高层建筑结构设计特点范文

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关键词：高层建筑；结构设计；问题分析

一、高层建筑结构设计的特点

1、结构延性是重要设计指标

相对于低矮的建筑物，高度较大的建筑物结构更柔一些，在风力、地震、沉降等自然力的作用下会产生更大的变形。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，避免损毁倒塌，在结构上采取合适的措施，使高层建筑具有一定的结构延性是一个不容忽视的问题。

2、水平载荷成为决定因素

在低矮建筑结构设计中，一般都是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，但是在高层建筑中，尽管竖向载荷的影响仍旧巨大，但是起决定作用的是水平载荷。这是因为建筑物的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，只是与楼房高度的一次方成正比；但是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。

3、侧移变形不容忽视

与底层建筑不同，高层建筑的水平荷载数值往往很大，并且这种水平载荷会随着建筑物高度的增加迅速变大，所有在设计中不仅要求建筑物结构具有足够的强度，还需要具有足够的抗推刚度，使建筑物在水平荷载下产生的侧移被控制在某一范围之内。

4、抗震设计要求更高

抗震设计时现代高层建筑设计中必须要考虑的因素，对于高层建筑抗震设防结构的设计，除了要考虑正常情况下的竖向荷载、水平载荷以及风荷载外，良好的抗震性能也是不容忽视的，高层建筑抗震设计的要求要做到小震不坏、大震不倒。

二、 高层建筑结构设计原则

1、 选择合适的基础方案

在设计中，基础设计应综合考虑工程施工的地质条件，建筑结构类型与载荷分布，周围建筑物影响及施工条件等多种因素，选择既经济又合理的方案，设计时应充分发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应根据详尽的地质勘察报告进行设计。在设计时应注意，对于同一结构单元，应尽量避免使用两种不同的类型。

2、计算简图的选用应该适当

结构计算式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常常发生，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。

3、 选择合理的结构方案

通常情况下，一个合理的设计应该是一个经济的结构方案，结构体系与结构形式的选择应该切实可行。结构体系的设计应使受力明确，传力简捷。同一结构单元应该使用一致的结构体系。综合来看，在工程设计时必须设计要求、材料选用、地质条件等情况进行综合考虑，并与其他保障行业充分协商，在此基础上进行结构选型，择优选用，确定结构方案。

4、采取相应的构造措施

在进行结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，特别要注意构件的延性性能；对薄弱部位进行加强；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；并且还应考虑温度应力的影响力。

三、 高层建筑结构的相关问题分析

1、建筑超高问题

由于设计到抗震和建筑物功能的使用，在设计时对建筑物结构的总高度一般都有着很严的规定，特别是新规范中对于以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以外，还增加了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。

2、 短肢剪力墙的设置问题

在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”。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、 嵌固端的设置问题

由于高层建筑嵌固端的选取却面临着各种不同情况，所以在进行结构分析计算之前应该先确定结构嵌固端的所在位置。高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端的设置可以在人防顶板，也可能设置地下室顶板等位置，所以，对于这种情况，结构设计人员通常忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，从而使得后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

4、 结构的规则性问题

相对于旧规范，新规范在结果的规则性内容方面出现了较大的变动，增添了较多的限制条件，比如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，并且新规范采用了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”。所以，结构工程师应该理解并遵循新规范的这些限制条件，严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

四、 总论

改革开放以来，特别是进入二十一世纪之后，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。随着高层建筑的进一步发展，结构设计将日益复杂，结构工程师不仅要重视结构计算的准确性，还应该考虑方案的实际情况，作出合理的结构方案选择。

参考文献：

[1] 赵西安．现代高层建筑结构设计．科学出版社，2004.

[2] 包世华，方鄂华．高层建筑结构设计．清华大学出版社，2008.

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关键词：城市建设；高层建筑；结构设计；特点

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

前言

高层建筑是指超过一定高度和层数的多层建筑。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑，在英国，等于或大于24.3m的建筑为高层建筑。我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。下面就高层建筑结构设计的几个注意要点加以叙述：

1高层建筑结构设计原则

（1）结构设计应与其他专业工种配合；（2）慎重把握结构选型、结构计算和结构构造，这是保证结构安全、经济合理的关键；（3）对照有关规范和规程，准确核定结构的安全等级、建筑物重要性类别（共四个类别）及抗震等级（共四级）等。这些等级和类别都关系到设计工作的全局；（4）严格遵守和执行现行的设计工作标准、规范、规程和规定，（5）设计中应优先采用国家、地区和部门颁布的标准图和通用图，结合实际情况选用或局部修正；（6）必须慎重对待结构选型这一首要环节。结构选型包括确定结构用料类别、选定结构体系和拟定结构布置方案三个方面内容。

2高层建筑结构设计特点

荷载的取值。荷载分为竖向和水平荷载两类。竖向荷载分为重力荷载和其他竖向荷载，前者量大起主导作用，在结构设计中非常重要，应准确取值。水平荷载又称侧向荷载，如水平风载、水平地震荷载、水平动力荷载等。控制测移指标。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的测移变形会迅速增大，所以结构测移已成为高楼结构设计中的关键因素，测移指标应控制在某一限度内。注意结构延性，对于高层建筑而说，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。来保证结构具有足够的延性

3高层建筑的结构体系分类

3.1框结构体系。钢筋混凝土梁柱刚接，能承受竖向、水平荷载的结构，称框架结构体系。使用空间灵活、抗震性能好，整体刚度较剪力墙结构差，故在多层建筑中广泛采用。

3.2剪力墙结构体系。钢筋混凝土纵横体与楼盖刚接，能承受很大的竖向、水平荷载的结构称剪力墙结构体系，其墙体同时起承重、围护和隔断作用。采用全浇方案时，结构整体性好、刚度大、承载能力强。该体系的最大缺点是平面布置不灵活，使用功能局限性大。

3.3框架-剪力墙结构体系。这是一种集框架结构和剪力墙结构优于一身的结构体系，既保持框架结构空间灵活，使用方便和剪力墙结构抗侧刚度大、承载能力强的优点，又缓解了框架结构和剪力墙结构各自的缺点，因此在高层公共建筑中广泛采用。

3.4框架-筒体结构体系。筒体结构的整体性很强，空间工作性能好，主要表现为在侧向力作用下，同方向筒壁为翼缘，垂直方向筒壁为腹板，共同受力。因之其抗竖向力、抗侧向力、抗扭能力好；框架创造了良好的使用空间，这种结构体系易于满足各种建筑功能要求，适用修建高层公共建筑。

3.5框式筒结构体系。结合建筑功能的需要，把结构平面做成钢筋混凝土筒体，平面中央部位布置柱网，既能更进一步提高结构空间刚度，又能够提供更空旷的建筑内部空间，因此宜修建超高层的建筑物。

3.6筒中筒及多束筒结构体系。将框式筒结构水平面中的柱网用墙体分隔成一个核心筒或几个小的内筒，由外筒和内筒共同支撑楼盖，并抵抗水平荷载。这类结构体系的整体性、承载能力和抗扭、抗震性能又大大优于框式筒体系。结构专家和科技工作者从不同的方面提出许多新的设计思路。如改进和提高建筑材料性能，把不同的材料从新搭配组合；创新一些新的结构体系。

4 高层建筑的抗震设计

4.1抗震设计的基本原则。①建筑物的基本周期应避开地震引发的场地卓越周期。一个地区地震引发的地面运动总存在一个破坏性最强的主振周期，把由若干次地震地面运动记录整理和归纳出的反应谱主振周期称地震卓越周期。为避免共振发生，应尽量准确地确定地震卓越周期周期，同时用调整结构层数、结构类型、结构体系等办法使结构的自振周期和地震卓越周期拉大差距。②建筑结构平面尽量规整简单。③建筑立面要求体形、刚度匀称，不宜上下层的平面刚度变化太大。④严格控制建筑总高度。一般而言，建筑越高所受地震力及倾覆力距越大，破坏可能性也越大。

4.2结构地震反应计算的基本原理。一类是反应谱分析法，既考虑地震时的地面加速度反应，也考虑建筑结构的动力特性，把最大的地面加速度值（乘以质量）这一惯性力，以等效静力荷载代替，进行结构内力和变形分析；另一类是直接动力分析法。对一般的高层结构大多可采用反应谱法。

4.3建筑结构地震作用的计算步骤。①确定结构受两向总地震作用，并假定地震作用只沿结构两个主轴方向发生；②计算出总地震作用在结构各个片平面单元之间的分配，和沿结构高度的各层之间的分布；③进行结构的抗震变形验算，以控制结构整体上能保证实现“大震不倒，中震可修，小震不坏”的抗震目标；④进行结构内力分析，计算出各构件的载面内力；⑤通过进行内力组合，按最不利内力进行截面设计；⑥确定抗震构

5建筑结构的防火设计

高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，针对高层建筑发生火灾的特点，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理。根据国家规定，我国18层以上的高层建筑必须有两个楼梯间，用于逃生和紧急疏散；楼梯间与居民分户门之间必须设计消防前室，以阻挡火灾发生时的烟气。我国还规定高层建筑每个楼层、每个楼梯间都必须装有防火门，以防止由于一个楼层起火而快速蔓延到别的楼

层，每个楼层也要求配备消火栓等消防设施。此外，我国高层住宅的底楼楼梯间一般都设计了两个通道，以免一个通道被烟气阻塞，居民可迅速通过另一个逃生；楼梯间还可以直接通往顶层，当发生火灾时，如果难以向下撤离，可通过楼梯间往上到楼顶，成为第二避难场所。

6 建筑结构的节能设计

（1）规划与节能设计。重视规划节能,在总体、全盘、初始阶段,应全方位的考虑建筑与外部环境的关系,在设计中重点坚强节能设计的元素和措施,充分利用自然资源,根据地域的气候和自然特点,从总体上强化建筑节能。通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果来实现节能。迎合当地夏季的主导风向来设计朝向,保证利于自然通风给室内换气和减少太阳的辐射,提高居住的舒适度。（2）注重墙体节能。建筑墙体一般采用空心砌块墙体、加气混凝土墙体等,墙体保温包括内保温、外保温、夹芯保温等。采用新型复合墙体,调整和改善整个墙体的热工性能,实现保温隔热的节能目的。（3）门窗节能技术。加强节能型窗框和节能玻璃等技术的推广和应用,采用塑钢门窗,利用其防噪隔声功能显著,防雨水渗漏能力强,空气渗透量小的优势,实现节能的目标,在采暖和制冷上,采用塑钢门窗能耗明显减少。（4）采用节能材料。把纳米透明隔热涂料喷涂或刷涂在各类建筑物的玻璃上,能减少太阳辐射到65%以上,纳米涂料能保证透光率达到70%以上,从而很好地降低室内温度4℃～7℃左右,实现了空调节能的目的。在需要保暖的冬季,纳米隔热涂膜的特殊金属膜可引进可视光,使室内长波长的暖气截留约90%左右,实现保暖节能要求。

参考文献：

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关键词：高层建筑 结构设计 优化

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构设计占有更重要的位置，结构设计的质量直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。高层建筑结构设计具有以下特点：

1.水平力起着决定性作用。

在以往对低层和多层的结构设计中，通常都是以竖向荷载为代表，而对于高层建筑的结构设计，由其水平荷载发挥着决定性的作用，竖向荷载虽然对结构设计也具有非常重要的意义，但却不是最为关键的设计因素。因为在高层建筑结构设计中，竖向轴力与弯矩的数值与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构的倾覆力及轴力，是与建筑的两次方成正比。所以水平荷载具有决定性作用。因此，我们不难得出结论，在高层建筑结构越来越高、体积越来越大的发展趋势下，水平荷载的因素要予以重点考虑，这是维护高层建筑结构稳定性的需要，同时也是设计高层建筑结构的必然要求。

2.侧移。在高层建筑结构设计中，随着高度的不断增加，则会导致水平荷载下结构的侧向变形不断的增大，其与建筑高度的4 次方成正比，在这种情况下，结构侧移则成为高层结构设计中关键的因素。

3.轴向变形

在高层建筑复杂化的趋势下，轴向变形的因素变得越来越重要，特别是在高层建筑高度升高的情况下，竖向的荷载会大幅度增加，进而引起高层建筑结构中柱体会出现轴向形变，从而在高层建筑结构的连续梁上出现弯矩的影响，最终会影响到高层建筑结构的稳定性，因此在高层建筑结构设计中要对轴向变形予以重视。

二、高层建筑结构优化设计案例分析

1 工程概况

某项目建筑面积为33819.0m2，地下2 层为停车库，地上1~3 层为商业，4~30 层为住宅，顶部设有出屋面电梯机房及水箱间，采用框架―剪力墙结构。抗震设防烈度8 度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，建筑物场地土类别为Ⅱ类，基本风压Wo=0.40kN/m2。该建筑地下室～4 层剪力墙厚度为：350mm；6 层～12 层剪力墙厚度为：300mm；13层～21 层剪力墙厚度为：250mm；22 层～屋顶剪力墙厚度为：200mm；楼、电梯间剪力墙厚均为250mm 和160mm。基础型式为桩和承合基础。采用中国建筑科学研究院PKPM 系列软件进行上部结构和基础的计算。

2 结构体系选型

建筑物结构形式的选择对建筑的使用功能、结构可靠性、建筑的抗震性能、工程造价等具有很大影响。因而在结构设计中体系选型显得十分重要。剪力墙结构是一种由钢筋混凝土墙体作为抗侧力单元，同时承担竖向荷载和地震作用的一种结构体系；它刚度大，空间整体性好，用钢量较省；可以很好地适应墙体较多、房间面积不大的特点，故在高层住宅中应用极为普遍。但剪力墙结构墙体较多，不能布置商店和公共设施等面积较大的房间。框支剪力墙结构是一种将部分底层或部分层的剪力墙取消，代之以框架的结构体系；其主要是为了满足在底层布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求。但框支剪力墙结构，底层柱的刚度小，上部剪力墙刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，对结构抗震性能极为不利；并且其转换层的混凝土和钢筋用量一般都很大，其工程造价很不经济。因此，在地震区不宜采用框支剪力墙结构。框架-剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架-剪力墙结构的一种结构体系，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆等。本工程针对其具体情况，做多方案比较，最终确定了框架-剪力墙结构体系；既能满足了上部住宅楼、底部商业用房的建筑使用功能要求，又能满足建筑物在高烈度区的安全可靠性，同时这种结构形式也是较为经济合理的，可有效的控制工程造价。

3 基础及地基处理的设计

高层建筑基础的合理选型与设计是整个结构设计中的一个极其重要和非常关键的部分。基础的工程造价在高层建筑整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。该工程地基承载力特征值为200kPa，天然地基不能满足设计要求，根据工程地质勘察报告，可采取钻孔灌注桩或预应力管桩。由于场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），建议首先采用素土挤密桩对湿陷性土层进行处理。考虑甲方施工工期紧的情况，经过多方经济比较，最终取消了素土挤密桩处理，而是直接采用机械旋挖成孔的钢筋混凝土灌注桩穿越湿陷性土层。根据西安当地经验，旋挖成孔技术可提高灌注桩的承载力约20~50%，这就大大节约了施工时间，并减少了素土桩施工费用，而灌注桩所增加的桩长却很小。本工程桩基承台此次采用底平，主要是为了使位于地下室的设备管线埋设在各个承台之间的空隙，而不占用建筑面层。这样可大大减小基坑的开挖深度，减小工程量，从而降低工程造价。

4 结构设计

本工程通过抗侧力构件的合理布置，在地震作用下，使结构的各项目标参数均符合规范要求的前提下，不断优化，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构在X、Y 两个方向刚度基本接近，两个方向水平位移均接近规范限值，结构布置更加经济合理。从承载力方面来看，使框架、剪力墙的作用得到充分的发挥；从地震作用来看，减小了结构的侧向刚度，并因此减轻了建筑的自重，从而减小了结构的地震作用；也相应减少了基础工程的投资。本工程楼层最大位移（楼层最大值层间位移角）：X 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/1084；Y 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/859；满足了抗震规范与高规规定的剪力墙结构楼层最大值层间位移角限值均为：1/800 的要求。

5 材料选用

5.1 采用高强度钢筋

在满足结构设计承载力要求的前提下，选择相对造价低的钢筋方案，可以达到降低工程造价的目的。大多数设计人员一般把重点放在配筋的计算上，往往忽视钢筋种类的选择。新Ⅲ级钢筋是近年来推广使用的新型钢筋，它比普通Ⅱ级钢筋提高强度近20%，每吨价格增加不超过10%。因此新Ⅲ级钢筋的选用，在增加钢筋混凝土结构强度和建筑物安全储备的同时，还节省了用钢量。另外，钢筋的连接宜优先采用闪光对焊，且普通焊接或电渣压力焊接比搭接经济。本工程基础和梁、柱及板配筋等大部分均采用HRB400 级钢筋，HRB400 级钢筋强度设计值与HRB335 级钢筋强度设计值之比360/300=1.2；据资料统计，用强度高的HRB400 级钢筋取代强度低的HRB335 级钢筋可节约钢材约14%，这是降低钢筋用量最直接的措施。

5.2 采用轻质隔墙

本工程为减轻荷载，内隔墙采用轻质石膏板内隔墙体系，与轻质砌块隔墙相比，轻质石膏板内隔墙体系具有自重轻、干法作业，安装效率高，易于拆改、施工快捷，缩短工期的优点，近年来在高层住宅建筑中得以广泛应用。以99mm 厚的轻质石膏板隔墙为例，其重量为23kg/m2，是相同厚度砌块隔墙重量的28%，可显著节省建筑承重结构和基础费用，降低土建结构造价。

三、结语

本文讨论的该工程通过以上几个方面的优化设计，在符合现行国家规范前提下，做到安全性能可靠，减少了建筑的混凝土用量和钢筋用量，取得了较好的经济指标，达到了较佳的设计效果。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.

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关键词：高层建筑；结构设计；结构体系；结构分析

中图分类号： TU97 文献标识码： A

引言

随着人们生活水平的不断提高，住房用地也开始紧张起来。高层建筑的出现可以有效的缓解城市用地紧张的局面，对于提高人们居住环境与生活水平具有重要的意义与作用。同时，高层建筑的发展也是城市发展的标志，它是体现一个城市发展水平的重要指南针，因此，加强对高层建筑的结构设计特点进行分析与研究，对于我国社会发展具有重要的意义。

一、高层建筑结构设计特点

与低层、多层建筑相比,高层建筑的结构设计显得更为重要。不同结构体系的选择会直接影响建筑的平面布置、楼层数目及施工技术要求等。高层建筑结构设计的主要特点如下:

（1）水平力是设计的主要因素。研究表明,楼房自重和楼面载荷在竖向构件中产生的弯矩和轴力的大小仅与楼房高度的一次方成正比,而水平载荷对建筑产生的倾覆力矩及轴力大小与楼房高度的二次方成正比。因此在高层建筑结构设计中应将水平力作为设计的主要因素。

（2）不可忽视轴向变形。当楼层很高时,由楼房自重产生的轴向压应力可使中柱发生较大的轴向变形,导致连续梁中间支座处的负弯矩值减小,而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

（3）侧移作为控制指标。建筑结构的侧移随高度的增加而迅速增大(侧移量与楼层高度的四次方成正比),因此在建筑结构设计时,应将结构侧移作为高层建筑结构设计中的关键因素。

（4）抗震设计要求更高。高层建筑的抗震设计要努力做到“三水准”的要求,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”要想在建筑结构抗震方面取得突破就必须在结构与地基的材料特性、动力响应、计算理论、稳定标准等方面综合分析计算.得到切合实际的设计方案。

二、高层建筑的结构体系

结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。而不同建筑会采用不同的结构体系。在高层建筑中,抵抗水平力是设计的主要参数,因此抗侧力结构体系的确定和设计就成为结构设计的关键问题。高层建筑中基本的抗侧力单元为框架、剪力墙、实腹筒(又称井筒)框筒及支撑,由这几种单元可以组成多种结构体系。

1、剪力墙体系

建筑物的竖向承重构件主要由墙体承担时,剪力墙(相关建筑抗震规范称之为抗震墙)墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平荷载。而作为建筑物的分隔墙和围护墙,剪力墙墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力。因此,可建造较高的建筑物。剪力墙的间距应有一定限制,不能开间太大。对于需要大空间的建筑结构,剪力墙常存在适用、灵活性差等缺点,因而剪力墙一般适用于住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设粱,所以空间利用比较好,能够节约层高。

2、框架一剪力墙体系

当建筑结构的框架体系强度和刚度不能满足设计要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,从而形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。

3、简体体系

所谓筒体体系是指采用简体作为抗侧力构件的结构体系统称,具体包括单筒体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种型式。简体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度,构件受力比较合理,抗风、抗震能力较强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

三、高层建筑结构的分析与设计方法

高层建筑结构主要是由竖向抗侧力构件通过一定的水平楼板进行连接，然后构成的大型空间结构体系。要想完全按照三维空间结构进行有效的分析一般是比较困难的，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。对于框架――剪力墙体系来说，大都采用连梁连续化来设定的，可以通过建立位移与外荷载之间关系来确定其合理程度。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，在进行计算处理分析过程中，其表现也不相同，剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。筒体结构的分析方法主要有等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析法。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。

四、高层建筑的抗震分析与设计

在高层建筑遇到地震作用时，抗震结构都会部分进入到塑性状态，为了有效的满足大震作用下结构的功能要求，有必要进行研究和计算结构的弹塑性变形能力。根据当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行重新的设计与准备，使结构弹塑性分析成为抗震设计的必要组成部分。我国现行抗震要求高层建筑物必须要能够有效的抗震，要用时程分析法计算弹性方法，以有效的应对地震的冲击。在进行抗震分析与设计的过程中，要考虑高度因素，因为高度往往是决定其抗震能力的关键，还要考虑其建筑设计的结构问题。只有都考虑全面了，才可以有效的提高其抗震能力，使高层建筑能够可持续发展。

五、高层建筑地基施工技术及质旦控制措施

1、重视施工前的勘察工作

勘察工作包括两个方面, 一是针对我国地域跨度大的特点, 要对复杂的地形和地址结构进行详细勘察, 保证勘察工作的准确性, 并制定地基质量预防方案 。另外, 在施工中结合建筑的使用功能和建筑结构进行分析,充分做好地基施工的准备工作; 二是根据勘察情况, 保证地基钻孔的准确度, 确保地面不会出现不均匀沉降 、塌陷等地质问题 。

2、制定合理地基施工方案和技术方案

工程设计人员应针对地形 、地质情况, 保证施工方案的设计与建筑物的使用要求相配, 在地基的材料控制方面, 要做好材料的质量监管, 确保材料的质量 。在地基施工中, 由于基涉及到的施工工序较多, 而且比较复杂, 因此, 一定要科学合理地组织工程施工, 保证各个工序的有序进行 。在工程施工中,主要的施工工序有: 降水施工, 支撑系统施工, 土方开挖, 以及基础工程施工等方面, 其中, 最为主要的环节就是降水施工和土方开挖过程中的安全性以及支撑系统的稳定性。降水方式的设立, 应该以满足设计要求为最终 目的, 无论是轻型井点降水还是大口径井点降水,其最终的效果应该保证在基地以下1-2m 为宜 。支撑系统的选择: 在施工现场, 要充分考虑工程施工的所有影响因素, 采用放坡的方式, 进行工程施工 。在选择支护形式时, 必须要由专家以及专业人员进行严格的讨论和认证后, 按照施工方案科学施工, 从而来提高基坑支护体系的安全性和稳定性。

3、提高地基施工技术质量

对于地基处理, 要加强局部结构的刚度和强度, 提高建筑物因地基的载力不足导致的变形能力 。在处理方法上要具体问题具体分析。

结束语

我国的高层建筑正随着经济的高度发展越来越多,这对高层建筑的施工质量也提出了相当高的要求 "高层建筑好的基础施工质量是整个高层建筑工程质量的关键 "但是在高层建筑的基础施工过程中,一些看似对工程质量没什么影响的违规操作却为建筑的质量埋下了巨大的安全隐患 "所 以在高层建筑基础的施工过程中,施工人员要熟练掌握地基基础的处理技术和基础的土建施工技术 "施工单位要制定相关的施工质量标准,对施工部门要加强培训和管理工作 "要通过技术人员和管理人员的共同努力来控制施工质量,切实保障高层建筑的安全性与稳定性

参考文献

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关键词：高层建筑结构；结构体系；结构分析

Abstract: this paper around high-rise building structure, summarizes the characteristics of high building structure design and puts forward the high-rise building structure analysis and various system corresponding methods for actual high-rise building structure analysis and design to provide certain reference.

Keywords: high building structure; Structure system; Structure analysis

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

近年来，高层建筑越来越多，越来越多的人在设计中遇到高层建筑。掌握高层设计的要点是我们每个结构设计人员所必须的。

经过笔者这些多年来的设计实践，发现在高层建筑结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误。为了避免在钢筋混凝土高层结构设计过程中少犯或不犯这些错误，现将这些常常出现的问题总结如下:

1 高层建筑结构设计特点

1.1 水平荷载成为决定因素

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1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2次方成正比；所以对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

1.2 轴向变形不容忽视

在高层建筑中，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。

1.3 侧移成为控制指标

它与较低楼房不同的是，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 根据不同类型高层建筑，选择合理的结构体系

2.1 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。

2.2 结构的超高问题

在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，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级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。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。

2.3 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固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，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。

2.4 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。

3 高层建筑结构分析

3.1 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。

3.11 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。

3.12 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(PΔ效应)进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值/H>1/500时，PΔ效应的影响就不能忽视了。

3.13 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。

3.14 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主要是三维空间分析。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简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，按符拉素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

3.21 框架一剪力墙结构

框架一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。

3.22 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。

3.23 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，这里主要讨论三维空间分析。

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。类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析，这里主要讨论三维空间分析。

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简体结构体系，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，目前这是工程上采用最多的计算模型。

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随着我国经济和社会的快速发展，高层建筑的数量日益增多。这些高层建筑大多采用钢筋混凝土剪力墙或剪力墙一简体结构。对高层钢筋混凝土结构设计而言，在设计前期，通过建筑师与结构工程师的密切配合，正确运用结构概念设计理论，优选结构体系，并进行总体结构布置，可以初步得出一个性能良好、造价经济的结构方案，为后续结构设计打好基础。然而，初步设计方案的优劣还需通过对分析软件的计算结果进行研究和判断，来确定结构设计是否合理，以及是否需要进一步优化。因此，对计算结果进行分析研究，是一项很重要的工作。本文结合某高层住宅设计的实例，对分析软件SATWE的计算结果的几项主要内容进行分析判断，并据此对初步结构方案进一步优化，提高工作效率和设计的准确性。

1.高层建筑结构设计特点

1.1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。

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，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

1.3侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷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.高层建筑的结构体系

2.1框架－剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架－剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架－剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架－剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

2.2剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架－剪力墙体系。

2.3筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体－框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

3.高层建筑结构静力分析方法

3.1 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。

3.2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。

3.3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。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。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。

3.4混凝土构件配筋简图

任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。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。随着楼房层数的增多，水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。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。混凝土构件配筋简图是反映梁、柱、墙配筋信息的，设计较为合理的结构一般不会有太多的超限截面，基本上应符合以下规律。①柱、墙大部分为构造配筋，剪力墙符合截面抗剪要求；②梁基本上无超筋，截面不满足抗剪要求或抗扭超限不多。在本结构的计算结果中，除个别的梁有超筋现象外(地震作用引起)。均满足上述要求，说明结构构件布置及截面尺寸选取是合适的，仅对个别超筋梁截面进行调整。

总之，在高层建筑结构设计中，首先运用概念设计理论选定建筑适合的结构体系及结构构件布置，然后应用分析软件对初步结构方案进行计算，按上述几个方面内容对计算结果进行分析研究，可判断出原结构设计不合理之处，这样对建筑结构方案可进行有针对性的修改和优化，使结构设计更趋向合理和经济。

参考文献：

[1]徐至钧，赵锡宏.超高层建筑结构设计与施工[M].机械工业出版社2007.

[2]周云.高层建筑结构设计[M].武汉理工大学出版社2006.

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关键词：转换层；结构设计；特点；注意事项

一、概括转换层结构的几种型式及其设计特点

目前高层建筑的发展趋势，既集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等多功能为一体的综合型建筑。但由于空间功能的复杂化，使得建筑结构也随之变化。为了适应上部小空间下部大空间的功能需要，需在两种结构的交接部位设置过渡结构，也就是所谓的转换层。因高层建筑结构的多样性，也呈现多种形式：

1.1 转换层形式一：板式转换

整体来讲，板式转换的力学性能和经济指标均较差。当上下轴网变化但仍正交时，可采用正交主次转换梁的结构型式来实现转换。板式转换最大的优点是可以在转换层以上随意布置结构型式和轴网，特别适用于建筑物上下部轴网错位复杂甚至互不正交的情况。由于抗剪和抗冲切的需要，转换板厚一般在2M以上，这一方面造成转换层质量和刚度的突变，在地震作用时结构反应增大，转换层上下相邻层更成为结构薄弱层，不利于建筑物抗震；另一方面由于自重和地震作用的增加，下部竖向构件的荷载明显增大，设计难度大。

1.2 转换层形式二：梁式转换

实际工程中，转换层常兼作设备层，转换梁腹部要开设洞口以便设备管道的通过，因此转换梁的计算模型可根据开洞与否以及洞口的相对大小分别取为实腹梁、开孔梁、双梁和空腹桁架等。梁式转换具有传力路径清晰快捷，施工方便，构造简单，工作可靠等特点，转换梁的截面尺寸主要由其抗剪承载力决定，但可通过加腋或采用钢骨混凝土、预应力混凝土等方法来减小截面尺寸。在进行转换梁设计时，要特别注意对转换大梁与上部结构共同工作程度的分析。

1.3 转换层形式三：桁架转换

桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。

1.4 其它转换型式

其它转换型式包括：

①巨型框架它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能，是目前国内建筑结构发展的一个重要方向。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度；巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。

②斜柱转换式可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡，转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下楼层产生的水平力，使转换层设计更加方便。

二、高层建筑转换层结构的设计原则

转换层结构的概念：指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系，为了满足城市建筑功能的要求，那么结构必须以与常规方式相反进行布置，上部小空间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间，布置刚度小的框架柱。转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，所以在设计转换层结构时应遵循以下原则：

（1）布置转换层上下主体竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通，尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通.

（2）弱化上部，强化下部，抗震设计时应保证转换层上、下部主体结构的总剪切刚度比值满足下式 ：式中： 分别为转换层上部第I 楼层、下部第J 楼层的主体竖向结构总剪切刚度。

（3）尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。

（4）优化转换层结构。选择具有明确传力路径的转换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工质量。

（5） 将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析.必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算。

三、转换层结构设计中应注意的问题

3.1与建筑专业的相配合

为了满足建筑的需要，因此高层建筑转换层结构型式的选择必须与建筑相互配合。

（1）转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如巨型框架、拱式转换等型式不仅具有良好的受力性能，而且能满足该类型建筑外观的要求；

（2）转换层结构必须服从于建筑功能的实现，实际工程中常常将设备层兼作转换层，此时转换层中要有足够的空间让设备管道通过，当洞口尺寸超出开孔梁允许范围时，宜用实腹或空腹桁架代替梁式转换。

3.2 转换层结构刚度的合理选择

在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。

3.3 转换层下部主体结构的刚度分布

对于转换层结构来说：竖向刚度突变也是最复杂的问题，是不可避免的。为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足要求，抗震设计时，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。

四、注意事项

4.1 结构转换层型式多且各具特点，设计时应结合工程实际情况加以选用，对于复杂工程可采用多个方案综合比较和选用的方法。

4.2 注重转换层结构的概念设计，合理的结构平面和竖向布置可以从整体上形成良好的抗震体系，保证建筑物的安全性和经济性。

4.3在框架，框架或短肢剪力墙，框架的正交主次转换梁式转换层设计中，应注意选择适当的转换梁刚度，减小由于转换次梁的支座沉降引起的次应力。

4.4在加强转换层下部结构时，要避免由于刚度分布不均匀引起扭转或刚度过于集中而导致不安全。

五、结束语

高层建筑体现一个城市建设的基本特色，承载着城市发展过程的信息。为此，高层建筑的发展也是塑造城市新特色的重要条件。然而如何将现代的高层建筑更更好的与城市建筑中的各个因素相应的结合起来，有效地把建筑风格融合到城市的环境中去设计，是每个建设者需要考虑的问题。

参考文献：

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关键词：高层建筑；结构设计；原则；问题；对策

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.106

随着经济的发展和科技的进步，我国的高层建筑技术也得到了飞速发展。高层建筑有效地解决了城市建设用地严重不足的问题，提高了土地的利用率，符合社会和经济发展的需要。但是由于高层建筑自身的特点，所以高层建筑的建设对于技术的要求特别高，其结构设计要充分考虑各种因素的影响。

1 高层建筑结构设计应该遵循的原则

为了适应人们的不同要求，现代化的高层建筑种类繁多，形式各异。这就对高层建筑结构的设计者提出了更高的要求。设计者在设计高层建筑的结构的时候，不仅要考虑到高层建筑的性能，也要考虑到人们的审美需要。

（1）根据要求讨论并确定合适的设计方案。现代任何一个建筑要想顺利施工，必须先要制定一个科学合理的设计和施工方案。设计者必须综合地理地质、物理、设计、计算机技术等各个领域的知识来进行高层建筑结构的设计。通过综合分析各种影响因素，确保设计方案的可行性和实用性。

（2）抗震设计要合理。拥有良好的抗震性能是对现代高层建筑的基础要求之一。设计者在进行高层建筑结构设计的时候，要充分考虑到施工地点的地质结构和板块构造的特点，通过分析该地的地震频率和级别等数据，有针对性地进行高层建筑结构设计。保证抗震设计的合理性，保护人民群众的生命财产安全。

（3）保证高层建筑结构设计的完整性。在对高层建筑结构进行设计的过程中，设计者要保证高层建筑结构设计的完整性，不同的建筑结构的承载力不同，导致高层建筑的整体性能也各不相同。因此，在设计的过程中要充分考虑到不同的结构的性能以及各种构件的承载力情况，以便于各种构件的组合能够发挥出最大的作用。同时还要重视气候等自然因素对高层建筑的影响，科学合理地设计高层建筑的结构。

（4）对计算结果进行精准的分析。对计算结果进行精准的分析是进行高层建筑结构设计最重要的工作，只有保证计算结果的准确度，才能从结果中提取有用的信息，保证建筑工程施工的安全性。为了保证计算结果的准确度和提高工作的效率，设计人员应该选择合理的计算机软件进行分析，但是不能完全依赖于计算机，还要结合自己的经验做出准确的判断，保证计算结果的可靠性。

2 高层建筑结构设计存在的问题

（1）超高问题。高层建筑最大的特点就是高，但是很多开发商为了追求利益的最大化，经常要求增加高层建筑的高度，而高层建筑超高，容易增加安全隐患。高层建筑受技术、施工材料、环境等各方面的影响很大，如果只是一味地追求高度，也会增加施工成本、延长工期，并且使高层建筑的安全性得不到保证。

（2）扭转问题。扭转问题是提高高层建筑抗震抗风性能的关键问题，也是近年来世界各国高层建筑研究的核心问题。由于受地形等因素的影响，导致在进行高层建筑结构设计的时候不能保证建筑的完全对称，就会导致扭转问题的出现。因此，设计者在进行设计的时候要力求高层建筑的对称性，保证高层建筑的刚度和质量有效结合，最大可能地避免扭转问题的出现。

（3）受力与承载问题。高层建筑在施工的过程中必然会使用很多机器设备，楼层越高，机器设备的数量就越多，会增加高层建筑的压力。如果设计的时候没有考虑周全，或者使用的建筑材料不达标，将会导致高层建筑的受力与承载力出现问题。

（4）抗震结构问题。抗震问题主要是高层建筑刚度的选择问题。如果不能根据不同建筑地点的地震情况来选择合适的刚度构造，就会导致高层建筑的抗震结构设计不合理，增加高层建筑的危险性。

（5）抗风结构问题。“树大招风”。高层建筑过高当然会受到风力的影响，而很多设计者在进行高层建筑结构设计的时候，很容易忽视这一点，导致高层建筑在遇到强风的时候，容易发生倒塌事故。

3 高层建筑结构设计存在的问题的对策

（1） 针对超高问题。高层建筑结构设计者在设计的时候要结合理论和实际，严格限制高层建筑的高度，保证高层建筑保质保量按期完成。

（2）针对扭转问题。为了避免地形因素破坏水平荷载作用，从而导致扭转问题的出现，设计者要设计科学合理的高层建筑结构，尽可能保证高层建筑的对称性，有效地解决高层建筑的扭转问题。

（3）针对受力与承载问题。在进行高层建筑结构设计的时候，设计者要准确地计算出高层建筑的地基承载能力以及各楼层的承载能力，对于承重墙和承重柱的质量和结构要严格把关，保证高层建筑的受力均匀，提高高层建筑的承载能力，增强高层建筑的安全性和实用性。

（4）针对抗震结构问题。为了有效地增强高层建筑的抗震性能，设计者在进行高层建筑结构设计的时候，要对施工地的地质、地震的级别和频率进行实地勘察，为高层建筑的抗震设计提供依据。同时要根据实际情况选择合适的建筑材料，保证建材的质量，并对施工过程进行监督，避免施工单位偷工减料，从而有效地保证高层建筑的抗震性能。

（5）针对抗风结构问题。设计者在进行高层建筑结构设计的时候，一定要考虑到风力对高层建筑的影响。结合分析施工地的风向和风力，对高层建筑的结构进行科学合理的抗风设计，为高层建筑的顺利施工和安全使用提供保证。

4 总结

社会的发展对高层建筑的样式、性能等要求越来越高。因此，为了不断满足社会发展对高层建筑提出的新要求，高层建筑设计者要对高层建筑的结构设计不断进行探索，从而不断提高高层建筑的质量和使用寿命，提高人们的生活水平和生活质量，促进我国建筑行业的长远发展。

参考文献：

[1]罗军.高层建筑结构设计中存在的问题及对策分析[J].建材与装饰，2014（15）：6-7.

[2]余晓阳.高层建筑结构设计中存在的基本问题及对策简析[J].建筑工程技术与设计，2015（29）：432.

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关键字：高层建筑 结构设计 特点 要点

中图分类号：TU97 文献标识码：A

引言

近年来，高层建筑逐步成为建筑业的重要建筑模式，由此建筑结构变得越来越复杂，同时人们对建筑功用性的要求也越来越高，由此做好高层建筑结构设计不仅关系到建筑建设的效益和效能，同时是满足人们对建筑要求的途径。当下，建筑安全问题已成为人们普遍关注的问题，建筑事故的层出不穷，究其原因，建筑结构设计问题难辞其咎，由此，如何在满足建筑日益增长的要求的基础上完善高层建筑结构设计就变得尤为重要。

1 高层建筑结构设计原则

1.1 选择合理的结构方案

在高层建筑的结构设计中，要选择经济合理的结构方案，从而保证结构设计的合理和安全。在结构设计方案的选择中，要注意对材料的要求、施工环境的综合考虑，同时要考虑地震区高层建筑设计的特点，要力图遵循平面和竖向规则，规避结构方案的不适性。在结构设计方案的选择中，要与建筑施工单位和基础设施供应方进行协商，从而选择合适的高层结构设计方案，充分发挥结构设计的效用。1.2 选择合适的基础方案

对建筑进行结构设计，要充分考虑建筑所在地的周边环境，要对工程的地质条件以及周围建筑的施工及特点做好调研，充分保证后续建筑过程与周边环境的和谐统一。建筑结构设计中要选择合适的基础方案，基础方案要体现结构设计的方方面面，要尽量显示建筑的全貌，同时要考虑建筑的经济成本和效益，最大限度发挥建筑周边条件的作用，保证建筑的正常实施。

1.3 选择合适的计算简图

高层建筑的结构设计要选择适当的设计简图，由此可以防止由于计算简图选择不当导致的建筑安全隐患的发生概率。建筑结构计算是以计算简图为基础的，所以结构设计中要特别注重计算简图选取问题，从而可以保证后续结构计算的准确和建筑设计的安全。当然，建筑实际结构与选取的计算简图之间允许存在合理的误差，但是要尽量把工程实际控制在计算简图精度要求范围内。

1.4 分析所得到的计算结果

当下，信息技术飞速发展，由此也带动了建筑结构设计对计算机软件的应用。由于不同计算机软件会产生不同的计算结果，所以要对不同结果进行分析处理。由此，建筑结构设计人员就要具备专业的建筑结构设计理念和知识，更要对计算机软件有充分详细的了解，便于对计算机计算结果进行客观分析。由于操作人员自身的问题或者计算机软件具有的自身误差，使得计算结果与实际情况出现一定的差异，这时就要求结构设计人员客观判断并予以纠正。

2 高层建筑结构设计的特点

（1）结构延性是重要的设计指标

相对于低楼层而言，高楼层具有独特的特性，高楼层拥有更好的柔性，由此，高层楼房在遭受地震的时候更容易出现变形。所以在建造高层建筑的过程中，就要充分考虑如何保证高层建筑的延性，从而保证高层建筑进入塑性变形阶段之后仍然有较好的变形能力，防止坍塌现象的发生。由此就要在建筑结构设计阶段采取恰当的措施保证建筑结构的延性。

（2）水平载荷成为决定因素

高层建筑的设计和建造过程区别于低层建筑，不仅要考虑竖向载荷，同时要考虑水平载荷的影响。在建造高层楼房时，水平载荷的影响作用也非常重要。水平载荷之所以发挥如此重要的作用是因为在高层建筑设计中要充分考虑抗侧力，而水平载荷可以起到平衡作用。除此之外，对某高度的建筑来说，竖向载荷基本是一个定值，而作为水平载荷的风载荷和地震作用，则随着结构动力特性的不同而浮动。

（3）轴向变形不容忽视

在有外力作用的情况下，建筑结构会发生一定的位移，包括弯曲、轴向变形和剪切变形。对于低层建筑的结构，一般的结构构件轴向和剪切变形的影响相对小，由此不会涉及到轴向变形和剪切变形问题的考虑。但是高层建筑的轴力相对较大，由此产生的轴向变形就会比较显著，由此在建筑结构设计中就要把轴向变形考虑进去。

3 高层建筑结构设计的要点

3.1 结构的超高问题

抗震规范中对建筑结构的总高度进行了严格限制，新规范中增设了B级高度，这与原来设定的A级高度在处理办法方面有很大的改变。所以在工程实践中，就要充分考虑建筑的超高问题及处理措施，在结构设计过程中要充分根据工程的实际进行抗震设计，防止建筑物结构过高导致的不安全因素。一旦在工程实际过程中忽视建筑物的超高问题，在工程后续施工过程中就会出现一系列的问题，这就会对工程工期和效益造成严重的损害。

3.2 短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙在规范中是这样定义的：墙肢截面高厚比为5-8的墙。实践表明，短肢剪力墙在高层建筑中的运用有更多的因素加以限制。因此，高层建筑结构设计过程中，就应当根据情况尽可能少的使用就要尽量避短肢剪力墙，从而减少由于短肢剪力墙的使用造成了不必要的麻烦，所以，在高层建筑的设计过程中，要特别注重工程的细节问题，从而提高工程建设的进度。

3.3 嵌固端的设置问题

高层建筑通常都有地下室和人防，由此嵌固端的设置位置可能在地下室顶板，也有可能在人防的顶板。在进行高层建筑结构设计的过程中，结构设计人员要特别注意嵌固端的设置问题，防止由于嵌固端设置所造成的问题。比如说嵌固端上下抗震等级的一致性问题和抗震缝设计与嵌固端位置的协调问题等等，由此可能造成结构设计的不合理，导致安全隐患的产生。

4 结语

高层建筑是一种更为复杂的建筑模式，近年来，高层建筑发展迅速，然而建筑的结构设计效果并不理想，建筑安全问题发生的频率相对较高，由此在高层建筑结构设计过程中，建筑结构设计人员更应该根据建筑结构的特点，认真考察建筑具体实际，从而设计出合理的设计方案，保证建筑的安全性和稳定性，发挥建筑的效益，从而满足建筑使用群体的要求，同时为建筑业的更快更好发展做出贡献，使得建筑业可以有更长足的发展空间。

参考文献

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[2]宋金兰.浅谈高层建筑结构设计问题[J].中国新技术新产品，2012（10）

[3]张瀚.关于高层建筑结构设计问题探讨[J].中国新技术新产品，2012（23）

[4]王续晶.高层建筑结构设计问题探讨[J].价值工程，2011（9）

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【关键词】高层建筑 结构设计 问题及对策

1. 引言

伴随社会的发展和科学技术的提高，建筑结构不断发生着变化，建筑物的高度也变得越来越高，特别是跟随城市化进程速度加快，高层建筑逐渐增多，但由于高层建筑自身的复杂性 和独特性，故其结构设计具有更大的难度，所以必须对高层建筑的结构设计进行优化。首先应该理解高层建筑设计特点，其次吃透高层建筑设计的原则，进而探讨解决高层建筑设计中存在的问题和解决的办法。

2. 高层建筑结构的特点

高层建筑与多层建筑存在着很大差异，其承受竖向与水平双重荷载作用，竖向荷载主要由高度控制，而水平荷载大小则由当地自然环境（风荷载）及地理条件（场地类别、抗震设防烈度）等决定。多层建筑高度低且自轻，所受水平荷载通常较小，甚至可以忽略；而高层建筑高且自重大，所受地震力及风荷载比多层建筑要大很多。目前，高层建筑越来越高，空间可视性的高要求导致结构越来越柔，这就要求结构设计工作者必须竭尽全力地将位移/变形控制在规范要求范围之内。由此可见，抗侧力构件的设计是高层和超高层结构设计的关键，从规范条文对侧向刚度比、受剪承载力比、抗侧力构件的连续性等要求上也看出抗侧力构建的重要性。

3. 高层建筑结构设计基本要求

（1）合理地选择计算简图和假定

在结构设计过程中，应选择符合客观实际的计算简图，如果计算简图选择不当，将会对房屋结构的安全埋下隐患，且经济性不佳。所以科学合理的构造方法和结构节点设计的精细化可缩小设计和实际的差别，进而实现计算简图合理性。结构设计软件的应用使结构设计的效率得到了极大地提高，但其中有软件的假定需要设计人员根据实际情况进行确定。如：PKPM软件中刚性楼板假定、中梁刚度放大系数等等。

（2）合理地选择设计基础。

在设计的基础上，需要根据高层建筑的地质条件进行合理的选型。综合分析高层建筑的结构形式和荷载分布，综合考虑施工条件及相邻建筑的影响。应该指出的是，选择的基础上的程序是需要使基础的潜力得到最大的发挥。如：桩基础设计中，负摩阻力系数的取值大小。

（3）合理地选择结构形式和竖向构件布置方案。

合理的结构方案必须满足高层建筑设计规范要求，并采用合理的结构布置、最简单的受力模式是经济性最佳的结构设计方案。在选择合理的结构方案时，还需要对地质条件、地方标准、施工技术、建筑材料等进行综合分析，才能得出造价最低，结构形式最合理的方案。

4. 高层建筑结构设计存在的问题与应对措施

（1）地基与基础的问题

高层建筑地基与基础对设计要求较高。有的建筑地基与基础的设计没有全面考虑荷载作用分布，例如筏板基础设计中，对主楼和裙楼范围内的基础没有较好地考虑到荷载的偏心或筏板的埋深问题。对于有地下室的高层建筑要考虑到地下室的局部填土、抗浮措施、人防设置、消防水池、消防车道等等的影响。对筏板基础的梁板进行配筋的时候，可扣除底板上梁的自重荷载作用，当四角和四边地基的反力太大时，要对配筋进行加强处理。若采用桩基础，需考虑土的沉降对桩身产生负摩阻力的影响，随着时间流逝，负摩阻力逐渐变小，故可采用桩身涂抹特殊材料来降低负摩阻力对承载力的影响，从而可以达到良好的经济性。

（2）高层建筑的扭转

规范中的高层建筑的扭转位移有严格的要求，而扭转的发生主要是因为结构的“三心”未重合（“三心”即刚度中心、结构重心、几何形心），导致水平荷载作用下主体结构产生扭转、振动，故在确定建筑方案时，需优化平面布置，尽量达到“三心”合一 。

（3）建筑抗震

建筑抗震对建筑物的使用性能和使用寿命有着重要的作用，而它又是设计中比较困难一部分。因此在设计过程中，力求是结构中所有的构件具有较高的延性。第一步，选择可接受的塑形变形体系；第二步，通过人为增大各部件的抗剪能力；第三步，通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑形耗能能力。

5. 结束语

高层结构设计是一项技术性很强工作。随着建筑业的蓬勃发展，对建筑造型和功能的需求也越来越高，所以对结构设计提出了更高的要求。

本文以高层建筑结构设计为中心主题，探讨高层建筑结构的特点，高层建筑结构设计基本原则，高层结构设计中存在的复杂问题希望能引起更多人的进一步关注，能在实践中起到指导作用。

参考文献：

[1]王续晶.高层建筑结构设计问题探讨[J].价值工程，2011（25）

[2]黄琛雄.高层建筑结构设计中常见的几个问题及对策[J].中华建设，2007912

[3]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005

[4]孙凯 . 高层建筑结构设计的问题及对策探讨 [ J ] . 价值工程，2010（6）