高层建筑的概念范文

导语：如何才能写好一篇高层建筑的概念，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：高层建筑设计;概念;技术

1 建筑高度与层数的量化概念

美国著名高层建筑设计专家法・阿坎恩在他的著作中,把高层建筑定义为“其高度强烈地影响到布局、设计和使用的建筑,或者其高度创造了与一定地区和时期存在的在施工和使用方面有着不同条件的建筑”。给高层建筑以确切的定义,对城市规划、环境质量、城市减灾、建筑与结构设计、设备、材料与施工技术、社会经济效益、地域建筑文化影响等方面都十分重要。它反映着人们对高层建筑的认识、理解水平、设计概念、社会经济发展程度的认同基础。多少层以上或高度为多高的建筑物才称为高层建筑世界各国基于本国的经济技术条件及消防装备等具体情况不同,对高建筑起始高度的定义也不一致。我国规定,高层建筑包括10层及10层以上的居住建筑(包括首层设置商业服务网点的住宅),和建筑高度超过24m的公共建筑(不包括单层主体建筑高度超过24m的体育馆、会堂、剧院等公共建筑，以及高层建筑中的人民防空地下室)。

联合国在1972年国际高层建筑会议上,对高层建筑的定义取得了较统一的认识,并把高层建筑划分为四类:

第一类高层建筑:9―16层(最高到50m);

第二类高层建筑:17―25层(最高到75m);

第三类高层建筑:26―40层(最高到100m);

第四类高层建筑:40层以上(最高到100m以上)。

2 结构技术与设备综合化的概念

高层建筑的结构功能是建筑承受荷载和抵抗侧移的能力,同时也是建筑体量组成及结构艺术表达的基础。在建筑艺术形式的发展中,高层建筑的形式可谓最为复杂,这是因为它和许多学科密切相关,又常常和各种设计要求发生矛盾和冲突。现代高层建筑由于高度的竟争变得越来越纤细,所产生的重力荷载、风荷载和地震影响就愈大,因此抵抗这些荷载的结构是高层建筑设计考虑的基本方面,其结构的效能性、经济性和艺术美学效应都与高层建筑形式创意密切相关。

在进行高层建筑设计时,建筑设计者的基本任务是:一方面要与结构工程师及其他专业的设计人员协调工作,另一方面要根据场地地质状况,高层建筑承受外力条件以及施工效率等因素,探求一个最经济合理的设计方案。然而在高层建筑设计中,必须由建筑设计者率先进行建筑方案设计。在进行建筑功能、环境创意及造型设计的同时,建筑设计者必须对高层建筑结构选型的合理性、经济性和抗震、抗风等安全性要求的概念有一个清晰的认识,并力求实现设计者的美学愿望与艺术表现。

高层建筑结构的概念设计,是在对高层建筑结构的地震作用、风力作用、温度作用、场地岩土特征、结构的真实效应和一些基本概念深刻理解的基础上运用正确思维方法去指导建筑设计,一般来说,概念设计往往比“计算设计”更为重要。

了解高层建筑结构理论并掌握结构体系性质的建筑设计者,在方案创作的立意构思阶段就能与结构工程师息息相通,提出合理的布局,采用共同的工程学语言与图式,从而产生较优的设计方案。

建筑设计者在高层建筑设计的最初阶段就必须思考这样的问题:房子的“骨架”怎样构成?结构是建筑物的骨架,不同层数、高度的高层建筑必定有不同的结构形式、不同的平面规模和尺寸与之对应,否则就会不合理、不经济、不相宜。在平面中的表现方式,结构对建筑功能组织和平面布局的影响,不同结构形式的不同特性和适用范围等等,在建筑设计者看来可能比其他方面理解、掌握结构设计知识来得更直接,与自身目的联系更为紧密,这一观察点的选择可能与结构工程师不同,但对建筑设计者而言或许更为有效。高层建筑是结合大量设备系统的协调集合体，其高度复杂性决定了安排这些系统的原则。为了发挥效能,必须具有高度逻辑性、简单、明了与直接,这些系统清楚的表明其组成部分是不一样的。对于建筑设计者而言,与结构技术一样,各设备系统的概念设计比其详细设计、“计算设计”更为实用。例如,在高层建筑设计中,建筑设计者应了解各类型的高层建筑应配备那些设备系统,明了那些设备用房是必须配备的,明了相应的布局要求、相应的面积、空间要求等。建筑设计者在概念设计的引导下,将结构技术与设备等多方面综合考虑,才有可能产生合理、优美的高层建筑。

3 建筑文化与环境的优化概念

高层建筑的功能可因时、因事、因地而不同,有着各种各样的使用功能。在具体的工程实践中,诸如高层住宅、旅馆、写字楼、科教建筑,电讯建筑以及高层工业建筑等,在其筹划、创意、实施方案、设计目标达成的过程中,也无不追寻这些功能构架,它与早期功能主义思潮相比,无疑现代人的功能创意具有超越时代观念的、开放型的功能机制,表现出新的文化氛围和价值观观念,体现出建筑文化与环境的优化概念。

尺度庞大、壮观的高层建筑,特别是以组群或街区高层建筑群体出现的地区,高层建筑是城市中重要的因素。一方面建筑体形对城市空间产生巨大魅力,另一方面对于生活其间的人们来说,环境质量及空间艺术感受又是现代文明的重要标准。人们利用各种筹划环境空间的手段,为高层建筑提供一个新的使用空间,改变着局部环境和地段小气候若能遵循协调原则将新建筑纳入到环境中,将能创造出优美的新环境。

从高层建筑的特殊性出发,高层建筑的总体布局和平面空间布局,及至环境策划等方面,在使城市面貌和社会行为模式发生各种深刻质地和机理变化的同时,既塑造着城市自身的形象,又重新塑造着生活其中的人,不断地改变着人们的生活习俗与价值观念,从心理、生理、审美情趣和行为方式等方面撞击着人类生存的一系列具有根本性的重大问题。因此高层建筑的总体布局和平面空间布局不应是一般工程技术的功利主义结果,而应是人本主义与技术主义实利与审美、理性与感性、人工与自然、现代化与人类天性短期利益与长远经济、社会效益等多方面的综合平衡,从而,体现新的建筑文化,创造新的优美环境。

4 设计者创造力及设计意识的概念

高层建筑的设计作为建筑创作,自由度与灵活性是很大的,可以“因事而异、因时而异、因人而异”,因为它符合人类创造性思维的发展规律,也是人类智慧异性升华的必然它不应该,也不可能是一种简单的模式。但仅就高层建筑的创造性思维而言,建筑师总是面对具体的设计对象而构想,不厌其烦地在自由度与约束条件的冲突与协调中寻求平衡点。自由度是人们理念的美好愿望,总是希望多一些、灵活一些、自由一些;然而建筑是一种限制性的艺术,而建筑设计创作则是一种物化的形象思维过程,特别对于尺度高大、体量宏伟、功能技术复杂的高层建筑,它需要多学科知识,多工种配合的优化与综合。结构技术、设备、防火,交通、系统管理等等对建筑创作有着不同的要求和限制,建筑设计者如能采众长而广辟创作思路,在复杂、尖锐的冲突因素中变约束条件为逻辑创造哲理,变冲突因素为和谐机制,充分发挥创造力,亦体现了建筑设计者的设计能力。

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【关键词】 抗震设计； 概念设计；建筑结构

中图分类号：TU2

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计 。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震慨念设计”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，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌揖了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运州抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视慨念设计。从某种意义上讲，慨念设计至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证．高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计算结果(尤其是经过实刚简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3．1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震慨念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案．合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称， 为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多闪素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单；抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀；平面布置基本对称。

3．2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3．3 设计多道设防结构

3．3．1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则足允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3．3．2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3．3．3 总结构体系与基本分结构体系

1972年12月23日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1万多栋楼房倒塌。林同炎公司1963年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构同有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小；反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由4个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系(柔性筒)之间的联接构件(钢筋混凝土连梁)的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，粱中有明显裂缝。但4个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3．4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3．5 应有意识地加强薄弱环节

(1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性

变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

(1)结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

(2)不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

(3)风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

(4)结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

(5)预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

(6)场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

(7)各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

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关键词：抗震概念设计;建筑结构;工程设计;抗震性

对于高层建筑结构设计，要遵守抗震设计规范，从抗震概念设计应用入手，结合工程实际情况，提出定量控制要求。值得注意的是，开展高层建筑结构抗震设计，要在概念清晰且技术可靠的基础上，合理的设计建筑结构，以确保建筑的抗震性能。通常情况下，高层建筑结构抗震设计，需要从概念设计、抗震计算、抗震措施等方面加以把控，以确保设计的合理性。

1高层建筑结构抗震性设计的意义

贵州省位于我国南北地震带南段的东侧，省内西部部分区域位于地震带上。贵州地震的频度与强度为中等水平，地震平面分布不均。若发生地震，会造成极大的损失，以尼泊尔大地震为例，涉及到多个多家，地震造成近4000人死亡，约7000人受伤，对尼泊尔国造成超过50亿美元的经济损失，由此可见地震的损失性。在地震中，建筑既是人们的保护工具，也是威胁人们安全的物体，若能够提升建筑的抗震性，对保护人们的财产与安全，有着积极的作用，因此加强高层建筑结构抗震性设计研究，有着必要性。

2抗震概念设计应用的基本要点

2.1合理选择建筑结构

高层建筑结构抗震性设计，最为重要的是建筑体形和结构设计，占据着重要地位，多数倒塌建筑主要是因为规划不合理造成的，所以要科学的选择水平面与垂直面，提升建筑的抗震性能。一般来说，建筑平面形状规则，直接影响着建筑的抗震性，平面形状平整度越高，则建筑的抗震性能就越强，图1为水平地震作用。规则平面能够承担荷载作用，建筑结构的整体性较为突出。在高层建筑结构设计中，于高度方向，需要保证结构布置的连续性，实现侧向刚度保持连续，以免出现薄弱层。

2.2合理选择传力路线

高层建筑结构抗震设计多利用计算机程序，来确保计算的准确性，建筑结构设计人员只需要掌握简单的计算方法即可。利用计算机，在获取受力状态下，形成建筑结构件计算简图。接着利用力学模型和数学模型，从地震反应入手，做好详细的分析，明确计算结果，合理选择建筑结构路径，提高传力路线选择的效率。

2.3合理选择建筑位置

通过相关研究发现，建筑物损毁与建筑所处的地形，有着直接的关系。除此之外，建筑损坏和地基、断层等，也有着紧密关系。以覆盖土因素为例，建筑破坏率和此因素呈现的是正相关，覆盖土层厚度小，证明土质偏硬，具有较强的稳定性，当遇到地震时，不易发生倒塌情况，因此在设计高层建筑时，要选择硬质地基，降低地震效应，确保建筑结构的稳定性[1]。

2.4设置多条抗震防线

高层建筑结构抗震设计时，需要设置多条抗震防线。考虑到地震时间存在差异，伴随多次余震，受到地震反复冲击，会给建筑结构的稳定性造成损坏，若高层建筑物设置一道防线，当建筑受到一次破坏后，难以抗衡后续破坏，因此需要设置多道保护，确保高层建筑结构的稳定性。

3抗震概念设计在高层建筑抗震设计中的具体应用

3.1提升结构延性

高层建筑抗震设计水平低于地震等级，极易因为脆性破坏，造成建筑倒塌，所以在建筑结构抗震设计中，要提高结构延性，增强建筑结构抵抗能力。可以从以下方面入手：①材料。选择延性材料，此类材料的应用，当发生非弹性变形，或者发生反复弹性变形时，其延性不会明显下降。②杆件。通过控制杆件的延性，包括塑性变形与能量收纳与耗散等，提高结构延性，通常从墙肢与框架的柱等方面捂手。③构件。构件的延性指的是某个构件的塑性变形与能量消耗的能力，通过控制墙体或者框架延性，来提高建筑结构整体延性。总得来说，建筑结构延性指的是抗倒塌能力与塑性变形能力。在设计时，可以采取以下措施：①在平面上，增强突变处与转角处等构件的延性；②对于竖向，则可以加强薄弱楼层的延性，比如体型突变处、主楼与裙房相接的楼层等；③增强首道抗震防线部分的构件延性[2]。

3.2提升结构的整体性

高层建筑结构的整体性较强，能够确保建筑结构在地震力的作用下，处于协调运行的状态，可避免建筑倒塌。采取以下措施：①选用钢结构支撑结构。钢结构作为建筑行业的新技术，其市场份额不断扩大，贵州地区已经逐步引入钢结构，比如贵州钢结构发展中心楼，楼层高24层，建筑面积为26000m2，建筑承板使用的是钢筋线桁架工艺，建筑整体性较好，抗震性能较好。高层建筑结构设计中，采取钢结构支撑体系，对提升高层建筑框架结构中的侧向刚度，有着积极的影响，可以抵抗水平荷载，提升高层建筑整体强度。与纯框架架构相比，支撑结构稳定性较好，将窗台下方-下层窗户顶部区域位置，作为支撑位置，合理设置支撑，能够达到结构支撑要求。采取环向封闭同一平面，能够提高建筑钢结构侧向刚度，在强震区应用，其效果更为凸显。②抗侧力结构。若高层建筑结构为多种框架结构形式，应用钢结构，可以承载建筑物竖向负载与部分横向负载。采用抗侧力结构，可以按照建筑的各类要求，来选用抗侧力结构。若高层建筑中桁架高度和单楼层相同，可以利用交错桁结构，来设置上下楼层，确保各单元设置的灵活性。应用此结构，在钢结构平面内，梁柱弯矩较小，侧向位移也较小。

3.3准确计算结构抗震

开展高层建筑结构抗震设计前，需要准确的计算建筑结构的地震作用，接着计算结构与构件的地震作用效应，并且和其它载荷效应，做好相互结合，检验建筑结构抗震承载力与变形，确保能够达到新《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范相关要求。需要做好以下计算：①地震作用计算。建筑结构抗震承载力主要考虑水平地震作用，高层建筑结构设计，还需要注意竖向地震作用。②抗震验算。主要包括截面抗震验算、弹性变形验算、薄弱层弹塑性变形验算等[3]。

3.4做好非结构部件设计

非结构部件指的是建筑结构分析中，不考虑侧向荷载与重力荷载的建筑部件，包括内隔墙与墙等。虽然建筑结构设计时，此类部件不参与荷载分析，但若发生地震，此类部件会起到作用，极有可能会改便建筑结构承载力，或是提升建筑抗震性，或是增加破坏性，因此需要做好非结构部件的处理。可以采取以下措施：①加强建筑框架和填充墙之间的联系，使得填充墙可以成为建筑主体抗震结构的组成部分。对于墙体连接，可以采取柔性连接方式，削弱墙柱的联系，避免发生嵌固作用。②对于附着在建筑楼与屋面结构的，需要做好此类非结构构件和主体结构的连接处理，以免发生地震时，造成人员伤亡。③加强幕墙和装饰贴面等和建筑主体结构的有效连接，避免贴面损坏。

3.5做好倒塌分析

开展高层建筑结构设计时，采取倒塌分析法，做好建筑倒塌分析，以优化建筑结构抗争性设计，达到抗震标准。可以借鉴超高层建筑经验，譬如：某超高层建筑为Ⅷ度抗震设防烈度建筑，在建筑结构设计时，利用倒塌分析法，进行结构设计方案分析，发现采取内嵌钢支撑剪力墙方案，能够有效的增强建筑结构强度。基于倒塌分析，明确此工程采取全支撑方案建设总材料用量可节约11.2%，建筑结构抗倒塌储备能力可以增加14.8%，建筑的抗震性能较好。采取对比各种最小地震剪力系数调整方案，能够明确采取调整地震剪力，开展刚度验算，设计建筑构件承载力，能够获得较好的效果，此方案和提高刚度缩短建筑结构自振周期的方案相比，具有较强的经济性。对于建筑结构倒塌关键位置，能够提高建筑结构整体的抗倒塌能力，此方案的实施，增加钢用量约0.1%。总而言之，在建筑结构设计时，做好倒塌分析，能够准确衡量各类结构设计方案的效果，明确各类抗震措施对建筑结构抗震性能的影响，发挥着积极的作用[4]。

4结束语

应用概念设计，开展高层建筑结构抗震设计，需要充分的借鉴工程经验，严格按照建筑抗震设计相关规范，采取相应的措施，提升建筑结构的整体性能，提高结构的抗震性能。

参考文献

[1]陆新征，杨蔚彪，卢啸，齐五辉，刘斌，张万开，叶列平.倒塌分析在某500m级超高层建筑抗震设计中的应用[J].建筑结构，2015（23）：91~97.

[2]刘均伟.高层建筑结构设计中抗震概念设计的运用研究[J].山西建筑，2016（20）：43~44.

[3]雷雨润.高层建筑结构中抗震概念设计的应用[J].建设科技，2017（08）：80.

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关键字：高层建筑建筑结构概念设计

一、高层建筑结构设计的特点

筑结构设计相比较，结构专业的各专业中

1、高层建筑结构设计与低层多层建占有更重要的地位。不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面布置，立面体型，楼层高度，机电管道的设置，施工技术要求，施工工期的长短和投资造价的高低。

2、高层结构设计中水平力是设计的主要因素。在低多层房屋结构中，水平力产生的影响较小，以抵抗竖向荷载为主，侧向位移小，通常可以忽略不计。在高层结构设计中，随着结构高度的增加，水平力(风荷载或地震作用)产生的内力和位移迅速增大。

3、高层建筑结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载力，而且必须使结构具有足够的抵抗侧向力的刚度，将结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。因此，高层建筑所需的侧向刚度由位移控制。

4、高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样基础条件下，减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。另外地震效应是与建筑的质量成正比的，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效方法。因此在高层建筑中，结构材料宜采用高强度材料。

5、在高层建筑的抗风设计中，应保证结构有足够承载力，必须具有足够的刚度；控制好在风荷载作用下的位移值，保证有良好的居住和工作条件；维护结构和装饰构件必须有足够的承载力，并与主体结构可靠连接。

6、有抗震设防的高层建筑应进行详细勘察，摸清地质情况，选择位于开阔平坦地带，具有较好场地土的对抗震有利的地段。

7、地基基础的承载力和刚度要与上部结构的承载力和刚度相适应。当上部结构与基础连接部位考虑受弯承载力增大时，相临基础及上部结构嵌固部位的地下室结构。应考虑弯矩增大的作用。

8、剪跨比和剪压比是判别梁、柱和墙肢等抗侧力构件抗震性能的重要指标。剪跨比用于区分变形特征和变形能力，剪压比用于限制内力，保证延性。

二、高层建筑概念设计的基本原则

1、以承载力、刚度、延性为主导目标，实施多道防线、刚柔结合的结构形式。即应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，随着第一道防线破坏，结构变柔后仍有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大震。例如，林同炎教授根据此思想设计的18层马那瓜美洲银行在1972年的马那瓜大地震中经受了绝佳的考验。

2、在对结构进行分析计算时，应该运用最简单、最直接、概念最清楚的计算方法，将结构的受力与传力途径设计成简单、直接，明确。尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。

3、尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心(简称刚心)和建筑物表面力 (风力)作用中心或质量重心(质心)靠近或重合，以避免或减小在风荷载或地震作用下产生的扭转效应。

4、建筑物竖向布嚣的抗侧力刚度构件也最好设计成均匀、连续，避免出现软弱层和上下层问的剪切刚度、弯曲刚度和轴压刚度的突变。

5、应重视上部结构与其支承结构整体共同作用的机理，即传力与受力结构两者之间的共同作用；例如，在高层建筑的箱基和筏基的底板设计中，计算软件无法进行上部结构一地下室一地基基础的相互作用分析，计算出来的底板内力远远大于底板实际受到的内力。

三、高层建筑中的结构体系的选择

结构设计实际上是在各种约束条件下的最优化选择过程。在这一过程中要对建筑材料与结构形式进行综合考虑，如建筑材料形式主要有钢筋混凝土结构钢结构、混凝土和钢的组合结构：结构体系主要有剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构、简中简结构。

对于结构选型来说，没有普遍使用的选择标准，往往是随着建筑的环境、功能要求有所变化，每一选择都有其优劣性。需要设计师仔细斟酌。例如：框筒是高层建筑最常用的结构形式，为了减少框简的剪力滞后，外框筒一般应采用密柱高裙梁的形式。但这种做法不仅限制了建筑体型和建筑功能，而且当建筑的平面尺寸较大时也往往难以发挥结构的效能。因而，在结构的竖向平面内增加斜向支撑，形成组合框架式结构或框架简结构的做法，已在工程界广泛采用，并被认为是增加高层结构抗侧移刚度的最有效和经济的方法。香港的中银大厦、上海证券大厦等工程，在外框筒中增加了斜撑，达到了结构和建筑的完美结合。

选型与布置的具体内容：

一是结构平面形状和立体体型的选择。平面形状宜简单、规则、对称，避免过多的外伸、内凹，以预防地震时产生大的震害。

二是电梯间的布置。电梯间会对楼板产生较大的削弱，布置时应尽量避开端角和凹凸处。同时，还应避免在电梯开洞后将建筑物截为两段。在纯框架结构中，电梯井一般不宜采用钢筋混凝土井筒，所以，到底设计成框架结构还是框剪结构，必须十分明确。如为框架结构，则不宜设剪力墙：如设计为框剪结构，剪力墙的数量必须足够。

三是错层的布置。一般说来，高层建筑不应设置错层，对于因局部取消梁板而形成的联层柱，应控制其高度。

四是必须具有明确的主群楼关系。

五是为防止地震时高层建筑的倾覆和滑移，基础必须有足够的埋深。

四、提高结构的抗震性能

由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑，因此在地震区进行高层建筑结构设计时，除应保证结构具有足够的强度和刚度外，还应具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计，使建筑物达到小震不坏，中震可修，大震不倒。为了达到这一要求，结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量，减弱地震破坏的影响。

框架结构设计应使节点基本不破坏，梁比柱的屈服易早发生。同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，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。为了保证钢筋砼结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照“强柱弱粱”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，特别是要加强节点的构造措施。

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关键词：结构设计；概念设计；高层建筑；结构选型

Abstract: The conceptual design is a building designer by combining design experience, design theory and the characteristics of the project, and effectively the structure to achieve the optimal structure layout of building structure design, so as to achieve the best economic benefit. Based on the author's practical experience, starting from the concept of design ideas to improve the seismic performance of building structures are discussed, for reference.

Keywords: structural design; conceptual design; high-rise building; structure selection

中图分类号：TB482.2

0.引言

随着建筑建设的快速发展，建筑结构向着更高更复杂的方向发展，这要求结构设计者不能单纯地盲目去进行结构设计，仅仅套规范进行结构设计其设计效果并不是最佳的。 通过对建筑结构首先进行概念设计，其成为当前结构设计的重要思想。 从设计实践效果表明，通过在建筑结构设计中利用概念设计可以设计出更为合理的建筑结构体系，并达到节省原料的目的。 随着概念设计的应用推广，越来越多结构设计人员更向往于这一设计理念，并逐渐成为结构设计的主导思想。

1.概念设计理念的可行性

归根结底，对建筑结构采取概念设计是建筑设计师结合设计实践经验、设计理论以及所要设计项目的工程特点，对建筑结构的抗震结构以及总体布局进行规划，实现结构设计的多样化要求的手段。 其宗旨是在特定环境条件下， 通过采取整体概念出发来考虑结构总体方

案， 从而对于该结构来说可充分利用总体系与分体系之间的力学关系。 通过基于概念设计进行高层结构设计，其可行性重要体现在以下几个方面：

（1）设计的创新性。 结构设计人员对于建筑结构设计常采用的设计方法是通过查找手册、以及结合计算机程序等方式进行，这一切都是缺少创新性。而概念设计则是要求结构设计师应充分结合设计实践经验以及理论知识，采取一系列的合理想象及创新进行规划，得出具有合理性以及一定创新性的结构设计。

（2）优化设计结果。 基于概念设计的结构设计其包含分析、综合以及评估三步。 分析阶段主要是对问题进行全方位的了解，因为存在分析数据不完整与不准确的特点，此阶段具有一定的模糊性质，综合阶段则是要求工程师将理论知识和实际情况，通过结合设计师的想象力以及创新意识从而实现工程设计规划。最后评估阶段是最优方案的选择过程。这种优选方案不仅可以有效地防止了结构后期出现的繁琐计算，更重要的是体现了方案的可靠性与经济性。

（3）提升工程师设计能力 。 概念设计其是在正确理念和原则的指引下，允许工程师在设计中进行一定程度的发挥，因此避免了结构设计人员一味采用传统方法设计，这方便于结构师从根源查找问题，从而使计算结果更为准确。 因此，概念设计无论在理论知识、方

式还是思想以及手段等方面都为建筑结构提供了科学有效的技术平台。

2.概念设计在结构设计中的体现

从众多工程实践表明，通过采取概念设计理念来进行高层结构设计，可以有效地使结构在荷载作用下，结构破坏减小到最小。如何通过采取概念设计来抵抗结构可能受到的各种不确定情况，将是概念设计的最终目的。 而对于高层建筑结构来说，其不确定因素相对多层结构来说，其复杂性更强，因此对于高层结构来说，采取概念设计是更有必要，对于高层建筑结构来说，结构的抗风及其抗震的概念设计将是概念设计的重要体现。通过概念设计进行采取结构计算及其构造可有效地提高结构的抗震性能。

结合工程实践经验，基于概念设计理念，笔者总结出相关的结构设计措施：

（1）对于高层结构 ，抗侧力构件主要承受水平地震作用以及风荷载，结构设计人员应根据结构布置的概念设计来探讨所设计的高层建筑的平立面布置是否合理。结构布置应尽量规则、对称；通过应用概念设计进行结构设计时，首先应当满足结构抗侧力构件布置的合理与规则性， 竖向抗侧力构件则应从下往上减小截面尺寸以及材料强度，同时还应当保证竖向构件的均匀变化，同时竖向结构布置应尽量上下贯通，避免结构中出现上部结构有墙柱而下部没有情况。 对于平面复杂结构，要求平面以及立面尺寸不应出现较大的凹进，结构平面凹进的一侧尺寸应小于该方向总长度的 30%；同时要求楼板的平面刚度以及尺寸也不应出现较大突变。

（2）合理地布置受力构件。 从概念设计理念出发，布置结构的主要受力构件时应当布置于主要承受荷载作用的位置，以充分地发挥构件的作用；使得结构中各个受力构件的布置考虑其可能受到的各种荷载作用。 同时布置受力构件应当兼顾构件传力特点出发，尽可能地避免构件传力的复杂性，力求使构件传力简单。对于竖向受力构件布置，其不但要考虑承受竖向荷载作用，同时还需考虑其会承受地震等水平作用，甚至还承受温度应力影响。 水平受力构件则力求使其传力路径简单，以最快捷的传力路线传递给主梁，在传给柱、剪力墙上。 同时应避免构件受力复杂。

对于高层结构需要布置剪力墙时，则应当把剪力墙均匀地布置于结构周边，从而充分地发挥剪力墙构件的受扭能力。除此之外，剪力墙布置时还要兼顾到剪力墙间距，这需要充分结合楼板刚度要求。

（3）由于结构通常是假定楼板刚度为无限大 ，因此对于框架剪力墙结构来说，剪力墙以及框架在相同楼层的水平位移将是相同的。 为此，从概念设计出发，对于框架剪力墙结构来说，需要增加了楼板厚度，从而有效地提高楼板水平刚度。

（4）对于高层建筑来说，其主要承受较大的水平荷载作用，因此控制水平位移是高层结构概念设计的重要设计要点。 基于概念设计出发，对于框架剪力墙结构来说，可通过增加合理的剪力墙数目以及增大框架柱截面来提高高层结构的抗侧刚度。

（5）对地基以及基础采取概念设计。 从概念设计出发进行基础设计，首先应提高基础整体性。基于概念设计进行高层结构基础设计，地基基础要求采用整体性好的方案，使基础和结构能整体传力，保证高层建筑的抗震性能。 抗震规范中规定进行地基基础设计时，同一结构单元的基础不宜设计在性质完全不同的地基土上；同一结构单元宜采用相同的基础形式；当地基土为软弱土、液化土时，应初步估计地震时地基土的不均匀沉降或液化影响。

（6）对结构采取构造措施是概念设计重要内容 。 从众多高层结构破坏结果表明，仅仅从结构计算结果来进行结构设计，这难以防止高层结构在荷载作用下的破坏，因此采取必要构造措施对概念设计来说显得尤为重要。 就高层结构的地震破坏来说，提高结构的整体性以及延性措施尤为有效。如在延性设计中应尽量做到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”的设计要求；同时也可以通过提高结构中的各个构件延性来有效地提高整体结构的延性。 另外，其他一些工程质量问题也可以通过构造措施来给予减轻破坏，如温度应力引起的混凝土开裂，则可通过配置适量钢筋来减轻。

3.结语

综上所述，随着建筑结构设计的复杂化，通过采取概念设计理念进行结构设计成为当前结构设计的重要思想。概念设计是结构设计的核心和灵魂，其宗旨是要求建筑师和结构工程师明白在目前科技发展和设计计算的水平上，如果结构设计得严重不规则、整体性差，只凭结构力学分析来进行计算，是难以保证结构的抗风、抗震功能的。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证工程项目的经济性与安全性。因此，概念设计是做好建筑设计工作最重要的一环。

参考文献：

［1］牛慧娟，马小龙．浅议建筑结构设计中的概念设计[J]．江苏建材 ，2013，（02）：95-182.

［2］高海虎．结构设计过程中概念设计的应用[J]．山西建筑，2012，（01）：30-31.

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关键词：抗震概念设计；高层建筑；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.064

0 引言

地震是一种比较普遍，同时也是随机发生的对人们的生命构成重大威胁的自然现象，我们可以预测到地震的发生，却没有能力去阻止地震的发生。这也就是人类在大自然面前渺小的体现，虽然不能阻止，但是我们可以通过一定的措施来降低地震带来的危害。其中抗震概念设计在高层建筑设计中的应用就是很好地例子。抗震概念设计是通过不断地科学实践，并结合以往的抗震经验而形成的设计理念，抗震概念设计的应用有效的提高了高层建筑的安全性能，一定程度上保障了人们的生命财产安全。

1 抗震概念设计的概述

概念设计主要指的是设计思维和理念，由于在实际的设计阶段给不出确定的计算结果，所以一般是不需要精确地计算的。需要注意的是，在抗震概念设计时要注意高层建筑本身的实际情况，根据建筑物的高度以及结构体系来大致明确它们之间的力学关系，根据力学关系来对建筑物实际受到的和地震作用带来的损坏进行估算。由于地震的破坏力是不能准确估算的，这也就导致了上述的损坏程度无法准确计算。因此，从抗震的角度来看，在进行高层建筑设计时应用到抗震概念设计是很有现实意义的。概念设计本身包含了很多方面，内容较为广泛。在高层建筑中选择对建筑物抗震有利的结构方案和结构设计，加强对薄弱部位的分析，并且制定相应的补救措施，让高层建筑的安全性能更高，也让人们的生活更安全、更有保障。

2 抗震概念设计的大致内容

2.1 选择合适的场地

场地的选择是建筑能否顺利进行的最基本也是最重要的问题，一块好的场地不仅可以降低造价，更对整个工程的稳固程度有着重要的影响。选择场地时一定要避免高危地段，比如容易产生滑坡、地陷、泥石流等现象的地段应当坚决避免。尽量选择防震效果比较理想的地段，比如，空旷、地表和地下都比较密实均匀的地段。在选择建筑地段时可以借助一些较为先进的仪器，这样选择的结果安全性更高。

2.2 合理布置建筑的平立面

房屋的布置和自身的建筑布局可以决定建筑物性能的优劣，根据抗震概念的原则，合理的结构设计和建筑布局可以增强房屋的抗震性能。换句话说，如果建筑布局不符合抗震设计的要求，即使有精细的地震分析也不能很好地达到抗震的效果。建筑物的高度和宽度都应当符合结构体系和地震烈度区的要求，只有这样才有利于建筑物抗震效果的体现。

2.3 合理的结构选型和结构布置

合理的结构体系需要满足抗震要求同时又经济实用，要同时考虑到建筑物的地基基础，经济指标，功能价值，施工的技术难度等一系列的问题。在结构选型过程中，要特别注意场地的实际情况，建筑物本身的刚性等带来的影响。结构布置要满足对称性和匀称性，结构平面布置和竖向布置都应该进行严格的控制。

2.4 设置多条防震线

多条防震线的设置可以保证抗震结构体系的可靠性，增强建筑物的抗震能力。设计多条防震线简单来说就是设置多个延性较好的分体系，在设置分体系时应该注意选用实用性能较高的结构构件使用。需要特别注意的是，由于各个部件在建筑中的功能不同，受力条件也不尽相同，因此在选择的过程中应该注意有所区分。

3 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

（1）降低地震时能量的输入。根据以往的地震调查结果，增强高层建筑物抗震能力一个有效途径就是减少地震能量的输入。在进行高层建筑物的建设过程时，除了要考虑到局部地形的因素外，也应当将地震时的能量输入纳入考虑范围之内，选择地震输入能量较少的地方相对来说较为安全。

（2）有机结合刚度和延性。一般来说一栋建筑物的静力荷载是相对稳定的，变化度不大，但是当地震来临时，建筑物所承受的作用力一般不是静力荷载，与其动力特性密切相关。如果建筑物的抗侧移的刚性大 ，它的自振周期短，地震给它带来的影响就相对来说更为明显，更容易受到影响。在建筑工程的实施前一定要对抗震概念设计有一定的研究，以达到更为理想的结果。

（3）处理好非结构部件。非结构部件一般指的是在结构分析中不参与考虑重力荷载和侧向荷载的部件，这些侧向荷载主要包括风和地震。内隔墙、建筑墙等属于非结构部件，这些部件虽然一般不参与荷载分析，但是在地震来临时，这些部件都会或多或少的起到一定的积极或消极作用，甚至改变整个结构的承载力度，从而产生意料之外的抗震效果，或者是破坏原有的抗震效果，带来局部危害。因此，为了建筑更好的抗震效果，有必要重新审视这些非结构部件，以达到理想效果。

（4）遵从建筑结构整体性。高层建筑抗震能力的前提是建筑的整体性。当地震来临时，力的作用是沿着平面不同方向同时传递的，此时，楼顶就像相当于水平隔板，成为力的传播载体。尤其是在楼盖有较大的空洞时，应该特别注意建筑结构整体的保持。

4 总结

总而言之，在高层建筑结构设计中加入抗震概念设计对于整个建筑物的抗震能力有着非常重要的作用。在了解并掌握抗震概念基本原则的基础上，将抗震概念设计深入到建筑的设计当中去，有利于增大高层建筑在抵抗地震方面的安全系数。同时，对建筑结构设计进行科学合理的考虑考察，才能使建筑工程满足时代的要求。

参考文献：

[1]万龙.试探抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（28）.

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关键词:高层建筑;结构设计;抗震概念;应用

防震设计是高层建筑结构设计必不可少的一部分，并且地震是一种无法消除的自然灾害。因此，高层建筑结构设计人员应采取科学、合理的措施来降低地震对高层建筑物的危害系数，以提高高层建筑物的稳定性，从而保证人们的生命和财产安全，这同时也是我国高层建筑物结构设计工艺不断优化的必然结果。

1高层建筑结构设计中抗震概念概述

地震的发生是无规律的，因此做好高层建筑物的防震设计是十分必要的。实践证明，只有利用科学、合理的设计措施，整体布局高层建筑的结构细节，才能降低地震对于高层建筑物的危害。一般抗震设计是从抗震值和抗震措施两个方面进行的，其过程是:地震情况统计、数据分析、提出概念。抗震概念设计的主要内容就是保证高层建筑整体的稳固性和细节结构的抗震性。简单地说，抗震概念设计就是基于工程抗震的基本理论和实际的抗震经验总结出的工程抗震概念，是决定建筑物抗震能力的基础。抗震概念设计中包含空间作用、非线性性质、材料时效、阻尼变化等多种不确定的因素。抗震概念设计的原则是建筑结构设计简单性、刚度适宜性、匀称性、整体性。例如在一些地震频发的地区设计高层建筑时，应该考虑都高层建筑上下部分结构性质不同的问题。

2高层建筑架构设计中抗震概念设计的应用策略

2．1合理的场地

高层建筑物的建设地点也是保障建筑工程施工质量的关键因素。选择合理的建筑施工场地，不仅可以减少企业的投入成本，还能提高建筑物的稳固性。因此，施工人员可以利用现代先进科技设施来选择理想的地段。场地的选择应当避开地震危险地段，如地震时会发生崩塌、地裂以及在高强度地震下容易发生地表错位的场地。一般地震危险地段包括断层区、坡度陡峭的山区、存在液化和夹层的坡地以及大面积采空的地区。如发生严重地震的四川北川地区，其区域特点是县境内地形切割强烈，地形起伏大，相对高差超过1000m，沟谷谷坡一般大于25°，部分达40°～50°，甚至陡立。并且地貌类型以侵蚀构造山地、侵蚀溶蚀山地为主。另外在县境内还存在一条断裂带。这也就是北川地区成为汶川地震重灾区的原因，该地区的地震宏观烈度达到了Ⅺ度。因此，建设高层建筑的重点就是选择地势开阔、平坦以及中硬场地土。如我国中部平原地区，其地势平坦，并且属于地震低发区。当然，如果无法避免区域限制，那么也可以选择抗震性比较好的地区，如避免存在孤立山包的区域以及表面覆盖层厚度较小的区域。总之，因地制宜，选择合适的高层建筑建筑建设场地是保证高层建筑物稳定性的最佳途径。

2．2合理布局建筑平面

建筑物的房屋布置和结构布置都是影响高层建筑物稳定性的重要因素。依据抗震的概念，合理布局能够有效提高高层建筑物的抗震能力，延长建筑的使用年限。一般施工人员都会根据地震系数选择适当的建筑物高度和宽度，使高层建筑的抗震能力达到最大值。建筑平面的布置可以从四个方面考虑:一是布置平面时，应当遵循简单、对称的结构特点，以减少偏心;二是应当保证质量和刚度变化均匀，避免楼层错层问题;三是尽量设计合理的平面长度，且建筑物突出的长度也应该符合相关标准;四是尽量避免采用角部重叠的平面图形以及细腰形平面图形。如早前发生在墨西哥的地震，相关人员在地震发生后对房屋的结构进行了分析。据数据表明，建筑物刚度明显不对称会增加15%的地震破坏率，拐角形建筑会增加42%的地震破坏率，因此，高层建筑施工人员应该科学合理的设置建筑平面。此外，现浇钢筋混凝土高层建筑适用高度的确定需要考虑地区的地震烈度，如高层建筑的抗震墙在烈度系数达到6的地区，其最高适宜高度为130米;在烈度系数为7的地区，最高适宜高度为120米。总之，合理的高层建筑物平面布局是保证高层建筑抗震能力的关键。

2．3合理的结构设计

高层建筑的结构设计不仅要满足抗震要求，还要满足经济、功能齐全、施工技术等要求。在设计高层建筑结构时要考虑实际的场地环境和建筑物本身的建设标准。另外，结构的设计还应该满足对称性。总之，对于高层建筑的结构设计应该从各个方面综合考虑。首先，高层建筑结构的设计需要考虑多种影响因素，除材料、施工、地基、防烈度等因素外，还要考虑经济因素，之后才能确定建筑物结构类型。有利于防震的建筑平面设计包括方形、圆形、矩形、正六边形、正八边形等，不利于防震的建筑平面设计包括多塔形、错层、楼板开口等。次外，如果建设的高层建筑属于纯框架高层建筑，那么设计人员应避免出现框架柱倾斜、楼体倾斜等问题。因为如果框架柱倾斜，一旦发生地震就会出现剪切破坏问题，造成高层建筑的严重损坏。其次，更为重要的是结构设计一定要遵循对称原则，避免扭转问题的出现。如果高层建筑结构采取对称的结构，那么当发生地震时，其建筑物只会发生平移震动，建筑物各个部分的受力比较均匀，从而降低地震对高层建筑的破坏程度。

2．4设置多条防震线

设置防震线是为了提高高层建筑结构的抗震系数，提高建筑物体的稳固性。之所以设置多条防震线是因为建筑物中各个部分的结构和功能是不相同的，设计相应的反震线能整体提高高层建筑物的抗震能力。设置多条防震线的优势在于如果发生地震时，第一道防线的抗侧力构件在遭到破坏之后，其地震的冲击力和破坏力就会减弱。这样当地震经过多道防震线之后，地震的破坏力就会降到最低。如尼加拉瓜的马拉瓜市的美洲银行大厦，就是应用多道防震线的典型建筑，其大楼采用的是11.6米*11.6米的钢筋混凝土芯筒作为主要的抗震和防风构件，并且该芯筒又由四个小芯筒组成。相关数据显示，该高层建筑对于地震的反应用数据表示是，当发生地震时，其四个小芯筒的结构底部地震剪力值达到了27000KN，结构底部地震倾覆力矩达到了370000KN•m，其结构顶点位移值为120毫米。总而言之，设置多条防震线提高高层建筑物防震能力的重要手段。尤其是在社会经济快速发展的背景下，重视抗震概念的设计是延长高层建筑物使用年限，提高我国建筑工艺水平的关键。

3总结

综上所述，随着我国经济水平的不断增长，高层建筑物的数量也在迅速增长。因此，做好高层建筑结构设计中的抗震概念设计就凸显的尤为重要。将抗震概念设计应用到高层建筑结构设计中，不仅要考虑高层建筑结构施工的各个方面，还要考虑各种外界因素以及抗震标准。这样才能提高高层建筑的稳定性，降低地震给高层建筑造成的危害程度，从而保证人们生命和财产的安全。

作者:周宝学 单位:浙江华坤建筑设计院有限公司

参考文献:

［1］张念华．抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用［J］．中国新技术新产品，2014，04∶78－79．

［2］李国珍．高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析［J］．江西建材，2014，02∶29．

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【关键词】高层建筑；结构设计

1.高层建筑结构概念设计的基本原则

1.1结构的简单性。应将复杂的变成简单、将结构的受力与传力途径设计越简单、直接和明确就越好、尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件、传力途径越复杂就越易形成内力与变形的不协调和难以预料的薄弱环节。同理，对结构进行分析计算时，应该运用最简单、最直接、概念很清除地计算方法，切忌使用概念含糊不清，有的甚至连概念都看不出来，系数套系数的繁琐计算方法。

1.2结构的规则性和均匀性。

1.2.1建筑平面规则，平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心、建筑平面规则、结构布置均匀，有利于防止薄弱层的结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各结构之间重分布，增加结构的超静定的数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。

1.2.2沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，避免有过大的外挑和内收，，以限制结构在竖向某楼层或少数几个楼层出现敏感的薄弱部位，以致在这此部位因产生过大的应力集中和过大的变形而使结构不安全。

2.高层建筑的施工技术分析

2.1混凝土施工技术。在国内高层建筑混凝土施工中，混凝土施工技术的应用范围极为广泛，混凝土施工技术的发展与创新是保证高层建筑物质量的根本，也是促进国内建筑行业施工技术全面发展的关键部分、高层建筑中混凝土施工技术的应用过程中，既要坚持与高层项目建设实际需要相结。合的原则，还要严格把握施工技术应用的要点、高层建筑中混凝土施工技术应用的要点，主要表现在以下几个方面：

2.1.1高层建筑的裂缝预防与控制一高层建筑中混凝土施工中，由于受到人为、外界气候、技术手段、机械作业等原因的影响，经常会出现建筑体地面或墙体出现局部裂缝的现象、混凝土施工技术人员一定要考虑到由于外部气候条件、天气状况的不同，混凝土的结构自然也会有所差异，其裂缝宽度的控制也会有不同的控制标准。目前，国内高层建筑中混凝土施工技术对于裂缝问题的预防与控制，普遍以施工期间的技术强化与重点监管为主。

2.1.2高层建筑整体强度的控制、在高层建筑混凝土施工中，建筑整体强度的控制是至关重要的，也是建筑工程质量达到国家相关检验标准的根本保障、高层建筑混凝土施工中，技术人员一定要根据国家及地下相关工程质量标准的要求，调配出不同强度等级的混凝土样品，并要将其送到指定的质检机构进行级配强度试验，混凝土施工中要严格按照级配报告的标准进行大批量的混凝土调配、在混凝土现场施工环节，技术人员还要加强原材料的质量控制与强度检验，一旦发现水泥、砂、石的配级难以达到标准的情况，一定要及时制定调整力案，采取相应的补救措施，以确保对于高层建筑整体强度的控制。

2.2转换层施工技术。

2.2.1控制网的布置、高层建筑转换层的结构分为顶层、转换层以上标准层、转换层、转换层以下等四个层面、在高层建筑转换层施工中，由于受施工范围的限制，为了全面保证施工的整体进度和质量，以及施工过程中各个控制点不遭受破坏，主楼的垂直度和施工测量数据都必须得到有效地控制，各项数据存在某此误差是不可避免的，但是只有充分应用现代施工技术和测量仪器，是完全可以把误差控制在科学范围之内的。高层建筑转换层施工中。

2.2.2钢筋制作和绑扎工艺、高层建筑转换层施工中，钢筋作为最主要的建筑材料，对于其应用的施工技术形式为钢筋制作和绑扎工艺、高层建筑转换层施工过程中，首先要在钢筋沿体周围一定的距离安置一定数量的U形钢支架，这样不但可以有效保证钢筋的整体垂直度和外部保护层的厚度，而且对于转换梁钢筋的绑扎具有一定的稳定和定位作用、转换梁钢筋的绑扎必须严格按照施工技术要求，及相关规范来开展和进行，钢筋捆绑的科学顺序为：架设U形支架，放置开口底箍、绑扎牢固，放置内开口箍，从中间向两边分层放置水平主筋、绑扎牢固，从两侧插入水平开口箍、只有严格遵守钢筋制作和绑扎工艺，才能保证高层建筑施工的基本质量要求。

2.3连体结构施工技术。抗震性能要求，高层建筑物连体结构一般是由两栋或多栋建筑之间设置的架空连接体而形成、高层建筑物连体结构的跨度因建筑的实际需要及用途的差异而略有不同、在国内现阶段应用的高层建筑物连体结构施工技术中，连接体与主体结构的连接一般采用刚性或柔性连接两种形式、由于高层建筑物连体结构得竖向刚度容易发生突变，结构扭转效应也相对较大，且竖向与水平地震组合作用对连接体及其附近主体结构有不利影响，受力复杂、因此，在连体机构施工技术的应用中一定要强化建筑物的整体抗震性能，全面保障建筑物的使用安全与整体性能、另外，节点刚度对高层建筑物整体刚度的影响也很大，屈曲是在施工中必须引起重视的重要技术问题之一。

3. 结论

高层建筑结构概念设计是运用人的思维和判断能力、从宏观上决定高层建筑结构设计中的基本问题、具体说来，就是要有效地选择结构体系，与高层建筑物的使用要求相互协调、采用由大到小、自顶向下的原则选定结构型式，使所选结构型式在适当条件下能使建筑具有形体美和环境美，并且满足地形、地质、材料、施工等条件，综合处理好功能、技术、艺术、经济等方面的矛盾。

参考文献

[1] 马洪涛.国内高层建筑施工的控制与管理，[M].北京：中国社会科学出版社，2004.

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关键词：高层建筑；结构设计；剪力墙；超高；概念设计

1 高层建筑结构设计的基本特点

与单层或多层建筑的结构设计相比，高层建筑在结构设计中要考虑的因素较多，尤其是如果实现建筑整体美观性和安全性的协调，逐渐成为广大设计师关注的焦点问题。近年来，在国内各地区频繁出现高层建筑建设质量问题，结构设计的不合理是其主要原因之一，设计师难以把握高层建筑结构设计的基本特点，由于设计方案的不合理性，最终导致建筑的整体质量难以保证。高层建筑结构设计的基本特点，主要表现在以下几个方面：

1.1水平荷载具有决定性因素

由于高层建筑的层数一般在15层以上，其自身重量和使用荷载必然会导致结构中竖向构件产生一定的轴力，所以在高层建筑结构设计中必须注意水平荷载的问题，保证建筑的整体高度与弯矩值形成正比。对于水平荷载与建筑结构之间产生的倾覆力距，则应与建筑整体高度的二次方形成正比。

1.2结构延性至关重要

与多层建筑相比，高层建筑结构的柔性相对较大，特别是在地震或地基不规则沉降过程中出现结构变形的几率较大，因此，为了进一步提升高层建筑结构在塑性变形后的变形能力，防止其出现倒塌的问题，必须采取有效的措施增强高层建筑结构的延性。

1.3侧移是主要控制性指标

在高层建筑结构的设计中，侧移是设计师必须考虑的关键性问题之一。随着现代高层建筑层数的不断增加，结构在水平荷载的强大作用下，其出现侧向变形的几率也无形中增加，所以一定要将高层建筑结构的侧移控制在合理的范围内。

2 高层建筑结构设计应注意的几个问题

目前，国内在高层建筑结构设计中虽然积累了一定的经验，并且积极吸取了国外的先进设计理念，但是对于相关问题的把握和控制仍然存在一定的缺陷，这是阻碍我国建筑行业整体设计水平发展的主要因素之一。结合国内高层建筑结构设计的现状，应注意的问题主要有以下几点：

2.1框架柱截面大小的选择

对于框架柱而言，轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满，即耗能能力越大，延性就愈好。而对于柱净高与截面高度的比值小于4的短柱，在往复水平荷载作用下其滞回曲线呈较瘦的反s形，耗能能力降低、延性较差，呈剪切破坏。

高层建筑的底部柱，由于对轴压比值有要求， 因此往往会将柱截面取得很大，但是由于受到层高的限制就使得框架柱成为了短柱。在实际的结构设计时，要确定截柱面的大小要注意以下几点：框架柱的截面首先必须满足规范轴压比的需要，从而为结构的竖向承载力和底板的抗冲切承载力提供保障。而对于形成的短柱，则可以通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性的效果：采用钢管混凝土柱、劲钢混凝土柱或是高强混凝土柱；柱的轴压比必须满足规范限制，轴压比过大则结构的延性无法得到保证，过小又会造成结构的经济技术指标较差。

2.2短肢剪力墙的设置问题

在我国建设部组织编制的《高层建筑设计规范》中，对于短肢剪力墙作出了明确的定义，即墙肢截面的高厚比为5.8的墙被统称为短肢剪力墙。根据相关建筑技术部门的研究和实验，对于短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用也提出了具体的要求，因此，在今后的高层建筑结构设计中，设计师应尽量减少或取消短肢剪力墙的设置，以免为建筑的后期设计和竣工质量检验造成麻烦。

2.3结构的超高问题

在高层建筑的结构设计中，超高问题是较为突出的，根据我国《建筑抗震规范》中的相关规定，必须对建筑的整体高度进行严格控制。我国高层建筑的限制高度一般分为：A级和B级两个标准，对于高层建筑的处理措施与设计方法的要求也有所改变。在高层建筑的实际设计工作中，设计师应根据建筑类型合理确定其高度，并且在通过相关部门的审核后，方可组织施工。

3 加强高层建筑结构设计的措施

在我国高层建筑数量增多、规模扩大，以及工艺和技术要求不断提高的背景下，在今后的高层建筑结构设计中，一定要不断采取新的理念和方法，全面提高设计方案的合理性、可行性与经济性，这也是促进我国建筑行业发展的先决条件。针对国内高层建筑结构设计的现状，应采取一下加强措施：

3.1进行合理的概念设计

在国外的高层建筑结构设计中，概念设计较为流行，而国内则较少采取此方法。所谓的概念设计是指在通过科学的构想来完善设计工作，促进设计方案更趋合理化、人性化。在我国的高层建筑结构设计中，应用概念设计方法时，必须考虑到结构的平面布置与刚度宜，以保证高层建筑的平面布置简单、规则，减少凸出或凹进等复杂结构。另外，在概念设计中尽量减少扭转对于结构的危害性也是十分重要的，可以从以下两方面入手：进一步增加结构自身抵抗扭转的性能；尽量减少或控制因地震作用而引起的建筑结构扭转问题。

3.2选择合理的结构体系

总结国内的高层建筑工程实践经验不难发现：在高层建筑结构设计中，如果结构体系的选择不合理，而仅是依靠所谓的先进理论和计算方法进行设计，难以保证建筑结构的安全性、经济性与可靠性，而且会留下较多的安全和质量隐患。由此可见，在高层建筑结构设计中，选择合理的结构体系是至关重要的，而且设计师应该重点分析的问题之一。目前， 国内的高层建筑中主要采用：抗震墙结构、框架结构、简体结构、板柱一抗震墙结构、框架.抗震墙结构，以及部分框支抗震墙结构等，每一种结构体系都具有其自身的优点的缺点，适用的环境也有一定的差异，所以设计师一定要结合工程项目的实际要求进行合理的结构体系选型。

3.3科学进行计算

在高层建筑结构设计中，科学进行各类数据的计算是设计师必须掌握的专业技能。根据高层建筑结构的实际情况，设计师要选取相应的计算模型。在进行概念设计时，要注意简化计算流程，以保证设计工作的时效性。目前，在国内高层建筑结构设计的计算中，各种专业的计算机软件和工具已经得到了广泛的应用，设计师仅需将各种实地测量数据输入到系统中，就可以在短时间内获取所需的各种专业数据，大大提高了设计师的工作效率和设计方案的准确性。

近年来， 我国高层建筑的建设有了迅猛的发展，而且成为促进国内建筑行业发展的重要建设项目。但是从高层建筑结构设计的整体质量而言，存在的弊端和问题相对较多，必须引起国家建筑主管部门和相关单位的高度重视。在未来的高层建筑结构设计中，广大设计师一定积极运用先进的设计理念和方法，在提高相关数据计算精确度的基础上，全面提高设计方案的质量，为工程项目的建设提供专业的工艺和技术依据。

参考文献：

[1]张彦彬.试析高层建筑工程的转换层结构设计[J].黑龙江科技信息，2011，（16）：246.

篇10

关键词：高层建筑结构设计体会

中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：

引言

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，城市化进程不断加快以及对高层、超高层建筑的结构体系的研究日益完善，使得高层、超高层建筑得迅猛发展。为了完成复杂的结构设计任务，设计人员必须使用计算机提高工作效率，但是不能完全依赖计算机。提倡概念设计，就是强调人在设计中的指挥、主导、调控作用。

1 高层建筑结构的设计思路

设计人员依据规范要求以及工程的实际情况，融合安全度概念、力学概念、材料概念、荷载概念、抗震概念等等，首先对工程进行概括的分析，把握工程设计要点，确定结构方案设计、初步结构布置、设定好模型计算的参数；在计算过程中分析计算简图，根据出现的情况采取相应的措施，调整计算模型；拿到了计算结果要对其作出正确性判断，决定后续处理办法并对设计结果进行修改完善。

2 高层建筑结构的设计内容

2.1高层建筑基础设计。 应综合考虑建筑场地的工程地质和水文地质状况、上部结构的类型和房屋高度、施工技术和经济条件等因素，使建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求；采用整体性好、能满足地基承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式；宜采用筏型基础或带桩基的筏型基础，必要时可采用箱型基础。以减小长期重力荷载作用下地基变形、差异变形为主。高层建筑主体结构基础底面形心宜与永久作用重力荷载重心重合。对于高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%，计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。

2.2高层建筑结构布置。建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，结构平面形状简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，对薄弱部分采取有效的抗震构造措施。

2.3高层建筑结构材料选择。材料的选择应符合抗震结构的要求，采用什么结构材料需要经过对其技术、经济条件比较后综合确定。同时力求结构的延性、刚度、强度完美比配，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度。

2.4高层建筑结构体系。无论是框架结构、框架―剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构，抗震是高层建筑必须考虑的因素，在考虑抗震性时，应结合以下因素：(1)结构设计要有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径；(2) 建筑结构设置多道防线，当部分结构或构件因破坏而失效时，不会影响整个结构丧失承载能力和抗震能力；(3)要有良好的延性和消耗地震能量的能力。 (4)强度和刚度在竖向和水平方向的分布要均匀，并根据设计需要合理布局，防止局部突变或消弱情况引起薄弱环节的出现，有效防止地震时应力的过大集中或塑形变形集中等危险情况的发生。遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件” 的原则注意构件的延性性能，适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施之一。例如框架结构中，框架是唯一的抗侧力构件，采用了“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以利用梁的变形能力消耗地震能量，使框架柱退到第二道防线的位置；框架剪力墙结构中，剪力墙作为第一道防线，框架作为第二道防线。另外，高层建筑结构采用了“强节点弱构件”的原则，确保在地震作用下节点承载力大于相连接构件的承载力。当构件屈服、刚度退化时，节点仍能保持承载力和刚度不变。尽管结构单元之间要求牢固连接，要求彻底分离是抗震设计的普通原则，但对高层建筑结构而言，最好采取加强连接而不是分离的方法，尽量避免似分不分，似连不连的结构方案，防止因振动不同步产生震害。

2.5高层建筑结构整体性合理的控制指标。

⑴周期比的控制。《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条要求：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。周期比控制的是侧向刚度与扭转刚度的相对关系，目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转关系。周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。如果周期比不满足规范要求，说明结构的扭转效应明显，需要增加该结构周边构件的刚度，降低中间构件的刚度，增大结构的整体扭转刚度。

⑵位移比的控制。《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条要求：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。位移比是控制结构平面不规则的重要指标。规范中规定的位移比限值是按刚性楼板假定作出的，如果楼板有大的凹入或开洞，平面内消弱过大，结构平面空旷、狭长时，位移比就没有意义了。

⑶刚度比的控制。刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。《高规》提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度、剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定。剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构。地震力与层间位移比通常绝大多数工程都用此法计算。

⑷剪重比的控制。控制剪重比，是要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）第4.3.12条明确要求了各楼层水平地震剪力的最小值。该值如果不满足要求，则说明结构可能出现比较明显的薄弱部位。

⑸刚重比的控制。刚重比是结构刚度与重力荷载之比，是控制结构整体稳定的重要因素，避免建筑在地震时发生倾覆。《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）第5.4.2条，高层建筑结构不满足第5.4.1条（结构刚重比）的规定时，应考虑重力二阶（P-）效应对水平力（风、地震）作用下结构内力和位移的不利影响。《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）第5.4.4条，规定了高层建筑结构的稳定所应满足的条件。

2.6高层建筑对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计依据。

⑴检查原始数据，计算简图是否符合本工程的实际情况，特别是荷载不能漏项。

⑵检查结构设计信息文本文件，从设计参数是否合理，结构各层层刚度比是否满足，抗震倾覆验算是否通过，结构整体稳定验算结果是否满足等几方面着手。

⑶检查结构的周期（扭转周期与第一平动周期的比值是否满足规范要求）、位移（检查X、Y方向地震力作用下的楼层最大位移比是否满足规范要求）、地震力输出文件，查看X、Y方向的有效质量系数是否满足。

⑷根据结构类型分析其动力特性和位移特性，判断结构的合理性。

2.7对高层建筑结构的单根构件内力和配筋计算，包括梁、柱、剪力墙的配筋计算，柱和剪力墙轴压比计算。注意一般构件的配筋值是否符合构件的传力特征，特殊构件（如转换梁、大悬臂梁、转换柱）分析配筋是否正常，挠度、裂缝是否满足要求。特别要重视竖向构件的配筋。计算结果不超筋不表示构件初始设置的截面和形状合理，根据计算结果对构件进行优化设计，使得构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理，节省材料。

3 结语

我国的高层建筑业得到了快速的发展，但是在发展的过程中，我们还是应该遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最有效的高层建筑结构体系，建设好我国的高层建筑，令其更加符合甚至是超越国际市场上的标准，为我国的高层建筑业谋得更长远的发展。

参考文献：

[1]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010