高层建筑结构概念范文

导语：如何才能写好一篇高层建筑结构概念，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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这样我们才能从不断的工作中总结、创新，发挥我们无穷创造力和判断力。

关键词：概念设计，规范，一体化计算机结构设计程序

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

做为一名结构工程师不能过于依赖传统的结构设计，这样只会让我们依赖和盲从于规范，把规范当做是结构设计的法律依据，却不知道规范只是建筑物和构筑物所需要最低的标准要求，而且是最基本的。当结构工程师过于依靠一体化计算机结构设计程序时，就会对结构设计程序的理论假定、应用范围、限制条件等缺乏了解，无法对计算出的结果进行正确的判断和取舍。

如何走出传统设计的误区。作为一名结构工程师，在高层建筑结构的设计中，应本着积极、主动的态度，即不盲目依赖于规范，也不盲目依靠于一体化计算机结构设计程序，自觉地完成高层建筑结构的概念设计，这是我们走出传统设计误区的关键。

那么，什么是高层建筑结构的概念设计。

高层建筑结构的概念设计就是在特定的空间形式、功能和地理环境的条件下，以结构工程师自身确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各部分有机相连的结构总体系，并能有意识地利用和发挥结构总体系和主要分体系，以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。

高层建筑结构的概念设计分为三个阶段：第一阶段，即建筑方案设计阶段。结构工程师以自身拥有的高层建筑结构体系功能及其受力、变形特征的整体设计概念与判断力去帮助建筑师开拓和实现业主梦寐以求的，或已初步构思的空间形式及其使用、构造与形象功能。并以此为统一目标，与建筑师一起构思总结构

体系，并能明确结构总体系和主要分体系之问的最佳受力特征要求。第二阶段，即初步设计阶段。结构工程师通过概念性近似计算能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，这种近似的计算方法概念清楚，定性准确，手算简单快捷，能较快地对结构体系进行探索、优化，乃至最后确定分体系及其构件的基本尺寸，并确认设计方案的可行性。第三阶段，即施工图设计阶段。由初步设计阶段可以得到结构体系的计算模型和所需输入的原始数据，在施工图设计阶段，结构工程师结合自身拥有的结构概念、经验和判断力，对计算机内力分析输出数据的可靠性与否进行判断。

作为一名结构工程师，如何去把握，或者说有意识地去进行高层建筑结构的概念设计。一句话，对应于高层建筑结构概念设计的三个阶段，分别进行概念设计。

首先，在建筑方案设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设计，必须坚持结构设计没有惟一解的设计理念，充分发挥结构工程师的创造力和创新能力，协助建筑师以达到令业主满意的建筑。例如，美国芝加哥第一国家银行大楼建设之初，银行业主追求和向往能在他们银行大楼的整个底部有一个4层～5层楼高

的无柱大空间，以充分满足他们银行业务在使用功能和形象功能上的需要。在芝加哥第一国家银行大楼方案设计中，结构工程师和建筑师合作开拓了一种新的结构形式，即将电梯井筒与设备井筒分别设置在建筑物的纵向两侧，作为巨型柱，并将第一道设备层设置在第6层，往上每隔18层再各自设置一道，作为承载力和刚度很大的巨型水平构件，并与周边的巨型柱有机地刚性连接在一起，从而构成了一种巨型框架体系的结构功能与受力特征，不但能有效地抵抗重力荷载和水平荷载，还在整个大楼底部5110㎡ 的面积内无一根柱子，实现了业主梦寐以求的大空间。同时，在建筑方案设计阶段，结构工程师所构思的结构总体系应有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标。即具有一定大的刚度和承载力抵御风荷载和规范设防烈度水准的地震作用，以及在第一道防线的有意识屈服后，在结构变柔的同时仍具有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御可能遇到的罕遇大地震。

其次，在初步设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设计，必须掌握各种结构体系的近似计算方法。英国工程师A.L．L．Baker讲过：工程师所掌握的最佳计算方法，应该是运用最简单、最直接的计算方法。而近似的计算方法就是对一个结构工程师进行高层建筑结构设计能力的最基本的要求。例如，对于框架结构体系，必须掌握的近似计算方法为：竖向荷载作用下的直接弯矩分配法，水平荷载作用下的近似计算法。同时，结构工程师还必须了解抗侧力构件的变形近似计算，通过获取不同抗侧力结构(或构件)之间的相对刚度比较概念，来大致估算建筑物的变形，以便于提出或比较各种可行的结构总体方案。

最后，在施工图设计阶段，仍然要注意把握和运用高层建筑结构的概念设计。例如，钢筋混凝土框架柱的轴压比超过了规范的限值，我们要结合具体设计综合判断。众所周知，规范控制轴压比限值的目的：要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延的大偏心受压破坏状态，以防止小偏心受压状态的脆性破坏。同时我们知道，影响钢筋混凝土框架柱截面延的因素除轴压比外，还有框架柱的配箍特征、核心区混凝土的抗压强度等级、纵向钢筋承担截面轴压的能力、框架柱的截面形状等因素，轴压比限值的大小必须根据具体工程设计综合所有因素进行一定程度的合理调整。

综上所述，作为一名结构工程师，在高层建筑结构设计中，应始终坚持概念设计的理念，既不盲目照搬规范，也不盲从于一体化计算机结构设计程序，任其随意摆布；只有始终坚持概念设计的理念，才可能不断地追求尽善尽美的设计思想，而其结构的概念、经验、判断力和创造力才会随年龄与实践的增长而越来越充实，其设计成果才能不断创新。

参考文献：

[1] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[s]．

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[s]．

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关键词：高层建筑结构设计 高层剪力墙结构优化

中图分类号： TU208 文献标识码： A

1、结构概念设计的概念

建筑工程的概念设计是指一个先于建筑工程的初步设计，是以获得功能优越、造型美观、技术先进以及能获得较好经济效益的总体方案为目标的设计阶段。建筑工程的概念设计一般有建筑方面的概念设计和结构方面的概念设计两大部分，它们之间相互影响、相互协调、相互结合。在建筑工程的概念设计里，要求在环境的布局和治理、建筑的空间和形式、结构的体系和材料、构筑的方法和效益之间协调一致，做到“功能、结构、美观、建造”的统一。

结构概念设计的前提，是对地区规划和自然环境、建筑意图和使用功能需要的理解，以及对资金状况、材料来源和建造条件的了解。

结构概念设计的成果，是初步确定结构的总体方案(指主要承重体系)、相应的分结构体系(指屋楼盖、基础等)以及它们间的关系(含主要连接方法)。

结构概念设计的主要手段，是对力学概念、材料性能、结构体系和建造技术的娴熟运用，同时还要有审美的眼光、工程的意识和丰富的实践经验。在概念设计过程中，要进行整体的考虑，全面的比较，快速的估算，综合的评价和果断的选择。

结构概念设计所需的时间，既可能在短期内完成，也可能要经历一个反复比较的进程，甚至要进行一些模拟试验;它们都要摆脱设计作品的一般化。

结构概念设计的目的，是在初步设计前为所设计的工程项目设想一个概念性的总体方案，使今后的设计、施工和使用都能够做到“又好、又快、又省”。

2、概念设计在我国建设工程中的地位

我国现行建筑工程的程序如图1所示。初步设计以前的“构思设计”，以及在综合地合理处理规划、建筑、结构、设备、施工诸方面关系后所形成的“总体设计方案”，是概念设计的成果。它为完成初步设计提供了正确的概念和思路。因而可以认为，概念设计既是设计的灵魂，也是整个建设过程中的灵魂。

①概念设计与初步设计的关系

初步设计文件应包括以下三方面:

(1)设计说明―含设计依据、设计规模、设计范围、设计指导思想和特点 (对总体布局、选用标准和结构选型的综合叙述)、总指标(占地面积、建筑面积、能源和主要建筑材料消耗量、概算等)。

(2)设计图纸―含区域位置图、总平面图、建筑平立剖示意图、竖向布置图。

(3)结构设计―含结构设计总说明(自然条件、安全等级、使用荷载、抗震烈度和其他特殊要求)和结构设计主要内容的说明(结构选型、地基处理、基础型式、材料选用、构造处理等)。

由此可见，概念设计的深度以能够进行上述初步设计的需要为前提。对结构的概念设计来说，则要按照长期安全使用的要求，建筑设计的需要，技术经济的可能，以及结构受力的分析，巧妙地做到以下几点:

―确定主体结构的体系(和其相应的楼盖、屋盖、承重结构和基础结构系统);

―选择主要的结构用材料;

―考虑关键部位的构造措施;

―合理地建议先进的施工技术。

图1我国现行建筑工程建设程序示意

3、结构概念设计的原则

结构概念设计的原则，是人们根据对建筑理论、力学、结构、材料以及施工技术和管理知识的认识，对建筑、结构和设备功能需求的理解，对设计、施工和使用实践的领会，在总结长期工程经验的基础上所制定的一些基本要求，对做好概念设计有着重要的指导作用。

①全面考虑原则(也称三维构思原则)

在做结构概念设计时，首先要对其所涉及的各个方面作全面的考虑。它包括建筑、结构和施工等方面的综合考虑，以及整体、局部和它们间关系方面的考虑。这3个方面的考虑构成了结构概念设计时的三维构思。

建筑方面指空间、尺度、联系等使用要求，采光、通风、防火等功能要求，美学、形式、风格等美观要求。

结构方面指所选择结构体系、型式的可靠性、经济性和新颖性，结构整体和关键部位受力、变形的合理性，以及结构所用材料在长期使用环境下的耐久性等。

施工方面指取材的现实，成型的可能，做法的合理……

做好上诉考虑，也就注意了使用、功能、美观、技术和经济方面的需求。

②功能协调原则

结构概念设计时，应尽可能做到建筑、结构、设备和施工手段的功能协调，以便取得尽可能大的效能和尽可能多的效益。如:

在结构和建筑功能协调方面，要做到建筑体型和结构体系相协调，建筑使用和结构布置相结合等。

在结构和设备功能协调方面，有设备系统和结构布局是相应的，设备路线和结构构件是相通的，设备部件和结构构造是相配的等:

在结构和设备功能协调方面，有设备系统和结构布局是相应的，设备线路和结构构件是相通的，设备部件和结构构造是相配的等;

在结构和施工手段综合协调方面，如在做现浇混凝土结构时，将模板作为结构构件的组成部分:在安装预制构件时，将施加预加力手段与构件连接方法相一致，考虑构件受力元素和受力状态与施工过程中的做法相一致等。

③实际出发原则

概念设计时必须从实际出发处理所遇到的各种问题。例如认真考虑当地固有的自然条件(如气候、建筑地段、地质条件等)、当地历史形成的人文条件(如文化背景、已建建筑物等)、当地当时的资源条件(如资金、原材料、设施等)。因而:

(1)概念设计前要对当地的实际情况进行全面了解和分析;

(2)概念设计时所取的各种条件要符合当地当时实际可能;

(3)所做的概念设计方案必须充分满足未来使用时的实际需要。

4、剪力墙结构体系概念设计的优化

①剪力墙结构体系基本概念

钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系(以下简称为框一剪结构)由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成，框架的梁柱为刚接，框架与剪力墙可为刚接，也可为绞接。框架结构的层抗推刚度上下比较均匀，在水平地震作用下其变形曲线为剪切型，即层间侧移越往下越大:而剪力墙的层抗推刚度底层很大，越往上急骤变小，其变形曲线为弯曲型，即层间侧移越往上越大。所以，把框架结构和剪力墙结构布置在一个结构单元中，用平面无限刚的楼板把两种结构连系成一整体，可以起到互相取长补短的作用。层数较多的纯框架结构，在水平地震作用下，往往由于层间位移较大引起非结构构件甚至结构构件的破坏。但在纯框架结构中加入少量剪力墙，可以大大改善结构的抗震性能，减小震害。但是，剪力墙越多，结构的抗侧移刚度越大，结构重量越大，因而结构吸收的地震能量也越大(见图2)。故剪力墙的抗震作用随着剪力墙的增多而减小，甚至多到一定数量，剪力墙再增多时，其抗震作用不会再提高，反而使结构的造价提高。在结构概念设计阶段，简捷、正确地确定框架一剪力墙结构中剪力墙最优数量，可避免重复、烦琐的结构刚度调整计算。因此正确选择剪力墙刚度，确定剪力墙最优数量是一个很切实的问题，也是目前工程届普遍关注的问题之一。因而，如何搞好框一剪结构设计，将直接影响到建筑物的安全使用与技术经济指标的高低。既要使结构满足抗震要求，又要使结构的造价最省，是设计者应追求的目标，也是结构概念设计所致力于解决的问题。

图2剪力墙数量与基底剪力关系

②剪力墙的布置

⑴基本原则

一般情况下，剪力墙应在纵横两个方向同时布置，并使两个方向的自振周期比较接近。在非抗震设计的条件下，也允许只设横向剪力墙而不设纵向剪力墙，这时，纵向风力全部由纵向框架承受。

剪力墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。均匀、分散是要求剪力墙的片数多，每片的刚度不要太大，也就是说布置很多片短的剪力墙;并且在楼层平面上均匀布开不要集中在某一局部区域。

对称、周边布置是对高层建筑抵抗扭转的要求，剪力墙的刚度大，它的位置对楼层平面刚度分布起决定性的作用。一方面，剪力墙对称布置可以避免和减少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墙沿周边布置可以最大幅度地加大抗扭转的内力臂，提高整个结构的抗扭能力。

⑵剪力墙的平面位置

一般情况下，剪力墙宜布置在下述的各个部位:

1)竖向荷载较大处。这样可以获得三点好处:①较大重力荷载引起的较大地震作用，可以直接传到剪力墙上;②剪力墙承受很大的弯矩和剪力，有了较大轴向压力来平衡，可以减小墙体的拉应力，并提高墙体的受剪承载力:③可以避免使用较大截面梁、柱的框架来承担较大的竖向荷载。

2)平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处。这样可以消除地震时在该部位楼板中引起的应力集中效应。

3)楼梯间、电梯间以及楼板较大洞口的两侧。

⑶剪力墙最大间距

在框架一剪力墙体系中，剪力墙是主要抗震构件，承担着80%以上的地震力;框架是次要抗震构件，仅承担20%以下的地震力。要保持框架一剪力墙体系这一结构特性，以剪力墙为侧向支撑的各层楼盖，在地震力作用下的水平变形就需要控制在很小数值范围以内，使框架的侧向变形与剪力墙大致相同。因此，剪力墙的间距一般不应超过表1中的数值，否则，就需要通过空间分析来考虑楼盖水平变形所引起的框架剪力增值。

表1剪力墙间距(L)和楼盖长宽比(L/B)的限值

在实际工程中，剪力墙间距一般在2. 5B及30m以内。原则是建筑物越高，抗震设防烈度越高，间距取值越小。有30m长的一段无剪力墙的自由布置空间，完全可以满足建筑功能的要求。

结语：

随着我国社会与经济的蓬勃发展，特别是城市建设的发展，高层建筑在我国得到了越来越广泛地应用，不仅建筑面积、层数、高度有了明显增加，而且建筑外形与结构型式也越来越复杂。然而传统的设计方式己难以设计出满足当前人们需要的优秀建筑，探寻一种新的设计方法势在必行。

参考文献：

[1]罗福午，张慧英，杨军，建筑结构概念设计及案例，清华大学出版社，2003.

[2]中华人民共和国建设部.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002,J186-2002 ).中国建筑工业出版社，2002.

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【关键字】概念设计；结构选型；构造做法；基础；目标

随着我国经济不断发展，城市化进程的加快，城市中钢筋混凝土结构的高层建筑愈来愈多，由于建筑形式的多样化，建筑设计理念的不断创新，各种不同使用功能的多元化等诸多因素，使得高层建筑形体日趋复杂，形态各异，给结构设计增加了一定的难度，往往会遇到一些规范或规程未论及的问题，这时概念设计就显得尤其重要

一、何为概念设计

具体的讲，是指在没有进行认真运算的时候，通过大层次的控制特征对构造等的综合内以及分部信息开展的一种整理的设计理念。概念指的是当我们在开展具体活动的时候，通过一定的认知能力而发展变化得到的。现在，我们在开展实际的结构探索的时候仍然面临许多的不利现象，在开展设计的时候是按照假定等的方式来进行的。所以，规定构造设计人员对综合内容和不同的分层内容进行深入的了解，特别是对那些不容易进行细致的力学探索或者是在活动中无法辨别的事项中结合综合构造和分部间的理论内容，将其运用到具体的活动里，改变了传统模式中的呆板模式，进而能够有效的体现出设计人员的主观能动思想 。

二、建筑的概念设计应从以下及方面进行

1、结构选型布置的概念设计

（1）结构平面布置刚度宜均匀，减少扭转。高层建筑的平面布置宜简单，规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面。更重要的是结构平面布置时要尽可能刚度均匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减少地震作用下的扭转，扭转对结构的危害很大。减少结构的扭转，一是减少地震作用引起的扭转，二是增加结构抵抗扭转的能力。平面刚度布置均匀，可减少地震作用下的扭转。而影响平面刚度均匀的主要因素是剪力墙的布置。剪力墙集中布置在结构平面的一端或一侧是不好的。大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震作用下扭转大，而对称布置剪力墙、井筒有利于减少扭转。周边布置剪力墙，或周边布置刚度很大的框筒等，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转。为了减少地震作用下的扭转，还要注意平面上质量分布，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边会加大扭转。

（2）结构竖向刚度宜均匀，避免薄弱层，减少鞭梢效应。结构宜做成上下等宽或由下向上向心逐渐减小的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应当沿高度均匀分布，或沿高度向心逐渐减小。各层剪力墙的布置是影响结构竖向刚度是否均匀的主要因素。框支剪力墙结构是典型的结构竖向刚度有突变的结构，框支层的变形大，为薄弱层，容易发生地震震害。故在结构设计时，不允许将全部或大部分剪力墙设计成框支，必须有一走数量的落地剪力墙，将框支剪力墙转换层以上的剪力较均匀的转移到落地剪力墙，从而避免软弱层引起的震害。

2、构造做法的概念设计

预先估计和分析结构的薄弱部位、破坏形态，调整承载力以加强或削弱某些部位有意识设置构造措施。使结构的构造做法和建筑构造要求相一致，结构的理论构造要求和施工的实际构造做法保持一致。

3、基础的概念设计

在建筑中基础不但会和地基有影响，同时还和其上的构造有一定的关联，除了在物体的外边发生较为严重的荷载时，其他情况下其形变都是呈现出中间多，小的特征。在进行地质条件选型中，首先地基地质要好，或采用桩基。要求地基沉降量不能过大，重要的是控制高低层的沉降差，天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂红基础，低层部分采用双向条形或单独基础，高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行于外壁，作为车道的底板，便于铺防水层，也保证了高层建筑的整体连接。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础、箱形基础和筏形基础。桩基础，当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩，混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础，箱开基础在高层建筑中广泛应用，它整体刚度好，能将上部结构的荷载均匀地传给基础，对上部结构能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均匀沉降，并与周围土体协同工作，提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础，筏形基础适用于上部结构荷载较大，地基承载力较低的工程，筏形基础整体较好，刚度大，能有效地分散上部结构的荷载，调整基底的压力和不均匀沉降。在建造下部基层时，基础钢筋应力不断增长，建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小，这种现象是基础和上部结构协同作用的结果，当上部结构高低层数差别很大，但地下室有直通要求时，应做成整体基础，高低层不分开是有条件的。

三、概念设计的目标

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。

四、结束语

概念设计在我们结构设计中发挥着巨大的作用，无论是从经济角度来考虑还是安全使用角度考虑，它都是值得结构设计人员去学习去借鉴的。同时概念设计的内容也较为复杂，内容较多，综合性强，需要设计人员从多角度的去理解结构整体的受力状态，通过不断的积累结构设计经验，不断的进行设计创新，从而做出外形美观，经济适用，安全耐久的结构设计。

参考文献：

[1]林同炎.结构概念和体系[M]. 北京：中国建筑工业出版社.2010.

[2]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京： 机械工业出版社.2004.

[3].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：概念设计；高层建筑

高层建筑结构概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段及初步设计阶段，从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等等。概念设计是一种思路，是一种定性的设计，它不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是对工程进行概括性的分析，制定设计目标，采取相应的结构措施。

一、概念设计能帮助建筑师开拓空间形式与功能

建筑师与结构工程师为业主服务的目标是一致的，因此，结构工程不仅要成为结构功能要求的实现者，而且要成为建筑功能要求实现的积极参与者，与建筑师一道创造性的作出总体建筑设计。在建筑方案设计阶段，结构工程师的参与是项目设计所必要的知识投入。结构项目工程师的首要任务，就是在建筑方案设计阶段，凭借整体概念和判断力，去帮助建筑师开拓或实现业主所想要的空间与功能。

二、高层建筑结构概念设计需重视的几个问题：

1、以承载力、刚性、延性为主导的目标：

在特定的空间形式、功能和地理环境条件下，以结构工程师自身确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各个部分有机相连的结构体系，并有意识地利用和发挥结构总体系和主要分体系、以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。

从宏观上分析高层建筑的水平力，就是把高层建筑结构模拟成一根“竖向悬臂梁”，由结构静力计算公式，轴力与高度成正比，在水平力作用下高层结构底部的倾覆力矩与其高度的二次方成正比；由《高规》（JGJ3―2010）第5.4.1的条文说明公式中，结构顶部侧移与其高度的四次方成正比，因而，随着高度越高，高层建筑结构的抗侧力问题尤为突出。过大的侧移，对结构造成危害，影响正常的使用；过明显的摆动，会使居住者感到不舒服，使居住在建筑里面的人们产生恐惧感；同时，也会使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使主体结构构件出现较大的裂缝，甚至破坏。对高层建筑结构来说，通常是地震或风等水平作用控制着结构构件截面尺寸和配件大小，因此，高层建筑结构的结构性能主要指其抗震抗风能力，这里有承载力足够、刚柔适度和延性好三个方面含义，也就是要求：

（1）高层建筑结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度、结构承载力和结构延性。

（2）结构刚柔适度指结构刚度选择既要顾及场地特征，错开结构自振周期，减少地震作用效应；又要顾及p-Δ效应，控制结构变形；同时更要注重结构刚度的合理配置，以保证高层建筑结构有足够的抗扭转振动能力。因此，需要限制结构扭转为主的第一振型周期与平动为主的第一周期之比值，当限制要求不被满足时，需采取加大两端刚度或增加平动周期（柔化）等方法，调整抗侧移结构的布置，增大结构的抗扭刚度。

（3）高层建筑钢筋混凝土结构的延性有一定的要求，为此结构构件要具有足够大的截面尺寸，满足高层的建筑的轴向变形和剪切变形，也就是满足柱的轴压比、梁和墙的剪压比限制，并且截面配筋率要适宜。

2、结构简单规则均匀

结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现都易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠，这就要求工程师在熟练运用计算机设计程序的同时，更要掌握必要的高层建筑结构简化估算方法。

结构规则均匀要求沿建筑竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度，承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某个楼层出现敏感的薄弱部位。建筑平面要求比较规则，平面内结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性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。

3、加强连接、整体稳定性强：

高层建筑结构的整体稳定性，主要取决于楼盖、结构节点、结构与基础连接的可靠性等。

（1）楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，当楼板有大的凹入，大的开洞，平面内削弱过大，会产生显著变形时或结构空旷、平面狭长时，一方面应采用计及楼板变形影响的计算程序计算，另一方面还应在各抗侧力结构协同工作和各竖向子结构有效连接方面加强构造措施。

（2）建筑结构抗震概念设计有强节点弱构件的原则，高层建筑结构也一样，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。

（3）高层建筑基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证，基础不仅要有足够的整体性，而且与上部结构也要有可靠的连接，同时还必须有足够的埋置深度，以期在满足地基承载力、变形和稳定性要求的基础上，减少建筑物的整体倾斜，防止滑移。

4、轻质高强、多道防线

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义，不仅从地基承载力上有突出的经济效益，而且也是因为地震效应是建筑的质量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑中质量大了 ，不仅作用于结构上的地震力大，还由于重心高、地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，p-Δ效应造成附加弯矩更大。因此，在高层建筑中，结构构件宜采用高强度材料，非结构构件和围护墙体应采用轻质材料。减轻房屋自重，既减少了竖向荷载作用下构件的内力，使截面变小，又可减小结构刚度和地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。

三、结语

目前，大部分结构设计人员都依赖计算机程序进行设计，在一定程度上已经被计算机所“绑架”，离开计算机，设计人员无从下手，无法进行结构设计。也因为在设计过程中，计算机结构计算软件总是存在一定的局限性、适用性和近似性，所以在设计过程中对现实工程采用了许多假定和简化，使计算模型与现实工程有一定的差别。这就需要设计人员在前期要有概念设计的水平，运用自身的基础理论、丰富的工程经验，在建筑设计方案中积极参与，确定建筑方案中的合理布置。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。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.

[2] 霍达主编 《高层建筑结构设计》,高等教育出版社 2004.8.

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【关键词】高层混凝土；建筑结构；抗震设计

中图分类号： TU37 文献标识码： A

前言

文章对高层混凝土建筑结构概念设计的重要性做了简单介绍，并对我国高层混凝土建筑结构的设计现状进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容进行了探讨。

二、高层混凝土建筑结构概念设计的重要性 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，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚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，致使设计计算结果( 尤其是经过实用简化后的计算结果) 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。

三、我国高层混凝土建筑结构的设计现状 地震由于其具有较强的突发性和随机性，要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点，但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的，这样就可以消耗地震的能量，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年，越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题，但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。 1.结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层 在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象，从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。 2.柱端与节点的破坏较为突出 在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底，那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说，易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲，当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。 3.砌体填充墙的破坏较为普遍 当遭到地震作用时，由于砌体承重墙变形力度较小，首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时，填充墙的裂缝会明显变宽，甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

四、高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容 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概念设计的要求，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，因为震害表明，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，承载力分布等诸多因素的综合要求。“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。 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、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3.合理选择建筑结构体系 随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。 结构体系是抗震设计中的关键，如何确定体系是一个综合的技术和经济问题，应当周密考虑后决定。抗震结构体系应尽可能减少自重，高层建筑中各楼层面板自重约占建筑物地面以上重量40％，因此，减少板的重量是减轻建筑总重的有效途径，如采用现浇多孔板、密肋楼板等都是很好的办法。此外，减少结构自重还可以应用高强混凝土以减小构断面，轻质隔墙、加气混凝土等轻质材料也是很好的选择。在体形复杂和不规则结构中，必须设置自上而下连续贯通的有较大承载力和刚度的抗侧力结构。尽量避免扭转，扭转对结构有很大危害，也要加大结构的抗扭转刚度。二者的关键都在于剪力墙的设置，沿结构布置刚度大的抗侧力结构，有益于抗扭。 五、结束语

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关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计；设计应用

中图分类号：TU97文献标识码： A

引言

地震作为最严重的自然灾害之一，一旦发生，就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来，国内外地震灾害频发，无情地剥夺了上百万人的生命。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是高层建筑。若在建筑结构的设计当中能加强抗震概念的设计，将会从一定程度上减小损失。因此，如何才能够提高高层建筑的抗震性能的概念设计已经成为了建筑行业研究的重点工作。

一、抗震概念设计

传统的结构设计理论为建筑结构设计提供了一些计算方法，但是这些方法主要是针对结构设计中的一些细节，而忽略了对整体结构的考虑。因此，传统的结构设计理论并不能完全地适用于高层建筑的抗震设计，照本宣科式的结构设计不能满足现代建筑物的要求。在高层建筑的抗震设计当中，设计师们都会融入概念设计。抗震概念设计是指根据以往的工程经验和地震灾害的发生情况，从整体上研究工程项目的抗震决策，包括使用材料的种类、抗震方案以及结构的内部构造等等方面。

二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的意义

高层建筑结构设计中应该非常重视抗震概念设计，因为高层建筑结构非常复杂，当发生地震时具有动力不确定性特点，人们对地震时对结构认识的局限性，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，导致计算结果和实际之间具有很大的差异。简单的依赖数值计算获得结构并不能有效的解决高层建筑的实际抗震问题，尤其是地质特征的差异性原因，导致许多国家甚至是地区指定的抗震规范都有明显的差异。高层建筑结构抗震概念设计在依据数值计算的基础上，还增加了实践经验元素，并且结构概念设计甚至比分析计算更重要，使得这一抗震设计理念能够满足区域差别下从事高层建筑结构设计的实际需求。强调高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性，其目的是为了引起高层建筑结构工程是在进行建筑结构设计时，特别重视相应的结构规程以及抗震概念设计中的相关规定，从而摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区，要求结构工程师严格的按照结构设计计算原则，再结合地区的抗震规范，以此保证高层建筑结构的抗震性能。

三、高层建筑结构设计中抗震概念设计的原则

(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起到十分重要的作用，其相当于水平隔板，不仅要求聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力的子结构，还要求这些子结构具有较强的抗震能力，能够抵抗地震作用，尤其是当竖向抗侧力子结构的分布不均匀、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、内力以及模型进行分析，准确的分析出高层建筑抗震的薄弱环节，然后采取相应的措施，避免薄弱环节的出现。

(3)结构的刚度。结构的刚度和抗震能力水平在地震作用下是双向的，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，结构的刚度不仅仅应该控制结构的变形，还应该尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击，如果结构发生较大的变形，将会产生重力二阶效应，导致结构失衡而被破坏，降低高层建筑的抗震可靠性，因此，在抗震概念设计中，应该重视结构的刚度设计。

(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巨晕，避免侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变。沿着建筑物的竖向，机构布置和建筑造型应该规则和相对均匀，避免传力途径、刚度以及承载力的突变，防止结构在竖向上的某一楼或者少数楼层之间出现薄弱的环节。

四、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

(1)抗震概念设计应该重视高层建筑的结构规律。在高层建筑的抗震概念设计应用中，应该对高层建筑的体型设计进行科学的修正，保证在质量、刚度、对称、规则上分布均匀，保证设计的整体性，避免局部出现刚度过大的问题。高层建筑的结构布局对抗震概念设计具有十分重要的作用，简单、对称的建筑在地震中的应力分析和实际反映很容易做到，并且能够达到相一致，但是在凹凸的立面与错层设计的高层建筑中，当地震发生时将会产生复杂的地震效应，很难做到对高层建筑抗震效果的最佳分析。因此，高层建筑的抗震概念设计应该重视结构的规律性。

(2)抗震概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，通过概念近似手算确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。抗震结构方案选择的合理性，直接影响建筑抗震概念设计的经济性与安全性。合理的选择建筑结构体系，应该注意以下三个方面:其一，选择建筑结构体系时，应该对因为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，应该坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能，这一原则的重要性在许多建筑物地震后的实际状况中都得到了很好的印证;其二，选择建筑结构体系时，不仅仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线，还应该有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图，这些都应该和不间断的抗震分析相符合;其三，其中延性是建筑结构中的重要特性之一，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，提高结构构件的延性水平，是提高高层建筑抗震设计概念在建筑结构设计应用中的重点问题，通过采用竖向和水平向混凝土构件，能够增强对砌体结构的约束，当配筋砌体在地震中即使产生裂缝也不会倒塌或者散落，保证高层建筑早地震中不至于丧失对重力荷载的承载能力。

(3)抗震概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，合理的预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置，适当的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，这是结构抗震耗能的一种有效措施，是建筑抗震结构概念设计的重要内容。

结束语

高层建筑的结构设计不仅仅是种技术，某种程度上更是一门艺术。无论什么设计，它都没有唯一的答案，只有通过不断的比较、研究，才能找到最优方案。这就要求设计师们不懈努力地去追求完善的设计方案。随着社会的发展，高层建筑的设计已经不能盲目地照搬课本上的规范和计算机程序，需要创新。总而言之，一幢建筑物，要想做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，就应该要做好文中所提到的几个重点。高层建筑物中的抗震结构设计使建筑结构的设计更加人性化，更加合理化。除此之外，抗震概念设计不仅拓宽了建筑结构设计的思路，同时还为高层建筑的设计提供了新的方向，在建筑行业当中发挥了重要的作用。

参考文献

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关键词：；结构设计；;设计方法; 结构体系

Abstract: below the author connecting with the work practice, from several aspects, tall building structural design concept to pay attention to the issue.

Keywords:; Structure design; ;Design method; Structure system

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

对一个超高层建筑来说，与建筑相适应的结构体系、结构布置等概念设计不是绝对的，但合理的结构设计应该是惟一的。我们所要做的工作就是把一些互相制约的因素统一协调，以满足建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求。

1结构设计特点

1.1重力荷载迅速增大

随着建筑物高度的不断增加重力荷载呈直线上升，作用在竖向构件柱、墙上的轴压力增加，对基础承载力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成为主要矛盾

1.3效应成为不可忽视的问题

超高层建筑高宽比较大，侧向刚度相对较弱，水平位移量大（图2），重力与水平位移所产生的附加弯矩常常大于初始弯矩的10％，必须考虑重力二阶效应。

图1风荷载高度变化示意图2水平位移沿高度变化示意

1.4竖向构件产生的缩短变形差对结构内力的影响增大

竖向构件的总压缩量主要由受力变形、干缩变形和徐变变形三部分组成，对于全钢结构仅需考虑受力变形产生的缩短影响，对于钢混结构、钢组合结构、混凝土结构必须考虑干缩缩短和徐变缩短的影响。一般受力变形瞬时完成，其变形量可用胡克定律作近似计算；干缩变形完成的时间较长，据资料统计约为总压缩量的30％；徐变变形完成的时间更长，线性徐变可由公式简单计算；构件的总压缩量随着构件的高度H平均压应力的增加而加大。

超高层建筑的竖向构件不但H和较大，而且构件之间的压应力差也较大，因此设计中除了通过控制轴压比使竖向构件之间的压应力较接近外，对钢筋混凝土结构采取逐步将各层柱顶找平后再进行下一道工序的施工办法来减小变形差；对钢结构采取预留柱、墙压缩量的方法来减小变形差；总体结构分析时采取模拟施工方法，减小变形差对内力计算的影响。

1.5倾覆力矩增大，整体稳定性要求提高

建筑物高度的增加使得侧向力引起的倾覆力矩增大，抗倾覆要求提高。实际工程中常常采取增加基础埋深、加大基础宽度或采用抗拔桩基等措施来满足整体稳定性要求。

1.6防火、防灾的重要性凸现

超高层建筑多采用钢混结构和钢结构，而钢材耐热不耐火的特性更易加重某些次生灾害的发生，例如美国世贸中心的倒塌。一般紧急情况下高楼所需要的疏散时间较长，从顶层飞机救援的行动也常会受到各方面因素的制约，使得实施比较困难，因此防火、防灾的设计更为重要，目前关于防灾方面的具体要求我国还没有相应的规程可循。

1.7建筑物的重要性等级提高

超高层建筑常作为当地的标志性建筑，资金投入大，在政治、经济、文化中所起的作用重大，破坏影响较大、波及范围较广，不论其建筑类别均属于重要建筑，因此结构设计的可靠度要提高，一般情况下重要性系数取1.1，特殊情况下也可取1.2。

2结构设计方法

2.1减轻自重，减小地震作用

采用高强轻质材料（如全钢结构、幕墙围护、轻质隔断等），减轻结构自重，减小地震作用。

2.2降低风作用水平力

2.2.1减小迎风面积

正方形平面形式，横向迎风面最小；如计算对角线方向的迎风面宽，则圆形平面最小；在立面上适当位置开洞泄风（如上海环球金融中心大厦，风力降低更直接。

2.2.2降低风力形心

采用下大上小的立面体型，既减小高风压在高处的迎风面积，又降低风作用重心，使建筑物底部的倾覆总弯矩减小。同时下大上小的立面体型对建筑底部来说增大了抵抗矩，提高了稳定性，如巴黎的埃菲尔铁塔。

2.2.3选用体型系数较小的建筑平面形状

体型系数从小到大可选用下列平面顺序：圆形平面!正多边形平面!正方形平面，采用流线光滑的外形，避免凹凸多变的建筑形式，减小整体和局部风压的体型系数。

2.3减少振动，耗散输入能量

采用阻尼装置或加大阻尼比，减少振动影响，如台北国际金融中心大厦%$&。

选用耗能、减振的结构体系，如采用偏心支撑的钢结构具有耗能的水平段，采用橡胶支座可以减振等。

2.4加强抗震措施

2.4.1选用规则结构使建筑物具有明确的计算简图，合理的地震作用传递途径。

如采用圆形、正多边形、正方形等平面形状，可以使整体结构具有多向同性，避免强弱轴的抗力不同和变形差异。功能复杂的建筑常常是多种结构体系的综合，具体设计时应注意以下问题。

（1）结构平面形状尽可能对称。由于地震作用的方向具有随机性，风作用虽有主导方向，但最大值也具有随机性，因此选用具有对称性、多向同性布置的抗侧力结构体系，有利于形心和刚心的重合。

（2）竖向构件尽可能连续，避免抗侧力构件的间断，从而形成薄弱层、薄弱部位，对抗震不利。

（3）设置多道抗震防线，满足“大震不倒”的抗震设防要求。

（4）增加超静定次数，增加重要构件的传力线路，提高结构的抗震能力。赘余度的增多，可以使结构有更多的部位有机会形成塑性铰，吸收更多的地震能量。

（5）在满足强度、刚度要求的前提下，选择具有较好延性的结构材料，增加总体变形能力，增加结构耗能。

（6）建立整体屈服机制，避免失稳破坏，并做到强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强埋件弱连接设计；对容易失稳的结构，做到强支撑；对受弯构件，做到强压弱拉等。

2.4.2采用多个权威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）进行计算比较，通过动力时程分析，验证薄弱部位；对重要构件补充有限元分析计算，从而使计算的结论更为完整，结果更为可靠。

2.4.3进行小模型风洞试验，获取有关风载作用参数；通过振动台试验，获取有关地震作用参数。

2.4.4采用智能化设计，提高结构的可控性。应用传感器、质量驱动装置、可调刚度体系等和计算机共同组成主动控制体系，提供可变侧向刚度，控制结构的地震反应等。

2.4.5提高节点连接的可靠度，如钢结构节点的焊接处理，钢混结构中型钢、钢板与混凝土的连接等。

3结构材料选用

更轻、更强、更具有延性的材料是超高层建筑结构材料的首选。钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土和纯钢材料都可作为结构构件的主要材料；而外墙围护多采用玻璃幕墙、铝合金幕墙、钢塑复合板材等；内部隔墙多为轻质隔断；楼屋面常选用压型钢板加混凝土面层，并在的钢承重构件表面加防火涂料。

4结构体系选用

更具整体性、更具多道抗震防线、更具延性的结构体系是超高层建筑结构体系的首选，工程中常用的结构体系有：

内筒外框或内筒外框并带角部小筒体（或角形墙）的结构体系，如深圳彭年广场（酒店部分），H=222m

内束筒外框架（巨型柱）并带多个加强层的结构体系，如台北国际金融中心大厦，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒结构体系，一般外筒为密柱筒，如前纽约世贸中心，H=412；

内筒外巨型框架加外斜撑结构体系，如上海环球金融中心大厦H=492；

束筒结构体系，如美国西尔斯大厦，H=443；

巨型框架、巨型桁架结构体系，如新加坡华侨银行，45层；

悬挂结构和悬挑结构，由于其侧向刚度仅由内筒贡献，体型上大下小，抗风抗震不利，因此建筑物高度受到限制，如香港汇丰银行大楼，H=175（悬挂）；长沙黄兴路综合大楼，H=115.6m（悬挑）。

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关键词：中震设计概念；地震影响系数；荷载

Abstract: this paper mainly expounds the shock of the principle of design, design methods and software operation, and puts forward some ideas for reference.

Key words: the shock of design concepts; The earthquake effect coefficient; load

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1前言

对于普通建筑物的结构抗震设计，目前我国是以小震为设计基础，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的。但是对于较重要的、超高的、超限的建筑物则需要进行中震和大震的抗震计算。

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008年版)(下简称《抗规》)中对中震设计仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的设计要求和判断标准。

首先我们了解一下现行《抗规》存在几个问题：

1规范未对结构存在的薄弱构件进行分析并作出专门的设计规定，仅对框架类剪切型结构适用的薄弱层作了一些规定；

2在中震作用下，规范仅提出“中震可修”的概念设计要求，没有具体的抗震设计方法；

3“中震可修”的技术经济问题：可修的标准决定工程 造价、破坏损失、震后修复费用。

随着时代的进步，现在的建筑物体型复杂，结构新颖，超高超限越来越多，因此要求对结构进行中震的设计也越来越多。

2中震设计

2.1为何要进行中震设计呢？

《抗规》条文说明1.0.1条指出，对大多数结构，可只进行第一阶段设计（即小震下的弹性计算），而通过概念设计和抗震构造措施来实现“中震可修和大震不倒”的设计要求，但前提是建筑物的体型常规、合理，经验上一般能满足大中震的抗震要求。反之对于一些体型很不好的甚至超限的建筑物，在大震下的结构反应和小震完全不同，不进行相应的中震和大震计算是没法保证结构安全的。

为达到各阶段抗震要求，须对于上述体型异常、刚度变化大、超高超限等类型建筑物进行中震抗震设计，其余类型建筑物建议可按中震抗震进行验算。

2.2中震设计的基本概念

抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时，要求建筑物具有不同的抵抗能力。中震设计就是为了使建筑物满足该地区的基本设防烈度，即能够抵抗50年限期内可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。

中震设计和大震设计都可称为性能设计。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是使抗震设计从宏观性、规范指定的目标向具体量化的多重目标过渡，业主（设计者）可选择所需的性能目标，而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点，设定本结构的抗震性能目标。对超限结构而言，利用这些指标能更合理地判断整体结构在中震、大震作用下的性能表现，给超限设计提供可靠的判断依据。

2.3中震设计的分类

中震设计就是结构在地震影响系数按小震的2.875倍（αmax=0.23）取值下进行验算。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。

首先明确一点，中震弹性和中震不屈服是两个完全不同的概念，两者所采用的设计方法与设防目的均不相同。中震弹性设计，设计中取消《抗规》要求的各项地震组合内力调整系数，保留材料、荷载等分项系数，对应地保留了结构的安全度和可靠度，结构仍属于弹性阶段，属正常设计。中震不屈服设计，设计中除了地震内力不作调整，同时也取消了材料、荷载等分项系数，对应地不考虑结构的安全度和可靠度，结构已经处于弹塑性阶段，属承载力极限状态设计，是一种基于性能的设计方法。由此可见，中震弹性设计接近于平常的小震弹性设计，而中震不屈服设计则与大震设计同属于基于性能的设计。

3基本方法及应用

根据中震设计的分类，以下分别阐述中震弹性及中震不屈服的具体设计方法，介绍如何在satwe、etabs、midas等软件中实现中震设计。

3.1分析条件及设计要求；

根据《抗规》第5.4.1 条规定，“结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按下式计算：

S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+φWγWSWk (1)

中震设计中，风荷载不需要参与组合，因此φW为0，即中震设计的基本组合：

S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk (2)

其中φW、γW为风载组合系数和分项系数；重力荷载分项系数γG及地震作用分项系数γEh、γEv在、在中震弹性设计时与小震相同，而中震不屈服设计则全为1.0。

3.2中震弹性设计

3.2.1计算方法按公式（2），相应设计参数见表1。

3.2.2要求结构的抗震承载力满足弹性设计要求。

3.2.3SAWTE计算：地震信息中抗震等级均为四级；αmax按表1取值；总信息中风荷载不参加计算；其它设计参数的定义均同小震设计。

3.2.4MIDAS/Gen计算：主菜单设计钢筋混凝土构件设计参数定义抗震等级：四级；主菜单荷载反应谱分析数据反应谱函数：定义中震反应谱，在相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表2取值；总信息中风荷载不参加计算；其它同小震。

3.2.5ETABS计算：选项首选项混凝土框架设计定义抗震设计等级：四级；定义反应谱函数Add Chinese 2002 Spectrum定义中震反应谱，地震影响系数最大值αmax按表1取值，其余参数按《抗规》；静荷载工况中不定义风荷载作用；其它同小震。

3.3中震不屈服设计

3.3.1根据公式（2）及表1可知，构件标准组合内力按如下公式计算：

SE= SGE+ SEhk+ SEvk (3)

3.3.2构件抗屈服承载力计算：根据表1，按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）的相关公式计算，材料强度均取标准值。

3.3.3构件屈服判断：根据《工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50153-92）第6.0.4条规定，当结构构件按承载能力极限状态设计时，可采用下列设计表达式：

γoS(Fd，ad，ψc，γsd)≤ R(fd，ad，C，γRd) (4)

因此，当结构构件出现

γo S(·)＞R(·) (5)

即标志着该构件已经屈服。根据表1可知，式中S(·)为弹性计算求得的构件内力组合的标准值；R(·)为构件抗屈服承载力标准值；γo为结构重要性系数。

3.3.4不同抗震烈度下的各级屈服控制

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关键词：高层建筑；结构设计；特点；问题

在我国城市化进程不断加快的背景下，城市居住用地在不断缩减，而高层建筑因具有占地小、居住人口多、房价相对较低等特点，而在现代城市建设中占据越来越大的比例。随着我国高层建筑建设中工艺和技术研究的不断深入，越来越多的新理念、新方法被应用于高层建筑的结构设计中，促进了我国高层建筑工程整体技术力量、质量、安全性的提高。但是从整体状况而言，国内在高层建筑的结构设计中仍然存在一定的问题，这是必须及时得到处理和解决的，本文仅从专业技术的角度对其进行简要的论述。

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高层建筑结构设计的相关问题分析

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。

2.2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。2.3结构的规则性问题

在我国现行的《高层建筑建设规范》中，对于结构的规则性问题作出了较多的限制，如：在设计方案中必须体现平面规则性的基本信息。同时，在高层建筑的结构设计中，不得采用严重不规则的结构设计方案，因此，设计师在开展设计工作时必须全面了解国家的各项规章，以全面提高结构设计的质量。

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：1）进一步增加结构自身抵抗扭转的性能；2）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-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]梅洪元，付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究[R].高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2002.

[2]赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2004.

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关键词：高层建筑；设计；对策

1.高层建筑结构设计的意义及依据

1.1 概念设计的意义

高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。

1.2 概念设计的依据

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

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、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。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；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。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。

2.3抗震设计要求更高

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、大震不倒。

2.4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，会得出偏于不安垒的结果。

2.5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。

3.高层建筑结构设计问题分析及对策

3.1提倡节约

我国是发展中国家，还是要尽量提倡节约，目前我国规范中的构造要求，并非都比国外低，有的已经超过。国外大企业在北京买了按我国规范设计的大楼，说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论，应注意不要引起误导，千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪费。实践已经证明，现行规范安全度是可以接受的。这是重要的经验，不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化，国家经济实力增强和住宅制度改革现状，可以将现行设计可靠度水平适当提高一点。这样投入不大，却对国家总体和长远利益有利。

3.2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。

3.3考虑受力性能

对于一个建筑物最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的。由于建筑物是由一些大而重的构件所组成的，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量与分布作出总体设想。

3.4提倡使用概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚，因此在实际中应考虑长远因素。

3.5 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。

3.6 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。

3.7 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。