【关键词】高层建筑、结构设计

一、高层建筑结构设计中采用钢结构或全钢结构方案设计

因为当前新发展形势下，超高层建筑建设较多。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率越来越大。在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑；同时随着生产技术的不断进步，高强度钢材应运而生，这就使得在高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的施工技术与设计问题逐渐显现，值得相关专业人员的深思和解决。近些年来，高层建筑结构工程设计领域开始涵盖更多的方面，例如在新时期，高层建筑在结构工程设计中更多的采用钢结构工程的设计。这样的高层建筑钢结构相比于建筑的钢筋砼结构在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势。

随着经济水平的不断提升，更多的建筑企业发现了高层建筑采用钢结构工程设计的优势所在。因为钢材的“容重与强度比”一般小于木材、混凝土和砖石，可见钢结构比较轻，与钢筋混凝土结构相比要轻 30%-50%；不仅如此，钢结构断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。所以，现代建筑行业更多的采用钢结构的高层建筑结构工程设计。据相关的初步统计，全世界至今已完成的101幢超高层建筑中，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构 59幢，不同形式的钢砼混合结构27幢；这些数据可以见得，钢结构的发展必将促使建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业等相关产业得到迅速发展。但是高层建筑的结构工程设计领域也没有十全十美的，也会存在着多方面的问题，例如：高层建筑钢结构设计中存在的施工技术等方面的问题就尤为突出，且亟待解决。浅析高层建筑钢结构工程在设计中存在的问题，已逐步成为建筑管理者、设计者关心的重点问题，也是需要解决的主要任务。

二、高层建筑结构设计领域存在问题的探讨

（一）高层建筑结构工程设计的“结构延性”指标设计易被忽视

高层建筑结构设计与低层建筑结构设计相比，高层建筑的结构工程设计更具柔和性。例如，在地震作用方面高层建筑结构的变形要大于低层建筑结构或高层建筑的底层建筑结构。但是，当前一些高层建筑工程结构的设计者往往忽略了这一点，只要求对建筑结构的外形和建筑内部的规整度进行细致设计，轻视高层建筑结构延性的指标设计。这样会使高层建筑结构在因为自然灾害或人为破坏等因素影响时进入塑性变形阶段后，没有较强的建筑变形能力，严重后果将会造成倒塌。所以对于高层建筑结构工程设计的“结构延性”指标设计要特别注意，并在建筑结构构造上采取合理、规范的措施，保证高层建筑具有足够的延性和稳定性。

（二）高层建筑结构工程设计中采用钢结构工程施工技术方面存在的问题

在高层建筑结构工程设计中采用钢结构设计，出现以下几方面问题的可能性较大：

1. 高层建筑结构工程设计中采用钢结构建设存在预制模板技术问题：

由于建筑的施工工期是关系建筑施工成效好坏的关键环节，所以对于高层建筑施工而言，同样也是如此。这种相似性主要体现在： 首先，它们的结构整体性好，机械化程度高；第二，它们对组织管理都提出了较高的要求，同时，在结构物立面造型方面具有一定的限制；最后，它们对施工工期与施工成本的控制都有着极为迫切的需求。在施工过程中，我们可以采用预制模板技术，将滑模法与爬模法付诸实践，以实现缩短施工工期与降低施工成本的目的，但这也存在着一定的局限性，在保证工期的同时，有可能忽略高层建筑在施工的技术质量，达到事倍功半的效果。

2. 高层建筑结构工程设计中采用钢结构施工会出现施工技术超高问题：

由于在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是在新规范中针对以前的建筑超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以外，还增加了B级高度，使技术处理措施与设计方法都发生了较大的改变。在实际工程施工中，曾出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工技术设计图审查时未予通过，必须重新进行修改设计，技术的施工程度直接影响对工程工期、造价等整体规划的实施。

3.高层建筑在结构工程设计中采用钢结构施工建设存在高空作业较多，一定程度上增加了建筑施工的危险性：

这主要是由于高层建筑本身的特点决定的。因为高层建筑楼层多，从而使得垂直运输工作量相对较大。这就需要很大的技术装备来支撑其高空作业的完成，需要处理大量的建筑材料、机具设备以及人员运输等工作，在施工技术实施方面易出现安全问题，应尽量避免引起不必要的安全事故。

三、高层建筑结构设计中出现问题的解决对策

1.高层建筑结构设计中施工技术的裂缝控制技术：

在施工技术措施方面： 采用防，抗结合的技术方式。（1）“防” 的措施：设置永久性伸缩缝；外墙面适当位置留分隔缝等。 （2）“抗” 的措施：避免结构断面突变带来的应力集中，重视对构造钢筋的配置；在两种不同基体的交接处，用钢丝网进行处理；特别注意梁底的砌筑要求；屋面保温层与隔气层的合理设置等。 （3）“防”、“抗”相结合的措施：合理设置后浇带，采取相应补偿收缩混凝土技术，混凝土中多掺纤维类，加强新浇混凝土的早期养护措施，从而有效预控混凝土裂缝。

2.泵送混凝土结构技术设计

泵送混凝土结构技术是高层建筑结构设计中，施工技术的重要组成部分。混凝土不仅数量大而且强度高，对混凝土的配比提出了较高的要求。据调查研究发现，目前国内的施工方大多采用掺粉煤灰与化学外加剂的双掺技术，以满足泵送混凝土技术的需求。在这项技术的作用下，混凝土的泵送高度也有了很大程度的提高，这同时会有效地提高了高层建筑的施工效率。

总之，因为新时期高层建筑结构工程设计具有复杂性、多面性等特殊性，所以设计师在对建筑结构工程进行设计时难免会出现一些问题。本文主要对当前高层建筑结构设计中经常采用的建筑结构设计做出阐述，并对其常出现的问题进行了分析，提出了必要的解决措施，促进高层建筑业更好的发展。

【参考文献】

[1]叶林标.《建筑防水涂料》.[J].现代涂料于涂装.2001

[2]黄一如.《新技术条件下的中国建筑学》.[J].时代建筑.1999

[3]叶林标.《建筑防水工程技术发展50年》.[J].建筑技术开发.1999

[4]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.

高层建筑工程结构设计综合分析 篇4

随着社会发展以及人们生活需要,高层建筑逐渐发展起来,它是建筑技术进步的结果,也是城市发展结果。采用先进技术,依托先进设计理念,同时加强对建筑材料研究,促使高层建筑结构向更加安全、合理、可靠的方向发展。

1 目前高层建筑工程结构设计存在的问题

1.1 地基和基础等方面

高层建筑地基和基础的设计要科学合理,不能单凭耐力容许数据来确定,地基和技术设计要依据一定的地质资料,同时还要综合各方面考察,不能凭借经验进行设计。一般来说,如果设计者不能明确地认识软弱地基的危害,或者没有计算砂垫层厚度和宽度,而仅凭砂垫层加强承载力,这一方面会带来潜在的危险,另一方面会带来一定的经济损失。

1.2 高层建筑房屋宽度和高度比不符合规程

有些高层建筑房屋最大高度超出规定限值很多,在工程结构设计中,必须要严格按照高层建筑规范来进行设计,在设计过程中要综合考虑多方面因素,比如房屋高度与结构体系类型、抗震防烈度以及场地类别等因素。

1.3 高层建筑异形结构出现的问题

目前,我国多数的高层建筑采用了异形结构,这些建筑在异形结构设计中暴露了很多问题,比如,房屋高度过高、体形不规则、抗震结构促使不完善、结构布局不合理等等。当前我国在异形柱受剪承载力、节点承载力以及结构延性等方面经验不足,因此对高层建筑异形结构设计并不是特别了解,在这种情况下,更应该对高层建筑异形柱的设计进行严格把关。

2 高层建筑工程结构设计原则

2.1 合理选择计算简图

高层建筑工程结构设计的合理性由结构计算来保证,而计算简图是结构计算的基础。在工程建设过程中常会遇到不能合理地选择计算简图,这直接造成了高层建筑工程结构的安全隐患问题,因此,合理选择计算简图对高层建筑工程结构设计有着极其重要的作用。在高层建筑工程结构设计过程中难免会存在因钢节点而造成些许的计算误差,但是只要将其误差控制在建筑施工允许范围内,还是能够确保高层建筑工程结构设计的安全性以及稳定性。

2.2 把握嵌固端设置问题

与普通建筑不太一样,高层建筑通常会有地下室,因此高层建筑嵌固端常位于地下室顶板处,对于一些有人防高层建筑,嵌固端也可能位于人防顶板处,据我国高层建筑调查发现,较多的高层建筑设计工程师在建筑工程结构设计中忽略了这一重要问题。比如,在设计嵌固端的时候忽略上下层对比及抗震等级的问题,这会造成嵌固端位置不能与建筑抗震结构以及结构计算达到协调统一,从而使高层建筑工程结构设计脱离现实,这在一定程度上是一种安全隐患。

针对这一问题,结构设计师要加强自身的责任意识,设计嵌固端时要综合考虑多方面因素,比如抗震等级、结构抗震缝及刚度对比等等,细致入微的考虑才能增加高层建筑工程结构设计安全性和稳定性,同时也避免经济投入的增加。

2.3 合理选择基础设计方案

合理选择结构设计方案在高层建筑工程结构设计中显得尤为重要。结构设计人员在基础设计时要对建筑工程环境实施全面勘察,包括自然环境、施工条件、水文、地质、相邻建筑物分布情况以及各方面的社会环境等,另外,也包括高层建筑结构类型和荷载分布情况,只有全方位综合各种因素,才能选择合理的基础设计方案,才能在工程施工中最大程度地发挥建筑地基的内在潜力作用。

一般来说,时间变化在一定程度上会引起地基变形,因此在必要的情况下,要对地基进行验算,但值得注意的是,高层建筑统一单元设计要尽可能地避免不同类型的设计情况。可以结合高层建筑工程的实际情况,设计多个基础方案,分析对比之后择优选用。

2.4 正确进行分析计算

高层建筑工程结构设计过程中,计算机是最为重要的分析工具,然而各种各样的计算机软件计算出来的结构不尽相同,这就要求高层建筑工程结构设计人员对计算机分析结果抱有严谨的态度,正确合理地判断出最接近实际情况的计算结果,这样一方面能保证计算结果的正确性,另一方面还能保证高层建筑工程结构设计的准确性。

2.5 相应的构造措施

高层建筑结构设计人员要考虑建筑工程施工中可能出现的各种问题,避免施工中出现的问题影响高层建筑工程整体结构。比如,构件延性性能、钢筋锚固长度、温度应力影响及里面平面布置等,只有全面地考虑到这些因素才能保证高层建筑工程结构设计的科学合理,才能延长建筑使用时间。

以某工程为例,该高层建筑地上29层,地下2层,地上结构高度为102.2 m,总建筑面积约为120 000 m2,其中,地上部分建筑面积约为99 000 m2,地下部分的建筑面积约为21 000 m2,本建筑由4座塔楼和5层的裙房构成,南面塔楼是26层的住宅楼,而北面的塔楼是29层的住宅,地下一层是商场,地下二层是人防和设备用房,平时是地下停车库。该高层建筑结构为钢筋混凝土框支剪力墙结构,是A级高度的钢筋混凝土高层建筑。

高层建筑的拟建地貌属于冲积平原,根据现场地形勘察报告以及场地水文条件进行高层建筑的结构设计。考虑到该高层建筑的抗侧力体系选择和组成是结构设计要点,该建筑的结构体系中,竖向载荷由水平构件(楼盖)和竖向构件(墙、柱以及斜撑等)传递到基础,水平载荷则是由抗侧力体系传到基础。采用钢筋混凝土框支剪力墙结构,这样可以更好地利用空间,且可以获得更大的空间,楼盖和屋盖则采取现浇钢筋混凝土肋梁楼盖,裙楼采用井式楼盖,且结构整体刚度恰好,施工也相对简单。本工程中有很大的中庭,楼板开洞的面积相对较大,所以,加强中庭四轴楼板刚度和配筋,同时,加大部分边梁截面积可以提高该高层建筑整体刚度。

3 高层建筑结构的优化设计

我国高层建筑结构优化设计远远落后于理论的发展,目前,较为常见的是忽略高层建筑结构整体。绝大部分的建筑设计人员认为,高层建筑结构设计只要结构方案、布置合理,建筑的上部结构通过计算机软件分析计算后构建截面也满足规范要求即可,对于高层建筑上部结构截面优化能达到的经济效益未曾重视。另外,即使实施了高层建筑结构优化设计,可是,优化目标却不能完全地符合高层建筑工程的需要。高层建筑工程结构实际问题较为复杂,存在约束条件多、设计变量多以及建筑功能受限制等难点,存在的多种因素使得高层建筑结构优化设计困难重重。目前,我国还没有较为实用的高层建筑工程结构优化分析软件,现有的计算机分析软件并不能达到优化最佳效果。如何优化高层建筑工程结构设计方案是值得深入研究的问题。分析高层建筑结构方案中的目标函数以及目标函数中各个变量,高层建筑工程结构优化的最终目标是材料耗量,材料耗量由构件截面尺寸大小决定,截面尺寸则需要满足位移变形及各构件内力分析后的强度计算。

高层建筑工程结构采用直接优化方法进行优化,即赋予目标函数变量已知值,然后通过一定约束条件限制,求出设计最终目标值,然后根据趋向目标值最佳值的方向及路线来达到高层建筑工程结构的最优化设计。

4 高层建筑工程结构设计模式的演变

随着我国建筑行业的进一步发展,早期的高层建筑工程结构设计模式已不能适应今天的高要求,建筑结构设计模式潜移默化地发生着变化。

4.1 底部空间的变化

为了更方便人们的生活,传统的空间模式正在一步步演变。比如,传统的高层建筑底部空间是这样的:面向街道,进去之后是大厅电梯,之后便是通过各楼层的电梯。而现在的高层建筑底部空间则更加符合人们的要求,比如,-1层是停车场,人们可以通过停车场电梯到达需要去的楼层,大厅不再是纯粹的电梯,而是提供了一些活动空间或者开展了一些商业活动。现在高层建筑底部空间已经从单纯地满足建筑和环境之间的关系发展到整体的空间设计,将人们的公共活动领域开放化、立体化,最终更好地满足了人们的需求。

4.2 内核的形成

与其他普通建筑不同,高层建筑内部有一个将管道设备和垂直交通集合在一起的内核,这个内核在建筑形态构成上有着重要的作用,其决定了高层建筑空间构成模式。这个内核在建筑的中心部门,其有意识地运用一些功能固定地服务用房围护结构而形成中央核心筒,这个中央核心筒处于建筑的集合中心,这样可以很好地将建筑刚度中心、质量重心以及形体中心相结合,从而有助于建筑的抗震和结构受力。

4.3 核的分离与分散

随着时代进步、科技发展,人们对建筑需求以及建设设计侧重点有了不同的要求,对于专业的高层建筑工程结构而言,增加建筑周边刚度可以很好地抵抗地震对建筑的破坏,所以将设备用房及垂直交通分散在高层建筑的周边更有利于抗震性能。同时,分散的多外核空间构成模式正好适用于新兴的巨型框架结构。从高层建筑工程结构设计角度来看,垂直交通、管道井、核移动以及服务性房间等分散于建筑周边,对高层建筑空间构成模式来说具有极大的革命性变化。

5 结语

高层建筑的进一步发展改变了我们的生活环境,提高了生活质量,促进了城市更好地发展,但当前高层建筑工程结构设计存在的问题不容忽视,这就要求高层建筑不能一味追求时尚和潮流,而应从结构设计方面入手,在保证高层建筑质量的同时,促进人们安全幸福生活,这样才有利于促进我国建筑事业和经济更加繁荣的发展。

参考文献

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[2]吴彩霞.高层建筑工程结构设计问题分析[J].中华民居,2012(6):880.

[3]热赛提.米拉提汗.房屋建筑工程结构设计的分析研究[J].农家科技(下旬刊),2011(5):55.

[4]吴大炜.高层建筑的结构优化设计研究[J].四川建筑科学研究,2006,32(4):119-121.

高层建筑工程结构设计 篇5

关键词：高层建筑；建筑结构；框架剪力墙结构；结构设计

一．引言

剪力墙结构主要包括连梁和墙肢两种结构，具有整体性能耗、刚度大、抵抗水平力强及承载能力强等优点，被广泛应用在高层建筑结构设计中。本工程就是应用剪力墙结构的典型案例。高层建筑楼层层数为19层，包含地下室1层，地上部分18层，建筑总高度为58米，主要采用剪力墙结构。

二．工程概况

某工程总建筑面积为102972.32O，总用地面积为16201.5O，地上建筑面积为81003.52O，地下建筑面积为64802.02O。该工程包括地上部分32层建筑2栋，12层建筑1栋。建筑抗震设防烈度为7度，三栋建筑均在地下一层和二层设置地下车库和设备用房。考虑到建筑抗震及结构安全因素，拟定采用框架剪力墙结构。

三.框架剪力墙结构特征

建筑框剪结构是框架结构和剪力墙结构二者的结合，通过吸取各自优势，确保建筑平面布置具有较大使用空间的同时，又具有较好的抗侧力性能。建筑采用框剪结构时，可以单独设置剪力墙，同时可以利用管道井、楼梯间和电梯井等墙体，因此被广泛应用到各类房屋建筑中。

由于框架结构的变形属于剪切型，建筑上部层间的变形相对较小，而下部层间变形相对较大。而剪力墙结构变形属于弯曲型，下部的层间变形相对较小，上部层间变形相对较大。框剪结构融合了框剪结构和剪力墙结构的优点，通过协同工作变形，形成弯剪变形，从而是结构刚度得到提升。

从受力特点方面来看，由于同框架结构的侧向刚度相比，框剪结构中的剪力墙侧向刚度要大得多，在水平荷载作用的一般情况下，约80%以上都用剪力墙来承担。在框架结构中，由于水平荷载作用下分配的楼层框剪结构具有延性好、布置灵活及剪力墙刚度大等诸多优点，同时在水平刚度较大的楼盖协同工作下，促使水平作用下层间的变形能够更加趋于均匀合理，并呈弯剪型位移曲线，比框架结构的侧移小，造成的非结构破坏较轻。框剪结构以剪力墙为主要的抗侧力构建，同时框架能够起到二级放线的作用，比起剪力墙结构来讲，具有布置灵活和延性好等特点，因此，在高层建筑结构中，框剪结构抗剪性能较好的建筑结构体系。

四.高层建筑框架剪力墙结构设计

1.剪力墙设计

框剪结构设计中，对于剪力墙要满足位移限值的要求，同时要能充分发挥框剪结构的抗侧作用，为实现结构经济合理、安全稳定，就需要确定合理的剪力墙数量。

（1）在框剪结构中，剪力墙是主要抗侧力构件。剪力墙的用量同框剪结构的平面布置息息相关，设计时要遵循“对称、周边、均匀、分散”基本布置原则。剪力墙要尽量设计为对称布置，以便减弱地震作用时对建筑结构的扭转效应；剪力墙要尽量沿着结构的周边布置，以便提高整体结构抗扭能力；同方向上的各片剪力墙要均匀布置在各个区段，不能集中布置某区段内，防止楼盖过大的水平变形以至于地震力在框架间的分配不均匀；要考虑到地震力的分散作用主要在基本相等的多片剪力墙上，布置剪力墙时要避免地震力集中导致主要剪力墙破损，其他框架或剪力墙因较弱而难以承受。

（2）剪力墙布置数量和建筑结构地震力大小具有直接关系。随着剪力墙刚度的增加，建筑结构总水平地震作用同时也加大；剪力墙结构刚度变大、数量增多及周期缩短，地震作用相应也越强。为了能够充分发挥框剪结构特性，在设计时其结构底部承担的地震弯矩值不应低于总地震弯矩值的一半。在结构底部剪力较小时，要适当增加剪力墙的用量，以此确保结构刚度安全。但是，剪力墙并非能够无限制增加，而要根据实际情况进行适当增加，以满足建筑结构要求，同时满足结构经济性指标。

2.结构抗震设计。

在高层建筑结构抗震设计过程中，由于框剪结构的使用高度、抗震等级和高宽比都是通过框架部分所承担的总倾覆力矩百分比来确定的，如果白百分比为100%或较为接近100%时，框剪结构的使用高度、抗震等级和高宽比都要同接近框架结构相关比值；相反，如果白百分比为0或较为接近0时，框剪结构的使用高度、抗震等级和高宽比都要同接近剪力墙相关比值。抗震结构设计中，要运用概念设计思想来采用相关措施，对部分薄弱环节进行加强处理。由于剪力墙抗侧力的主要构件，承担较大的水平剪力，因此要满足剪力墙设计的最基本构造要求，使剪力墙具有最低限度的强度和延性保证。宜根据地下室结构刚度的情况来确定嵌固层的位置，同时应注意的是地下一层与首层的刚度差别，有时明显、有时不明显，故不能简单地将正负零选定为上部结构的嵌固位置。在嵌固位置其楼板也有足够的刚度，且应适当的加大楼板厚度。

3.设计注意事项。

普通高层框剪结构中，一般取3个振型组合就可以基本满足精度的要求。对于沿刚度分布和高度质量不均匀时，取6个振型也就足够了。对于控制连梁端部的剪应力则应≤0.15 σ，以保证连梁能够有足够的截面以及抗剪能力；此外，连梁剪跨比要≥1.0，而当剪跨比较小的时侯，可以用水平缝把连梁分为两根高相等的连梁；并按照梁端的实际抗弯配筋量以及钢筋的超强效应条件，来让连梁的受剪承载力大于其受弯承载力。在框架梁、柱箍筋满足计算和构造要求的情况下，应考虑填充墙刚度对框架的影响，同时应调整梁和箍筋的配筋。一般在框剪结构设计中，应优先采用轻质的材料作为围护结构、隔墙墙体材料。

五．结束语

高层建筑框架剪力墙结构在高层建筑工程中应用较多，在进行建筑结构设计时，要考虑各种不同类型剪力墙的受力特点，结合工程实际需要，采用合理的结构形式，确保建筑安全稳定。

参考文献：

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[2]徐媛媛,朱珊珊.高层建筑框剪结构设计优化措施分析[J].城市建设理论研究（电子版） ,2013,(28).

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[4]王怡蓓.异形柱框-剪高层建筑结构设计的探讨[J].苏州城建环保学院学报,,13(2):82-85.

[5]李金平.框-剪结构高层商住楼结构设计分析探讨[J].四川建材,,35(4):119-120,123

[6]潘晖.高层建筑“框架―剪力墙”结构设计[J].福建建设科技,,(6):19-20

浅谈高层建筑结构设计 篇6

摘要：近几年来，高层建筑的日益增多，致使地震的发生所带来的破坏逐渐变大，所以须在结构上采取有效措施，从而使高层建筑的抗震性得以提高，本文从实际出发，谈谈高层建筑结构设计。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计

1 引言

改革开放后，是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。进入九十年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。

2 高层建筑结构设计

2.1结构体系的选择

由于抗水平力的设计在高层建筑已成为主要矛盾，因此抗侧力结构是结构设计的关键问题。根据抗侧力结构，钢筋混凝土结构可分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等几种结构体系，这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力是不同的，特别是抗震性能是不同的，因此具有不同的适用范围。

框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，不仅在竖向荷载作用下，还要承受水平荷载，并能提供建筑室内空间布置灵活。当建设层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，结构更为合理，当层数较多时，由于框架结构的影响在水平力作用下，内力分布是不均匀的，并存在层间屈服强度特别薄弱层，且由于框架结构的构件截面惯性矩相对较小，导致侧向刚度较小，侧向变形较大。在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，发生弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，震害一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更容易发生破坏，除剪跨比较小的短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏。因此，框架结构属于剪切变形的柔性结构，限制使用高度，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑。剪力墙结构中，剪力墙沿水平，垂直或斜轴正交布置，钢筋混凝土墙的水平荷载和竖向荷载作用下，属于弯曲变形的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度比框架结构大得多，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。剪力墙结构的工作状态可分为单肢墙、小开口墙、联肢墙，单肢墙和小开口墙的截面内力完全或接近于按材料力学公式成直线分布规律，其平衡地震力矩只靠截面内力偶负担。联肢墙则通过连系梁使许多墙肢共同工作，地震力矩可由多个墙肢的截面内力矩与连梁对墙肢的约束力矩共同负担，设计原则是梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载内力。当连梁钢筋屈服并且有延性时，即可吸收大量地震能量，又能继续传递，弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用。由于剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此其更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。

框架-剪力墙结构是指在适当的位置在框架结构中加入剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，可以提供建筑使用空间的大开间，是由多个单片剪力墙和框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙弯曲变形，框架主要是剪切变形，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，抗震性能由于更好地发挥各自的优势，大大提高了。它可以满足各种不同高度建筑物的要求而广泛应用。

以上分析了三种常用的钢筋砼结构体系的特点，通过分析比较看出，选择高层建筑结构抗侧力体系通常需要考虑的两个主要原因是建筑物的高度和用途。

2.2结构类型的选择

高层建筑本质上是一个垂直的悬臂结构，竖向荷载主要是轴向力的结构，与建筑物的高度一般为线性关系；水平荷载引起结构的弯矩。从应力特征，竖向荷载不变，随着建筑的增高而增加；而水平荷载，从任何方向均布载荷时，弯矩和建筑物的高度是两倍的变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可见，在高层建筑结构中，水平荷载的影响比垂直荷载的影响更大，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和壓应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

根据高层建筑的受力特点，在一定的物质和技术条件下，在设计中为了满足建筑功能和抗震要求，结构类型具有良好的经济效益和建设速度是非常必要的。高层建筑的结构类型主要用于钢结构和钢筋混凝土结构。钢结构具有强度高，重量轻的优点，抗震性能好，施工周期短，与钢结构截面相对较小，具有良好的延展性，适用于灵活的程序结构。其缺点是成本相对较高，当场地土特征周期较长时，易发生共振。与钢结构相比，现浇钢筋砼结构具有结构刚度大，整体空间好，成本低，原材料丰富等优势，可以组成多种结构体系，以适应施工要求的各种类型，广泛应用于高层建筑，比较适用于提供承载力，控制塑性变形的刚性方案结构。其突出缺点是结构自重大，抵抗塑性变形能力差，施工工期长，当场地土特征周期较短时，易发生共振。因此，高层建筑的结构形式，应取决于其结构和材料的性能，同时也取决于土壤类型，土壤和建筑物避免共振。

2.3结构布置的选择

在高层建筑的设计中，结构布置一般应考虑以下几点：

（1）应满足建筑功能要求，做到经济合理，便于施工。建筑物的开间、进深、层高、层数等平面关系和体型除满足使用要求外，还应尽量减少类型，尽可能统一柱网布置和层高，重复使用标准层。

（2）高层建筑的位移控制是主要矛盾，除了平面体型和立面变化等方面考虑，应考虑提高结构的整体刚度，减小结构位移。在结构安排上，应加强整体结构和连接的刚度，加强构件的连接，使结构各部分以最有效的方式共同作用；加强基础的整体性，以减少由于基础平移或扭转对结构的侧移影响，同时，我们要注意加强结构的薄弱部位和复杂应力部位的强度。此外，增强整体宽度也可以减小侧向位移，在其他条件不变的情况下，变形与宽度的三次方成正比。因此宜对建筑物的高宽比加以限制，体型扁而重的建筑是不合适的，宜采用刚度较大的平面形状，如方形、接近方形的矩形、圆形、Y形和#形等塔式建筑，即把使用要求及建筑体型多样化和结构的要求有机地结合起来，又可形成侧向稳定的体系。

（3）在地震区，以减少对全局和局部的不良影响结构的地震作用，如扭应力集中的影响，建筑平面形状宜规正，避免过度伸展或收缩，沿高度的层间刚度和层间屈服强度的分部要均匀，主要抗侧力竖向构件，其截面尺寸、砼强度等级和配筋量的改变不宜集中在同一楼层内，应纠正“增加构件强度总是有利无害”的非抗震设计概念，在设计和施工中不宜盲目改变砼强度等级和钢筋等级以及配筋量。简单地说，每个部分的对称结构的刚度，结构单元的形状应该是简单的规则，垂直型应避免扩展和收入结构，避免了竖向刚度突变。平面的长宽比不宜过大，以避免两端相距太远，振动不同步，应使荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转的影响。特别是建筑电梯的布置。

2.4 提高结构的抗震性能

由于高层建筑的特征应力不同于低层建筑，因此在地震区高层建筑的结构设计，除了结构具有足够的强度和刚度，而且具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计，使建筑小震不坏，中震可修，大震不倒。为了满足这一要求，结构必须吸收地震能量的能力产生一定的塑性变形，削弱地震破坏的影响。

框架结构的设计应使节点没有破坏，梁比柱的屈服易早发生，在同一层的柱端屈服过程尽可能长的时间，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应使梁！柱端的塑性铰出现得尽可能分散，充分发挥整体结构的抗震能力。为了确保钢筋混凝土结构具有足够的延性和地震作用下的承载能力，应按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的设计原则，对柱截面尺寸的合理选择，控制轴压比，注意构造配筋要求，特别是要加强节点的构造措施。

框架—剪力墙结构和剪力墙结构在各段剪力墙高宽比不宜小于2，使其在地震作用下弯剪破坏，且塑性屈服的墙尽可能多在底部。连梁宜在梁端塑性屈服，并有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效，按照“强墙弱梁”加强承载力剪力墙的原理，以避免墙肢的损坏，提高抗震能力。

3 结束语

高层建筑工程结构设计 篇7

随着人类科技在各个领域的不断进步和发展,使得人们的生活质量和要求也日益突出,在复杂高层和超高层等建筑不断增长的今天。需要我们摒弃传统的落后建筑理念和实际方案。不断是想世界先进国家的建筑设计理念学习,大力培养我国自主设计和开发的建筑工程设计师,加强国家之间先进建筑经验和理念的交流。

随着我国建筑行业和其技术的发展,相信会在此问题上找出完美的解决方法和结构设计原则。本文主要分析的是复杂高层建筑一超高层建筑的结构设计要点,主要内容如下。

1 重视设计理念

由于复杂高层和超高层的建筑的主要特点,就是楼层比较多,空间建筑高。所以,也比较容易暴露出一些高层建筑结构上的和类型的不合理设计问题。那么,如何保证建筑的安全质量和提高建筑物的抗震效果,以及严格的把关防火和消防方面是设计,提高高层建筑物内部结构的合理利用都是十分重要的讨论课题。

所以一个科学合理的设计理念,以及建筑工程设计师对于高层建筑的整体结构把握,对建筑物的核心合设计都十分重要。

采用科学的高层建筑设计理念,无论是对于建筑的整体构思,还是实际的项目施工都是十分重要的。首先需要建筑的技术设计人员,在最初的设计方案时,需要着重强调建筑结构的均匀性和规则性。并且确保建筑结构的传力途径清晰,保证整体建筑结构维持在高水平上。注重节能减排的设计,降低消耗,提倡绿色理念的设计的意识。

在选材方面,所使用的建筑材料必须可以确保建筑结构受力的均匀性和整体性。结构工程师之间需要充分的交流与沟通,共同打在一个科学化的设计理念和操作流程[1]。

选择合理的结构抗侧力体系,是保证复杂高层超高层结构安全的有效措施。那么意识要其重要性,就需要结合超高层建筑的具体高度和具体的使用结构,选择一个比较适合的结构抗侧力体系。

首先,在结构设计时,要使结构抗侧力构件之间可以相互联系、相互依存。

其次是要对结构抗侧力构建的各自实际情况进行合理的评估预分析,通过准确的数据判断,使其形成一个有效的结构整体[2]。

2 注重超高层建筑的抗震效果设计

由于复杂高层和超高层建筑,本身高度相对于普通建筑来说比较高的特点。那么为满足其功能性,抗震设计是高层建筑的重点。高层建筑的抗震设计的建筑材料选择非常重要。选择抗震效果好的材料,对建筑构件的承载力来说是保持其稳定的基础。如果其承载能力很大,在地震发生时,不容易出现建筑物倒塌事故的。

所以,高层建筑设计时,应该采用位移结构的抗震方法。这样,建筑物能够承受住的结构变形的能力会很大。这种方法主要是通过分析建筑构件的变形及其结构位移之间的关系,确定一个有效的变形值。此项设计方法可以保证建筑结构拥有良好的变形弹性。这样的方法运用的效果十分明显,主要是其可以借助结构消耗的地震能量,减轻当地震发生时的反应,减轻地震给高层建筑带来的破坏,避免重大损失的发生。

另外,在建筑项目的选址上,应该要避免地震多发地带,建设地震对建筑工程的破坏作用。所以说,设计理念和方法,都对高层建筑物的抗震效果有明显作用和效果。所以,加强高层建筑抗震设计的结构,需要重视起来[3]。

3 为高层建筑提供稳定供电的设计

为复杂高层或是超高层建筑,提供安全稳定供电是保证建筑功能使用的重要组成部分。所以,对建筑的供电系统的设计,需考虑到多回路供电,以及供电备用的发电机组配置等方面。可以将超高建筑和复杂工程建筑的变配电房,安置在塔楼中部的楼层中间。这样设计的优势在于,其可以减少低压配电所带来的一些损耗。而备用发电机可以设置在地下的楼层。为保证高层用电,供电电压采用低压配电是有效的措施之一[4]。

4 采用垂直交通设计方案

复杂高层建筑所使用是垂直交通管道设备,并且将其集中起来。采用垂直交通的设计方案,比较节约空间,同时也方便日常的维护工作。由于超高层建筑技术的发展,超高层建筑可以采用以中央为核心的空间构成模式。主要是可以将楼梯或是电梯集中在建筑中央,既能节省空间,还能使得所有的功能使用区有良好的采光效果。使用这种中央为核心的空间构成模式,需要有一个良好的刚度来支撑中心强度。同时也有利于建筑结构的整体受力作用

5 超高建筑的消防设计

由于为了有效的提升抗震效果,所以大部分的高层建筑都使用的是全钢结构。但是这种结构有一个严重的问题就是其耐火性差,在火灾发生是不但不能勇于防火,还可能引起更严重的灾情。此外,由于复杂高层和超高层建筑的结构复杂,建筑内部的管线和电器设备重多,这些都是严重的安全隐患。由于建筑的楼层比较高,所以高岑建筑内部的空气抽力比较大,可以使得火灾迅速蔓延开来。最后还是由于高层建筑自身的局限性,那么一旦发生火灾,人员比容易疏散,并且救援工作也比较困难。

综上可以看出,在复杂高层和超高层建筑的设计时,必须要重视建筑物防火方面的设计。在防灾设计的材料上,必须要选择难燃性的建筑材料,或是耐火性强的建筑材料。在设计建筑通道是,需要增加安全通道的数量,在建筑物内部增设火灾自动报警系统。在走廊等处,多安置一些消防器,确保消防通道密封性,和救援通道的畅通性[5]。为提高消防救援的效率,在设计之初,还需要增加消防专用的电梯,同时需要提高消防专用电梯的安全性能,要在火灾发生时,可以安全使用,提高安全系数。

6 结语

本文主要是针对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行分析和讨论的。从重视设计理念、注重超高层建筑的抗震效果设计、改变建筑结构方案、为高层建筑提供稳定供电的设计、采用垂直交通设计方案、超高建筑的消防设计等不同方面,分别对其进行了讨论。由此多出了一些抗震效果好和建筑的结构方案优化的设计理念和方法。对建筑结构类型、防火设计和建筑的功能实用舒适度等角度全面分析了建筑理念和可行性施工措施。以期,对我国的建筑技术在不断进步的今天,可以提供一些指导性意见,帮助我国的建筑行业更好更快的可持续发展。

参考文献

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[4]郭洋.复杂高层、超高层建筑设计要点分析[J].科技创新与应用,2014,05:219.

高层建筑结构设计 篇8

1 高层建筑的特性

高层建筑不仅仅是低矮建筑加高这么简单, 而是有着更为复杂的结构体系。在进行相关的结构设计工程中, 要考虑以下几个要素:

1.1 建筑的支撑结构。

高层建筑要承受更大的应力, 所以其基体和承重墙要有足够的强度。在进行相关建筑材料的选择过程中, 要考虑到抗震性能、抗老化性能。越高的建筑对防风性能的要求就越高。高层建筑建筑中的承重和支持系统比普通建筑占有更大的比重。

1.2 建筑的后勤保障结构。

包括供水、防火、电气管线与逃生系统。建筑越高, 对供水与逃生系统的要求就要越高。在发生灾害时, 要保障人员能够在最短的时间撤离危险区域。高层建筑中的使用人员对电气系统的要求更严格, 如果大楼的电气系统出现问题, 会影响到更多的人。

1.3 建筑的附加结构。

高层建筑的结构设计缺乏灵活性, 即一次设计就要满足以后几十年的使用要求。所以, 在建筑的具体设计阶段工程师会大胆的加入新的因素。近几年出现的智能化建筑与高层建筑是紧密联系的, 一些节能化建筑材料更多的应用在高层建筑中。

2 高层建筑的设计原则

2.1 选用适当的计算简图

结构简图的选择要符合实际施工要求, 因为结构计算是在计算简图的基础上进行的, 计算简图选用不当则会导致结构安全的事故的发生, 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。

2.2 选择合适的基础方案

高层建筑对地基的要求更为严格, 所以选择合适的基础方案显得尤为重要。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。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。

2.3 合理选择结构方案

合适的结构施工方案不仅要满足建筑使用的科学性、安全性与美观性的要求, 还要考虑到经济性能、施工的便利性与复杂性。施工方案的确定是与当地社会实际紧密联系的, 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。

2.4 正确分析计算结果

在结构设计中的数据采集与计算会产生误差, 而由于计算机的使用, 不同设计软件也会出现不同的计算结果。这就要求工程师系统的分析计算误差, 找出在计算中不严谨的地方, 尤其注意数据现场采集的严谨性与输入的准确性, 避免因为人工误差和软件本身缺陷而造成的计算失误。

2.5 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, 适当的加强薄弱部位的保护力度。注意钢筋的锚固长度, 尤其是钢筋的执行段锚固长度。结合当地实际自然条件, 考虑到温度变化对建筑材料的影响。

3 高层建筑结构分析与设计特点

3.1 轴向变形产生的应力不容忽视

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着的改变。对连续粱弯矩的影响:采用框架体系和框一墙体系的高楼中, 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, 此种差异轴向变形将会达到较大的数值, 其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷, 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增大。对构件剪力和侧移的影响, 与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较, 不考虑竖杆件轴向变形时, 各构件水平剪力的平均误差达30%以上, 结构顶点侧移减小一半以上。

3.2 水平载荷是设计重点

任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载及风荷载这样的水平荷载, 还要承受地震作用。在较低楼房中, 往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计, 水平荷载产生的内力和位移很小, 对结构的影响也就较小;但在较高楼房中, 尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响, 水平荷载却起着决定性的作用。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所引起的轴力, 是与楼房高度的两次方成正比;另一方面, 对某一高度楼房来说, 竖向荷载大体是定值;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。

3.3 结构侧移成为控制指标

与低层建筑不同, 结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素, 随着楼层高度的增加, 水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时, 不仅要求结构具有足够的强度, 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。

3.4 结构延性是重要因素

相对低层结构而言, 高层结构更柔一些, 在地震作用下的变形更大一些。为了使建筑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以恰当的措施, 来保证结构具有足够的延性。

4 高层建筑结构设计问题及对策

4.1 结构的超高问题

高层建筑对于标高有着严格的限制, 新的设计规范对于建筑超高的处理措施有了较大的变化。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。

4.2 短肢剪力墙的设置问题

新的设计规范对短肢剪力墙在高层建筑的应用增加了许多限制, 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。

4.3 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, 可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

5 总结

论文分析了高层建筑结构设计的特点及容易出现问题的地方, 并结合作者自身的工作经验提出改良建议。随着我国城市化进程的加剧, 越来越多的高层建筑必然会出现在我们的生活中。建筑结构设计师要结合新的设计规范, 系统的分析出现的问题, 才能设计并最终建造出高质量的精品工程。

摘要：随着城市化进程的加剧, 人口与用地之间的矛盾日益突出, 城市建筑不可避免的向着高层化发展。由此, 带来了高层建筑结构设计的一系列问题。论文主要阐述了高层建筑体系的选型问题, 并重点分析了高层建筑在结构设计中所遇到的问题。

关键词：建筑,结构设计,高层

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, 2006.[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, 2006.

高层建筑工程结构设计 篇9

由于高层、超高层的高层建筑与普通的有所不同, 因此就更需要设计人员引起注意。随着不断增加的超高建筑物, 逐渐地暴露出一些关于设计方面所存在的不足, 比如抗震设防不准确、建筑结构和类型的不合理, 以及没有最大程度地考虑建筑的舒适度和施工过程等等, 当问题出现时, 就必须采取措施, 解决问题。当然在采取措施的同时, 还有相应的要点需要进行深度的分析, 例如建筑时需注重抗震设计、科学并且合理地选择建筑结构的抗侧力体系以及重视概念设计等方面。与此同时, 这些问题的存在同样为设计师积累了一定的关于日后超高建筑建设的经验。随着建筑技术的迅速发展, 高层建筑的数量不断增多, 其复杂性同样在持续增加, 以至于对于建筑的安全性与经济性的要求也越来越高。无论是从结构设计所积累的经验还是理论研究, 想要在一定程度上保证其安全性, 还需继续探索。

二设计复杂高层以及超高层建筑时需要考虑的问题

1.抗震设防烈度。对于超过一百米以上并且承受不同强度的抗震设防烈度的建筑物, 所被要求建筑物的高度同样是不尽相同的。通常情况下, 三百米及以上的建筑物不适合建在抗震设防烈度为八度的区域, 因此, 复杂性高层以及超高层建筑更加适合建设在六度抗震设防烈度的地区。综合考虑以上因素, 在建设复杂高层以及超高层建筑时, 就应该将该地区的抗震设防烈度考虑在内, 以免造成技术错误, 防止人民的生命财产产生不该有的损失。作为一名设计师, 就应该十分重视抗震技术, 提高高层建筑的质量, 包括建筑的安全性以及经济性, 从建筑的细部处理出发, 坚持以人为本的原则, 才能切实有效地保障人民群众的财产安全。

2.结构方案与结构类型。想要成为一名优秀的建筑设计师, 首先一定要考虑到在设计中的建筑物结构方案的问题, 特别是复杂性高层以及超高层建筑, 结构方案的不合理选择, 很容易导致整个方案的调整, 产生许多不必要的麻烦, 给设计单位带来损失。因此, 设计单位就应该在进行建筑方案设计的同时, 具备结构专业知识, 并将其参与到设计当中。与此同时, 在高层结构类型的选择上, 设计师不仅仅要将方案所在地自身岩土工程地质条件充分考虑在内, 而且要充分考虑所在地的抗震度要求。除此之外, 为了可以更好地节约建筑成本, 工程造价问题和施工合理性问题也应该充分考虑在内, 同等条件下, 当然青睐造价较低的方案。

3.关注舒适度和施工过程。

(1) 高层建筑水平振动舒适度。通常来说, 复杂性高层以及超高层建筑的结构比较柔软, 因此, 在设计的时候, 除了要保证结构安全之外, 更多的是需要满足居住人群对于建筑舒适度的要求;当然对于高钢规程以及高层混凝土规程同样提出明确的设计要求, 这就需要设计师及时控制, 特别是在高层建筑物已经达到顺风向与横风向顶点的最大加速度。进行舒适度分析是复杂高层建筑进行分析的主要任务, 对于混凝土的结构, 阻尼比最好取0.02, 对于钢结构以及混合结构, 其阻尼比可以根据实际情况在0.01~0.02之间取。公共建筑与公寓类建筑相比, 水平振动指标限值也有很大的区别, 其主要原因就是功能的不同。增设TMD或者TLD可以在水平振动舒适度不合格的情况下, 进一步提高舒适度水平。

(2) 在设计的同时应考虑建造过程的可实施性。及时注意钢材传力以及复杂节点部位钢筋的可靠性、施工的可实施性, 这是设计人员在结构设计的同时必须要做到的。通常来说, 有四种处理的方法来解决型钢与其混凝土梁柱节点中主筋相交的问题: (1) 钢筋与表面的加劲板焊接; (2) 钢筋绕过型钢; (3) 钢板上开洞穿钢筋; (4) 其表面的焊接钢筋和连接套筒。复杂的高层建筑则会在施工方法上采取另外一些特殊的工艺。

三设计要点分析

1.注重概念设计。通过大量的实践经验, 我们可以总结出, 在复杂超高建筑的结构设计上, 应该要重视建筑的结构概念设计, 尤其应该重视以下环节:

(1) 应该尽可能地提升建筑结构的规则性以及均匀性;

(2) 确保结构的传力途径清晰而又直接, 特别是抗侧力以及结构竖向的传力途径;

(3) 在设计上, 将结构的完整性保持在一个较高的水平上;

(4) 节能减排的意识要渗透进设计, 能够建立一个比较合理的耗能机制;

(5) 重点提高建筑构件材料利用效率与结构, 保证结构的受力完整性。

在这里, 所有过程的实现, 都是离不开建造师与工程师较好地沟通与交流的, 只有沟通, 才能将建筑与结构相统一。

2.科学、合理选择结构抗侧力体系。大量的理论与实践证明, 正确地选择了合理的抗侧力体系, 可以更有效地保证复杂高层以及超高层建筑结构的安全。因此, 在选择上要特别注意以下因素:

(1) 与建筑的实际高度相结合, 选择合理的结构体系。

(2) 对于建筑设计上, 最大可能地保证结构抗侧力的构件之间的互相联结。

(3) 对于采用多重抗侧力结构的情况下, 综合分析结构体系的效用, 正确估计和评判各自的贡献度。

四总结

在高层建筑数量迅速增长的今天, 随着国外设计院的不断进入, 这无疑是对国内的设计单位产生了不小的冲击, 想要在这样的压力下继续生存并能够得到一定的发展, 就必须摒弃旧的建筑思想, 重视概念技术, 改变建筑结构方案。上文总结了高层建筑结构常见问题, 比如抗震设防烈度、建筑的结构方案与结构类型、关注建筑的舒适度与施工过程等等。与此同时, 上文也阐述了一些在设计的时候应该要注意的要点的具体分析, 比如注重概念技术和抗震技术, 科学合理地选择抗侧力体系等等。这些阐述对于中国的建筑技术在日后改进与发展方向上, 都有一定的指导性作用。总而言之, 设计人员应该坚持以人为本的原则, 切实考虑人民的利益, 才能更好地发展。

参考文献

[1]植红梅.浅谈建筑施工组织与管理课程教学的改革[J].黑龙江科技信息, 2010 (25)

[2]陈文斌.浅谈项目教学法在《建筑施工组织与管理》中的应用[J].科技致富向导, 2012 (16)

[3]闫笛.议如何改善建筑结构抗震扭转设计[J].科学与财富, 2014 (8)

高层建筑工程结构设计 篇10

1 建筑结构设计方案的选择

1.1 结构方案和结构类型的选择

在设计复杂高层与超高层建筑结构的过程中, 结构方案选择的合理性是决定其建设质量的关键。对于复杂高层与超高层建筑结构方案的选择, 如果没有根据实际工程情况进行, 就很容易导致建设后期中的调整。这就在一定程度上增加了复杂高层与超高层建筑结构的设计难度, 从而为建筑设计单位带来较大的修改工作量和经济损失。因而, 复杂高层与超高层建筑的设计单位在结构方案的选择过程中, 应充分结合相关的建筑结构专业知识, 并将其应用到设计当中。

对于结构类型的选择, 设计人员不仅要将工程建设地的岩土工程地质条件考虑在内, 还要将抗震设防烈度的要求考虑在内。这样才能降低工程建设企业复杂高层与超高层建筑工程的造价。由此可以看出, 在选择结构设计类型时, 需要认真考虑工程的造价和施工的合理性。

1.2 结构方案和结构类型的选择要点

结构方案和结构类型的选择应注重复杂高层与超高层建筑的概念设计。由大量的设计实践经验得出, 在复杂高层与超高层建筑的结构设计过程中, 要尽可能地提升建筑结构的均匀性和规则性, 保证建筑工程结构的传力途径直接而清晰, 尤其是结构竖向和抗侧力的传力途径。随着建筑行业的快速发展和科学技术的不断进步, 如何实现可持续发展的建设目标已经成为研究人员重点关注的问题。

2 建筑结构设计要点

2.1 抗震设防烈度

复杂高层与超高层建筑抗震设防烈度的设计是保证建筑物使用安全的重要设计内容。对于复杂高层与超高层建筑的结构设计要求, 设计人员要根据其承受的不同强度来开展抗震设防烈度的设计工作。然而, 由于建筑物高度是不同的, 这就意味着在进行结构设计时, 要依据实际工程情况进行有针对性的设计。一般情况下, 复杂高层与超高层建筑高度均超过300 m, 那么在结构设计时, 就不适合将其设计在抗震设防烈度为“八”的区域, 而更适合设计在抗震设防烈度为“六”的区域。由此可以看出, 在设计复杂高层与超高层建筑结构时, 要综合考虑抗震设防烈度的具体情况。这样做, 不仅可以有效减少建设误差, 还可以保障居民的生命财产安全。此外, 提高复杂高层与超高层建筑结构设计中的抗震技术水平, 能够在一定程度上增强建筑物的经济性和安全性。因此, 设计人员应从细节出发, 秉承“以人为本”的设计理念。只有这样, 才能有效保障人民群众的生命财产安全。

2.2 结构舒适度

确保复杂高层与超高层建筑水平振动舒适度是树立“以人为本”重要结构设计理念的基础。从结构设计的一般方法来说, 复杂高层与超高层建筑的结构是相对柔软的。因而, 在进行结构设计的过程中, 不仅要保证结构设计的安全性, 更要满足建筑物使用人群对舒适度的要求。这就意味着要对高层建筑的高钢规程和混凝土规程作出明确的设计要求。这一过程是使高层建筑物的结构设计达到顺风向和横风向顶点的最大加速度的重要设计内容。

结构舒适度分析是复杂高层与超高层建筑结构设计的重要组成部分。具体内容包括以下两方面:1对混凝土结构的建筑来说, 其设计的阻尼比最好取0.05;2对于钢结构以及混合结构的建筑来说, 其设计的阻尼比要根据工程项目的实际情况控制在0.01~0.02 之间。此外, 从复杂高层与超高层建筑的建设用途来看, 公共建筑的水平振动指标限值与公寓类建筑的指标限制存在较大的差异, 因此, 设计人员要根据建筑使用功能的不同进行差异性设计, 比如可以通过优化TMD技术或TLD技术来实现。这样一来, 就可以在复杂高层与超高层建筑水平振动舒适度不合格的情况下, 进一步提升建筑物的舒适度水平。

2.3 施工过程

可行性是对复杂高层与超高层建筑结构进行设计时必须要考虑的问题, 否则, 即使设计得再合理、先进技术应用得再多, 也无法满足实际建设要求。因此, 设计人员在设计的过程中, 要充分考虑钢材的传力效果以及复杂节点部位钢筋的可靠性、施工建设的可操作性。这也是设计人员在对复杂高层与超高层建筑进行结构设计的过程中必将会涉及到的问题。要想解决型钢与其混凝土梁柱节点处主筋相交的问题, 可采用以下四种设计方法对其进行有针对性的设计:1将钢筋与其表面的加劲板进行焊接处理;2将钢筋绕过型钢;3通过在钢板上开洞的方式来穿钢筋;4在型钢与其混凝土梁柱节点表面焊接钢筋、连接套筒。由于复杂高层与超高层建筑的建设要求越来越高, 因此, 可以采取一些特殊的施工工艺, 这也是保证建筑结构稳定的有效措施。

3 结束语

总而言之, 复杂高层与超高层建筑的结构设计要点是将结构方案和结构类型、抗震设防烈度、结构舒适度以及施工的具体过程考虑在内, 同时, 还要将提高建筑构件的材料利用效率和结构设计的可行性作为设计重点。这是因为上述内容是提升复杂高层与超高层建筑质量的重要保障。由此可以看出, 复杂高层与超高层建筑结构设计所有过程的实现都离不开设计人员对工程建设项目的全面了解。

摘要：针对当前复杂高层与超高层建筑结构设计中存在的问题, 阐述了建筑结构设计方案的选择, 包括结构方案的选择和结构类型的选择, 并分析了建筑结构设计要点, 以期为复杂高层与超高层建筑的建设提供一定的理论依据。

关键词：复杂高层建筑,超高层建筑,结构设计,结构类型

参考文献

[1]刘军进, 肖从真, 王翠坤, 等.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构, 2011 (11) :34-40.

[2]黄鹤.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探讨[J].才智, 2012 (04) :24-25.

高层建筑结构设计问题研究 篇11

【关键词】高层建筑；工程；结构设计

1.高层建筑结构设计的模式演变

1.1内核的形成

高层建筑与其它建筑之间的最大区别，就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核"（Core）。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步，在高层建筑的设计过程中，逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式，这是各专业共同探索优化设计的结果。在建筑处理上，为了争取尽量宽敞的使用空间，希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面的中央集中，使功能空间占据最佳的采光位置，力求视线良好、交通使捷。在结构方面，随着筒体结构概念的出现、高度的增加，也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭，而这些恰好与建筑师的要求不谋而合。在建筑的中央部分，有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构，形成中央核心筒，而筒体处于几何位置中心，还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合，更加有利于结构受力和抗展。

1.2核的分散与分离

然而，随着时代的发展、技术的进步，人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同，以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空何构成模式开始受到了挑战。对于结构专业来说，加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏，所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边，则无疑也会对结构抗震有利。同时，这种分散的多个外核的空间构成模式，也正好适用于新兴的巨型框架结构（Super Frame），使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。而从建筑设计的角度来看，核的移动、垂直交通、服务性房间和管道井分散到建筑的周边，对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。它不但适应了其它专业的需求，而且还有利于避难疏散，创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。

1.3中庭空间的出现

70 年代前后设计的建筑中都加入了一个十分华丽、气氛热烈的大中庭。这种中庭既起着统合空间流线的作用，又是人们休闲交往的场所，中庭中还设置喷泉叠水、种植各种植物，可创造出一种激动人心的欢快氛围。所以它一出现便深受人们的喜爱，并很快风靡全球。80 年代以后，中庭空间开始应用于高层办公建筑。受高层旅馆的影响，一些办公大楼为了追求气派和空间变化，便在入口处附设一个中庭。而随着人们环境观念的增强，以及各国政府对由于在办公楼内长时间从事VDT操作，所引发的情绪紧张，视觉疲劳和心理上的孤独感等“办公室综合症”的关注，高层办公建筑内部空间的设计也越来越为人们所重视。提供自然化的休息空间和改善封闭的室内环境，成为高层办公楼设计必须解决的重要问题。于是，在高层办公建筑中插人一个或在不同区域插入数个封闭或开敞的中庭的设计手法开始出现。

1.4底部空间的变化

早期的高层建筑多直接面对街道，从街道进入门厅，再由门厅进入电梯厅，乘座电梯至各楼层，这是高层建筑中最为普遍的空间流线组织方式。建筑空间与城市空间之间缺乏过渡，没有“中间领域”的概念，在人流集散的高峰期，对城市交通环境的影响也较大。尽管许多高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机，设计得非常富丽壮观，但是由于空间组织方面的缺陷，门厅内往往留不住人，形不成公共活动空间，而人口处也常出现人流拥塞的现象。为了解决人流集散和城市交通与建筑内部交通相衔接的问题，现在的高层建筑常常采用多个出入口和立体化组织交通流线的方法。通过首层、地下层和地上的架空廊道与不同层面的城市交通网络相连接，以达到通畅便捷和步行、车行的互不干扰。

2.高层建筑结构设计的一般原则

2.1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，必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺地质报告的小型建筑也应进行现场查看和参考邻近建筑资料。一般情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。

2.2合理选择结构方案

一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即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。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、水、暖、电等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。

2.3选用恰当的计算简图

结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当而导致结构安全的事故屡有发生，因此选择恰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刚结或铰结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2.4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、技术条件等全面了解。在计算机辅助设计时，由于程序与结构某处实际情况不相符合，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。设计师的知识、经验还是不可缺少的。

2.5采取相应的构造措施

始终牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原财”；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；考虑温度应力的影响。除此之外，还应注惫按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置；综合考虑抗睡的多道防线；尽是避免薄弱层的出现；以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。

高层建筑自出现以来已有100多年的历史，而随着经济的发展、技术的进步和人们观念的改变，高层建筑现在又迎来了新一轮的建设热潮。近一、二十年高层建筑在造型形式不断翻新，高度记录一再被打破的同时，其空间结构也发生了很大的变化，并致使高层建筑的结构设计理念也发生了重大的变革。随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，功能俱全的高层建筑越来越多，规范用于控制高层建筑整体性的设计指标主要有：周期比、位移比、刚重比、刚度比、层间受剪承载力之比、轴压比以及剪重比等。当然，建筑结构模式的变化并非一日之功，是需要有一个演变过程的，而且在相当长的一段时间内，还会多种模式共存。

【参考文献】

高层建筑工程结构设计 篇12

随着经济和建筑技术的发展, 高层建筑和超高层建筑越来越多, 其复杂性也在不断地增加, 这给建筑的安全和建设的经济性在设计上提出了较高的要求, 从理论研究和结构设计的实践经验来看, 要想保证复杂高层和超高层建筑的安全性, 我们还有很多的工作要做, 而且要保证较高的准确性和合理性。先笔者就这一问题, 结合多年的工作实践经验, 谈几点自己的看法。

二、高层及超高层建筑结构抗震设计的目标分析

高层建筑愈来愈多, 高层建筑基于性态的抗震设计必然显得尤为重要, 传统的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的抗震设防目标显然是不够水准的, 设计上必须有所突破, 笔者认为还要从以下两个评价水准进行考察:

1、正常使用水准评价

对于重现期大约为50a的地震, 建筑物只能出现的损伤应该可以忽略, 结构在设计时要求结构的反应状态基本处于弹性反应状态。

2、倒塌水准评价

对于重现期与2 500 a的地震水准非常接近的地震, 要对最大地震振动有所预计, 并设计为真正遇袭的条件能有效防止倒塌, 并能证实以下几点:

(1) 对于结构中所有的延性构件, 其非弹性变形需求必须都比其变形能力要低;

(2) 对于具有非延性破坏模式的结构部件, 其中对力的需求应大于等于其名义上的强度;

(3) 对于超高建筑物, 又或者是复杂建筑物在设计上, 对于起控制作用的构件还必须要证实其受到中等地震的振动作用, 仍能保持弹性。

三、设计要点分析

1、重视概念设计

大量实践经验告诉我们, 对于复杂超高结构设计上, 应重视其结构概念设计, 具体的应重视以下几个环节:

(1) 应该尽量提升建筑结构的均匀性和规则性;

(2) 要确保结构有清晰且直接的传力途径, 特别是结构竖向和抗侧力传力途径;

(3) 设计上, 要保证结构的整体性要在较高的水平;

(4) 设计要渗透节能减排的意识, 建立较为合理的耗能机制;

(5) 应从提高结构和建筑构件材料的利用效率入手, 确保形成整个结构的受力整体性。

这一过程的实现, 离不开结构工程师和建造师之间良好的沟通和交流, 只有沟通才能尽可能地实现建筑和结构的统一。

2、科学、合理地选择结构抗侧力体系

理论研究和实践证明, 选择合理的结构抗侧力体系, 能够有效保证高层及复杂高层结构的安全性。在选择上应注意以下几个主要的因素:

(1) 结合建筑的实际高度选择合适的结构体系, 笔者在工作实践中, 总结并整理了较为常用的高度与结构抗侧力体系对比参照表如表1所示。

(2) 在建筑的设计上, 应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。

(3) 对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时, 应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用, 对各自的贡献度有合理的估计和评判。

3、注重抗震设计

在满足建筑的功能性的基础上, 抗震设计是高层和超高层建筑的设计重点, 这是确保建筑安全性最为关键的一环, 应重点从以下几点着手:

(1) 在高层建筑的抗震方案设计中, 建筑结构的材料选择也非常重要。

(2) 促进地震发生时能量的输入能有效地减少。实践证实, 应做好以下几个方面:一是, 在对建筑构件的承载力进行验收的同时应对建筑结构在地震作用下的层间位移限值实施有效的控制。二是, 具体的高层建筑工程项目设计时, 我们应该采用积极的、基于位移的结构抗震方法, 对设计方案进行定量的分析, 确保结构的变形弹性可以满足地震的预期要求。三是, 应综合分析建筑构件的变形和建筑结构的位移两者之间精确的关系, 有效地确定构件的变形值。四是, 结合建筑物的实际如建筑界面的应变分布及其大小来对建筑构件的构造需求进行有针对性的设计。五是, 选择坚固的场地, 实施建筑施工, 亦是有效减少地震发生作用时能量的输入的另一个方面。

(3) 大量理论研究和实践表明, 对于一个具体的高层建筑而言, 如果其承载能力不是很大, 但是其具有的延性较高, 那么当地震发生时, 它也是不容易出现倒塌事故的, 这是因为延性构件可以将地震带来的能量充分地吸收, 如此一来, 建筑物能够经受住的结构变形将非常大。大量工程实践证实, 在很多情况下延性结构的运用的效果是非常明显的, 借助该结构能够消耗掉地震的能量, 从而使得地震反应得以有效的减轻, 促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱, 避免重大损失的发生。

(4) 设计的质量和方法决定着抗震效果的高低, 因此, 高层建筑抗震设计的结构必须得到足够的重视。从国内外高层建筑结构的设计上来看, 主要有如下3种:“框——筒”、“筒中筒”和“框架——支撑体系”。

参考文献

[1]《GB50011-2001建筑抗震设计规范》

[2]吕西林:《复杂高层建筑结构抗震理论与应用》, 2007年。

[3]《JGJ99—98高层民用建筑钢结构技术规程》, 中国建筑工业出版社, 1998年。

[3]刘华新、孙志屏、孙荣书:《抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用》, 《辽宁工程技术大学学报》, 2007 (2) 。