高层建筑结构分析范文

导语：如何才能写好一篇高层建筑结构分析，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；结构分析；设计研究

引言：高层建筑是伴随近几年社会生产的变化而出现，并随着人们生产生活对此类建筑需求性的加强而不断的发展起来的，属于社会工业化、商业化和城市化共同发展的产物。伴随科学技术的进步、各项质地较轻且强度较高的材料的出现以及电气化、机械化与计算机技术等在我国建筑工程行业的拓展性应用，使得我国高层建筑的发展拥有了充足的技术和物质条件。世界上第一栋高层建筑是芝加哥的保险公司大楼，共十一层，高五十五米，随着此栋楼的出现，高层建筑业逐渐的世界上发展起来。目前，我国已经建设完成的，高度在一百零四米以上的高层建筑已经超过了一百栋，其中，在上世纪九十年代末建设完成的上海金茂大厦是截止到目前为止我国最高的一栋高层建筑。

1.高层建筑的结构类型体系

1.1框架―剪力墙类型体系

当建筑物的框架体系整体的强度和硬度无法满足设计和应用的要求时，往往会在建筑物平面部分找一个适当的位置，然后在该位置上设置一个体积比较大的剪力墙，用它来代替部分的建筑物框架，这也是框架―剪力墙这一建筑结构类型形成的原因。当建筑物在承受来自水平方向的一个力时，该结构类型可以通过具有足够硬度的建筑物的楼板与连梁形成一个能够协同工作的建筑结构体系。在这一体系中，框架承受的是垂直荷载，剪力墙承受的是水平荷载，该结构承载荷载的形式，使得其形成了弯剪型的位移曲线[1]。剪力墙这一结构体系的设置，使得结构的侧向硬度被增强、水平位移被减小、框架结构应该承受的水平剪力下降且内力主要沿竖向的方向进行均匀的分布，这就使得该结构体系建筑物的能建高度要远远的高于由普通框架体系构建的建筑物。

1.2剪力墙类型体系

当建筑物的主体受力结构全部都是由建筑物的平面剪力墙结构建构完成时，便会形成剪力墙结构体系。在该结构体系中，单片的剪力墙承受的是全部的垂直方向的荷载与水平力。并且，由于该结构体系属于刚性的建筑结构，所以，其主要呈现出弯曲型的位移曲线。与此同时，由于该结构体系的刚度和强度都处于一个相对较高硬度值上，所以其具有一定程度的延性、传递受力十分的均匀、具有良好的整体性和抗倒塌的能力[2]。所以，在大部分的高层建筑中，设计者都比较倾向于使用此种结构体系。总体来看，该结构体系属于一种性质较为良好的结构类型，能够建立出比框架―剪力墙结构类型还高的高层建筑。

1.3简体类型体系

在高层建筑中，只要是使用筒体带有抗侧力建筑构件的结构类型体都被称为筒体类型体系。该体系主要包括：单筒体体系、筒中筒体系、筒体―框架体系以及多束筒体系等各种类型[3]。从本质上来看，筒体属于一种空间性的建筑受力构件，主要分为实腹和空腹两种筒体类型。其中，实腹筒属于由曲面强或者是平面强围城的一种三维竖向单体结构；空腹筒属于由窗裙梁、密排柱或者是开孔的钢筋混凝土的建筑外墙组合构成的空间性的受力构件。因为该体系的这一构成使得其具有极大的强度和刚度，并且该体系内的各个受力也比较合理，抗震抗风的能力比较强，所以该结构体系常常会被应用于一些跨度比较大、空间比较大或者是一些超高层的高层建筑中。

2.各结构类型的设计方案

目前，我国的高层建筑结构都是有带有竖向抗侧力放入建筑构件，通过与水平楼板的连接而构成的大型的空间结构体系。由于该结构体系的复杂性，如果完全依照三维空间的结构进行分析时无法达到较高精确度的，所以，其设计方法种类也比较多。

2.1弹性假定

目前，在我国的建筑中比较实用的、对高层建筑的结构体系能够进行精确分析的方法是弹性的计算方式。由于受到垂直荷载或者是受到了一般风力的作用，高层建筑的结构则通常会处于一种弹性的工作阶段当中，从建筑结构体系的实际受到了罕见的台风或者是地震的作用时，其内部结构常常会产生比较大幅度的位移，这时，建筑物的主体便会出现裂缝，该结构便进入到了弹塑性的工作阶段之中。在此时，如果仍然使用弹性的方式来计算结构的位移与内力时，则无法真实、准确的反映出该结构体系此时真实的工作状态。如果想要将结构此时真实的工作状态反映出来，则需要以弹塑性的动力计算方法对结构进行设计。

2.2小变形假定

在高层建筑中，小变形假定法是一种被各种设计方法普遍使用的一种基本形式的假定方式。但是，目前我国由不少的专家学者与相关的研究人员开始对几何中的非线性问题，即P―效应进行了一些相关性的研究。经过了一段时间的研究和总结，专家学者与研究员中的大部分人都认为：当建筑顶点部分的水平位移同高层建筑物的高度H二者之间的比值为/H>五百分之一时，P―效应的影响则不能够被忽视，需要计算到高层建筑结构的设计当中去。

2.3刚性楼板假定

目前，我国大部分的高层建筑结构体系的分析方法大部分都是以建筑物的楼板在其自身这一平面内的刚度是无线大的为假定，对于建筑物自身平面外带有的刚度则是忽略不计。由此可以看出，该设计方法在极大程度上减少了高层建筑结构体系的自由度，在一定程度上使得计算方法被简化。并且，假定方式还为那些在空间上采用了薄壁杆件的理论在对筒体体系的结构进行计算时提供了较大的便利[4]。通常来讲，受其自身计算方式和计算时相关的因素的影响，使得该方式比较适用于高层建筑中的框架和剪力墙两大体系。但是，对于那些竖向的刚度会出现突变情况的高层建筑结构体系，楼板的刚度相对较小，且主要的抗侧力的构件之间的间距过大或者是楼层数比较少的高层建筑，楼板出现变形时会产生较大的影响。

结论

总而言之，伴随高层建筑在我国建筑工程行业的不断发展，使得其将成为我国未来建筑行业的重要建筑类型之一。并且，由于各项能够全面的满足高层建筑的科学技术、建筑施工材料、形式与力学分析模式的逐渐发展与日益的复杂多元化，使得未来高层建筑的结构类型也将不断的增多，其设计方式也会随之不断的增加。因此，为了能够在未来的社会发展中不被淘汰，继续的受到人们的欢迎，创新高层建筑的结构类型，追求更具有合理性的力学模型，将成为高层建筑设计师必须要研究和学习的问题。

参考文献

[1]赵丽清.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑，2007，14：68-70.

[2]胡文湛.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].江西建材，2006，01：27-29.

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关键词:超限高层;性能抗震设计;弹塑性时程分析;塑性铰

1工程概况

该工程位于成都市龙泉驿区世纪广场的东北方向，占地面积约1．33hm2，地块呈较规则的矩形;地上36层，地下2层，建筑总高度169m，总建筑面积约为88018m2。大楼使用功能设定为甲级写字楼，其中地下一层、二层为汽车库及设备用房、厨房;地上一层为大楼门厅、管理用房等;二～三层为餐厅;四～六层为茶房、健身、会议;七～三十三层均为办公(十四、二十六为避难层，二十五层为会议层);三十四层为避难层和设备层;三十五层为会所层;三十六层为会所夹层。地下室底板顶面埋深－10.800m。房屋层高:地下室为5.4m，七层及以下为5.4m、4.5m，上部塔楼主要为4.0m，个别楼层为4.5m、5.4m。

2结构设计

丙类建筑，安全等级为二级，设计使用年限为50年。设防烈度7度(0.10g)，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期取0.45s，多遇地震影响系数最大值取αmax=0.094(根据安评报告);地面粗糙类别为B类，基本风压取为0.35kN/m2(按100年重现期的风压值)。

2.1塔楼

该工程建筑总高度为169m，为B级高度的高层建筑。塔楼采用框架－核心筒结构，地面以上框架柱大多数为凸字形，框架柱截面从1300mm×1300mm逐渐变到1300mm×600mm，核心筒剪力墙厚度由800mm变到400mm。核心筒内部剪力墙厚度为200mm～300mm。框架柱及剪力墙混凝土强度等级为C60－C30。上部塔楼结构布置采用单向梁体系，梁间距2250mm，梁两端分别支承于核心筒和框架梁、柱上，角部为双向梁。办公区的建筑空间净空要求梁高不大于800mm，框架梁截面为400mm×750mm，内部框架梁截面为300mm×750mm。塔楼内楼板厚度100mm，会所及夹层楼板厚120mm，根据建筑功能要求，一层局部抽柱，采用型钢混凝土梁柱转换。

2.2地下室

该工程塔楼与地下室连成整体，地下室采用框架结构现浇梁板体系。柱混凝土强度等级为C60，梁板混凝土强度等级为C30。地下一层板厚120mm;一层作为塔楼的嵌固层，板厚180mm。

2.3结构抗震等级

该工程塔楼及塔楼地下室框架的抗震等级为一级、剪力墙为一级;塔楼外地下框架抗震等级为三级。

2.4地基基础

该工程塔楼采用桩筏基础，筏板厚3.0m，桩为人工挖孔桩，桩长20m，桩身直径1.5m，桩底扩大头4m，以中风化～微风化泥岩为桩端持力层，单桩承载力23950kN，间距5.5m梅花型满堂布置。纯地下室采用柱下独立基础加防水板，置于粘土层上，地基承载力特值fak不小于220kPa。

3超限情况

［1］(1)该工程属于B级高度的框架核心筒结构。(2)不满足规范“相邻层刚度变化不大于70%或连续三层变化不大于80%”的要求，但很接近。(3)竖向构件不连续，在二层抽了两根柱，采用型钢桁架，型钢柱转换。

4抗震性能目标

该工程的超限情况主要为高度超限，沿建筑设较密的框架柱，虽不满足筒中筒的条件，但近似筒中筒的工作机理。抗震性能较好，故将抗震性能目标预定为D级［3］。(1)小震:主体结构震后不受损坏，允许个别延性构件出现轻微裂缝，不需修理即可继续使用。(2)中震:主体结构震后产生一定的损坏，重要构件轻微损坏，连梁及框架梁等耗能构件出现中等程度损坏，有明显的裂缝;经过一般性修理后仍可继续使用。(3)大震:主体结构震后发生明显损坏，大部分构件进入屈服，有明显的裂缝;连梁及框架梁等耗能构件严重损坏;结构不发生倒塌，人员生命安全可以得到保证。

5结构计算分析

5.1整体计算结果

采用SATWE和PMSAP两种软件进行结构弹性阶段的计算分析，并将两者计算结果进行对比分析，采用合理值进行设计如表1所示

5.2弹性计算分析

(1)扭转周期比为0.69，说明结构扭转效应不大，结构抗侧力构件布置较合理。(2)最大扭转位移比为1.19，说明结构扭转刚度较好，结构平面布置较好。(3)结构前两个周期均为平动周期，振型分布合理，衰减较快，达到了较理想的效果。(4)层间位移角曲线平滑，无突变，结构竖向刚度均匀，无明显薄弱层。(5)柱的最大轴压比为0.73，剪力墙的最大轴压比为0.50，如图2所示。轴压比控制较好，可以保证在大震下结构的延性。(6)从SATWE和PMSAP两种不同力学计算模型的弹性计算结果可以看出，其主要计算指标比较吻合，无明显差异，构件的配筋基本一致。计算结果与概念设计的预期基本一致，证明计算结果的正确性。

5.3时程分析

(1)采用SATWE的弹性动力时程分析程序进行多遇地震下弹性时程分析，按建筑场地类别和设计地震分组选用了SATWE地震波库中的两组实际地震记录(TH1TG045和TH2TG045)和《场地地震安评报告》提供的拟建场地的两组场地人工模拟加速度时程曲线(P5063－1和P5063－2)。由于实际地震记录偏小，对两组实际地震记录的地震力取放大系数2。多遇地震弹性时程分析结果表明:每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法的80%，计算结果满足“高规”4.3.5条的要求。(2)采用EPDA软件进行了整体结构的中震动力时程分析，选取一条人工波(P5010－1)和一条天然波(TH1TG045)，时间步长0.02s，阻尼比为0.05。分析结果表明，框架柱完好无损，核心筒剪力墙顶部出现裂缝，但不严重;部分构架及框架梁端有明显的裂缝，进入屈服阶段，如图4所示，可以实现中震可修的目标.(3)采用EPDA软件进行了整体结构的大震动力时程分析，选取一条人工波(P502－1)和一条天然波(TH4TG045)，时间步长0.02s，阻尼比为0.05，如图3所示。分析结果表明，大震下结构塑性层间位移角满足规范要求，核心筒剪力墙出现一定数量的裂缝，但不严重，塑性铰主要出现在剪力墙连梁或框架梁端上，如图3所示，为理想的“梁铰”机构，具有良好的耗能能力，达到性能设计的目标。

5.4性能抗震设计分析

(1)通过大震下的塑性铰分布图，并结合图4和图5可以看出，随着时程分析的进行，顶部混凝土构架梁端首先出现塑性铰，接着顶部剪力墙出现受拉裂缝，而后框架梁端和核心筒连梁大量出铰，最后底部剪力墙部分出现受压裂缝。(2)梁的塑性铰主要出现在框架梁和核心筒连梁处，出现大量破坏。墙体有受压(结构底部)，受拉破坏(结构顶部)，但未出现大量破坏。框架柱完好，未出现破坏。(3)以上分析可见，框架梁和核心筒连梁作为结构的第一道抗震防线，出现大量破坏，吸收和消耗掉大部分地震能量，为合理的“梁铰”耗能机构和破坏机制。剪力墙作为结构的第二道抗震防线，墙体顶部和底部出现裂缝，但未出现大量破坏，可判定为结构的“薄弱部位”，设计时对该部分采取有效的加强措施。框架柱完好，分析原因为严格控制了柱的轴压比，安全储备较多。

5.5性能抗震设计目标实现情况

(1)小震:弹性时程分析的结果与振型分解法的结果基本一致，结构完好损伤，不需修理即可继续使用，能够实现小震的设计性能目标。(2)中震:核心筒剪力墙顶部出现了轻微的损坏，连梁及框架梁等耗能构件发生中等损坏，进入屈服阶段，整体结构基本完好，经修理后可继续使用。设计时，按中震不屈服和小震弹性计算结果的较大值进行剪力墙薄弱部位的设计，进一步提高整体结构的抗震性能，以满足中震的性能设计目标。(3)大震:核心筒剪力墙底部和顶部出现部分裂缝，但不严重。连梁及框架梁大量出现塑性铰，形成了良好的耗能机构。对剪力墙薄弱部位采取加强措施后的墙体塑性区域明显较少，且通过从严执行《高规》第7.2.16条关于B级高度结构剪力墙的相关规定［2］，使得整体结构的延性得到一定的提高，具有更好的抗震能力，保证了大震下“坏而不倒”的性能目标D的要求，且结构的实际抗震性能目标接近C级。

6超限的处理措施及对策

6.1针对房屋高度的超限及薄弱部位，采取以下措施

(1)结合建筑造型，沿建筑设较密的框架柱，从计算结果看，设密柱后结构侧向刚度较大，最大位移值和层间位移角均较小，有效提高了建筑的安全度和舒适性。(2)加强核心筒底部加强区及顶部三层墙体的竖向构件设计。①该部位墙体最小配筋率提高到0.3%，约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。②塔楼底部加强区的框架柱全高采用井字复合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部纵向钢筋最小构造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比规范规定值提高0.01。严格控制加强区框架柱的轴压比不超过0.7［2］。(3)其余位置的剪力墙从严执行《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.16条关于B级高度结构剪力墙的相关规定。

6.2针对“相邻层刚度变化不大于70%或连续三层变化不大于80%”的超限

(1)按规范要求薄弱层地震剪力放大为1.15倍。(2)相关楼层的墙体最小配筋率提高到0.3%，约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。(3)相关楼层的框架柱全高采用井字复合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部纵向钢筋最小构造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比规范规定值提高0.01。6.3竖向构件不连续，在二层抽了两根柱(1)采用型钢桁架，型钢柱转换，增加构件的延性。型钢梁柱刚接，型钢柱一直延伸至基础，自成稳定体系。(2)加大与转换桁架相接的框架梁配筋。(3)加厚转换桁架上下弦杆处楼板为150mm，且提高楼板的配筋率到0.5%，以加强对桁架的平面外约束。7结语本文详细论述了该项目的超限情况、结构设计、弹性计算分析、弹塑性时程分析、基于性能的抗震设计分析，以及针对薄弱部位和超限情况所采取相对应的抗震措施等内容。结构分析结果表明，该结构各项指标均符合国家规范要求，具有良好的抗震性能。本文基于性能抗震设计的分析应用是合理有效的，可为同类超限工程提供一定的参考意义。

参考文献

［1］建质［2015］67号．超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点［S］．2015．

［2］JGJ3－2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

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关键词:高层建筑；分析方法； 发展历程

中图分类号：TU208文献标识码： A

引言

我国高层建筑五十年代开始自行设计、建造，六十、七十年展很快，进入八十年展更为迅速，钢结构开始应用，这对高层建筑结构的计算提出了许多新的要求。[1]上世纪90年代至今，高层建筑的兴建呈现数量多，层数多，体型复杂等趋势，典型的有广州国际大厦、深圳帝王大厦、上海金茂大厦和环球金融中心。[2]

高层建筑的大发展,给相应的计算理论一实验一计算机应用以有力促进.下面概述我国高层建筑结构计算方法的发展和展望。[4]

1以手算为基础的各种算法

50 年代至70 年代后期由于计算机条件所限，高层建筑结构设计基本上是手算。四大常规结构是当时主要结构形式，不同的结构体系决定了不同的计算方法。[4]

1.1框架结构体系

在竖向荷载作用下，多跨多层刚架的线位移影响很小，一般可忽略不计。常用的分析方法有力矩分配法和分层法（图1），其中分层法除忽略侧移影响外，还忽略每层梁的竖向荷载对其他各层的影响。

在水平荷载作用下，常用的分析方法有反弯点法，广义反弯点法即D值法，无剪力分配法和迭代法。其中广义反弯点法在推导反弯点高度比和侧移刚度时考虑了结点转角的影响，修改后的侧移刚度用 表示，故又称D值法。该法物理概念清楚，计算简单，精度较高，又有相应的表格可供查用，受到广大工程设计人员的欢迎。

（a）原结构 （b）分层计算简图

图1分层法

1.2 剪力墙结构体系

理论分析与试验研究表明，剪力墙的工作特点（图2）取决于开孔的大小。《高规》给出了各类剪力墙划分判别式：当墙整体系数a≥10，墙肢不出现反弯点时，可按整体小开口墙算法计算，当a

整体小开口剪力墙，可按材料力学方法略加修正进行计算。双肢(或多肢) 剪力墙一般是采用连续化方法,以沿竖向连续分布的连杆代替各层连梁的作用，用结构力学力法原理，以连梁跨中剪力为基本未知量，由切口处位移协调条件建立二阶常微分方程组，梁启智用解微分方程组法解了多肢墙，并把此方法推广到空间剪力墙结构。文献〔16〕在引入各墙肢在同一水平上侧向位移相等,且在同一标高处转角和曲率也相等的假设后,把多肢墙的微分方程组合并为一个方程求解。

（a）整体墙 （b）独立墙肢（c）小开口墙 （d）联肢墙（e）壁式框架

图2不同工作特点的剪力墙

1.3框架-剪力墙结构体系

目前基本的手算方法是微分方程解法将结构单元中所有的剪力墙合并为弯曲刚度为EIw的总剪力墙；将所有框架合并为剪切刚度为Cf的总框架；将所有连梁合并为附加剪切刚度为Cb的总连梁（图3）。由剪力墙与框架的位移协调条件建立微分方程求解这类方法都编制了现成的计算图表供设计时直接查用，并推广到板柱体系和二阶变截面的情况。

无剪力分配法同样适用于框剪结构分析。

图3框架-剪力墙结构体系

1.4底层大空间剪力墙结构体系

底层为框架的剪力墙结构是适应底层要求大开间而采用的一种结构型式,称为底层大空间剪力墙结构.这种结构由于上部墙体与底层框架的不同性质,给计算带来一定的困难.包世华采用分区混合法求解[5,6]。对上层剪力墙部分(包括壁式框架),仍可采用普通剪力墙计算中采用的假定,连梁用连续连杆代替,取连续连杆的剪力为基本未知量,在连续连杆切口方向建立变形连续方程(力法方程);底层框架部分,采用了同层各结点水平位移相等,同层各结点转角相同的假定,取底层框架的结点位移为基本未知量,对框架结点的位移方向建立相应的平衡方程(位移法方程),用混合法求解,方法简单,精度较好。

（a）上部结构用链杆连接（b）上部结构用刚性薄片联系

图4落地墙与框支墙协同工作

1.5筒体结构体系

为了能方便实现筒体结构的简化计算,国内外学者提出了许多近似计算方法。

一类方法是采用降维的办法,将框筒转变为平面框架进行分析,这方面的代表是展开平面框架法和等效角柱法,将空间三维框筒等效为平面框架后,可采用平面框架程序略加修正后进行分析。

另一种方法是将框筒变为等刚度的实体筒,然后采用连续体力学求解。对于圆形筒

体已经采用圆柱壳无矩理论进行分析一般形状的筒体,采用能量法分析的相当多不过,

有限条法有更大的实用价值,采用楼盖虚条、连梁虚条、框架虚条是有限条的一个新

发展。

（a）筒中筒结构 （b）框架-筒体结构 （c）多筒体结构

图5筒体结构体系

2. 以杆件为单元的矩阵位移法

80 年代，我国计算机得到发展，微型计算机进入到科研及工程设计单位，90 年代486 机已很普及，伴随计算机的发展，结构矩阵分析与程序设计也随之得到迅速的发展，目前，微机在高层建筑结构分析中已不可或缺[7]。

2.1高层建筑结构协同工作分析法

协同工作分析首先将结构划分为若干平面壁式框架，然后引人楼板刚度无限大的假定，考虑楼层水平力的平衡条件，可以建立联系楼层位移u、v、θ及楼层荷载Px、Py、Mt的位移法方程：

（1）

即：

（2）

求解此方程可以得到楼层位移而计算各片框架分配的水平力,最后进行平面框架分析求得杆件内力。

图6协同工作分析法计算图形

2.2高层建筑结构空间结构分析法

进入80 年代以后,国内高层建筑框筒和复杂体型结构增多,结构空间作用十分明显，必须考虑其空间的协调性，因而发展了空间杆系(含薄壁杆) 分析法，为了区别于空间协同工作分析法，通常称为三维空间结构分析法。此法以空间杆件为单元，以结点位移( 三个线位移，三个角位移；对薄壁杆结点还多一个翘曲位移) 为基本未知量，按空间杆结构建立平衡方程求解。空间杆系分析方法较少受形状、体系限制，应用面很广，但未知量极多，要求大型、高速计算机.为便于在工程中应用,仍保持楼板刚性的假定,用楼面公共自由度( 平移u、v,转动θ) 代替层各结点相应的自由度,未知数可减少30 % 以上。

这类程序目前已经商品化,有代表性的微机程序如建研院结构所的TBSA、TAT、建研院计算中心的STWZ、南京市建筑设计院的504分析程序及清华大学建筑设计研究院ADBW程序等.ADBW程序区别于以往多数程序所采用的薄壁杆件剪力墙单元,而采用了另一种新型剪力墙单元,即每道剪力墙同一层内竖向将两端的柱和墙在交界处切开,上下层之间用一根平面内抗弯刚度无穷大,平面外抗弯刚度为零的特殊刚性梁连接.这种剪力墙单元在整体结构计算中显得较为合理。

4. 多种单元组合的有限元法

进入90年代，随着我国高层建筑功能的不断增多，结构的平面布置和竖向体型更趋复杂，对结构分析提出了更高的要求。现阶段的部分高层建筑的楼板开有大孔洞，从而破坏了楼板的平面内无限刚的假定，转而应考虑楼板变形的影响；部分高层建筑具有复杂的空间剪力墙，如开有不规则的洞口、平面复杂的芯筒等；为了实现建筑功能的转换，不少高层建筑使用了转换结构，包括转换大梁、转换桁架和转换厚板等。对于这些高层建筑，已不能再用单一杆件单元的计算模型去描述了，楼板平面内无限刚假定在楼板有较大削弱情况下也无法成立，这就促使人们探讨更合理和更符合实际的计算模型和计算方法，这就是多种单元组合的有限元法。该方法将高层建筑结构离散为弹性力学平面单元、墙元、板元和杆元的组合结构，可以对高层建筑进行更细致、更精确的结构分析。但该法涉及更大量的未知量，需求解出更大量的方程组，对计算条件也有更高的要求。可幸的是，近年我国计算机技术在质和量等方面均有了很大的飞跃，为我们提供了强有力的计算工具，并促使其进一步完善。

为适应多种单元组合的有限元分析，针对不同的结构类型及计算要求，选用合适的通用或专用计算程序，对设计工作有着重要意义。目前,在高层建筑结构分析中，用得较多、影响较大的还是引进的SAP系列程序和ADINA程序。

5. 结构动力特性和直接动力分析

结构自振周期在计算机分析时可以由刚度矩阵[K]的特征值分析求得,实测结果表明这种方法是比较准确的。

为适应手算和微型机计算，近似计算方法也得到了发展，如逐次叠代法、拟厚板法,前者假设初始频率ω后,回代计算惯性力Fj,以顶层FN=QN为条件修正ω。反复计算至收敛；后者将高层建筑作为正交异性板，建立板振动方程求解。

直接输人地震波对高层建筑进行动力分析可以更确切地反映建筑物在地震过程的各种性能。1978年以后，这领域的研究和应用进展迅速.高层建筑可以作为一个多质点系统，在地震过程中的振动方程为：

（3）

对于已知的地震加速度记录z（t），可以对时间t求解上述方程，便可求得结构在地震过程中任一时刻的反应。

工程中应用最广泛的是分层模型，结构质量按楼层集中，结构刚度由层弯曲刚度和层剪切刚度来代表。这一模型较好地反映了高层建筑结构的特点，所用的机时也较少(图7)。

另一方面，更为精细的杆件模型也得到了发展，但由于所需机时较多、计算机容量较大，目前应用较少。

考虑楼板变形影响，采用并列多质点计算模型的方法也在研究中(图8) 近年来，考虑扭转振动、斜向输人双向地震波的动力分析方法也取得了进展。

表达构件弹塑性性质的回线模型，目前多采用退化双线性、三线性和四线性等几种形式。积分方法一般采用β法或θ法。

一些研究通过弹塑性动力分析得到弹塑性反应位移值与弹性反应位移值的比较，得到从弹性反应位移预估弹塑性反应位移的方法。

图7动力分析层模型图8并列多质点模型

6. 近期进一步研究的课题展望

（1）改进把剪力墙和筒体结构简化成杆件的不尽合理的计算简图，由空间杆件向空间组合结构发展。进一步提供计算复杂三维空间结构的计算方法和程序。

（2）开发更优的钢结构和钢-混凝土混合结构计算方法及其程序。

（3）筒体结构的简化计算方法，提出能用于施工图设计的手算方法，以便于校验。

（4）解析、半解析求解器方法的进一步完善和系列化，推出更优的商品化程序。

（5）建立多维地震波钢筋混凝土空间复杂体型的杆系-层模型时程分析法及其程序，研究广义坐标下杆系-层模型的新的计算理论，建立广义坐标下杆系-层模型时程分析应用程序。

参考文献

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[2] 杨志.高层建筑结构分析方法综述[J]. 四川建材,2006,5

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关键词：高层建筑 方案设计 结构分析

Abstract: with China's rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems.

Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis

中图分类号 : TU3文献标识码： A 文章编号：

引言

随着我国经济的快速增长，城市规划用地日趋紧张，发展高层建筑是城市未来的趋势。高层建筑坚实的物质基础是随着科学技术进步和经济发展带来的。如今建筑功能的的多样化使人们提出了更多和更复杂的要求，出现了许多复杂的不规则的高层。在建筑行业内部有些人员忽略了其结构设计的根本所在，有些设计人员过分依靠设计软件，盲目的生搬硬套，造成建筑结构设计无法一次性完成。所以，本文对建筑结构设计、计算分析等问题深入的进行一次分析探讨，希望能对建筑结构设计的同行起到积极的作用。

1、高层结构方案的设计

现在许多建筑结构工程师太多依赖结构设计软件，对设计软件的结果盲目的生搬硬套，结构工程师对结构的体系、结构的布置符不符合规范，或者算出的信息和实际的情况是不是一致，是不是真实可靠都只是用结构计算软件来设计和计算，虽然能设计和计算出一个结果，但是这些的结构设计结果是需要设计师来判断正确与否的，这就需要结构工程师自身有较高的结构水平、对软件的深入了解以及对规范的熟悉程度。

在实践中，设计人员的建筑设计方案和结构设计是相互协调、相互影响的，在初步设计之前做的工程项目来设定一个总体方案是概念设计的目的，根据使用功能、设计意图、现场的建筑条件、材料的来源以及业主对项目资金的使用等许多方面因素的要求，这样对下一步的设计、施工和维护使用能做到又快又省力。根据高层建筑结构的自身特点，比如设计施工比较复杂或者对施工技术要求比较高，投入资金又很大，加上地基结构的特殊性，这样结构的优化设计并不能带来综合经济效果的最优化，例如在高层建筑的深基坑支护设计施工过程中，直接放坡不需要用支护来设计的结构方案是比较经济的的方法，但是后果可能会出现深基坑变形和变大，造成施工工期延长导致资金回报慢一些因素，第二，选择一个适合的结构设计体系也是要在建筑结构概念设计过程中解决好的问题。目前来说，高层建筑结构体系分几种类型：①剪力墙结构；②框架结构；③框架剪力墙结构④框架核芯筒结构；⑤筒中筒结构；在这么多的结构体系中，让设计师们可供选择一种或几种结构体系用来备选，在建筑结构概念设计时确定。透过建筑结构的计算和各个方面的技术经济比较确定最为经济合理的结构设计体系。

2、高层建筑结构设计分析

2.1、模型的计算

建筑结构设计的重要内容之一是结构分析，通过计算来确定结构在各种作用下的效应，研究的结论要能说明和评估真实结构在预设作用下的效应。结构的安全性、经济学和实用性是否科学合理都是通过结构分析来确定的。结构分析的重中之重都是在于通过模型的计算分析来确定的，它包含理论的计算、合理的选择计算简图，这是研究分析结构的基础和重点。

在实际中，不管模型分析是哪种，都无法完全精确的描述其真实的结构，都是在实际的结构中取一定程度的近似值。通常情况下，建立模型结构分析时，都会用一些假定，比如结构材料均质连续都是假设的，这样的假定对结构宏观力学性能不会产出明显的误差，整体的性能的效应都是主要结构构件参与的。但是次要构件与非结构构件对性能的影响都是假定忽略了，就是说忽略了结构中作用较小构件的刚度，通过假定，根据构件在结构整体性能中应发挥的作用来进行确定是否能忽略，可以忽略相对和对主体影响较小的变形。

2.2、理论计算

建模是计算理论的一个重要组成部分，对建筑结构设计的研究理论计算分为两种：①线性理论；②非线性理论。其中以第一种线性理论比较成熟，是目前结构工程师们对建筑结构设计时普遍运用的一种计算理论。在结构设计的承载力状态中，极限和正常使用极限状态都是普遍常用其中。非线性计算理论又分为两种：①材料非线性；②几何非线性；第一种是材料、构件以及截面的本构关系。比如荷载与位移，弯短与曲率，应力与应变等等都是非线性的，对于几何非线性，通常都是结构变形产生内力的二阶效应造成荷载效应与荷载之间出现的这种关系。

在选择两种计算理论的分析时还是要根据项目的具体情况而定，通常采用线性计算理论分析，因为在一般建筑结构设计时，使用其分析比较简便。不过在遇到建筑结构跨度大，或者超高层建筑结构设计时，二阶效应会使结构变形比较大，所以还是要采用非线性计算分析。

2.3、建筑结构设计的方法

在建筑结构设计时，解析和数值是结构分析时采用的两种数学方法，通常简单的结构模型求解中适用于此方法，但是遇到建筑结构复杂，一个数学模型不能被很多建筑结构抽象成一个可以用连续函数表达，并且边界条件也无法用连续函数表达的情形下，这样就不能选择运用这个方法，所以在此情形下就要用数值法求解，数值法又分为有限条，有限单元，有限差分等方法，就目前来看，应用较为广泛是有限单元法，方法原理是将建筑结构拆分一个有限单元组合体，这样方便剖析真实的建筑结构和模拟，一般情形下可以模拟几何形状复杂结构解析，单元可以按照不同的连接方式组合在一起，但其本身有可以有不同的几何形状。在建筑设计时，结构工程师对于有限单元结构分析的常用软件有ETABS，PKPM，SAP，ANSYS等系列。

2.4、建筑结构概念设计

建筑概念设计是在研究设计方案过程时，通过我们自身具备的经验基础，选择和布置好结构体系，能准确把握好其结构特性，能保证在预期的范围内把结构在预设的各项作用下控制住，其中的内容包含：①结构选型，②结构平面，③竖向布置，④结构侧向刚度控制，⑤温度作用考虑等。概念设计是结构工程师必须掌握也是很难完全掌握的能力之一，在普遍运用计算机设计的今天，概念设计理念对于判断结构设计的计算结果的合理性，正确性有很大的作用。

2.5、建筑结构总体布置

我们通过选择合理的结构体系以及较好的结构布置，使建筑结构设计更加合理科学。往往完美的建筑设计方案的效果也都是需要结构不断的想办法去实现的，但是有很多的建筑方案有时候会要求结构牺牲安全性和经济性去达到建筑的美观效果，我们应该深入去分析结构的安全性，原则性的问题绝对不能迁就建筑，以防止造成结构功能和安全上的问题。结构布置要全面考虑以下几个因素方面:

⑴、控制结构的侧向变形

建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。

⑵、平面布置

平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。

⑶、竖向布置

为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。

⑷、缝的设置和构造

建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缠把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。

三、小结

高层建筑混凝土结构设计是一个复杂、漫长、重复的过程，如果不想让整个设计过程中变得更复杂或者设计出的结果造成不安全的因素都必须要仔细和有耐心，不能出现遗漏和错误。总之，作为结构工程师，我们要从自身做起，要求自己严格按照规范规定进行设计，有时候也要拒绝和不能妥协业主方、投资方提出的无理要求而进行违规操作设计，负责任、认真的工作态度加上日积月累的设计经验都是成为优秀设计师的结构工程师，只有在不断学习，不断总结经验，对我们自己设计的每一个项目做到负责任的精益求精，才能真正把结构设计做好，成为一个优秀的结构工程师。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准．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

1 常用高层建筑结构体系受力特点分析比较

1.1 框架结构

框架结构体系它是由基础、楼板、柱、梁这4种承重构件所组成的。基础、柱和梁一起构成平面框架是主要的承重结构。框架结构建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也较方便；整体性、抗震性能好，具有较好的塑性变形能力。但是，框架结构侧向刚度小，当层数过多时，会产生过大的侧移，从而限制了框架结构的建造高度。

1.2 框架——剪力墙结构

高层建筑结构设计中通常采用的是框架——剪力墙结构体系，即把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系，竖向荷载由框架和剪力墙等竖向承重单体共同承担，水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。剪力墙的设置，大幅增加了高层建筑结构的抗侧力刚度，使其水平侧向位移大幅减小；同时，框架-剪力墙结构的协同工作使各层层间变形趋于均匀，所以框架——剪力墙结构体系的建筑能建高度要显著高于框架结构。

1.3 剪力墙结构

由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系属于明显的刚性结构，且传力均匀、直接。其结构的强度和刚度都相对较高，但同时也具有一定的延性。结构在台风、地震作用等水平大荷载作用下，结构的侧向位移能有效控制，具有良好的结构整体性能，抗倒塌能力强，其能建高度大幅高于框架或框架——剪力墙结构体系。

1.4 筒体结构

筒体结构体系由筒体为主的结构称为筒体结构。筒体结构体系的高层建筑结构具有非常大的强度和刚度，结构体系中各构件的受力分配合理，抗风、抗震性能相对框架——剪力墙结构、剪力墙结构更强，往往应用于大空间、大跨度要求的高层、超高层建筑结构设计中。

2 高层建筑结构设计关键技术分析

2.1 水平荷载相对于竖向荷载显得更为重要

结构需同时承受竖向和水平荷载，低层结构以抵抗重力为代表的竖向荷载为主，而水平荷载所产生的内力、侧向位移很小。对高层结构来说，随着建筑高度的增加，水平荷载随建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物视作简单的竖向悬臂构件，构件中由竖向荷载产生的轴力与高度(H)成正比；水平作用产生的弯矩与高度(H)的平方成正比；水平作用产生的侧向位移则与高度(H)的四次方成正比。对某一高度确定的建筑，结构竖向荷载的大小基本稳定，而水平方向上风载和地震作用的数值大小往往会随高层建筑结构的动力特性不同而存在较大幅度的变化。可见，水平荷载对高层建筑结构的影响大，侧向位移成为结构设计的主要控制目标之一。

2.2 控制结构侧移是关键因素

与低层建筑结构的设计不同，高层建筑结构的侧移是其结构设计过程中的关键决定性因素。随着建筑高度的不断增加，水平侧向荷载下的结构侧移变形会快速增大。侧向位移过大将使结构产生附加内力，特别是对竖向构件，附加偏心力超过一定限值时，将会引起整个结构的倒塌破坏；同时，在风荷载作用下，如果侧向位移过大，将会引起居住者工作者的不适，在地震作用下，如果侧向位移过大，更会让人感到不安和惊慌。

2.3 结构轴向变形的影响显著

对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著高层建筑结构中，一般竖向荷载的数值较大，在柱中会引起较大范围的轴向压缩变形，对结构体系中的连续梁弯矩大小产生显著影响。高层建筑的轴向变形的差异会达到一个比较大的数值，从而引起跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，连续梁中间支座处的负弯矩值减小。

2.4 结构延性的重要性

高层建筑相对于低层或是多层建筑来说结构更柔一些，受到地震的影响后，结构变化更大一些。所以采取恰当的措施保证结构具有足够的延性，使结构在塑性变形阶段仍然具有较强的变形能力。

3 高层建筑结构分析方法简介

3.1 计算分析基本假定

高层建筑结构要完全精确地分析三维空间结构是十分困难的。需要通过各种分析方法对计算模型进行不同程度的简化。以下是一些常见的假定：

3.1.1 弹性假定

目前实用的高层建筑结构分析方法都是使用的弹性计算方法。这一假定符合建筑结构的工作状况，因为在一般风力作用下，建筑结构一般都处于弹性工作阶段。

3.1.2 小变形假定

小变形假定也是各种高层建筑结构实用分析方法中普遍采用的基本假定。对几何非线性问题的研究认为:当顶点水平位移与建筑物高度的比值大于1/500的时候，就必须重视几何非线性问题的影响。

3.1.3 刚性楼板假定

刚性楼板假定在对高层建筑结构进行分析的时候，一般假定楼板自身平面内的刚度是无限大的，平面外的刚度则为零。这就简化了计算方法，减少了结构位移的自由度。

3.2 高层建筑结构受力分析方法

3.2.1 框架——剪力墙结构的高层建筑内力与位移的计算分析，大都采用连梁连续化假定。可由框架结构与剪力墙水平位移或转角相等的位移协调条件，建立位移与外荷载之间关系的微分方程进行求解。

3.2.2 剪力墙结构的受力特性与变形主要取决于墙体的开洞情况。单片剪力墙按其受力特性的不同，可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙等各种类型，不同类型的剪力墙结构其截面应力分布的规律也不相同，计算结构内力与变形位移时需采用相对应的计算方法。

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关键字：高层建筑 ；结构设计 ；特点及结构分析

引言：随着社会经济的迅速发展，人民物质生活水平的不断提高，居住条件的不断改善，高层住宅如雨后春笋一座座拔地而起。一个优秀的建筑结构设计往往是适用、安全、经济、美观便于施工的最佳结合。

1.高层建筑结构设计有以下特点

水平荷载成为决定因素。楼房的自重和楼面的使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯曲的数值，仅与楼房的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，是与楼房高度的二次方成正比。

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，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。

侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移成为高层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，因而结构水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内

结构延性事重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层结构更柔一些，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.高层建筑结构分析

2.1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：

2.1.1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。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

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

2.1.3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。

2.1.4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有三种：

①一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。

②二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度u，v，θ（当考虑楼板翘曲是有四个自由度），楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程，用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。

③三维空间分析。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筒体结构也是不妥当的。

3.高层建筑结构设计应注意的问题

3.1地基与基础设计

地基基础是整个工程造价的决定性因素，该阶段设计过程的好坏将会直接影响到后期设计工作的进行，而且出现在这一阶段的问题,有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。所以，结构工程师一直是比较重视地基与基础的设计。但是，由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,在地基基础设计中界定一定的标准，实施一定的规范也是有难度的。现行的《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础做详细的描述和规定,因此,在国家标准之下还需建立能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确的地方标准，从而尽量避免因地基问题二造成的对整个结构设计或后期设计工作产生较大影响的问题出现。

3.2高层建筑结构受力性能

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是非常重要的，在一个建筑物方案设计之初，建筑师着重考虑的是它的空间组成特点，而并非是其详细的结构。因为建筑物的结构必须能将它本身的重量传至地面，况且结构的荷载总是向下作用于地面的，所以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。鉴于以上原因，建筑设计师在建筑设计方案的起始阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布给出总体的规划和设想。

3.3提倡节约

目前，国家提倡的是建立节约型的发展社会，实行可持续发展战略。同样，在建筑工程中，我们也要遵循这一原则。按照我国规范标准建设的大楼还是能进入国际市场的，外国大企业在北京买按我国规范设计的大楼就是很好的证明。但是，从实际状况来看，由于一些原材料和技术方面的原因，目前我国规范中的构造要求,并非都比外国低，有的已经超过。鉴于目前客观形势的,国家经济实力增强和住宅制度改革现状等诸多方面的因素,我们可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入也不大,但对国家总体和长远利益有利。

4.结语

高层建筑结构设计是个系统的，全面的工作。现如今，随着高度的增加，竖向结构体系成为设计的控制因素：一个是较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒；另一个更重要的是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，高层建筑结构设计人员必须以精心设计来保证。因此，在设计过程和设计管理过程中，对此必须给予高度重视

参考文献：

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关键词：高层建筑；结构设计；轴向形变；侧移

一、高层建筑结构设计特点

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。

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。

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。

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。

二、高层建筑的结构体系

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.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。

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。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。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。

三、高层建筑结构分析

1.高层建筑结构分析的基本假定

（1）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，往往会产生较大的位移，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

（2）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（p-δ效应）进行了一些研究。

一般认为，当顶点水平位移δ与建筑物高度h的比值δ/h > 1/500时， p-δ效应的影响就不能忽视了。

（3）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。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。

（4）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有三种：①一维协同分析。②二维协同分析。③三维空间分析。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索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。

2.高层建筑结构静力分析方法

（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，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。

（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。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）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。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。具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。

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。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。

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。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，这是目前工程上采用最多的计算模型。

四、建筑结构经济性分析

建筑结构经济性包括内容注重经济性的建筑设计包含非常广泛的内容。传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。

建筑结构的经济性就是只以较少的成本来获得最大的效用。其中由美国建筑师、工程师R•B•富勒提出的“少费多用”原则是较常用普通的原则。“少费多用（more withless）”原则的含义是，凭借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、资源来投资，目的在于获得尽可能大的发展效益。“少费多用”原则，顺应目前的发展形势，在建筑坚持可续费发展的思路上，该原则是一条重要的、有效的、节约型的设计方式。

在富勒的实践中，“少费多用”原则最具代表性地表现在他对空间结构及建材应用的创意中。他的短杆网架穹隆结构体系（geodesic dome ）被称为人类迄今为止最轻、最高效、最为有力的空间围合手段，在造型、尺寸、材料选用上具有很大的灵活性，且造价低廉、营造方便。另外，F•埃斯克里格的自成型结构、T•达兰德对摩天楼张力结构的探索也都从不同侧面诠释了“少费多用”原则。

“少费多用”原则还体现在建筑空间组织、利用的高效化方面。原则坚持对平面面积的充分利用，还注重三维空间的挖掘。比如某市图书馆设计中提出了“ 模块式”图书馆的创作思路，将图书馆划分成不同的功能模块，采用不同的层高、柱网，进行类比布局。这样可以减少“三统一”标准空间所造成的浪费，充分发挥空间效益。某高效空间住宅的设计中则对厨房、厕所的上区、卧区上下等潜在空间进行了有效的利用。将每户主、次二个开间设置为不同层高，对应于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空间的使用效益。

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【关键词】高层建筑结构；结构体系；静力分析方法

1 高层建筑结构设计特点

1.1 水平荷载成为决定性因素。建筑物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，仅与建筑物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引起的轴力，是与建筑物高度的二次方成正比；另外，对某一定高度建筑物而言，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 框架结构体系。一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构。框架结构可形成灵活布置的建筑空间，使用较方便。但随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，增加到一定程度后，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用。另外，框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。其中一部分是结构弯曲变形，即框架结构产生整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩所引起的水平位移；另一部分是剪切变形，即框架结构整体受剪，层间梁柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整移和层间位移都较大，容易产生震害。因而，框架结构主要适用于非抗震区和层数较小的建筑。

2.2 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。框架--剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。这种结构既具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。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。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，所以框架--剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

2.3 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。剪力墙结构比框架结构刚度大、空间整体性好，用钢量较省，结构顶点水平位移和层间位移较小，能够满足抗震设计变形要求，且具有一定的延性，传力直接均匀，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。剪力墙结构往往应用于住宅和旅馆客房开间较小、墙体较多的建筑中。

2.4 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、成束筒等多种形式。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 高层建筑结构分析

3.1 高层建筑结构简化计算原则

3.1.1 弹性工作状态。高层建筑结构的内力与位移按弹性方法计算。在竖向荷载和一般风荷载作用下，结构应保持正常使用状态，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。但对于某些局部构件，由于按弹性计算所得的内力过大，出现截面设计困难，配筋不合理的情况。因此在某些情况下可以考虑局部构件的塑性变形内力重分布，对内力适当予以调整。对于罕遇地震的第二阶段设计，绝大多数结构不要求进行内力和位移计算，“大震不倒”通过构造要求予以保证。实际上由于在强震下结构已进入弹塑性阶段，处于开裂、破坏状态，构件刚度已难以确切给定，内力计算已无重要意义。

3.1.2 高层建筑结构应考虑整体共同工作。高层建筑结构在风力和地震作用下，楼层的总水平力是已知的，但这水平力如何分配到各片框架、各片剪力墙却是未知的。由于各片抗侧力结构的刚度、形状不同，变形特征也不相同，所以不能简单地按受荷面积、构件间距分配；否则，会使刚度大、起主要作用的结构所分配的水平力过小，偏于不安全。在不考虑扭转影响时，同层各构件水平位移相同，剪力墙结构中各片墙的水平力大致按其等效刚度分配；框架结构中各片框架的水平力大致按其抗侧刚度分配；框架--剪力墙和筒体结构受力较为复杂，要进行专门的计算。

3.1.3 刚性楼板假定。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为无限大，而平面外的刚度可以不考虑。在内力和位移计算中，楼板可作为刚性隔板，在平面内只有刚移--平移和转动，不改变形状。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，楼板变形比较显著，楼板刚度无限大的假定不适用。这时，对采用刚性楼面假定的计算结果需加以修正，或采用考虑楼面的平面内刚度的计算方法。

3.1.4 计算中应考虑墙与柱子轴向变形的影响。高层建筑结构由于层数较多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。所以轴向变形的影响在结构计算中应当考虑。在考虑轴向变形影响时，要考虑施工过程分层施加竖向荷载这一因素，不能简单地按一次加载考虑，否则就会出现一些不合理的计算结果。

3.2 高层建筑结构静力分析方法

3.2.1 框架--剪力墙结构。其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。

3.2.2 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。

3.2.3 筒体结构。其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。

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关键词：超限高层；错层结构；加强措施

1工程概况

该工程位于兰州市七里河区，主楼地上十九层，房屋高度57.35m；裙房二层，房屋高度9.45m。主楼采用钢筋混凝土剪力墙结构。建筑平面如图1所示。本工程按8度抗震设防，设计基本地震加速度0.2g,设计地震分组第三组。一～二层（底部商业）为乙类，其余为丙类。场地类别为二类。地上一～二层抗震等级均为一级，其余均为二级。

2结构计算模型及超限判断

2.1结构计算模型楼层错层在计算模型输入时通常有两种方法：①通过修改节点标高和输入层间梁、层间板的方式实现。此类方法适用于错层面积较小的情况，但由于标高繁冗较容易出错；②增加标准层的方式。此类方法适用于错层面积较大的情况。两种方法均能实现相同楼层，标高不同的目的。本工程采用第二种方法输入模型。依据《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.4.3条规定，当采用错层结构时，为了保证结构分析的可靠性，相邻错开的楼层不应归并为一个刚性楼层计算。故在计算时，错层处楼板按弹性膜处理。2.2结构超限判断（1）楼板不连续：①局部有效楼板宽度小于典型楼面宽50%。即7.8/17.35=45%<50%；②楼板局部错层如图2所示。（2）凹凸不规则：平面凸出的尺寸大于相应投影方向尺寸的30%。即20.8×30%=6.24<6.5。（3）扭转不规则，考虑偶然偏心下，错层楼层处扭转位移比大于1.4，小于1.5。由于底部三层裙房局部楼板不连续导致楼层抗侧力刚度与楼层抗剪承载力比值较小，但均满足规范要求。根据住建部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》具有以上三点的高层建筑工程应进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

3结构计算结果分析

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第3.4.3条规定，凡具有上述三项或三项以上不规则者均为特别不规则的建筑。故采用《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》和《复杂空间结构分析与设计软件PMSAP》（2011年9月版）两种结构计算软件进行整体分析比较，以保证力学分析结构的可靠性。并采用弹性动力时程分析、弹塑性静力时程分析（PUSH）进行了补充计算。通对分析计算，结果表明：①PMSAP与SATWE计算结果基本一致，均满足相关规范要求。说明SATWE计算能较为真实反映结构实际受力情况，结构整体设计时可采用SATWE计算结果；②弹性动力时程分析，每条时程曲线计算所得结构底部剪力均不小于振型分解反应谱计算结果的65%，七条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱计算结果的80%。平均反应的最大楼层剪力曲线、最大楼层位移角曲线均小于CQC法计算结果，结构无明显薄弱层或薄弱部位；③罕遇地震作用下弹塑性静力时程分析（PUSH），结构在罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性层间位移角最大值1/136，均不大于1/120，在罕遇地地震作用下结构不会出现整体垮塌。

4结构构造加强措施

本工程属于超限高层建筑，结构设计除满足规范的一般要求外，还针对不同超限内容采取一定的构造加强措施。4.1凹凸不规则的加强措施整体计算时，采用分块刚度板假设，将凹凸连接薄弱部位楼板指定为弹性膜，以改善结构变形能力。4.2扭转不规则的加强措施针对扭转不规则情况，查找扭转较大位置的结构构件，加大该部位竖向边缘构件的配箍特征值，一层至裙房顶上一层剪力墙约束边缘构件最小构造配筋率不小于1.45%，配箍特征值比规范规定增大10%。周边墙体中增设暗梁，提高结构延性，降低扭转不规则带来的不利影响。4.3楼板不连续的加强措施主要内容：①错层处楼板按弹性膜输入；②错层部位及上下各一层楼板板厚不小于120mm，双层双向配筋，单层单向配筋率不小于0.3%。4.4楼板局部错层的加强措对于结构错层处剪力墙墙后不应小于250mm，抗震等级提高一级，混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率不应小于0.5%。

5结束语

本工程通过对结构布置的不断优化，对各种结构电算结果的计算分析，采取相应的结构加强措施，使得结构主要控制指标能满足规范有关要求，可以达到预期的抗震目标，结构安全可靠。

参考文献：

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关键词：高层建筑 结构设计 问题分析

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

一、高层建筑各专业设计的协调

高层建筑设计是个多专业、多程序的复杂系统工程，涉及“建筑、结构、设备”三个基本环节，参与高层建筑设计的工程师都深深体会到，对于每个专业单独而言是最完美的设计，但结合在一起却不是优秀的设计。 “建筑、结构、设备”是互相制约的三个有机组成部分，高层建筑设计既是各个专业自我完善的过程，也是各个专业之间互相协调的过程。我们认为在方案设计、初步设计阶段一般应以建筑专业牵头进行各专业协调，在施工图设计阶段则应以结构专业为主进行各专业协调。高层建筑结构设计除了采用合理的结构体系，先进的计算技术外，大量的工作是搞好与其它专业的协调，以便保证结构计算简图的实现。

二、高层结构分析设计特点

（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向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向构件中引起的轴力，是与楼房高度的二次方成正比；另一方面，对某一定高度的楼房来讲，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，其数值则随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

(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，会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。

(3)侧移成为控制指标。与较低的楼房不同结构侧移已成为高层建筑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。

三、高层建筑的结构体系分析

(1)框架一剪力墙体系。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，因而便形成了框架一剪力墙体系。在该体系中，框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。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，框架一剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

(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。剪力墙体系的强度和刚度均比较高，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一剪力墙体系。

(3)筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。简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。

四、高层建筑结构设计的问题分析

（1）结构选型①结构的规则性问题。新规范对这方面的内容有了较大的变动，增加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。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件时必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。②高度问题。按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。对结构的总高度均有严格的限制，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。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。③嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有2 层或2 层以上的

地下室和人防设施，嵌固端有可能设置在地下室顶板或人防顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由于嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，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。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留下安全隐患。④短肢剪力墙的设置问题。在新规范中，将墙肢截面高厚比为5—8 的墙定义为短肢剪力墙，且根据试验数据和实际经验，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。

（2）地基与基础设计。地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，这不仅仅是因为该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时也因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。由于我国幅员辽阔，地质条件相当复杂，仅依据GB50007--2002{地基基础设计规范》，无法对全国各地的地基基础均进行详细的描述和规定，而地方性的“地基基础设计规范”则能够将各地的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

（3）结构计算与分析。在这一阶段，如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理，是决定工程设计质量的关键。由于新规范中对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识①结构整体计算的软件选择。在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可

以作为参考的，哪个是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时问和精力，而且有可能使结构存在不安全隐患。②是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新旧规范中均已涉及，只是新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。③振型数目是否足够。由于在旧规范设计中并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否需要调整振型数目的取值。④多塔之间各地震周期的相互干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘、多塔楼的高层建筑类型大量出现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个

整体并按多塔类型进行计算还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。⑤非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在着一些由于建筑美观或功能要求而非主体承重骨架体系以内的非结构构件。在对这部分非结构构件尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。