高层结构建筑设计范文

导语：如何才能写好一篇高层结构建筑设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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近年来，高层住宅的主体结构形式有从钢筋混凝土结构向钢结构发展的新趋势，而国内外关于高层钢结构建筑的设计理论尚未成熟。所以本文在中国钢铁产量过剩的背景下，对高层钢结构建筑设计应注意的问题进行浅显的讨论分析。

关键词：

钢结构；设计；高层住宅

随着经济的快速发展，钢结构建筑开始兴起，与传统的钢筋混凝土结构住宅相比，钢结构建筑能更好地满足大开间灵活分隔的要求，节能效果好，延性好、塑性变形能力强，建筑总重轻，施工速度快，环保效果好。符合住宅产业化和可持续发展的要求。在中国钢铁产量严重过剩的背景下，钢结构住宅的普及与发展将充满活力，国内外关于低层、小高层的钢结构建筑设计理论已经比较完善，而关于高层钢结构住宅设计理论尚未成熟。，因此我们必须提高高层钢结构建筑设计水平，高层钢结构建筑的设计包括很多方面，像平面设计、空间设计、生态设计、结构设计等内容，每一个环节的设计过程中都要注意相关问题，下面我们来分别了解一下各环节注意的问题。

1高层钢结构建筑空间设计与平面设计方面应注意的问题

1．1充分利用广场空间高层钢结构建筑相对与普通建筑来说体量较大，会给场地空间沉重感，建筑的体量与街道空间形成了明显对比，非常不协调。为此，在街道两旁的高层建筑，在进行建筑设计时要进行后退处理，从而利用剩余的土地来留给广场空间，使这个广场空间在两者之间发挥视觉缓冲的作用，这样的空间让人感觉比较具有层次感。

1．2丰富空间形式传统钢筋混凝土结构高层建筑的空间形式比较单一，在高密度的居住环境中，会感觉视觉拥挤，因此在高层钢结构建筑设计中要运用有效的办法来丰富空间形式，改变这种状况。钢结构高层建筑的上部结构可以利用钢结构的特性进行适当的改变；它的底层也可以进行改造，例如用增加裙楼的方法，从而丰富建筑的外形，并且由于增加了裙楼，满足了人们通常认同的上小下大的稳定形式，给人以安全感另外，也可以运用入口缩进的方法，将入口的空间凹进建筑的下方，从而缓解用地紧张的情况，使基地面积得到有效的利用，使空间更加丰富。

1．3高层钢结构建筑在内部平面和空间利用上障碍性的最小化虽然说钢结构建筑与传统建筑相比，空间布置更加灵活，获得的使用空间也更大，但是也会出现以下问题：框架截面通常大于墙体厚度，且钢柱的形状无法像钢筋混凝土住那样做成异形柱，从而凸出墙外；框架梁会使局部空间层高较低，对空间划分造成妨碍。所以应注意做到合理设计开间、进深的模数；合理调整梁、柱与维护分割墙体的位置，以保证主要空间的完整性；采用隐式结构体系，达到室内空间无梁，保证使用空间完整性。还可以利用框架梁柱设置管线的夹墙。从而使建筑在内部平面和空间利用上障碍性的最小化。

2高层建筑生态设计方面应注意的问题

2．1采光设计不管是高纬度地区还是高纬度地区，人们都比较注重住宅的采光问题，因此，一定要做好建筑的朝向和空间布置设计工作。特别在寒冷地区，高层建筑的南面开窗面积尽量大一些，北面及东面的开窗面积尽量小一些，这样使得室内采光得到了满足，同时也减少了热损失；板式建筑尽量东西朝向，点式建筑尽量不采用东西朝向，因为点式建筑北边房间基本全年不能采光；当高层建筑规模较大，可以围成庭院时，尽量让庭院缺口朝南，使室外的庭院场地充分采光，从而吸引人们到庭院活动。

2．2建筑墙体的设计高层钢结构墙体采用的轻质复合材料，应该能够起到保温隔热，防止空气流动，防潮、隔声、防火、满足结构安全性等功用，比如运用CCA灌浆板作为隔墙材料，不仅其质量轻而且很好的满足使用要求。

2．3通风和抗风设计既要重视通风要求，建筑整体布置要利于形成穿堂风，保证住宅的空气清新；又要防止风速过大，由于高层建筑易受风速、风压力变化的影响，产生偏移和振动，使人们产生不安全感。所以要合理布置建筑，避免产生通道效应、缝隙效应、拐角效应，从而不会产生过大的风速。比如利用将高层建筑布置在北面，主要起挡风作用，还可以通过布置裙楼，使被高层建筑挡住后下行的风，在裙楼楼顶处改变风向并减小风速。

2．4绿化设计由于高层钢结构建筑同传统的高层建筑一样，只有低层的住户可以比较直接的接触地面的自然物，而高层住户由于视角、视力等因素，便很难切实感受自然，所以设计师应该充分考虑住户有渴望接触自然的心理，做合理的绿化设计。

3高层钢结构建筑结构设计方面应注意的问题

由于高层建筑结构设计具有以下特点：水平荷载成为决定因素，轴向变形不容忽视，侧移成为控制指标结构延性是重要设计指标。那么高层钢结构住宅设计也具有这些特点，结合这些特点高层钢结构住宅设计时应注意以下问题。

3．1高度问题对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度！随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标“延性要求”材料性能“荷载取值”力学模型选取等。

3．2结构体系选型问题应用于住宅建筑的钢结构体系主要有轻钢龙骨体系、纯钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架－混凝土剪力墙体系、错列桁架体系、钢框架核心筒体系。但应用于高层住宅的只有钢框架—混凝土剪力墙体系和钢框架核心同体系，所以应根据楼层高度、公用等合理选择结构体系。使得钢结构的优点得以充分发挥，比如选择钢框架核心筒结构，利用钢筋混凝土的核心筒承受横向剪力，，钢结构只要满足抗压要求即可，从而减小了钢柱的横截面积，这样就既节约了钢材用量，又充分利用了钢结构的抗压性能。

3．3结构的规则性问题结构应尽量满足结构简单规则的原则，以保证结构良好的受力条件，由于新规范在这个方面限制条件多，所以设计者应该严格遵守规范，避免后期施工图设计阶段工作的被动。

3．4楼板体系设计问题楼板体系在满足基本承载力、防火要求的同时，要尽量采取干作业的施工方法，体现钢结构施工速度快的特点；楼板的工厂装配化化程度高；设备管线敷设方便，空间效果好，达到无需吊顶，净空较大的要求。

4结语

通过对高层钢结构建筑设计时应注意问题的简单讨论，发现高层钢结构建筑的设计与传统钢筋混凝土结构的高层建筑，既有相似的地方，也各有特点，在进行高层钢结构建筑设计时应该在借鉴前人在传统建筑上的经验，也要结合高层钢结构建筑自身的特点进行具体设计。

参考文献

［1］谢妍，贾茹．建筑钢结构设计现状及存在的问题Ⅲ．民营科技，2011（03）．

［2］邵大卫．建筑钢结构设计思路及其规范［J］．建设科技，2010（10）

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关键词：钢结构；高层建筑；结构设计

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言

随着我国科技水平的快速提升，钢结构建筑工程得到了极大的发展，在施工技术不断进步、完善的同时，为保证建筑质量，在钢结构工程施工过程中必须加强每个单项工程的质量控制、严格把控施工进度，而工程师应把好质量关、加强施工现场管理，由此才能保证钢结构建筑工程的施工质量。

一、高层建筑钢结构设计的主要内容

1、方案设计

在高层建筑的钢结构设计中，除了要考虑建筑的使用功能以及施工工艺性能外，还必须因地制宜，对方案进行总体设计。对于高层建筑钢结构而言，建筑承受的主要载荷是以风载及地震作用为主，这与以承受竖向载荷为主的一般建筑物不同，其设计的一个主要目的就是要减少侧移，防止出现扭转现象，避免在建筑中出现薄弱层面及薄弱环节。高层建筑的抗侧力结构体系的设计还需要考虑到建筑物的高度。

2、构件设计

对于钢结构的构件及其连接节点的设计，除了按照必要的规范及规程进行设计之外，还必须做到以下几点。

结合具体工程的实际情况对构件的结构形式进行创新，采用新的连接方式，形成新的连接方法与高效截面。

对结构的力学计算要达到相当的可靠性的考虑。在进行电算之后还应该根据经验进行判断，必要时还可以采用手算的方法对结果进行校核，保证将误差控制至最低，可靠性达到最高。

对于计算结果，结构设计师要根据钢结构的实际工作状态（这可以通过实际测算并结合结构力学知识进行估算），对一些重要构件的截面以及节点间连接的承载力进行必要的调整。

根据结构的环境进行的具体设计。例如，在施工中，设备的吊装能力较大时，进行构件设计时可以尽可能地扩大拼装结构的规模，这样可以大大地加快安装速度，实现综合经济效益的最大化。

二、高层、超高层建筑结构体系

对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计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。

高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。

东南科技研发中心，建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架―剪力墙或框―筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。

三、钢结构施工前的准备

钢结构施工具有其特有的复杂性，更由于高层建筑的重要级别，可以说高层建筑的钢结构施工是不可逆的，因此，在施工前要对各个环节做好准备工作，主要包括两方面内容，一是吊装准备，二是施工现场和技术的准备。

吊装准备主要涉及的问题就是吊装设备的选择，要根据施工现场的最大起重量和材料种类等进行选择。目前，高层建筑常采用的是塔式起重机，需要合理设计吊机的起重量、起重力矩以及半径值。另外现场条件，材料的布置等对塔吊的影响也需综合考虑。

施工现场准备，主要包括钢构件及其配套零部件和连接件的验收、丈量器具以及测量仪器的准备、构件的运输、基础的复测、构件的堆放、设备工具材料的安装和施工力量的组织等。为了确保钢结构工程的顺利进行和施工质量，要编制严密的钢结构施工组织设计方案，以及绘制施工图纸。在施工图的绘制过程中，要进行多次会审，尽量避免开工后因图纸问题引发停工，或是工程质量、进度受影响的现象。施工组织设计的完善程度是影响工程质量的重要部分，尤其对于构件和设备较多的钢结构工程，要明确质量保证体系和技术管理体系的权责，对于特殊工种要有培训合格证和上岗证，应积极采用新工艺新技术，对于工程的质量和进度要有相应的控制措施和方法，要进行合理的工期安排。

四、钢结构施工技术在高层建筑施工中的应用

1、钢布局根底工程的质量操控

钢布局工程的根底通常都选用混凝土独立根底，根底的混凝土及钢筋、模板的施工与其它非钢布局工程的施工工序及办法一样，这里不予胪陈。和钢布局厂房有关的常见问题有锚栓不铅直、根底施工后预埋锚栓水平差错偏大，钢柱装置时柱脚底板很多扩孔，因此给钢柱装置带来差错，布局受力受到影响，不契合施工检验标准需求。所以锚栓施工时，可选用粗钢筋或角钢等固定锚栓，焊成笼状，完善支撑；或采用其他办法，防止灌溉根底混凝土时锚栓移位。

2、选用科学的钢布局焊接技能

有些工程焊接的难度相对较大，比如，建筑物的布局为双曲面布局，而且整个建筑物设计了较多的斜柱以及斜撑，再加上钢板相对较厚，这种建筑物布局相对复杂，需要很多的立焊与斜立焊操作，施工进程以及防护工作难度较大，关于这种建筑物，需选用合适的焊接技能。有些建筑物不只焊接量较大，而且工期相对急迫，关于这类工程，可以选用二氧化碳气体维护半自动焊，这样能够加速工程焊接的速度，为节省施工时间。

3、防火工程

防火工程也是钢结构施工过程中需要注意的一大环节。在选择钢材的时候就应该选择绝热性好的钢材，防火涂料选择国家检测机构认证的材料。在物理性质、力学、耐火极限上都要有检测报告。钢结构主要是运用喷涂的方式进行防火。喷涂的方式有一定的参数，不过可以根据需求进行相应的控制，施工时间间隔18-24h，施工环境温度控制在0~40℃，基材温度为4~45℃，湿度小于90%，风速小于5m/s.防火工程喷涂对技术精细要求比较高，不仅喷涂的环境参数要得到控制，喷涂时的气压、喷距、喷枪速度等也要根据实际情况制定最优的参数。

4、防腐工程

钢结构的防腐特性较弱，当大气湿度超过70%时，会产生锈蚀。所以在钢结构的施工过程中要做好防腐工程。先要确定钢材的除锈质量和等级，表面粗糙度等，再在钢材表面进行涂层设计和涂层施工：①在结构表面现浇一定厚度的混凝土进行覆盖，或者喷涂水泥砂浆层。②在表面涂一层保护性的金属镀金，比如镀锌是钢结构中较小构件防腐的常用方法，主要分为热浸镀法和喷镀法。③涂一层油漆进行防护。

5、高强度螺栓安装

高强度螺栓是钢结构中重要的连接设备。安装与检测是施工过程中必不可少的重要环节。扭剪型高强度螺栓在供货、装运、保管过程中应轻装轻放，防止螺栓损伤与沾污。安装时要确保穿孔的自由通过，严禁锤击穿孔，穿孔方向要保持一致，垫圈位于螺母一侧，确保高强度螺栓连接板接触面的平整。在梁柱连接板安装时，采用在两端面4颗螺栓一起穿入，进行初拧。同一节柱上梁的高强度螺栓的拧紧顺序为先拧上层梁，再拧下层梁，最后拧中间层梁；同一层梁的高强螺栓拧紧顺序为先拧主梁高强度螺栓，后拧次梁高强度螺栓；同一节点的高强度螺栓初、终拧的顺序为从中心向四周扩散。对有些因构造原因无法使用电动扳手的部位，如楼梯柱、方管支撑等，采用长柄测力扳手，按规定终拧扭矩进行紧固。工序的最后对各层梁柱的连接处进行检查，逐一将未终拧的螺栓分别进行处理。

结束语

现代高层钢结构建筑随着社会生产和科学技术的进一步发展，应用也越来越广泛。为了保证钢结构安装的稳定性及质量，对施工要求将越来越严格，高层建筑钢结构施工的技术、工艺值得进一步研究、探讨，我国正在大力发展钢结构高层民用建筑，我们应及时组织考察总结已建成的钢结构住宅工程的经验，建造出质量过硬的超高层钢结构建筑。

参考文献

[1]戴国欣主编.钢结构（第四版）.湖北：武汉理工大学出版社，2012年7月

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关键词：高层建筑；转换层；设计

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

作为高层建筑结构的重要组成部分之一，转换层的设计应该注重和建筑整体设计的配合，并根据工程特点以及计算中不明确因素，来科学合理地选择设计方案，以确保设计方案的科学性、全面性，减少建筑施工的难度和风险，保证高层建筑的质量。

1 转换层设计概述

转换层是当前高层建筑设计中重要的组成部分之一，其设计施工难度较大，需要注意的问题也较多，对设计的合理性有着较高的要求。

1.1 转换层的概念

高层建筑下部楼层受到的压力较大，上部楼层所受压力则相对较小，因此在正常的建筑结构中，应该在下部楼层设置较多的墙体和密集的柱网，以增加其刚度，到上部结构时逐渐减少其柱网和墙体的分布。然而一般来说，建筑功能的需要要求建筑底层留有较大的空间，而上部则应该设置较多的墙体。这就和建筑结构的受力要求有了一定的矛盾。因此，为了实现建筑结构对使用功能的要求，就应该设置建筑物上下部结构转换的构件，而构建所在的楼层就叫做转换层。

1.2 设计原则

由于在建筑中设置转换层，会导致建筑物在竖向刚度方面发生突变，因此不利于建筑结构的抗震功能，因此，在进行转换层设计之时应该注意以下的原则。首先应该尽量减少需要转换结构的竖向构件，转换结构的构件越少，所造成的刚度突变就越平缓，更加有利于建筑的抗震。其次，转换层在建筑物中的位置应该较低。另外应该对转换层的结构进行优化，使用传力路径明确的形式来设计转换层，以便于对结构进行分析和施工量的保证。另外，在能够满足建筑物经济和安全方面的要求之下，应该尽量减小转换的刚度。

1.3 结构特点

按照结构的不同来分，高层建筑的转换层能够分为衍架形式、梁-柱形式、厚板式转换等几个类型。其中梁-柱形式是最为常见的形式。

1.3.1 梁-柱式

梁-柱式一般在底部大空间的剪力墙结构中应用，其原理是将上部剪力墙放置于框支梁上，然后使用框支柱来进行框支梁的支撑。梁-柱结构施工设计均较为简便合理，是当前使用最广泛的结构设计形式。

1.3.2 厚板式

如果建筑网山下不之间的柱网有着较多的错位，难以使用梁柱来直接承托，则应该使用厚板式来进行设计。厚板的厚度设计可以依照上部荷载、柱网尺寸等因素来确定。厚板式的转换层其优点在于布置有着较大的灵活性，且施工较为便捷。

1.3.3 衍架式

如果高层建筑底部需要用于大空间的商场建设，而上部则要建设写字楼或者小空间的住宅，且必须进行管道设备层的设置，则应该使用衍架式的转换层。衍架式的优点在于在荷载和跨度较大的条件之下应用有着较高的经济合理性。然而这种方式有着较高的施工难度，对轴线错位布置也有着较高的难度。

2 转换层构件的设计

2.1 框支柱

框支柱其截面的尺寸主要由轴压比进行控制，还应该满足结构对于剪切比的要求。因此为了保证框支柱的延性，应该对其轴压比进行严格的控制。另外，这柱截面其延性和配筋率有着密切的关系，所以框支柱其配筋率应该比一般的框架柱有着较大的提升。另外，某些框支柱还会用来当做剪力墙的端柱，因此应该满足其约束边缘构件的配箍特征值大于0.2。为了增强框支柱的安全系数，在计算时应该将柱端弯矩和柱端剪力乘以安全系数。为了加强转换层和上下部楼层之间的连接，应该将框支柱之上墙体的纵筋延伸如上部楼层的墙体之内。

2.2 框支梁

一般来说，应该由剪压比来进行框支梁截面尺寸的控制，其宽度应该大于上墙厚度的2倍，高度应该大于计算跨度的1/6。框支梁既是建筑上下层之间传输荷载的枢纽，也是使框支剪力墙的抗震性能得到保证的关键，是建筑中重要的构件。因此在进行框支梁的设计时应该留有一定的安全储备。在能够使计算要求得到满足的前提之下，其配筋率应该大于0.8%。由于框支梁大多数为偏心受拉的 构件，承受有一定的轴力，因此在设计时应该对腰筋进行足够多的配置。框支梁受到的剪力一般较大，是重要的抗震构件，因此在具有一定的富余纵筋的情况下，还应该加强其箍筋的配置。

2.3 楼板

在转换层的结构设计中，楼板需要承担对上下部楼层的剪力进行重新分配的任务。另外转换层楼板有着平面之内形变和受力均比较大的特点，因此必须保证其有着足够的刚度。同时，为了使转换层的楼板能够顺利完成对剪力的重新分配，在设计中应该对转换层上下两层之内的楼板进行适当的加强。

3 设计中的要点

3.1 尽量实现低位转换

由于有转换层结构设置的高层建筑一般设计较为复杂，结构在竖向刚度方面有着一定的突变，再加上转换层附近的楼层其所受内力、刚度、形变等都会有着较大的突变，因此受力结构较为薄弱，不利于建筑物的抗震。所以，在建筑物转换层的设计时，应该宜低不宜高，尽量将转换层设置在较低的层位，尤其是对于抗震机构的设计更应该避免进行高位转换。

3.2 剪力墙和框支柱的布置

在高层建筑转换层的设计中，不管使用的是哪一种结构形式来进行设计，都应该保证剪力墙能够直接落地，另外，转换层之下的框支柱应该保持设计布置的疏密均匀，剪力墙和框支柱之间不应该有太大的距离。转换层上部的剪力墙结构应该使用大开间的布置方式设计。还应该强化下部楼层，以保证下部楼层中空间较大的结构能够保证足够的强度和刚度以及抗震的能力。转化层的平面设计方面应该保证转换梁的刚度以及在平面之外的稳定性。

3.3 转换梁的设置

由于框架柱和短肢剪力墙之间存在着对应的关系，短肢剪力墙之下的转换梁仅仅承受框架柱之外的短肢墙所引发的内力，而剩下大部分的内力都由框架柱来直接承受，而两端在框架柱之外的短肢墙引发了较大的建立。因此应该在转换梁两端加腋来实现建立的抵抗。这样既能够使结构设计到达建筑的要求，又能够保证转换层的有效空间。

3.4 上下轴网不错位

在结构设计中应该使上下轴网对齐，尽量避免错位。如果结构上下部之间的轴网结构发生错位，则只能使用厚板式来进行转换层结构的设置。厚板式结构有着较多的缺点，不仅在受力较差，在设计和施工方面也有着较大的难度，而且经济性较差。因此，为了尽可能避免使用厚板式的结构，就应该使上下轴网实现对齐，其对齐的比例较高，就能够使建筑转换层设计更加简单，其结构受力情况更加清晰明确，并且有着更好的经济效果。

3.5 局部应力的分析

由于转换层其结构和普通杆件有着较大的差别，其形状和受力均较为复杂，内部应力相对集中。因此在进行结构的设计时应该在对整体进行计算的前提之下，采取其他的元分析程序对其构件进行补充计算。对其各处所承受的应力进行详细的分析和计算，按照计算的结构来进行配筋。

4 结束语

随着我国城市化的飞速发展，当前社会对于高层建筑功能方面的要求也越来越高。从建筑功能上来说，建筑底部需要建设大开间的商场、餐厅等，而上部则多用于墙板、梁柱较多的住宅、办公等场所。为了在高层建筑中实现正阳的结构设计，就应该在建筑物的上下部之间设置转换层，以保证受力的正确传递。

参考文献：

[1] 黄钊，张涛，黄龙.高层建筑转换层结构设计与施工研究[J].华北水利水电学院学报. 2010，（02） .

[2] 王宏，白洋.高层建筑转换层结构设计与选型[J].黑龙江科技信息.2009，（17）.

[3] 刘跃平.高层建筑框支剪力墙转换层结构的设计[J].湖南工程学院学报（自然科学版）. 2008，（04）.

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关键字：高层建筑；框剪结构；优化设计；必要性；措施分析

中图分类号：TU74文献标识码：A

引言

在高层建筑施工设计的过程中，为了能够达到最佳的使用效果，需要采用恰当的结构设计形式，而框剪结构以其独特的优势成为目前在高层建筑结构设计过程中应用较为广泛的结构形式。框剪结构能够为建筑提供较大的平面空间，并且其具有较强的抗侧力刚度，能够更好的保证建筑物的稳定性。本文就在分析框剪结构优化设计必要性的基础上，对于剪力墙的合理选型和优化设计的措施进行分析，并指出抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用。

一 高层建筑框剪结构优化设计的必要性分析

和传统的高层建筑结构设计方法相比，框剪结构具有一定的优势，能够更好的发挥建筑物的使用性能。传统的结构设计方法中，一个很大的制约因素就在于其求得的一组截面并不一定是最好的，工程结构建设起来之后可能会出现重量大造价高的现象，这和之前的结构设计过程密不可分。但是框剪结构优化设计虽然和传统的结构设计有着一样的设计过程，但是其最终的目标是使得高层建筑具有良好的使用性能，并且能够最大限度的降低工程的施工造价，实现经济性和实用性的统一。

高层建筑框架剪力墙结构具有良好的受力性和适用性，在现代高层建筑设计的过程中应用非常广泛。随着高层建筑的快速增长，对框剪结构的合理选型和优化设计对于节约施工建设的成本来说也具有一定的指导意义。当前的《高层建筑混凝土结构设计规程》中对于高层建筑结构选型，尤其是对于合理布置结构还没有形成一个明确的规定，这样就为高层框剪结构的优化设计提供了更为充足的设计理由。

二 高层建筑框剪结构选型和优化设计的措施分析

高层建筑框剪结构在选型和优化设计的过程中需要注意很多事项，例如影响剪力墙用量的因素和相应的确定方法、剪力墙的截面尺寸大小以及剪力墙的平面设计等相关因素，下面本文就对这几点进行详细的分析。

（一）影响剪力墙用量的要素分析

在高层建筑框剪结构设计的过程中需要满足位移角限值的要求，还要充分的发挥该结构中各抗侧力构件的作用，以此来保证建筑的稳定性和安全性。在设计中，因为剪力墙是框剪结构中的主要抗侧力构件，所以剪力墙的用量和框剪结构的平面设计有着密切的关系，在设计中需要按照分散、均匀、对称和周边的原则进行。分散就是剪力墙的设计需要考虑到地震力分散作用在相等的多片剪力墙上，以避免地震集中造成剪力墙的破坏；均匀就是要同方向的各片剪力墙需要均匀的布置在建筑平面的每一个区域内，并且要保证每道剪力墙的承受水平力不能够超过总体水平力的40%；对称指的是剪力墙要最大限度的对称布置，以减弱地震时结构的扭转效应；周边就是要保证剪力墙沿着结构的周边进行布置，以此来提升结构的整体抗扭能力。

其次影响剪力墙用量的因素就是地震等级的大小。结构总水平地震作用将会随着剪力刚度的增加而增加。剪力墙增多，结构刚度增大，地震作用就会越强。为了能够发挥框剪结构的特性，剪力墙承担的地震倾覆力矩值需要大于地震总倾覆力矩值的50%。剪力墙不能够无限制的增加，需要根据实际的情况进行设计，以满足底部一般剪力的要求。当地震力过大的时候需要适当的减少剪力墙用量。

在剪力墙用量的设计中还需要考虑到抗震设防烈度、场地土、近场远场的影响以及结构侧移限值的影响等多个方面，在设计的过程中需要认真考虑各种因素，要在满足规范规定的位移限值条件下减少剪力墙的数量，实现经济效应和稳定效果的统一。

（二）剪力墙的平面设计

通常来讲，剪力墙需要沿着纵横两个方向布置，否则将会造成建筑物平面两个方向的刚度差异较大，增加了建筑物的扭转效应。剪力墙在设计时要尽量的设置在竖向荷载较大的地方，平面形状变化处或者是楼梯间、电梯和管道井的位置。当剪力墙不能够在结构纵横两个方向进行设计时，需要在刚度较弱的方向采用壁式框架等抗侧力构件以拉近两个方向在水平力作用下的位移值。

（三）剪力墙的截面尺寸确定

在框架剪力墙结构中，剪力墙需要有边缘的约束构件，即边框柱和边框梁。根据相关的规定，抗震要求的一二级剪力墙的底部加强部位的厚度要在200毫米以上，并且不能够小于层高或者是无支长度的十六分之一，其他的情况下要在满足不小于160毫米的基础上还需要小于层高或者是无支长度的二十分之一。在实际的设计过程中需要严格的按照规定进行，保证设计的顺利完成。对于框剪结构的边框梁的宽度来讲，需要和墙的厚度保持一致，高度可以为厚度的两倍。

（四）框剪结构优化设计

在对框剪结构进行优化设计的过程中需要对框架和剪力墙分别进行优化。对于钢筋混凝土框架结构的优化需要遵循以下步骤。首先要进行初始选型，确定之后进行结构分析，分析完成之后需要根据实际的情况，并结合自身的设计经验进行截面的优化设计，设计完成之后进行收敛性判断和可行性判断，确定之后再进行施工建设。需要注意，根据框架结构构件内力的计算结构分别对框架柱、框架梁和楼板结构实施优化设计。

剪力墙结构的优化设计则包括最优厚度设计和设置位置设计。对于框剪结构中剪力墙抗侧移构件的水平截面面积进行优化设计，需要在水平地震的租用下保证结构水平侧移值最大程度的接近相关规定中的最大侧移值。在所有优化设计完成之后再将框架结构计算得出的尺寸和剪力墙构件的最优厚度进行重新组合，形成新的框剪结构体系，对其结构内力进行分析，并且按照得到的结果对框剪结构的构件进行重新的优化设计。

三 抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用

通常来说，高层建筑框剪结构的优化设计体现为抗震设计，在抗震设计的过程中，概念设计思想十分关键。概念设计就是通过对建筑物的总体结构进行控制之后，再选用体型较为简单、平面对称性良好、抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续的方案来设计出抗震性能良好的建筑，以保证建筑物的稳定性和安全性。

框剪结构的本身就是抗震概念设计的一个重要体现，因为框架结构柱网布置十分灵活，能够满足使用的功能要求，并且是主要竖向受力构件。除此之外，框剪结构设计的过程中，对于连梁的设计也充分的体现了这一设计思想。在小震和风荷载的作用下，连梁能够起到联系墙肢并且增大剪力墙侧向刚度的作用；在中震的作用下，连梁需要先出现弯曲裂缝，之后通过塑性耗能减小墙肢在地震作用下的受损程度。

结束语：在高层建筑设计过程中，框剪结构以其优势获得了较为广泛的应用空间，在设计的过程中对于框剪结构的选型和优化设计十分关键。本文就以高层建筑框剪结构优化设计为中心，从结构优化设计的必要性、选型和设计措施以及抗震概念设计思想的应用三个方面进行了分析论述，希望对于今后的高层建筑框剪结构设计有一定的帮助作用。

参考文献：

[1] 张成秀 浅谈高层建筑的框剪结构设计 建材发展导向，2012年第18期

[2] 刘重光 浅谈高层建筑框剪结构设计 城市建设理论研究，2012年第29期

[3] 石健 高层建筑框剪结构设计探讨 广东建材，2007年第12期

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关键词：高层建筑;不规则性;偏心距;抗扭刚度比

中图分类号：TU318文献标识码：A

科学技术的发展，促进了人们物质和精神生活水平的不断提高，人们对社会物质、文化的需求不断增加。在人类审美观的不断改变和提升的大环境下，当代高层建筑的结构设计也从以前的规则性、对称性逐渐向不规则、多样性转变。

一、高层建筑不规则结构的分类

高层建筑不规则结构大致可以分为两类，即竖直方向不规则结构类型和平面不规则结构类型。其中，竖直方向不规则结构类型包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变、楼层间质量突变等。平明不规则结构类型包括有扭转不规则、凸凹不规则、楼板局部不连续等。下面，是这些分类的详细介绍。

（一）高层建筑物中侧向刚度结构不规则：判断的依据是本楼层中侧向刚度取值是否小于该楼层相邻上层侧向刚度平均值的70%，或者小于本楼层上面相邻的三个楼层该值平均值的80%，除去顶层不包括在内，楼层局部收进的水平方向数值不小于与本层相邻下一层的25%。

（二）高层建筑物中竖向抗侧力部分构件不连续：判断标准是竖直方向上的部分抗侧力构件自身的内力，借助水平转换构件使之向下传递。

（三）楼层承载力突变：判断承载力是否突变的标准是楼层之间的抗侧力结构抗剪力数值小于与其相邻上层该值的80%。

（四）楼层间质量突变的判断标准是：本楼层的质量大于与其相邻的下面一个楼层质量的1.5倍。

（五）高层建筑物楼板扭转不规则：判断依据是本楼层弹性水平位移的最大值要大于其两端处弹性水平位移的平均值的1.2倍，或者本楼层最大的层间位移要大于其两端处的层间位移的平均值的1.2倍。

（六）高层建筑物楼板凹凸不规则：判断标准是结构平面凹进一侧（如客厅、储物室的降板）尺寸大于该楼板投影方向上面总尺寸的30%。

（七）高层建筑物楼板局部产生不连续：判断的依据是本层楼板设计尺寸与平面刚度是否发生急剧突然的变化。如楼梯局部反梁结构突起部位是否出现不连续的情况。

二、高层建筑不规则结构设计采取的对策

（一）减少建筑的扭转效应。相关技术研究表明：在地震中，那些平面不规则性高层建筑更易受到破坏，因为不规则性高层建筑其刚度偏心、质量、承载力、抗扭转度过于脆弱，所以，稍有风险，其稳定性就面临挑战。其中，扭转效应对建筑结构的破坏作用是最强的。因此，在进行高层建筑不规则性设计时，需要对建筑结构的扭转效应加以限制，防止建筑物内部出现较大程度的偏心状况给建筑带来的破坏。

目前，常用的限制扭转效应的措施有：对建筑结构平面布置的不规则性严加限制，这样才有可能避免产生过大的偏心，进而限制扭转效应的出现；在可能范围内提高建筑结构物的扭转刚度，防止建筑物过于脆弱，有效减少建筑物内部结构的扭转效应。

（二）减小建筑结构构件的相对偏心距。科学研究表明，建筑结构的扭转效应与相对偏心距是呈线性关系的，因此，通过调整建筑结构的平面布置改变建筑结构的质心和刚心，使之最大程度地接近，可以有效缩小楼层的位移比，进而改善建筑结构的扭转效应。通过长期的工程实践得出的有效减小建筑结构偏心距的常用方法有：先通过准确的初步计算，找到结构的刚心和质心，调整建筑结构平面布置的不对称性，运用有关数据，判断建筑结构的实际刚度分布，最后适当增减偏离质心的抗侧力结构构件。

（三）提高建筑物抗扭构件的抗剪力 。要想让建筑物在强烈的震动或变形的情况下依然保证安全，仅仅依靠调整结构布置显然是不够的，因为建筑物在非弹性时期，对称性建筑结构的双向水平地震作用会随着形态的变化而偏心。而不规则性高层建筑要充分考虑其建筑结构的抗震性能，提高、强化建筑物抗扭构件的抗剪力，方能使建筑结构在强震、变形情况下保持整体弹性状态，保证对建筑的损害降至最低。

（四）优化高层建筑物结构的抗扭刚度与抗侧刚度之比 。相关研究表明：高层建筑物内部结构中扭转效应和结构周期之比的二次方基本成一种线性的关系。所以，在建筑物结构设计时，适当减少建筑物的结构周期，可以增加建筑物周边连梁的刚度。如，在做剪力墙时，在条件允许的情况下，尽量加厚剪力墙的宽度和厚度，尤其是那些距离刚心比较远的剪力墙，更要采取必要的加护措施。一般来说，加大结构抗扭刚度的做法是在建筑结构边上增设拉梁，并尽量缩小建筑结构的扭转周期，以上方式都可以达到增加周边连梁刚度的目的。

（五）加设防震缝，减小地震带来的破坏。在实际工程中，由于受到地质、地形等环境条件的限制，很多平面结构无法设计成规则的结构，在这种情况下，设置规范的防震缝，可以将结构分成比较简单的结构单元，进而提高建筑的整体抗震能力。因此，在工程中，尤其是不规则高层建筑设计中增设一定的防震缝是很有必要的。防震缝增设，要注意以下问题：若需要设置防震缝两侧的结构体系存在较大的差异时，或地震反应效应显著不同时，防震缝的宽度设计时，要多考虑薄弱一侧的架构构件；当相邻建筑构建基础沉降量较大时，防震缝可以设置成兼具沉降缝作用的抗震缝。具体情况如何，需要设计师合理分析，全权把握。

相对规则建筑而言，高层不规则性建筑的设计和施工对安全性、竞技性、合理性提出了更高的要求。因此，建筑设计师在进行高层不规则性建筑设计时，要重点考虑建筑物的薄弱构件环节，不断提高、强化控制手段，为高层不规则性建筑的发展做出自己的贡献。

参考文献：

[1]韩辉.基于高层建筑结构设计中平面不规则问题的分析与处理[J].中外建筑.2010年第05期

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【关键词】高层钢结构；抗震；概念设计

0.引言

作为建筑领域的新兴力量，我国多高层钢结构建筑行业发展迅速。混凝土结构的房屋受压较好，但抗拉能力极弱，二者强度差距达10倍，当地震来临时，房屋在地震波循环荷载作用下，极易发生整体垮塌。而钢结构具有良好的延展性，可以将地震波的能耗抵消掉。由于钢材基本上属各向同性材料，抗拉、抗压、抗剪强度均很高，而且具有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应，所以钢结构可以看作比较理想的弹塑性结构，通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力，同时钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大减轻了地震作用的影响。

1.高层钢结构建筑抗震性能化设计目标

在高层钢结构建筑抗震性能化的设计过程中，任何高层钢结构建筑结构抗震性能设计的相关目标都有两个：一是地震发生时，不会因为高层建筑物的钢结构遭到结构破坏而影响建筑内人员的逃生；二是在地震发生时，不致因高层建筑物的钢结构遭到结构破坏而使建筑产生的损失更大。

为了满足总体目标的规则和要求，高层建筑的结构抗震设计的相关功能目标必须包括以下两点：一是高层建筑物的某些部位的结构构件以及高层建筑物的子结构及结构整体在有地震发生后的某一段的时间内不能够产生整体坍塌状况，从而以保证高层建筑内的工作人员和居住人员有足够的时间逃生；二是建筑物的某些部位的结构构件以及高层建筑物的整体结构在发生地震下不能产生严重的影响，能够继续使用，不会迅速地变形或产生倒塌现象，从而在震后建筑物的结构功能能够最大程度上尽快得到恢复，从而相对程度上减少高层建筑在发生地震时直接和间接的经济损失和人员伤亡。

2.高层钢结构抗震概念设计的一般原则

概念设计一般指不通过数值计算，只根据结构体系震害、力学关系、结构破坏机理、试验现象与工程经验，对一些比较复杂、难以做出精确、理性的分析或规范中难以规定的工程问题，而获得的基本设计构思。抗震概念设计根据抗震设计的复杂性，避免了无必要的繁琐计算，为抗震计算创造便于计算的模型，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况，从宏观上实现了合理抗震。目前国内有一些高层钢结构设计软件，但对抗震计算的可靠性仍值得商榷，应先由概念设计对高层建筑设计进行总体把握。

在实际结构设计中，高层钢结构抗震概念设计一般原则包括：

2.1建筑的体形要简单，平立面布置宜规则

体形简单和规则的建筑，受力性能明确，设计时容易分析结构在地震作用下的实际反映及其内力分布，构件细部构造也容易处理；反之，刚度和强度的突变，引起的应力集中或变形集中，容易形成薄弱环节，造成严重后果。

2.2建筑的质量和刚度变化要均匀

建筑的刚度和质量分布不对称，容易在水平地震作用下发生扭转震动，设计时对质量和刚度分布不连续的情况应加以限制，采取必要的构造措施。

2.3选择合理的抗震结构体系，设置多道抗震防线

当设计既抗风又抗震的高层建筑时，希望设计成在风荷载和规范规定的地震作用下是刚性的结构体系，但当地震作用非常大时，又可通过控制其屈服而变成有延性的结构。可将大型竖向和水平构件联结成巨型框架，竖向构件既可单独抵抗横向剪力，在地震作用下，与水平构件又可组成整体结构，而竖向独立构件与整体结构的振动周期是明显不同的。

2.4增加抗弯结构体系的有效宽度

稳固高层建筑物的一个办法是把重量向边缘转移，在高度一定的情况下，限制建筑物的高宽比，国外70年代及以前建造的高层钢结构，高宽比较大的，如纽约世界贸易中心双塔为6.6，其它建筑很少超过此值。

2.5设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用

大量研究表明，偏心支撑具有弹性阶段刚度接近于延性框架的特点，是一种良好的抗震结构，其原理是强柱，强支撑和弱消能梁段，即在大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍能保持弹性。

2.6每层楼盖应足以起水平隔板作用

我国抗震规范推荐钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板，对超过12层的钢结构，必要时可设置水平支撑，总的来说，就是要保证楼盖的整体性。

2.7设置粘弹性阻尼器

粘弹性阻尼器是一种十分有效的减振耗能构件，它可以有效的减小结构构件的地震设计内力和结构横风向的风振加速度。

2.8埋入式和外包混凝土式柱脚具有较好的抗震能力，地震区应优先采用

地震区设计锚栓时，应充分考虑地震剪力，增强锚栓的抗震强度，我国钢结构中外露式柱脚应用普遍，而埋入式或外包混凝土这种柱脚在罕遇地震下的抗震性能值得我们注意。

2.9材料使用

高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢，以及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢，有可靠根据，可采用其他牌号的钢材；抗震结构钢材的强屈比不应小于1.2；应有明显的屈服台阶；伸长率应大于20%；应有良好的可焊性。对承受沿板厚方向的拉力作用的焊接构件，当板厚度超过限值时，应检验其z向性能。

2.10降低地震作用效应

在建筑物顶部装一个“大型调节减震器”，地震时在惯性作用下通过上了油的金属片向相反方向倾斜，从而对建筑物的振动产生阻尼作用，减少建筑物的位移。此方法也可用于对建筑抗风不足予以弥补。

3.结束语

目前，高层钢结构的抗震概念设计已经越来越得到结构设计界的重视。由于各个地区之间的经济水平、地质地貌、设计水平及设计软件普及等都存在较大差异，所以，在复杂的设计条件下，概念设计应该是保证结构抗震安全性的关键手段，也将是建筑抗震设计的首要步骤。

【参考文献】

[1]张煜，蔡焕琴.概念设计优化高层钢结构抗震[J].工业建筑，2006（增刊）.

[2]丁志耀.多高层钢结构住宅抗震性能探究[J].华东科技（学术版），2012（4）.

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关键词:主次梁转换层 ; 超限高层建筑; 结构设计 ;结构转换层

Pick to: this paper mainly discusses about the primary and secondary girder transfer floor with the overrun highrise structure design, and sums up their structure conversion layers of various scheme, structure analysis, structure layout, and processing structure, through the project with summarized the primary and secondary girder transfer floor of the overrun highrise structure design main research direction and dealing with problems.

Keywords: primary and secondary girder transfer floor; Overrun highrise; Structure design; Structure conversion layer

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

引言随着社会生产力不断提升和进步，高层建筑逐渐向复杂的体型及功能丰富发展。超限高层建筑的设计原理从结构受力上分析，楼层上部较小而下部大，所以好的建筑结构设计必须保证下层楼层的刚度，故下层的墙体多、柱网较密，上层楼层则能逐渐减少墙体和支柱的数量，从而扩大柱网。而从高层建筑的功能结构上看，下层的自由空间则要远多余上层，这样更适合居住要求。从而得出，超限高层建筑的结构设计需要一个合理的布局。

结构选型与结构布置

应用框架剪力墙的建筑结构设计原理。

建筑底层一般要求自由空间较大，所以采用采用框架剪力墙结构；而建筑中层采用剪力墙结构用于过渡，而较高楼层的内力的传递需经转换构件。而厚板转换传力路线质量大、受力复杂、不清晰，导致转换层旁构件应力集中现象普遍，且造价费用高，所以采用主次梁转换。

2、相对应转换梁结构设计法。

因为超限高层建筑的主次梁结构具备施工简单、受力明确，同时，一般都会开设适合的洞口在转换梁受力小的部位，所以可以满足建筑设施的管线布置和建筑功能的基本要求。转换梁的设计结构需要根据具体的工程建设要求来制定，如此才能设计出适合带主次梁转换层超限高层建筑的稳定结构。

结构分析

等效侧向刚度比的控制

超限高层建筑转换层的上部楼层的侧向刚度设计要低于下部楼层的侧向刚度，不然会导致下部楼层的的变形而建筑下层将会变成整个建筑的薄弱环节和薄弱层，对整个建筑项目造成巨大的负面影响，整体性将不合格。所以，为了杜绝这种现象的发生，通常要对相应建筑下层楼层的侧向刚度指数进行规定和设计。且侧向刚度不能低于建筑上层楼层的百分之七十，或符合上下三层的百分之八十的侧向刚度平均值。超限高层建筑侧向刚度比需要依据建筑设计中的混凝土强度、剪力墙厚度、混凝土的强度等级系数以及柱子截面尺寸等要素来确定。其下部楼层设计中的侧向刚度应依照和符合高层建筑的相应规定的限制，通过转换层为界，结构下层与上层的等效侧向刚度比例最好大约为1，当为非抗震设计时0.5则是等效侧向刚度比的最低值，而当抗震设计时最小值为0.8。具体工程设计的刚度比则需要加强概念方面的设计，依照具体及已经详细化的规范来设计底层楼层侧向的刚度比的大小和详细参数。需要控制超限高层建筑侧向刚度比以及层间位移角比值的大小，并对工程所需的侧向刚度的设计数值大小进行定位和评判，使工程项目设计更具合理性及精确性。

关于剪力墙的剪应力设置的基本要点

一般情形下剪力墙的剪应力水平的结构设置要根据其工程项目的基数来确定。超高高层建筑下的转换层的剪力墙在常见地震状况下的水平剪应力是0.025，转换层上层楼层的剪力墙的剪应力较小为0.017，因此确保在一般的地震状态下建筑的剪力墙不至于产生剪切破坏。项目设计进程中，产生了通过弹性状态下水平地震作用的增大系数方法来设计转换结构,而这种方法的一般思路是:如果项目结构在罕遇地震状态下仍显示弹性状态,根据一般规范给出的罕遇地震和多遇地震的水平地震的影响系数的最大值αmax的比例来扩大多遇地震状态作用下的水平地震作用效果,同事此时把材料分项系数以及荷载分项系数同时取为1.0。所以内力结构在转换的结构设计为G+βT=R+6.95E,而G为重力的荷载作用一般值,R为多遇地震状态作用下的水平的地震影响下的标准值;且与此相应的内力组合的通常转换结构类型设计采用特定材料不为设计值而采用标准值。通过此方法来设计可以得出在罕遇地震状态作用情况下,转换层的剪力墙所能承受最大剪应力仅为0.146,可以确保在规定程度的罕遇地震状态下剪力墙不至于产生剪切破坏。

高层结构转换层设计过程中的关键问题

依据建设部颁布关于《超限高层建筑的工程项目抗震设防的专门审查技术要点规范》的，只要归类为超限高层建筑项目工程，必须具备以下拥有主次梁之间转换层的超限高层建筑的结构方面设计的必须的主要抗震措施。超限高层建筑的转换层设计方面应根据具体的设计项目来进行有效设计分析，并依照相关的建设部门颁布的规范来进行超高高层建筑项目中工程的抗震能力结构部分的设计，超高高层建筑结构的设计以及抗震措施内容要点有以下几点：

1、确保在大空间底层需求的裙房中具备有足够的刚度，严禁沿竖向的刚度方面变化的差距会过大，依照规定来限制转换层的上下结构构造的侧向刚度比例在抗震设计要求时，转换层上一层结构的侧向刚度比例不得大于其自身结构侧向刚度的70％以上，依据《高规》附录E控制下的转换层上下结构构造的等效侧向刚度比重最好大于1．0，但不得超过1．3。同时应确保一定比例的剪力墙实体落地，加强剪力墙混凝土强度等级，提升其性能比例，而为了使纵横墙的形状尽量形成一个简体，必须要缩小洞口尺寸。

2、提升转换层整体结构构造的刚度条件。限高的高层建筑结构设计过程中对转换层结构设计应符合整体的结构设计规范，是整个转换层平面楼板内的侧向的刚度和整体性来进行强化，如果使用现浇的混凝土楼板方式，一般楼板的厚度大约为200mm，并且还要加强转换层结构中上下两层设计结构的平面内刚度大小，；结构的布置设计模式为左右对称，在其较薄弱的部位应使用加强楼板的配筋及厚度。而对于整体设计结构的分析中，必须评估对转换层的薄弱地方的平面楼板的变形产生对建筑结构设计受力方面的影响程度大小。其调整方式为应用剪刀墙一般布置方式来完成，从而实现了整体的结构设计规范，并使有关的刚性与结构相吻合，避免了失误及设计问题的产生与存在。

3、合理地设计框支及剪力墙的转换层结构以下竖直构造的配筋率大小。按建设部相关规范来进行设计以确保整体构造的稳定和结构的抗倾覆能力提升；与此同时，为了达到增强结构整体性的目的，现浇楼板应用钢筋混凝土来稳固结构。需要确保核心筒的内部结构中的楼板厚至少为150mm，并且相关的围护材料必须为新型轻质材料来构建，加上双层双向的配筋，这样的构造可以减轻建筑自身实际重量，并且大大减小产生地震时的建筑的反应。

4、控制地震状态作用下的超限高层建筑结构中的层间位移角和风荷载，要满足规范要求中对重力荷载能力代表值的比例值与地震产生中基底剪力的限定；来控制转换层结构底部加强区的剪力墙以及其它各部分框支柱、剪力墙、及非框支柱轴压力大小的比例。

5、通过超限高层建筑模拟的地震中安全性的评估报告来评定，并提供人工地震模拟中的两个典型的地震波中加速度的记录进行评估，以此来完成对整个结构弹性受力情况分析。而且，还可以采用两个完全不同模型空间条件下的力学实验对整个程序进行中的数据进行分析和计算，从而使计算的数据来更好的对超限高层建筑的结构设计的整体性进行评估和把握。

小结

带主次梁转换层的超限高层建筑在结构设计中不仅需要注重结构选型和布置，而且需要通过对等效侧向刚度比以及剪力墙剪应力的分析和控制，从而妥善的解决在设计及建造过程中所会产生的各种问题，在设计建造中要严格按照国家建设部给出的规范来进行，使建筑的稳定性及实用性达到规范标准。

参考文献

[1] 季静，韩小雷，杨坤，郑宜. 带主次梁转换层的超限高层建筑结构设计[J]. 中国建材资讯，2005，(04).

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关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化；设计

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1.剪力墙结构的优缺点

1.1剪力墙结构的优势

剪力墙结构这种构造的刚度一般都很大，整体的性能较好，还能实现钢量的节省，尤其是在高层建筑住宅之中，以及一些旅馆和居住性的建筑之中，居室和客房的建设面积一般都很小，并且分隔墙还比较多，一般都是采用现浇剪力墙结构，这样就能实现把承重墙合二为一，这种结构相对而言还是比较经济和实惠的。

除此之外，也能实现室内的框架结构的简介，不会出现露梁和露柱的情况，外形上还是比较美观的，便于室内的装饰装潢设计。基于此，在许多的高层建筑和一些民居之中，一般都会采用现浇剪力墙的结构。

1.2剪力墙结构的缺点

当然，把剪力墙结构运用到高层建筑以及旅馆的建设之中，也必然存在一定的缺点和不足。因为剪力墙的结构抗侧刚度比较大，很显然的引起较大的地震反应，这就必然导致上部结构的基础费用的增加；因为混凝土的墙体较多，这就会相应的增加建筑物的重量，同样会导致建筑物的地震反应很强烈，同时造成很大的浪费；还有剪力墙的各个墙肢轴压比一般都很低，这就让个墙肢的承载能力得不到充分的发挥；还有剪力墙之中的墙体大多是构造的配筋，这个配筋率一般很低，这就导致结构的延展性能很差。

在高层建筑剪力墙的结构设计之中，怎样去发挥它的长处和优点，避免其费用过高是一个很关键的问题，需要我们在实际的建设施工只能不断的总结和改善。

2.高层建筑剪力墙结构优化设计分析

2.1高层剪力墙住宅结构设计的经济分析

因为剪力墙的刚度大，整体的性能较好，而且用钢量比较节省，在高层建筑之中，得到广泛的使用。高层建筑的住宅之中，开间一般较小，而且分割的很多，运用现浇剪力墙就可以实现承重墙的减少，是一种很经济的选择，还有这种结构能够实现墙的外观的美观和整齐，不会出现一些不必要的梁柱，方便对室内进行合理的布置和装饰。

在进行剪力墙的结构的设计中还需要注意几个问题，因为剪力墙的坑侧刚度很大，结构的周期很小，就会导致地震的响应大，如果剪力墙的墙体越多，建筑物的重量就会相应的增加，这就会导致资源的浪费，还有剪力墙的墙体飞结构一般的配筋率都很低，就会导致建筑的结构延性不好。

高层建筑的剪力墙结构中，刚度较大的结构一般受到震害都会相应的降低，但是建筑的刚度越大，需要的建筑材料就要增加，必然出现建筑的工程成本的增加，因此，对建筑物的剪力墙的设计和施工，需要满足规范之中的结构水平的位移和地震的要求相合。要想建设的安全和经济，就要根据实际的情况有所判断，把建筑的水平位移和地震力控制在一个适当的范围之内，做好对结构的内里和配筋的检查。

2.2剪力墙结构构建合适的含钢量

社会的发展要求建造越来越多的高层建筑，在现今的高层建筑建设之中，剪力墙的结构占据着重要的位置。想要实现建筑的经济性，就需要做好对钢含量的控制。因此在对高层建筑的剪力墙结构进行设计时，就需要依据实际的情况，一切从实际出发，依据设计的要求进行详细的结构的分析和设计，保障在任何的情况下，都能实现对钢含量的良好控制。在满足安全的前提下，控制好钢的含量。对于高层建筑的施工和设计，剪力墙最为合适的钢含量一般都有个标准，这对设计也就有了很好的指导。合适的钢含量如下：

表1 合适含钢量统计表

高层建筑适合的钢含量详见下表：

2.3优化结构设计，降低工程造价

2.3.1优化结构设计

实现优化结构设计，让解雇的受力均衡以及技术运用得当，实现建设整体的安全和可靠，只有任一结构都能同时发挥出最大的功效，这样的设计方式才能实现结构合理和造价合理。

我们从建筑结构设计和整体的布局情况来看，在受到水平荷载的作用下，剪力墙的的暗柱的配筋一般都是结构性的配筋，对于暗柱的断面的确定和剪力墙的布置之间有着密切的关系。而这里的构造配筋又和暗柱断面有着密切的一对一的对应关系。因为剪力墙布置的差异，一般的一片剪力墙的两边的暗柱的断面可能有着6倍到10倍的差异，配筋也就相应的出现相差6倍到十倍。但是剪力墙在不同的方向的水平的荷载作用是具有对称性的，这样的设计就会导致极大的浪费。这就需要先对建立墙的布置进行调整，要做到既能实现建筑建设的节约成本，由能实现结构安全性能的保障。

2.3.2结构设计与经济性的关系

建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响,但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分,不管层数多少,都共用一个屋盖,并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此,屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分,各层共用基础,随着层数增加,基础结构的荷载加大,必须加大基础的承载力,虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低,但不如屋盖那样显著。承重结构,如墙、柱、梁等,随层数增加而要增强承载能力和抗震能力,这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。

3.剪力墙结构优化设计中的有效措施

3.1对转换层结构设计的重视

从高层建筑的设计和施工的要求来看。现在的民居建设都希望实现建筑功能的多样化，这就需要建设者，对建筑的自身的结构进行布置时，需要考虑到相应的变化，在进行设计布置时，能够把转换层的结构布置好。需要重视对剪力墙的结构的设计，考虑在进行高位换装的底部大部分空间时，这个结构是相对较复杂的。在进行实际的计算中，对于那些参与到组合的振型数需要多多进行选择。我们通过计算，能够知道哪一部分是薄弱环节，再运用能力分配的特点，进行具体的研究。改善薄弱环节的性能状态。

3.2对转换层上下部机构的优化设计

在对转换层的上下刚度的传递和放纵，会对剪力墙存在影响。如果要实现不同结构形式的内里，首先需要考虑的是刚度的突变。还需要合理选择转换层上下部结构的刚度。如果剪力墙的转换刚度太大，不仅不能增大对地震的反应以及竖向的刚度，还会增加材料的使用。这从经济层面来考虑是极其不合理的。

4 结束语

在进行高层建筑的剪力墙的设计和使用时，需要考虑架构的抗侧刚度以及外观的状况，还要实现造价的降低，这都是高层建筑设计相关人员需要重视的。我们对高层建筑剪力墙的结构进行分析。提出优化的具体的解决策略，希望能够对高层建筑有以一定的指导意义。

参考文献：

[1]裴亚亚.刘伟.张景坤.地震方向对角部开洞高层剪力墙结构的影响[J].山西建筑,2011(7)

[2]郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用 ,2011(1)

[3]徐煌彪.娄克勇.南昌"玉河明珠"22#楼工程上部结构优化设计[J].有色冶金设计与研究,2005(2)

[4]苏赐钦.高层建筑混凝土结构的优化设计探析[J].黑龙江科技信息,2010(20)

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关键词：高层建筑；结构；设计；探讨

随着社会的不断发展，高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，在各种技术的不断冲击之下，建筑结构在设计的过程中出现的问题也在不断的增加和变化中，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。随着建筑结构的设计与功能方式愈来愈复杂，各种高层建筑的数量不断的增多和建筑体系的多样化，高层建筑中其结构设计已成为设计工作中的重点与难点。如何合理的利用建筑结构设计过程中的各种问题，提高设计质量是当前建筑设计的前提关键。

1、高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，在计算的过程在计算方案和计算方法的选择是尤为重要的，是保证结构设计安全和质量的前提基础。计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，因此在设计的过程中首选要选择合理的设计见图来进行其安全保证计算。计算简图还应有相应的构造措施来保证。是利用先进的计算技术和管理技术对高层建筑结构进行探究与思考。

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

1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。

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

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2、高层建筑结构设计的特点

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

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

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

3、高层建筑结构的相关问题分析

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

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

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

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

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中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：

1、不规则结构建筑设计的要求

体型复杂、平直面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝，并分别符合下列要求：

1.1当不设置防震缝时，应采用符合实际的计算模型，分析判明其应力集中、变形集中或地震扭转效应等导致的易损部位，采取相应的加强措施。

1.2当在适当部位设置防震缝时，宜形成多个较规则的抗侧力结构单元。防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差以及可能的地震扭转效应的情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。

1.3当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。

1.4对建筑结构的扭转效应需从以下两个方面加以限制：1.4.1限制建筑结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。1.4.2限制建筑结构的扭转刚度不能太弱。关键是限制扭转为主的第一自振周期Tc与平动为主的第一自振周期T1之比。当两者接近时。由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。

2、不规则建筑的设计问题

国内、国外历次大地震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭转刚度太弱的建筑结构，在地震中受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果表明，扭转效应会导致建筑结构的严重破坏。

2.1建筑体型设计问题

建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；在平面形状上，矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。

2.2建筑平面布置设计问题

建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且，由于建筑使用功能不同，每个楼层的布置有可能差异很大，建筑平面上的墙体，包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称，墙体与柱子分布的不对称、不协调，使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震很不利。

2.2.1有的建筑物，其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧，结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度，吸引了地震作用的主要部分。

2.2.2有的建筑物，在平面布置上一侧的墙体很多，而另一侧的墙体稀少，这就造成平面上刚度分布的很不对称，质量分布也偏心，使结构的受力和变形不协调，导致扭转地震作用效应，带来局部墙面的破坏。

2.2.3有的建筑物，如底层为商场的临街建筑，临街一侧往往不设墙体，而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭，两侧在刚度上相差很多，也将在地震时引起扭转地震作用，对抗震不利。还有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。

建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。

2.3建筑竖向布置设计问题

建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。

有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大，形成突变。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。

在实际设计中，在建筑使用功能不同的情况下，很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐，柱子不对齐，墙体不连续，不到底；上层墙多，下层墙少；上层有柱，下层无柱等，使地震力的传递受阻或不通；抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。

所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明，建筑物竖向楼层刚度的过大变化，给建筑物造成很多破坏，甚至是整个楼层的倒塌。因此，尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部，不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少，尽量避免产生地震时的钮转效应 。

3、建筑结构不规则设计时的抗震作用计算

目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算方法，都假定楼板在平面内不变形，平面内刚度无限大，这对于大多数工程来说是可以接受的。但是当楼板有大的凹入，大的开洞时，楼板在平面内消弱过大、楼板产生显著的变形，这时刚性楼板的假定不再适用，要采用考虑楼板变形影响的计算方法和相应的计算程序。考虑楼板的实际刚度可以采用将楼板等效为受弯水平梁的简化方法，也可以将楼板划分为单元后采用有限元法进行计算。

平面规则而竖向不规则的建筑，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15 的增大系数，其薄弱层应按本规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合下列要求：

3.1竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.25～2.O 的增大系数；

3.2侧向刚度不规则时，相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合本规范相关章节的规定；

4、结束语

建筑结构不规则性的判断，在建筑结构设计中占有非常重要的地位。因为对建筑结构不规则性的判断，能直接影响到结构的建模、结构布置、薄弱楼层的判断、位移比的控制，以及最后的施工图设计，从而影响到整个的结构布置是否合理、安全、经济等。对于现代城市日益涌现的造型新颖别具一格的不规则建筑，结构设计人员应细心分析各种情况，从概念设计入手，找出结构的重点和薄弱点，因势利导客服不利因素，使整个结构在平面和竖向合理地布置结构刚度，避免和减少结构可能出现的薄弱部位，同时加强薄弱部位的构造措施，是建筑物从一格貌似不规则的建筑调整成一个结构上的规则建筑，只要结构工程师认真分析，抓住重点、强化构造，不规则结构设计中的抗震设计问题是很容易解决的。

参考文献:

1.建筑抗震设计规范.GB50011-2001.北京：中国建筑工业出版社，2001.