高层建筑结构的设计原则范文

导语：如何才能写好一篇高层建筑结构的设计原则，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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关键词：高层建筑；结构设计；策略

Abstract: with the rapid development of economy, high-rise buildings in most of our cities also have emerged. For high-rise building structure is concerned, its choice of structural system, and more importantly and load factors, therefore, this paper discusses the structure of the high-rise building design must first with different structure system based on the influence of, choose the most reasonable scheme.

Keywords: high building; Structure design; strategy

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

1高层建筑结构设计的原则

适用、安全、经济、美观、便于施工是进行高层建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。

结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;高层建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。结构设计决定高层建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。

2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，结构专业在各

专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平

面的布置、立面体形、楼层高度、施工技术的要求、施工工期长短和投

资造价的高低等。其主要特点有：

2.1 水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向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（N=WH）；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比(水平均布荷载：M=1/2qH2，水平倒三角形荷载：M=1/3qH2)，如图一示。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2 侧移成为设计的控制指标与低层或多层建筑不同，结构侧移成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H 的4 次方成正比：

此外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：①因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，因P- 效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏；②使居住人员产生不安全感；③使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用。

2.3 抗震设计要求更高，延性成为结构设计的重要指标有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散”能力的大小，即决于结构延性的大小。延性是表示构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能，通长采用延性系数μ来衡量延性的大小，μ=u/y如图2。

3.3概念设计与理论计算同等重要

概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。概念设计带有一定经验性。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出其主要内容为：应特别重视建筑结构的规则性(包括平面规则性和竖向规则性)；合理选择建筑结构体系包括：a.明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；b.避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；c.结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力；采取必要的抗震措施提高结构构件的延性。

3高层建筑的结构体系

3.1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。

3.2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。

3.3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，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。

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。

4结语

总之，高层建筑的高度和数量，从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度但对于高层建筑亦应适当控制，即要与原有建筑相协调，还要与城市历史特点相协调。

参考文献

[1]吴晓琳。浅析高层建筑结构设计与特点[J]。中国高新技术企业，2009（11）

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【关键词】抗震理念；高层建筑；结构设计；应用

引言

一、抗震理念设计的理论概述

（一）抗震理念设计的概念

抗震理念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑结构总体布置，并确定细部构造的过程，概念设计指的是在不经过计算的基础上，由工程师基于设计理论基础和施工经验进行设计，并对当前的设计方案和设计概念进行评估，从而评估出符合抗震需求的设计方案。它包括分析、综合和评价三个步骤。

（二）抗震理念设计在高层建筑结构设计中的作用

高层建筑结构设计是一个复杂的过程，人们对地震时的结构认识存在局限，再加上材料性能和施工安装的变易性、模拟地震波的模糊性等因素的影响，进一步增加了高层建筑结构的不稳定性，因此，高层建筑结构设计应该重视抗震概念设计。在依据数值计算的基础上增加实践经验元素，有时甚至比分析计算更重要，抗震设计理念的应用，可以很好地满足能居民对建筑物安全性能的实际需要。高层建筑结构设计中抗震概念设计的利用必须引起高层建筑结构工程设计师的广泛重视，使其严格遵守抗震概念设计中的相关规定，摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区，按照结构设计计算原则，再结合地区的抗震规范，最终保证高层建筑结构的抗震性能，保障居民的人身财产安全。

（三）抗震理念设计的基本原则

1、结构的整体性

在高层建筑结构中，楼盖的整体性对高层建筑结构的整体性作用非常重要，相当于水平隔板，具有聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力子结构的作用，因此，这些子结构必须具备很强的抗震能力。当竖向抗侧力子结构分布不均匀、结构布置复杂以及抗侧力子结构的水平变形特征存在差异时，整个高层建筑就依靠楼盖使抗侧力子结构进行协同工作。

2、结构的简单性

结构的简单性指的是结构在地震作用下具有明确、直接的传力途径。在高层建筑抗震设计规范中明确规定“结构体系应该有明确的计算简图与合理的地震作用传递途径”，只有结构简单，才能对结构的位移、内力以及模型进行准确分析，把握高层建筑抗震的薄弱环节，及时采取相应的措施，避免其出现。

3、结构的刚度

在地震作用下，结构的刚度和抗震能力大小是双向的，确定结构的刚度，然后合理的布置结构，能够抵抗任意方向上的地震作用。通常状况下，地结构沿着平面上两个主轴方向都应该具有足够的刚度与抗震能力，不仅仅要控制结构变形，还要尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击。避免结构发生较大变形时产生重力二阶效应，导致结构失衡而被破坏，进而导致高层建筑的抗震性大打折扣。

4、结构的规则性与均匀性

高层建筑的竖向和立面的剖面布置应该规则，结构侧向刚度的变化应该均匀，以免传力途径、侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变，防止结构在竖向上的某一楼或少数楼层之间出现薄弱环节。

二、抗震理念在高层建筑结构设计中的应用

（一）抗震理念设计在结构体系上的应用

高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计的关键，抗震概念设计在结构体系上的应用，应依据高层建筑物的高度以及抗震等级选择合适的抗侧力体系，通过概念近似计算，确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。为了保证建筑抗震概念设计的经济性与安全性，应该注意以下三个方面：其一，选择建筑结构体系时，对部分结构或者部分构件的破坏而导致整体建筑结构体系丧失对抗震能力或者重力荷载的承载能力坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能；其二，选择建筑结构体系时，不仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线，还应有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图，符合不间断的抗震分析；其三，鉴于结构体系的变形能力取决于组成结构的构件和连接的延性水平，延性是建筑结构设计的重要指标，提高延性水平，可以通过采用竖向和水平向混凝土构件来实现，增强对砌体结构的约束，即使地震中，配筋砌体开裂也不会倒塌或散落，保证高层建筑不至于丧失的重力荷载能力。

（二）抗震理念设计在结构构件上的应用

高层建筑抗震的实现需要各个构件的支撑，因此，抗震结构体系中的各个构件都必须具有一定的刚度与强度，并且还应该具有可靠的连接性。高层建筑的结构体系是一个多层次超静定结构，因此其抗震结构也应该设置多道抗震防线，这样在地震作用下，即使一部分构件先被破坏，剩余的构件依然具备支撑的作用，形成独立的抗震结构，承受地震力与竖向荷载。因此，合理地预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置，适当调整构件的强弱关系，形成多道抗震防线，实现对高层建筑结构体系的合理控制，是结构抗震耗能的有效措施之一，更是建筑抗震结构概念设计的重要内容。

总结

高层建筑具有层数多、体量大、工期长等特点，因此，结构设计较为复杂，抗震理念的应用更是加大了设计的难度，作为高层建筑结构设计中的重要组成部分，高层建筑结构设计应合理科学，可以有效提高高层建筑的抗震性。因此，相关设计人员应该熟练掌握设计的相关概念和知识，灵活运用抗震概念设计，全面考虑各项因素，保证高层建筑工程的质量和安全系数，尽量为我国设计出更多的精品建筑。

参考文献：

[1]华颖. 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J]. 中华民居（下旬刊），2013，06：27-28.

[2]周定前. 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J]. 中华民居（下旬刊），2013，05：64-65.

[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[J]. 辽宁工程技术大学学报，2007，02：222-224.

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关键词：高层建筑；结构设计；结构体系

引言

随着科技和社会的不断发展和进步,高层建筑在城市化建筑中的比例也越来越大。高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。因此要重点对高层建筑的结构设计进行研究，高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析,运用掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

1高层建筑结构的特征

高层建筑结构不但承受着垂直方向的荷载，同时也承受着由外界的风产生的水平方向的风荷载，并且对于抵抗地震的能力也有相当高的要求。一般情况下的低层建筑受到结构水平方向上的风荷载的影响比较小，然而在高层建筑中，外界水平地震和风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑在风荷载作用下的水平位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此，在进行高层建筑结构设计时，首先要控制侧向位移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。

2高层建筑结构设计的原则

2.1选择合理的高层建筑结构计算简图

在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构设计不合理而发生事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，结构设计应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不再是简单的钢节点或者饺节点，我们要保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2.2选择合理的高层建筑结构基础设计

按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的基础类型。

2.3选择合理的高层建筑结构方案

合理的结构设计方案在满足安全的前提下必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

2.4对计算结果进行准确的分析

随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。

2.5高层建筑的结构设计要采用相应构造措施

高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

3高层建筑结构体系的选型

建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。

根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小屁偏心受压构件。

根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。

4高层建筑结构的相关问题分析

4.1高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2高层建筑结构设计短肢剪力墙的设置问题

我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5~8的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3高层建筑结构设计嵌固端的设置问题

一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4高层建筑结构的规则性问题

在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

5结束语

随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求也越来越高，高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。在高层建筑结构设计中,结构工程师要遵循结构设计的原则，重视结构计算的准确性和结构方案的合理性，做出符合具体实际情况的结构设计。

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关键词：建筑结构；原则；体系；结构设计

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化,城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层住宅建筑得以快速发展。文章结合笔者多年的设计实践和体会,就高层住宅建筑工程结构设计中的一些问题加以探讨。

一、高层建筑结构的特征

高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此，在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。

二、高层建筑结构设计的原则

2.1选择合理的高层建筑结构计算简图在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2.2选择合理的高层建筑结构基础设计按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。

2.3选择合理的高层建筑结构方案合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

2.4对计算结果进行；隹确的分析随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。

2.5高层建筑的结构设计要采用相应构造措施高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

三、高层建筑结构体系的选型

根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢筋混凝土混合结构体系以及钢筋混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足，钢筋混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢筋混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小屁偏心受压构件。

根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架一剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑 通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架一剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架一剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。

四、高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1高层建筑结构存在着超高的问题基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2高层建筑结构设计短肢剪力墙设置我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5～8的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3高层建筑结构设计嵌固端的设置一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4高层建筑结构的规则性在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

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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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【关键词】高层建筑；结构设计；选型

高层建筑的发展，一定程度上反映了一个国家的科技水平和综合国力。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下，为了进一步节约材料、降低造价，高层建筑正在不断的更新，设计理念也在不断的发展。作为一个庞大复杂的系统，高层建筑的结构设计，一方面要满足包括抗震，抗风等在内的安全性能的要求，另一方面，也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。

1高层建筑结构的特征

高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此，在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。

2高层建筑结构设计的原则

2.1选择合理的高层建筑结构。在计算简图在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2.2选择合理的高层建筑结构。基础设计按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。

2.3选择合理的高层建筑结构方案。合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

2.4对计算结果进行准确的分析。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。

2.5高层建筑的结构设计要采用相应构造措施。高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

3高层建筑结构分析与设计方法

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。

对于框架-剪力墙体系来说，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。

4高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1高层建筑结构存在着超高的问题。基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2高层建筑结构设计短肢剪力墙设置。我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5～8 的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3高层建筑结构设计嵌固端的设置。一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4高层建筑结构的规则性。在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

5结语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，本文只是就其中的几点作了简要分析，只有充分了解了高层建筑结构设计的特点，才能做出更加优秀的设计。

参考文献：

[1]孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011，25：88-89.

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关键词：高层建筑结构设计；抗震概念设计；重要性；应用

中图分类号：TU2文献标识码： A

一、抗震概念设计的含义和原则

（一）基本含义

高层建筑结构设计中的抗震概念设计是指根据地震灾害和建筑设计的相关原则进行高层房屋的建设，在设计的时候要从高层建筑的整体结构来考虑抗震设计。具体抗震概念设计就是制定正确合理的抗震设计方案，重视抗震材料的选择以及结构设计，保证高层建筑的抗震性。现在抗震概念设计是设计师在设计房屋时，考虑的关键问题，特别是高层建筑结构设计。

（二）原则

结构设计要相对简化，结构设计要有明确的目标和直接的作用。简单的结构设计能够有效地对建筑模型、建筑的位移等等情况分析，保证设计各方面的完善，增加结构设计的抗震性预估的准确性。抗震概念设计要保证结构刚性和抗震能力，合理的结构设计可以有效地减少地震对建筑的损害，建筑结构要具备足够的刚性和抗震能力才能真正实现抗震的目标，结构刚性要合理地把握，刚性过大不仅不能减少地震对建筑的损害，还会造成建筑结构的变形，影响建筑的质量。抗震概念设计要重视建筑楼盖的设计，建筑楼盖将建筑整体的力量分布到不同的部位，将压力平衡。当建筑某个部位出现变化或者损害时，建筑楼盖可以协同其他结构工作，保证建筑的质量。

二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的必要性

抗震概念设计在高层建筑结构设计中发挥十分重要的作用，设计师在设计高层建筑时，不能忽视抗震概念设计。地震发生时对建筑的损害无法估计，存在很大的不确定性，再加上高层建筑内部结构的复杂性，无法准确的预测地震会损害高层建筑哪个部位，造成怎样程度的损害。设计师在结构设计时，会仔细地分析地震带给高层建筑的影响，在实际的施工过程中，重视材料的应用，增强建筑的牢固性。但是建筑材料后期的变化以及地震中不确定的因素，都会与实际地震带给建筑的损害有很大的差别，这样地震同样会给建筑造成伤害。结构设计时对建筑和地震的相关数据进行分析和预估十分必要，但是高层建筑结构设计不能仅仅只是依靠数据分析来完成，更主要的是在实际的高层结构设计中重视抗震概念设计，从本质上提高高层建筑的抗震能力。

随着抗震概念设计在实际设计中的不断应用和发展，现在的抗震概念设计更加的成熟和完善。合理地应用概念设计可以更好地保证建筑的质量和安全，提高结构设计的可靠性。汶川地震发生后，设计师更加重视抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用。通过对实际地震中的数据分析，制定相应的结构设计方案，排除结构设计中不必要的设计，将设计的重点放在抗震概念设计上，提高建筑的抗震能力。这些数据分析和结构设计方案，为设计师下阶段的抗震结构设计有很大的参考价值，提高高层建筑结构设计的质量，有利于高层建筑的顺利建造。

三、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

（一）选择有利的地形建造高层建筑

地形是造成地震发生的一个重要原因，很多的地震事件证明了地形对地震的影响，所以在建筑建造前要实地考察相关的地形，对当地的地理环境有详细地了解，有利于后期的建筑建造。一般建筑的选址要考虑地形、土质、地表等问题，要选择土质较硬，稳定性好的土地，保证建筑的质量。表层覆盖小、土质硬的土地可以有效地降低地震对建筑的伤害；表层覆盖厚、土质较软的土地会放大地震的作用，加重建筑的损害程度。土质越软的土地地震效应越大，造成的损失也越大。在抗震设计时尽量避免松软的土地，当无法避免危险地形时，要加强抗震概念设计，在建筑的施工期间有意识地加强建筑的牢固性和抗震能力，保证建筑的质量和安全。

（二）合理地设计建筑的平面和立体造型

建筑的平面设计和立体设计是建筑结构设计的前提和基础，建筑的平面和立体造型是将建筑的刚性和质量相结合的手段，在设计的过程中要追求建筑造型的简单化，不要设计过多的不规则造型。不规则的建筑在地震过程中容易变形，造成更严重的损失，也要严格地控制建筑的高度，高度越高，地震效应越严重。如果在设计过程中必须要求设计不规范的建筑造型，这时候设计师要特别注意建筑的抗震设计，在建筑特定的部位设置防震线，将不规则的建筑分成几个单独的部分，有利于减少地震对整个建筑造成伤害，建筑的隔离可以降低地震对建筑的损伤。建筑造型尽量简单规范，可以很大程度上提高建筑的抗震能力。

（三）合理地设计建筑的内部结构

内部结构的设计要根据建筑本身的抗震能力、建筑高度、材料使用、地形等特点来确定。综合所有相关的因素来设计内部结构，制定合理的设计方案。建筑的内部结构要符合建筑对称和力量均衡的原则。建筑楼梯的设计尽量避免交叉的情况，提高楼梯的质量。在地震中往往很多情况因为建筑的内部设计，建筑受到致命的损害，所以建筑的结构设计，不仅要保证整个建筑的安全设计，还要重视细节的设计，这样才能保证整个建筑的安全性。

（四）重视建筑结构的整体一致性

建筑结构每部分的协调工作才能保证整栋建筑的质量，建筑任何一个小部件出现问题，都会对建筑的整体质量造成影响。保持建筑结构的整体一致性，能够有效地抵抗地震的伤害，将损伤降到最低。建筑结构的抗震能力的综合体现就是建筑结构的稳定性和整体性，建筑结构的稳定性和整体性在抗震过程中发挥关键作用。在具体施工中，要选择稳定性和整体性强的材料建造房屋，防止材料发生变化，造成整个建筑出现位移的情况，建筑位移问题的解决，可以很好地保证建筑整体的质量。在施工时也可以放松墙面的要求，提高建筑结构的整体性。

（五）减少非结构部分的设计

建筑的填充墙、墙、楼梯踏步板、以及其他装饰建筑的设计部分都会或多或少地影响到建筑的抗震能力。地震的变化性很强，杀伤力也很大，对建筑不会有选择性的破坏，这些非结构部分也会是损害的对象，但往往正是因为这些非结构部分的设计加重了建筑的损害程度。非结构部分会对建筑结构的其他部分造成影响，破坏结构本身的稳定性和整体性，出现意外状况。建筑结构设计时，减少非结构部件的设计，一定程度上减轻了地震灾害，保证建筑结构的稳定性，还提高了建筑的抗震性。

四、总结

随着社会不断发展，建筑高层化是建筑业发展的必然趋势，高层建筑要想在地震灾害中“存活”，设计师必须要重视抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用。设计师要树立正确的设计观念，对抗震概念设计有清晰的认识，提高自身的概念设计能力，在设计过程中不断创新和发展，提高高层建筑结构设计水平，促进高层建筑发展。

参考文献：

[1]华颖.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,（6）

[2]周定前.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,（5）

[3]冯新波,马春玲,孙景芳.浅议高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].科技致富向导,2009,（10）

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【关键词】中高层建筑；结构体系；优选探讨

由于我国在中高层建筑的设计施工方面起步较晚，设计经验不足在一定程度上影响到建筑结构的优化选型。建筑结构体系的不合理布置影响了经济性，同时对建筑功能造成了一定的影响。因此，我们应充分了解高层建筑各主要结构类型的结构特点、适用范围等，采用先进的结构理念和精确的计算方法，分析比较综合经济效益，正确处理建筑结构体系的选型问题，实现安全可靠、经济实用的中高层建筑结构设计。

一、中高层建筑的基本结构体系

（一）框架结构体系

框架结构体系是指在纵横两个方向利用梁柱组成的框架体系，能够同时承受水平荷载与竖向荷载和，其主要优点是建筑的平面布置比较灵活，能够形成较大的建筑空间，且建筑立面的处理工作也较为容易；然而，框架结构侧向刚度较小。一旦建筑的层数过多，就会使其在水平力作用下产生过大的侧移，进而引起非结构性构件的破坏，使其不能够正常使用。

（二）框剪结构体系

框架-剪力墙结构的主要是框架结构中布置一定数量的剪力墙，是框架结构和剪力墙结构的优化结合。由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结构的位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。但是由于框架部分的影响，其结构自重较大，适用高度受限。

（三）剪力墙结构体系

通常情况下，我们把由纵横向墙体所组成的抗力体系叫做剪力墙体系。建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时，这种墙体既承担竖向荷载，同时承担风力或地震作用传来的水平荷载。当墙体处于建筑物中合适的位置时，能起到对空间的分割作用。该体系的缺点是剪力墙的间距有一定限制，故不可能开间太大，对需要大空间时就不太适用。

结构设计时需要充分考虑结构的扭转效应，在两个互相垂直的方向上都设置上相应的剪力墙结构，并要求墙体能够做到上下对齐，避免产生刚度突变现象[1]。

（四）筒体结构体系

筒体结构，是指由一个或几个筒体作竖向承重结构的高层屋结构体系。一般来说，筒体结构可分为框架-核心筒结构、筒中筒和多筒结构等。采用这种体系的建筑，其平面最好是正方形或者接近正方形。

筒体体系适用于层数较多的高层建筑。当高度较高时，宜采用外框架、内核芯筒结构；再高时，则最好采用筒中筒结构，即采用外框架筒和内核芯筒结构。这类结构外框架筒可以开窗，以满足采光要求，在内筒中布置电梯井、管道竖并及生活间等。

（五）混合结构体系

多种不同材料构件组成的结构体系称为混合结构体系。采用混合结构体系，实际上是各种构件的优化组合。

型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢（包括轧钢型钢与焊接型钢）的构件。一般也配置一些构造钢筋及辅助受力钢筋，型钢混凝土可制作成柱、梁、剪力墙、筒体等。它们的特点是强度高、刚度大、断面小、延性与抗震性能好，防火性能好等。

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。钢管混凝土在结构上能够将钢管、混凝土二者的优点结合在一起，提高混凝土抗压强度和钢管的刚度，从而大大地提高了承载力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中（如厂房和高层）。

二、中高层建筑结构体系的影响因素与布置原则

（一）影响中高层建筑结构体系的优选的因素

在进行中高层建筑结构体系的结构优选中，由于设计师的设计经验不足、结构设计概念不清晰以及对整体建筑形式把控不足，使其对建筑结构的选型产生一定影响，不能做到安全和经济性并重，不能最大程度的实现建筑功能、适用建筑空间和建筑美观要求。

（二）中高层建筑结构体系的优选原则

1、结构构件的布置原则

平面布置：在进行房屋结构的构建时，要尽可能的实现平面的整齐与均匀，

根据房间的布局要求，从技术、经济的角度校核各构件的合适性。

竖向布置：要充分考虑各结构体系的优缺点。根据剪力墙、框架柱等的受力

特点，从建筑高度、建筑空间以及结构受力上考虑合理选用侧向刚度和承载力沿竖向均匀变化、无突变的竖向构件。

2、安全与经济性并重的原则

首先，从结构体系选型中，在通过对某建筑采用不同的结构布置，从周期比、位移比、振型数、刚度比等主要控制指标进行分析，在结构造型、经济性方面做出对比总结，以期设计出安全性高、经济合理的建筑。

其次，建筑的强度与成本的比较。如在混凝土结构设计中，衡量钢筋的经济性指标，选择较为协调的混凝土结构设计模式，利用具体的价格与强度比来体现混凝土结构经济性和安全性。

3、建筑的功能的最大化原则

结构布置时，充分考虑建筑的楼层数以及建筑物的高度，充分结合办公楼，酒店，住宅，商业建筑等的实际特征，来满足不同建筑的使用需求，来进一步提高建筑物的经济合理性等[3]。这个环节，最重要的是读透建筑图，甚至跨专业进行细化设计，将建筑当作艺品来创作。

三.中高层建筑结构体系应符合时代需求

随着科技的发展，不断有新材料、新工艺的涌现。结合日趋完善的结构设计理论，我们不仅可以挑战特别高耸、特大跨度、特别新颖的结构形式，更体现在结构设计和施工中贯彻壳持续发展的理念，综合考虑美学、社会、环境的要求。

社会的发展与时代的变化将会进一步促进建筑的复杂化与多样化。结构体系选型应能够更好的满足建筑结构在功能性与艺术性的需要，同时兼顾经济效益和环境效益，使其能够更好的顺应时展潮流，对其进行不断的创新与完善，使得中高层建筑的结构能够更加完善，更加符合时代需要。

参考文献：

[1]沈荣丽，张伟杰.模糊数学方法论优选高层建筑结构体系[J].中华民居，2010，（9）：254-255.

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关键词：高层建筑、概念设计、结构体系

引言:高层建筑相比于其他建筑来说有着自己独特的设计特点，高层建筑的高度、自重力以及受到水平拉力时的反应都区别于其他的建筑，因此，在进行高层建筑的设计时，不仅要注意结构的定量计算分析，更应该注意结构的概念设计，即结构的宏观控制和定性判断。

1、高层建筑结构体系设计

高层建筑结构从出现发展到现在，随着不同结构形式的出现，建筑形式相继呈现出不同的表现状态。从结构的角度来看待高层建筑的话，杆状是高层建筑结构形式的基本特点，相比起竖向荷载，水平荷载成为了高层建筑结构的控制因素，高层建筑结构的底部在水平荷载的压力下，其弯矩和剪力都表现为最大，这就要求高层建筑结构要有很强的抗侧移和抗倾覆能力，设计的基本概念也就因此而成为对建筑形体、刚度、延性还有结构体系的合理正确的要求。高层建筑选择结构体系的决定因素通常是建筑物自身的高度和空间，不同的结构体系因为刚度、强度、结构样式都不尽相同，在进行设计时所适合的高度和空间也会不同。

高层建筑结构的基本构件包括板、梁、柱、框架、衍架、网架、拱、壳体、墙，还有索，板的高度大于厚度，承受的是垂直于板面的荷载，梁是截面小于跨度的结构构件，柱是线性构件，框架既能承受竖向荷载，同时也能承受水平荷载，衍架是具有三角形区格的平面或者是空间的承重结构构件，网架是通过节点按照一定的网格形式连接多根杆件而形成的空间结构，拱式平面结构构件，壳体是曲面形的构件，墙是竖向构件，承受的是平行于墙面方向的荷载，索是以柔性受拉钢索形成的构件。

高层建筑结构体系有钢结构、钢筋混凝土结构和一种混合结构，钢结构包括框架结构体系，也就是钢性连接的柱梁体系，但是这种结构体系的有效性只限于中层建筑结构，框架剪力衍架结构体系，既有框架，又有剪力衍架的一种结构体系，框筒和成束筒，框筒是一种筒体结构，在很大程度上增加了建筑物的抗颠覆能力，成束筒是将单独的筒体捆绑在一起，这种结构体系不仅减小了筒体的剪力滞后效应，还大大加强了结构的侧向荷载能力，对角支撑筒体就是在外框筒结构上增加交叉斜支撑形成的结构体系，这种结构体系有效性很强，可以增加窗洞面积，由三位空间衍架组成的结构体系叫空间衍架结构体系，内部对角支撑衍架实际上也是一种空间衍架结构。

钢筋混凝土结构包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框筒、筒中筒、成束筒结构体系、内填支撑筒、巨型柱―核心墙这几种结构体系，而混合结构，也称组合结构，是钢材和钢筋混凝土组合而形成的混合结构体系，到现在为止，已经有三种结构体系得到了很好的发展，第一种是在一个钢结构高层建筑中涉及核心筒，第二种是将型和混凝土的组合构件运用到外筒体的密柱深梁中，第三种是混合竖向体系，就是建筑物的上部采用钢结构，中下部采用钢筋混凝土结构。

2、概念设计

2、1 概念设计的含义及其重要性

概念设计是对结构设计工程师和建筑师的一种能力的印证，它需要结构设计工程师和建筑师们在进行建筑设计时，有效的把握建筑的结构体系，不经过计算，就能从整体的角度对建筑结构的总体布置和抗震措施进行指导，仅从平面和立面的形式就可以对设计空间综合的进行协调，从而使最后的空间定形，无论是在功能要求，还是形式的需要方面都能与所设计的平、立面形式相吻合。当然，如果建筑师或者结构工程师想要进行结构的概念设计，他们首先就需要深刻的理解高层建筑结构的风作用、地震作用、场地土特征、结构的真实效应还有地震作用等以及其他的一些相关的基本概念。

2、2 结构概念设计的原则

在进行结构概念设计时，应该遵循的第一个原则就是全面考虑的原则，要巨无细遗的考虑到建筑设计中的方方面面，包括建筑结构和施工方面的考虑，从整体到局部都要进行很好的把握，更不能忽视他们之间的关系，还有建筑完成后带给使用者在视觉感受、功能使用方面、成本预算方面等的考虑。

从实际出发，结合当地的地域性特点，根据建筑即将坐落地区的自然条件、人文条件、历史文化、资源和材料限制等方面从现实的角度考虑建筑的结构概念。

高层建筑拥有自己的自重特点，要从减轻自重的原则出发，建筑结构所承受的荷载大部分都是来自建筑物本身的自重，减轻自重也就减轻了结构的负荷。要让建筑结构合理受力，荷载均匀分布，多跨连续、空间作用、刚性连接、超静定的受理系统都可以使结构的受力状况均匀分布，分析结构的受力状况时，还要从各部分结构构件的直接受力状况和整体结构的宏观受力状况分析。材料尽可能的选用以轴向应力为主的受力状态，合理的组织构件的截面。

优先选型，就是要优化结构体系，根据实际条件优化选择合适的基本构件，并确定他们的联系，确定构件的基本支撑做法。

2、3 高层建筑结构的抗震设计

所谓的高层建筑，我们完全看以把它想成是一个从地面抛向空中的悬臂挂件，它的高度就决定了这种建筑承受的水平的和竖向的荷载都要强于一般建筑物，对他的抗弯矩和抗剪力的能力在概念设计阶段就要考虑细致，高层建筑特殊的受力特点不同于低层建筑，高度越高，水平荷载越强，例如地震和风力产生的作用就会越强，因此在地震强区若想建造高层建筑，就必须要保证所有的结构，包括结构细部都具有足够的刚度和强度，还必须具有很强的抗震能力。

在框架结构体系中，梁柱的节点是这种结构体系的组合点，因此在增强抗震能力的环节中，节点也就成了关键部件，如果梁柱节点遭到破坏，那么框架结构的剪切脆性就会破坏，在节点处相交的梁和柱就会失效，“强柱弱梁”、“强节点弱构件”、“强剪弱弯”的设计原则，可以保证框架结构体系在地震的压力下还能保证足够强的延性和承载力，构造配筋、柱的轴压比，还有截面尺寸的选择，都可以影响到框架结构的抗震能力，尤其是对于节点的构造措施。

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关键词:高层建筑结构；特点；设计

随着城市人口数量的大幅度增加。我国当前的城市建筑用地资源呈现出紧张局面。在这一背景下，高层建筑物应运而生，由于其建筑层数多且高，建筑结构较为复杂，为设计人员增加了诸多难题。所以在设计高层建筑结构的同时，要求设计人员切实考虑高层建筑结构特点，制定相对合理的设计方案，实现高层建筑结构的先进性、安全性与稳定性，继而提高现代城市高层建筑结构的设计效率与设计质量。

1分析我国高层建筑结构的设计特点

相对于层数低且多层的建筑结构而言，高层建筑结构设计更加复杂且更为关键，结构设计质量的高效与否，对高层建筑平面的整体布置、建筑高度、立面体形、机电管道的合理规划、施工技术标准、施工周期、造价成本等方面起着决定性的影响作用，其良好的设计特点主要体现在以下几个方面。

1．1水平力

研究一般低层建筑与多层建筑物的结构设计发现，普遍都是以竖向荷载为前提。而在高层建筑物的结构设计中，其决定性影响作用的则是水平荷载，尽管竖向荷载也在高层建筑结构设计中发挥着重要作用，但并不是最重要的设计要素。不难发现，在现代高层建筑结构设计内容中，弯矩数值和竖向轴力，与高层建筑高度的一次方形成正比。同时，水平荷载对建筑结构的轴力与倾覆力，和高层建筑高度的两次方形成正比。因此，在现代高层建筑结构设计中，水平荷载发挥着决定性的影响作用。

1．2结构侧移

在高层建筑结构的设计优化过程中，持续增加的建筑高度，容易加大结构水平荷载的侧向变形，并同高层建筑高度的四次方形成正比。在这一背景因素下，高层建筑结构的设计优化，逐渐将结构侧移视为重要的设计要素。

1．3提出更高要求的抗震设计

在高层建筑结构的设计优化过程中，对抗震性能的要求不断提高。在这一过程中，需要切实考虑风荷载因素与竖向荷载因素，提高建筑结构性能的使用质量，并保证其高效的使用性能。只有做到以上几点，才可以实现高层建筑结构抗震性能的高效提升，为高层建筑结构的稳固性、安全性与适用性提供保障。

1．4降低高层建筑自重比

在高层建筑结构的设计优化过程中，相对于多层建筑自重比而言，高层建筑自重比的降低，存在更加直接的影响作用。当高层建筑自重比降低时，可以在这一基础上实现多层数的建设，有利于提高建筑企业的经济效益与社会效益;另一方面，地震效应与高层建筑整体质量成正比，高层建筑重量值越高，在地震灾害爆发时其建筑结构方面的作用剪力会随之增大，并增加相应的倾覆力矩值。进一步增加了竖向结构的除加轴力值，为高层建筑的坍塌埋下安全隐患。因此，高层建筑自重比的合理降低，在提升高层建筑结构抗震性能优势的多元化措施中，占据关键位置。

1．5加强对轴向变形的重视

采取框架与框架体系，并应用在剪力墙体系的高层建筑物方面。通常情况下，其建筑框架中柱的轴压应力值远远超出框架边柱的轴压应力值，而框架边柱轴向压缩变形远远低于框架中柱轴向压缩变形。当高层建筑高度达到一定程度，其轴向变形之间存在的差距会形成较高数值，容易导致建筑结构内连续梁中间的支座出现沉陷现象，并降低了连续梁中间支座处负弯矩值，进一步增大端支座负弯矩值与跨中正弯矩值。

1．6同等重视计算设计与概念设计

在设计优化我国高层建筑结构抗震性能的过程中，一般包括计算设计与概念设计两个方面。现阶段，无论是从分析原则还是分析手段方面，我国高层建筑结构的抗震设计与抗震性能都得到了长期的完善和健全。但是，计算设计必须要以相对合理的假想因素为前提，由于地震作用具备复杂、不确定性等诸多不可知因素，由此致使建筑结构中的抗震设计优化和实际情况存在诸多出入，使得建筑结构在进入弹塑性后，极易出现局部裂缝等破损现象。所以，要重视概念设计在高层建筑结构中的影响作用。

2分析高层建筑结构设计的优化方法

现阶段，我国高层建筑工程对钢筋混凝土框架—剪力墙结构的应用较为广泛。其框架结构的整体性，可以实现布置规划的动态性与灵活性，拓宽使用空间，为使用性能与抗震性能提供保障。主要分析了高层建筑结构中钢筋混凝土框架—剪力墙结构的设计策略，并结合建筑结构设计提出相对合理的规范要求。

2．1钢筋混凝土框架结构的设计策略

(1)初始选型。结合建筑结构整体平面与立面规划、设计使用性能等因素，对结构承受的水平荷载、竖向荷载与传力路线展开分析，结合具体施工需求，对结构框架梁、框架柱种类进行归纳总结，选择合理的梁柱几何尺寸;(2)结构的具体分析。在计算建筑结构承受的水平荷载与竖向荷载时，需要结合其具体几何造型特点，加以分析钢筋混凝土结构的空间内力。依照分析内容，在对截面内力进行控制时，需要参考相同截面尺寸的构件，并加以分类，明确所有构件类型的相关应力值;(3)截面设计。在设计过程中，需要参考不同类型梁柱构件的设计控制应力，在分析建筑结构几何构造特点与钢筋配筋特点的同时，制定约束机制，实现高层建筑结构的设计优化;(4)结构收敛性。以高层建筑工程的精度性为基础，选择相对较小的数值，视为对建筑结构收敛性进行检验判断的基础条件。在收敛性检验中，如果设计结构与原结构相同，则设计结构具备收敛性，可以展开更进一步的可行性检验;(5)可行性检验。对结构设计成果展开内力分析，保证其可用性能的高效性。如果分析结果可以满足建筑工程设计的规范标准，便可以按照这一设计方案展开构造与配筋处理。一旦分析结果不甚满意，则要求相关人员结合自身以往的工程设计经验与结构设计成果，进行局部性的调整，最大程度保证设计方案的可用性能。

2．2框—剪结构的设计方法

在优化设计高层建筑结构框架—剪力墙的过程中，需要考虑多个方面。即决策建筑结构设防能力的最大程度优化;结合不同影响因素，保证建筑框架与剪力墙结构之间的承载力、刚度、协调性与变形水平的匹配优化设计。此外，还要做到具体问题具体分析，设计并优化建筑结构的每一构件。

2．3建筑结构的规则性