超高层结构设计要点范文

导语：如何才能写好一篇超高层结构设计要点，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：超高层；复杂高层；建筑结构；设计要点

1超高层及复杂高层建筑结构设计的要求

（1）科学分析构造。在设计超高层及复杂高层建筑结构过程中，设计人员需要对建筑的整体构造进行合理设计，严格遵循实用性与稳定性的原则，对结构设计细节加以高度重视，加固设计部分应力符合集中的部位。同时设计人员需要综合分析外界的环境因素，如风向风力、温度变化等，以免建筑物出现形变和侧移等问题，确保构造的稳定性[1]。此外，设计人员需要准确把握建筑材料的性能，尤其是材料的形变能力和延展性，以便因材料质量问题而影响建筑构造的使用性能。（2）优选结构方案。结构方案的选择是超高层及复杂高层建筑建设的前提与基础，因此设计人员需要以工程实际情况为依据，科学确定结构方案，在确保结构安全稳定的基础上，协调好建筑成本投入及结构优化之间的关系。同时构建系统科学的评价方案，在评价体系中纳入相关的评价标准，如自然因素、施工工艺、工程材料和设计要求等，然后分析和对比超高层及复杂高层建筑的结构设计方案，优选出最佳方案，保证工程的有序实施。（3）完善计算简图。在结构设计环节，计算简图的目的就是为方案的选择提供数据支撑，达到结构精细化分析的目的。由于计算简图的完善与否直接关系到结构设计的科学合理，因此在实际工作中，设计人员应体现出计算简图的全面性与直观性特征，对结构简图的绘制误差进行科学控制，以便获得关键性的内容，真实准确反映出工程的结构信息，便于工程的顺利开展。

2超高层及复杂高层建筑结构设计的要点

超高层及复杂高层建筑结构设计的要点具体表现为以下几方面：（1）注重概念设计。在超高层及复杂高层建筑的结构设计中，需要高度注重概念设计，适当提高结构的均匀性、完整性、规则性，保证结构抗侧力与竖向的传力路径相对直接与清晰；同时在设计中适当融合节能和环保的理念，构建切实可行的耗能机制，关注材料与结构的利用率，保证结构受力的完整性。（2）加强抗震设计。抗震设计保证超高层及复杂高层建筑安全性的前提与基础，要想做好抗震设计应做好如下几点：①关注抗震结构设计的方法和质量。由于地震作用方向的随机性强，对地震荷载进行准确计算后，需要从构件与结构等方面出发，科学选用抗侧力结构体系，使刚心与形心相重合，提高结构安全性能[2]。②认真考虑抗震设防烈度。抗震设防烈度是建筑结构设计的重要内容，在烈度设计中应以建筑物最大承受强度大小为主，以此增强建筑物的安全性与经济性，有效减少建设误差，保证人们的生命财产安全。③科学选择建材。抗震设计材料应具备材质均匀、高强轻质等特点，并且构件连接应有良好的延性、连续性、整体性，这样才能有效消耗地震的能力，降低地震反应，减少因地震造成的损失。④加强构件强度。为了增强超高层及复杂高层建筑结构的抗变形能力和抗震性能，可以选择强度较大的结构，如钢结构、型钢混凝土结构、混凝土结构等。（3）合理选择结构抗侧力体系。要想保证建筑的安全性，必须要对结构抗侧力体系进行科学选择，但是在选择过程中需要注意几点：①在实际设计环节，应该高度重视相关结构抗侧力构件的联系，使其形成统一和完整的整体。②如果建筑结构中涉及诸多抗侧力结构体系，则需要对其进行认真分析，科学评判其贡献程度，对其效用进行详细考察[3]。③从建筑物实际高度出发，对所学的结构体系进行确定，如建筑物高度不超过100m，框架剪力墙、框架、剪力墙为最佳体系构成；高度保持在100~200m的范围内，剪力墙和框架核心筒为最佳体系构成；盖度在200~300m的范围内，框架核心筒和和框架核心筒伸臂为最佳体系构成；高度低于600m时，衔架、斜撑、组合体、筒中筒伸臂、巨型框架为最佳体系构成。

3结束语

在超高层及复杂高层建筑结构设计过程中，需要对其设计要点进行准确掌握，从施工过程、抗震设防烈度和结构方案等方面处罚，做到科学分析构造、优选结构方案、完善计算简图，并加强抗震设计，注重概念设计，合理选择结构抗侧力体系。这样才能提高材料的利用率，保证建筑结构的稳固性和安全性，增强建筑的整体质量和使用性能，达到良好的设计效果。

参考文献

[1]吴荣德，李国方.复杂高层与超高层建筑结构设计要点探析[J].住宅与房地产，2015，28：40.

[2]胡先林.试论复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建材与装饰，2016，10：124~125.

篇2

关键词：高层；超高层；结构设计；风载荷

0、引言

随着城市化进程的加快，高层和超高层建筑数量不断增加，在满足城市发展需要的同时，也在一定程度上对建筑结构的可靠性、安全性、持久性以及安全性提出了更高的要求。由于建筑结构直接关系到高层建筑的整体性能及使用功能，因此在设计过程中必须对之予以重视。在实际的设计过程中必须通过多种技术手段，从多个途径突出混凝土建筑结构施工的整体效果。

1、复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制因素

建筑载荷的选取是建筑结构设计的首要工作，对于大多数高层建筑而言，可以根据建筑结构设计载荷规范中的相关要求予以确定。其次则需要对其他的建筑结构设计影响因素进行分析，确定对应的结构设计措施。

1.1 风载荷

对于复杂高层与超高层建筑结构的设计，由于其高层容易受到风载荷的影响，尤其是一些超高层建筑，其主要控制的因素就是风载荷。例如，台北的101大楼设计过程中，不但参考了当地的相关设计规范，而且还委托加拿大相关设计公司进行了相关的风洞试验，以提高该建筑的抗风载能力。在试验过程中，设计了一个以1：500为比例的模型在半径为600m的风场环境中进行试验，验证建筑在不同风况下的受力情况。

1.2 地震力

对于地震力的预测，当前的技术条件存在一定的限制，难以对之进行准确预算。即使对地震有深入研究的日本，以无法准确的预算地震的发生时间、地点。所以，高层建筑设计过程中尤其要注意抗地震力的设计。同时，还需要考虑建筑主楼、裙楼在地震力作用下的不同反应。

1.3 地基基础

对于复杂高层建筑与超高层建筑，地基基础发挥了十分重要的作用。在实际的施工过程中药根据不同的地基形态采取稳定性强的地基结构。例如，对于深厚的软地基，高层建筑地基必须选择使用桩筏基础或者桩箱基础。同时，可以根据实际的地质情况采取对应的基础措施：使用深度不大的年轻岩基，通过将现浇混凝土桩基深入岩层中的方式为建筑提供基础支撑；对于深度较大的岩层，例如在地面100m以下，可以利用岩层上层常见的层状冲积土，使用框格式的地下连续墙为建筑提供基础支撑；对于地下基层条件较好的地层，可以采用筏形基础即可。在地基设计过程中，应该根据不同的地质情况选择对应的组合式基础方案，最终确定一个技术经济性最高的方案。

1.4 建筑功能使用需求

所有的建筑都是以满足其使用功能需要而建设的，因此建筑结构设计必须以此条件为基础，这是一个不能忽视的问题。在设计过程中，需要考虑到建筑的艺术性、使用功能需要以及经济性等多个方面的要求。同时，在设计时还必须保证所设计的结构能够在既有施工技术条件下实现，而且保证当前的建筑材料必须达到设计使用需求，这是建筑结构设计需要控制的一个重要因素。

3、复杂高层与超高层建筑结构设计策略

3.1 合理减小框架中的柱距与梁距

（1） 减小柱距

建筑框架是将梁、柱通过刚性连接的方式组合而成的刚性体系，整个结构体系的抗推刚度受梁、柱截面与数量的直接影响，通过减小柱距能够有效的提高整个结构体系的刚度。

（2） 减小粱距

通过增加框架中梁的数量，不但可以减小框架在载荷作用下的总变形，而且还可以增加柱子在轴力作用下形成的力偶，使得其能够更好的抵抗结构体系的总力矩。

3.2 充分发挥梁柱的组合效果

通过简单的减小柱距、梁距，虽然能够在一定程度上达到提高框架体系抗推刚度的目的，但是不能从根本上改善框架的整体效能。这时结合增加梁、柱数量的方式，不但能有效增加框架的整体抗推刚度，而且还能够提高框架的抗风载荷能力。

3.3 采用弯一剪双重结构体系

弯一剪双重抗侧力结构体系，就是指通过采用弯曲型与剪切型两种不同变形性质的构件形成一个完整的结构体系。两种不同类型的构建通过在各个不同楼板中联系起来进行协同工作，明显减小了整个建筑结构的顶点位移与下部各楼层的层间位移。

（1） 框一墙体系

在水平力的作用下，单独的框架整体变形是典型的剪切变形，其上部层间侧移相对较小，而下部的层间侧移则较大。而单独的剪力墙则是弯曲型变形，其层间侧移为上部大、下部小。在采用框一剪双重体系之后，可以将各楼层楼板联系起来，使得框架与剪力墙能够协同承受载荷，从而确保了框架与剪力墙变形的一致性，提高了结构的抗载荷能力了。

（2） 框一撑体系

合理设计的框架一支撑体系同样可以收到与框一墙体系相当的效果，即最终达到减小结构顶点侧移与最大层间位移的目的。

（3） 筒中筒体系

筒中筒体系的构建原理与上述两种结构体系类似，但是其起到的结构增强效果更好。

3.4 合理设置刚臂

对于建筑平面是方形布置的高楼，当采用芯筒一框架体系时，因为大部分的侧向力是由芯筒来承担的，这使得整栋建筑的侧移曲线基本上是由芯筒的变形直接控制的。在水平载荷的作用下，芯筒以弯曲变形为主。同时，由于芯筒的平面尺寸还受到建筑的竖向服务性设施面积影响，直接造成了芯筒的高度与宽度比值较大的问题。为了达到减小建筑结构侧移的目的，可以在高层建筑中每相隔十来层布置一个设备层，在其中添加桁架，形成刚臂。这样将能够使得芯筒与的框架柱连接为一体，使得结构的外柱也可以参与到结构的整体抗弯体系中，有效的一直了芯筒各个水平截面，尤其是顶部截面的倾斜，有效减少了建筑各个岛层建筑结构的侧向位移。

结语

复杂高层与超高层建筑设计过程中，结构设计是影响综合性极强的工作，尤其是在满足建筑使用功能需求的同时，还要满足高层建筑的建设环境需要，通过全盘考虑的方式采取严格的设计措施和设计途径，基于建筑混凝土整体结构设计的多项要求，提高建筑结构的整体稳定性。除此之外，还必须重视施工过程中的材料选择控制，例如钢筋的合理配置等。另外，还必须考虑施工现场的运输条件以及养护作业技术水平等，确保施工条件能够有效的支撑起建筑的结构设计体系，使得建筑结构体系达到对应的要求。

参考文献

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您好，根据作者的专业，这篇论文我把电气内容放在前边，结构内容放后边了

关键词：高层；钢结构建筑；消防；电气；结构；设计要点

中图分类号：S611文献标识码： A

前言：高层钢结构建筑的电气消防设计水平和结构设计的安全、可靠，直接关系到高层建筑物和民用建筑建筑物的安全使用性能，建筑行业在进行建筑结构设计和消防电气设计中应该根据国家标准和规范，做好建筑工程的消防电源及配电设计、火灾自动报警系统设计、钢结构设计等方面的设计工作,通过优化建筑工程结构设计和消防电气设计不仅可以有效避免安全隐患的出现,防止重大安全事故的发生保障人员的人生安全。

一、高层钢结构建筑消防电气设计的特点

高层钢结构建筑的结构本身在高温下容易失去承载力，室内装修的材料也是可燃的，加上存在人员及货物过于密集、楼层过多的问题，高层建筑存在着严重的安全隐患。高层钢结构建筑容易发生的“烟囱模式”是由于竖井内电气管线多、管道敷设弯曲、电梯间通风设备多等多种原因造成的。烟囱模式在遇到明火的时候，会加快火势的增大和蔓延。经过对许多火灾事故和现场的分析，相关部门发现火灾发生十五分钟之后，火势会不断加大并以极快的速度蔓延，烟雾的扩散程度也会迅速加快。所以，高层钢结构建筑的火灾扑救十分困难，假如发生火灾，就会对人民的身体健康和财产安全造成极大的损害。

二、高层钢结构建筑的消防电气设计要点

1、供配电设计

高层建筑的防火规范必须按《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95执行。国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-2009规定了供电负荷等级和供电要求。一级负荷应由独立的双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。许多高层钢结构的建筑为一类高层建筑，所以它的供电负荷等级也应该是一级。一类高层钢结构的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防电气的负荷应该是一级负荷别重要的负荷供电。

2、火灾事故照明和疏散指示照明

高层钢结构建筑的楼梯间、前室、配电室、消防控制室、消防水泵房、防烟排烟机房、供消防用电的蓄电池室、自备发电机房、电话总机房以及发生火灾时仍需坚持工作的其它房间、人员密集的场所、公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20m的内走道应设置应急照明。疏散用的应急照明，其地面最低照度不应低于0.5Lx，疏散照明最少持续供电时间为30min。

3、先进可靠的火灾自动报警控制系统

高层钢结构建筑的火灾报警系统按《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98的要求执行，将火灾报警系统分为三种基本形式：区域报警系统，集中报警系统和控制中心报警系统。火灾自动报警系统的保护对象应根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。钢结构的高层建筑的火灾自动报警系统基本上采用控制中心报警系统。控制中心报警系统中至少应设置一台集中火灾报警控制器、一台专用消防联动控制设备和两台及以上区域火灾报警控制器；或至少设置一台火灾报警控制器、一台消防联动控制设备和两台及以上区域显示器，应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号，系统中设置的集中火灾报警控制器或火灾报警控制器和消防联动控制设备在消防控制室内的布置应满足规范要求，宜用于特级和一级保护对象。

4、火灾漏电探测报警系统

高层钢结构建筑内火灾危险性大、人员密集，根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98的要求需设置漏电火灾报警系统。火灾漏电探测报警系统主要探测线路的漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化，并储存各种故障和操作试验信号不应少于12个月。火灾漏电的探测模块安装在供配电的每一个回路的空气开关下端，探测每一路需要检测回路的漏电电流、过电流情况。每一个探测回路只发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化，不切断回路的电源。火灾漏电探测报警系统的主机安装在消防控制中心的墙上，给值班人员提供准确的报警信号和故障点位置。

5、做好建筑物的防雷与接地

高层建筑的火灾中，由雷击造成的原因占一定的比例。所以建筑设计时必须计安全可靠的防雷和接地装置 ，防止直击雷、侧击雷的直接破坏和雷电波的浸入造成的破坏。钢材是良好的导电体，钢结构的高层建筑像一个导电的铁笼子，所以更要做好建筑物的防雷和接地，还应及时与结构等专业沟通，合理确定位置，使其满足规范要求，减少和预防由于雷击造成的安全事故。

三、高层钢结构建筑的结构设计应注意的问题

1、钢结构设计要安全可靠

钢结构要做到安全合理、符合电气专业相关要求、节点构造方便可靠，并为构件生产、运输、安装提供保障。 结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；钢结构设计生产尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；钢结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，保证整个结构安全可靠，符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构构件应便于运输、便于维护。而且还要注意钢结构使用价值和观赏价值兼备。

2、钢结构建筑设计要实用、安全

钢结构建筑设计要发挥钢结构的优势，满足电气消防设计规范，建筑钢结构的平面布置应力求规则、对称，而且避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板；注意设计深度，保证达到有关的规定要求；注意解决钢结构建筑建筑防腐蚀、防火、防震问题。做好钢结构防锈、防腐处理，使结构布置符合规则性要求，提高防震能力，保证钢结构建筑的实用安全性统一。

四、高层钢结构建筑结构设计技术要点

1、判断钢结构在建筑设计中的适用性

在进行钢结构建筑设计、选用结构设计方案之前，要充分考察建筑项目建设是否适合用钢结构 。钢结构通常用于大跨度、高层、荷载、体型复杂或有较大振动、密封性要求高、吊车起重量大、要求能便于安装拆卸的结构。为了避免不必要的经济损失，要认真考察钢结构在建筑设计中的适用性。

2、确定结构选型与结构布置

“概念设计”这一理念应贯穿于在钢结构设计的整体过程中，运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，它在结构选型与布置阶段尤其重要。国内常见的钢结构类型主要有：框架、塔桅索膜、网架、平面架、轻钢等。在钢结构选型环节，要注意依据结构设计中主体系与分体系之间试验现象、破坏机理、工程经验、力学关系与震害等因素的综合深入分析，从而全面性整体性的选择最为科学、合理的结构，并且注意合理布置细节。

3、分析结构、预估截面

建筑设计在确定钢结构选型和布置后要注意对钢结构进行分析，以便钢结构于在实际设计中的合理应用，例如利用线弹性分析钢结构。另外还需对构件截面作初步估算，包括梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。设计时应及时与电气等专业沟通，使设计更加优化，这些也是钢结构建筑设计的重要环节。

结语：综上所述，在高层钢结构建筑的消防电气设计以及结构设计过程中，深入了解其消防电气的设计特点以及结构设计特点是关键，做好电气和结构两个专业间的相互配合工作，这既是现代化高层建筑物得到安全保障的体现，也是建筑火灾得到有效控制的体现，极大地保障了人们的生命财产安全。并且随着现代科学技术的快速发展的同时，促进人们不断在建筑电气消防技术中引入了很多新型的现代化设备，不断的完善结构优化设计，进而大幅度地提升了超高层建筑物的安全稳定功能，使其更加符合现代化超高层建筑设计的新要求。

参考文献：

[1] 郭艳靓.消防电气技术在超高层建筑中的应用[J].科技致富向导，2013，(08).

[2] 刘海鸥.探析高层建筑设计中的低碳设计理念[J].价值工程，2011，(06).

[3] 燕日权,任鹏.超高层建筑燃气设施安全问题的探讨[J].山西焦煤科技， 2004，(03).

[4] 陈颖辉,黄明.浅谈高层建筑的发展[J].昆明大学学报，2005，(01).

[5] 郭彦杰.浅谈超高层建筑节能设计[J].科技信息(科学教研)，2008，(13).

[6] 杨小珊.对超高层建筑中泵送混凝土有关问题的分析[J].建材与装饰(下旬刊)，2008，(07).

[7] 吕明芳.超高层建筑的电梯设计的探讨[J].科技致富向导，2010，(26).

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关键词：超高层建筑；结构设计

Abstract: to a tall building for, and to adapt the building structure system, structure and arrangement of the conceptual design is not absolute but reasonable structure design should be the only. Based on many years of work experience, and structure design of a high-rising structure is analyzed, in order to offer reference for the same.

Keywords: tall building; Structure design

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

一、超高层建筑的结构设计特点

超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比，超高层建筑的结构设计显得十分重要。不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。超高层的建筑结构设计主要具有以下几个特点：

1 水平力是超高层建筑结构设计的主要因素。有研究证明，楼房的自重与楼面的载荷在竖向放人构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比，但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。因此在超高层的建筑设计中，水平力是设计主要因素。

2 轴向变形是不可忽视的。当楼层十分高时，由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形，会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小，从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。

3 侧移做为控制指标。超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大(侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系)，所以结构侧移是超高层建筑结构设计的关键因素。

4 抗震设计的要求更高。超高层的建筑抗震设计必须要做到“三水准”要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

二、工程概况

某大厦由一栋30层写字楼、一栋2层商业附楼和4层地下室组成，总建筑面积90149m2，屋面结构高度18280m、停机坪结构高度19320m。

三、总体结构设计

1 结构选型

本工程采用钢筋混凝土框架一核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构竖向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高120m、结构高度超限及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。

承载力和水平位移计算时，基本风压均按重现期为100年的0．90kN／m3取值，(广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》JG13―2002补充规定DBJ/Tl5―46―2005尚未颁布)。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第3O层利用建筑避难层，设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层，结构加强层是一把双刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。

2 超限措施

本工程结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通(如图1)，除结构高度超过适用限值外，其它指标通过调整后均达到未超限。

图1 结构布置平面图

由于结构高度超限、而且首层层高12.0m，超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：l～15层框架柱采用钢管混凝土组合柱、1～2层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。

四、钢管混凝土组合柱的梁柱节点

在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接节点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等，本工程采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。

1 钢管开小孔的连接节点构造(如图2)。钢管上开穿钢筋小孔的连

接节点做法要点如下：

图2钢筋穿钢管立面图

① 钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距：3×D，小孔垂直间距=2×D；

②钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65~100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm(t为钢管壁厚)；

③钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽一15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间；

④梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。

2 钢管开小孔连接节点的优点

①钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力；②梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。(钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型钢，使得梁刚度急剧变化)；③在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求；④ 现场施工较方便，即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过；⑤节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低。

五、剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析

对于框架一核心筒结构，部分框架粱要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用究竟如何，其研究文献较少，设计标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对粱端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施如下：

1 采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度；

2 采用增加墙边框梁方法(如图3)，用以增加墙平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于0．4倍梁纵筋锚固长度，墙边框梁截面高度应大于楼面梁截面高度，为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡；

3 为保证梁正截面设计更加符合实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用“调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后，配筋时再局部手算调幅。“调幅再调幅”时，应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。

图3墙边框梁的设置

六、核心筒外墙的连梁设计

核心筒外墙的连粱纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高规》对连粱超筋有专门的处理措施，而且研究文献也少，但计算模型的选取也是重要因素之就一。

《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯粱和深粱的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截面假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。

按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。

本工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线’和“强墙弱梁”的要求。

七、结束语

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关键字：高层建筑；结构设计；要点分析

1高层建筑结构设计的基本原则

1.1结构方案合理化原则。高层建筑结构方案的合理化是指高层建筑结构设计方案必须与结构体系和结构形式的要求保持一致，同时应满足经济性的要求，其中结构体系的具体要求为传力简单化、受力明确化。针对某些结构单元相同的高层建筑物，其结构体系应相同。1.2计算简图合理化原则。高层建筑结构设计的基础是计算简图，计算简图的合理性直接关乎高层建筑结构的安全，由此可见高层建筑结构设计必须坚持简图合理的原则。高层建筑结构构件及节点的简化可以有多种选择，但必须把计算结果的误差控制在合理的范围内，以免对建筑结构产生负面的影响，从而影响建筑结构的安全。1.3结果分析精准化原则。伴随着计算机技术的迅速发展，当前很多领域都开始应用计算机技术，并且发挥着至关重要的作用，而在建筑结构方案设计中，通过应用计算机技术能够对相关数据进行科学更加科学的分析，不仅能够有效的降低人工计算存在的失误，而且还能确保建筑结构方案的准确与合理。

2高层建筑结构设计特点

2.1水平荷载。建筑同时承受竖向荷载和地震及风产生的水平荷载，在多层建筑中，因水平荷载产生的内力和位移相对较小，对建筑建构设计的影响不大，主要是以重力为代表的竖向荷载着建筑结构的设计起控制作用。而在高层建筑中，很多时候是水平荷载对建筑结构设计起决定性作用，尽管竖向荷载对结构设计会产生重要的影响，但相对于水平荷载来说，影响相对较小。2.2轴向变形。对于多层建筑轴力项相对于弯矩项来说，对结构设计产生的影响不是很大，结构设计时可只考虑弯矩项而忽略轴力的影响。但是对高楼层建筑结构进行分析所要考虑的因素就不太一样了，需充分考虑到高层建筑的层数、高度对竖向构件轴力值的影响。随着高度的不断增加，竖向构件的轴力变形也会变得特别明显，当竖向构件轴向变形达到一定的程度，会使高层建筑的结构内力数值和分布产生变化。2.3建筑侧向位移。随着建筑楼层及高度的增加，在水平荷载的作用下产生的侧向位移也会不断的增大。高层建筑设计时，需要保证足够的结构强度，在应对风荷载及地震作用产生的内力作用时，才能有足够大的力量去抵御。为了能够将风荷载及地震作用下产生的侧移距离控制在一定的限度之内，就必须拥有足够的抗侧刚度能力，才能较好的保障结构安全及正常使用的舒适度。

3高层建筑结构设计存在的问题分析

3.1建筑短肢剪力墙设置存在问题。随着人们对住宅平面与空间的要求越来越高，高层住宅建筑中短肢剪力墙的运用越来越多。在一般情况下，建筑结构的短肢剪力墙是指墙肢的高度、厚度比例为5-8的墙体。短肢剪力墙与普通剪力墙相比承担较大轴力与剪力，抗震性能较差，从受力特性及构件的安全储备有别普通剪力墙，为安全起见，在高层住宅结构中短肢剪力墙布置不宜过多，不应采用全部为短肢剪力墙的结构，在某些情况下还要限制建筑高度。3.2抗震结构设计问题。高层建筑结构设计中很重要的内容是结构抗震设计。受高层建筑高度过高、荷载过大的影响，一旦出现了地震，就会诱发出各种不可估计的问题。现阶段我国建筑工程建设要求高层建筑最低要保证五十年的设计基准期，并对高层建筑的抗震设计进行了明确的规定。但是在实际结构设计中，存在设计人员对规范理解不透、概念设计模糊等问题。如果高层建筑结构设计人员没有充分认识到上述问题，就会给高层建筑留下安全隐患。3.3扭转问题。质量中心、刚度中心和几何中心是高层建筑结构设计中的“三心”，“三心合一”也是高层建筑结构设计过程中需要尽量达到的目标。但是在实际设计中存在“三心”偏离较大的问题。在三心偏离较大的情况下，受较大水平力的影响就会出现高层建筑扭转震动的问题，影响高层建筑的安全。

4高层建筑设计相关假定

4.1弹性假定。当建筑处于一般风力的、正常使用竖向荷载及低于设防烈度的地震的作用时，建筑结构构件一般处于弹性的工作阶段，这一假定与实际的工作情况存在的差异不大。但当遭遇强震作用或者强烈的台风天气时，建筑产生的位移会比较大，结构构件会转入弹塑性的工作阶段。在这个时候就应当按照弹塑性动力分析方法进行分析，而不能只按照弹性假定的方法计算，否则就不能将结构构件的真实工作状态反映出来，留下安全隐患。4.2小变形假定。小变形假定方法是除了弹性假定之外另一种比较常用的方法，但也有学者对几何非线性问题进行研究。除了弹性假定，小变形假定方法也常被采用。但有不少学者对几何非线性问题（P-Δ效应）做了一些研究。一般情况下，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效应的影响就不能被忽视了。4.3刚性楼板假定。目前在我国对很多高层建筑结构进行分析时，都是将楼板的平面内刚度设定为无限大，而将楼板平面外的刚度予以忽略。在这种假定下，建筑结构体系的自由度在一定程度上减少，对计算方法进行了简化。此外通过这种假定，使得在使用薄壁杆件的理论在对筒体体系的结构进行计算时非常方便，但是一般情况下，因为受到计算方式以及其他因素的影响，使得这种假定通常比较适合对建筑的框架以及剪力墙体系的计算。4.4计算图形的假定。在高层建筑架构体系中，整体分析将采用的计算图形分为一维、二维协同分析和三维空间分析三种。其中，三维空间分析的普通杆单元，每一节点含有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应该考虑截面翘曲，截面翘曲有7个自由度。

5高层建筑结构设计要点

5.1建筑的载荷设计。在高层建筑的建筑结构设计中，建筑的安全性以及稳定性是设计的重中之重，而建筑的荷载直接影响着建筑的安全以及稳定，因此在进行建设设计时一定要做好荷载的计算。相对于一般的建筑，高层建筑的荷载及其组合要复杂的多，相关的设计人员在进行建筑的荷载计算时需要考虑的内容也多得多。在进行高层建筑的荷载计算时，最主要的内容是以下两个方面：建筑的地震荷载以及风荷载。在实际的设计中，复杂的超限高层建筑还应当进行的风洞试验及振动台试验，以确保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的设计。因为高层建筑的高度要比普通建筑高出很多，多以其对应力的承受能力也不一样，因此当地震时其产生的反应程度也不是一样的，因此对于高层建筑，在进行设计的时候必须要充分考虑抗震设计。而且抗震设计时，必须要对建筑所处的地形地质条件都进行充分的考虑，通常土地比较坚硬的其抗震强度会比较大，所以要尽量选择硬度比较大的土层，而避开那些土质疏松的地层，而对土层的变化进行有效的把握成为抗震设计中的一个困难点。5.3高层建筑结构的包络设计。包络设计是近年来比较常见的设计方式，可以有效解决工程项目结构设计中存在的各种问题。当前工程设计问题变化比较多，有许多因素都会影响到结构效应，各种问题盘根错节，使用目前已经掌握的只是或者软件很难对其进行准确的分析。学术科学和工程的不同点在于后者难以长时间等待。因此要通过优化结构设计的形式，利用最少的经济投入来获取最大的经济效益，并解决工程项目存在的问题。不同的工程条件可以用不同的网络设计原则来处理，在对待转换结构转换层或者连体结构时，也可以用网络设计，对构件进行分析验算，取不利值包络设计。

总之，高层建筑的复杂性不仅要求其设计人员必须具有较高的综合素质，而且还有掌握足够的理论知识以及相关的法律知识，而且在对其进行结构设计时也要对对建筑周围的环境进行综合的考虑，由此来提高设计的质量，同时降低建造的成本，促进高层建筑的健康发展。

作者:崔惠林 单位:保定市城乡建筑设计研究院

参考文献：

[1]刘军进,肖从真,王翠坤,徐自国,田春雨,陈凯.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构,2011,11:34-40.

[2]曹彬,李铭.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].中国建筑金属结构,2013,22:65.

[3]杨留学.论高层建筑结构设计的注意事项和要点分析[J].门窗,2012,08:225-226.

[4]王慧君,徐勇.高层建筑结构设计的要点探析[J].科技与企业,2014,06:171.

[5]杨俊.高层建筑结构设计中的要点分析[J].江西建材,2014,13:35-36.

[6]邹喜财.高层建筑结构设计的要点分析[J].建材与装饰,2016,12:123-124.

篇6

关键词：超高层；设计；方法

高层建筑英语称摩天楼（skyscraper），德语称凌云厦（wolkenkra-tzer），她们以不同的意味来描述高楼大厦的含义。古今中外都有憧憬高处的想法。从高处向下看，精神爽快，视界开阔。就建筑发展而言，摩天楼是时代的里程碑，是打破传统高度限界实现人类往高处发展的宏愿的途径，她成为本世纪中最令人眼花缭乱的建筑特有现象。

本文结合公司做的两个高层实际项目，从几个方面论述超高层设计的要点和总结实践中的一些经验。

广州天河城广场 深圳万象城

广晟国际：360米（在建写字楼项目） 东山领汇广场：128.7米（在建商住楼项目）

项目简介

广晟国际大厦：位于广州珠江大道西和金穗路交界处的珠江新城B1-6地块，位于广州新中轴线两侧，占地面积7907平方米，总建筑面积近16万平方米，是一座仍然在建的写字楼项目。该项目总投资约20亿元人民币，于2007年12月28日奠基动工，并计划于2010年年中完成结构封顶，2011年3月正式交付使用。建成后其高度将达到360米，其中地下6层、地上59层，为广州第三高楼。

东山领汇广场：地铁1号线与5号线的交汇点“杨箕站”上盖，楼高128.7米，为一综合性超高层商住项目。项目占地1万多平方米，总建筑面积约5.6万平方米，将分别建有280多套精品住宅和约2万平方米的商业。今年年中正式推出市场，商业也将于年内启动招商工作。

城市环境与超高层建筑的规划布局

广晟国际位于广州新中轴线旁，可能是由于此区域位置比较重要，造成了地价高昂。发展商购入的地块面积相当有限。总平面中类圆形的建筑基底也许是一个最好的解决方案。圆形基底的两侧留有两条地下车库出入口车道，再加一定的绿化广场。整个平面的布局十分紧凑。360米的建筑高度，在此区域中其实是和谐的构成部分。因为广州新中轴线中的末端广州电视塔高度达到600米，在同区域的广州西塔高度有432米，本案后面的广州烟草大厦（见实拍图片）也有309米的高度。所以整个中轴线两旁的超高层建筑，是广州市规划局的精心安排，为的是营造中轴线的雄伟气势。只是美中不足的是本案与广州烟草大厦似乎挨得太近了点。下次做规划方案的时候其实可以把问题处理得更好。

东山领汇广场位于广州市中山一路，整个地块分为东西两个区。超高层的塔楼和裙楼以及地下车库主要集中在右手边的东区。西区布置了一些配套用房和地铁出入口以及西区的地下车库。中间部分到时会建设一条规划路。东区的布置还是相当合理的，北面预留一定的集散广场空间。西面的密度相对较低，规划路开通以后西面将作为日后的主要入口和集散、景观空间。这种布局方式对于人流动线组织、城市空间的过渡还是相对协调的。

整体造型设计

广晟国际大厦造型主要以新古典风格为主，造型简洁大气。三段式，楼顶层层退台的惯用造型手法用得恰到好处。超高层外形设计一般在垂直高度上不会有太多的变化，中端保持平直，这样可以增加建筑物的高度感。从片区整体景观分析，在本案的对面也有一农业银行大厦和中国海关大楼为新古典设计风格。虽然周边还有其他相邻的建筑是现代主义的玻璃幕墙、钢结构建筑，但这并不影响整体的和谐感觉。就好像著名帝国大厦和她周边建筑的和谐共存一样。

东山领汇广场立面造型可以分为两部分，上部的住宅造型还是比较规整的，下部商业部分主要以构成的变化手法烘托出商业气氛。上部的住宅造型虽说比较规整，但是细部变化还是有的，只是没有整体大体量的外形变化。以笔者几年来浅薄的住宅工程经验来说，其实住宅部分的变化真的不需要太多。很多时候住宅楼的脚手架还没拆，楼已经卖完了。住宅买家关心的是住宅的户型，实用率，地段以及周边的配套为主。建筑的造型只是看一个大的感觉。丰富的造型，有时候可能是建筑师或业主的一种美学的追求。但是如果要牺牲买家的使用效果来完成这种追求，笔者认为是不太可取的。毕竟买家才是真正的长期使用者。而商业的造型丰富一点，渲染气氛，吸引途人入内购物，是正确的。

平面设计

广晟国际大厦采用了圆形的平面布局方式，这种布局方式有以下的优点：她以最少的外墙长度得到较大的面积，比同面积方形平面外墙长度减少10%；在体积相等时，圆柱体体积比正方体体形建筑外墙面积减少8%左右。她是一种节能型平面。圆形平面空间构成时，其走廊面积可减至最短，平面使用效率高，较为经济；圆形平面及圆柱体的受力性能比其他平面形式好，所受风力比类似矩形或方形平面约少30%，此外，圆筒形建筑形体简洁而优美，具有强烈的标志感和诱目性。

东山领汇广场住宅标准层平面以南塔、北塔两个塔楼组成，两塔平面形式基本相同。但关键点是北塔末端户型比南塔要小，这个主要原因是因为北面临近中山一路主干道和内环路，景观和环境条件不太理想，所以在容积率固定的情况下，将主要的户型安排在了南面。还有一点是中间有四个户型采用旋转45度的摆法，这样就可以争取到三个户型有西南的朝向。毕竟在住宅设计中，朝向和景观是十分重要的，这个直接会影响到住宅的销售情况。

交通运输设计

由于地块大小非常有限，而且超高层办公楼的车辆停放需求又非常的大，广晟国际大厦地下车库共有地下六层。这个深度的地下车库在国内还是比较少见的。但其实从结构设计的角度来说，地下室深入地面，还是比较有利的。坡道形式采用螺旋式坡道。布局简洁，交通路线明确。在本案中是一个合理的选择。

在东山领汇的建筑设计中，东西两个区都是有地下室的。其中大部分的车辆停放都分布在西区地下室，而东区由于地下一层和二层都和地铁连接，商业价值比较大。业主将负一二层开发为地下商业空间，只在负三层停放车辆。值得一提的是，东区负三层的车库由于面积的限制，是没有汽车坡道的。车辆进出只靠中部的两部车载电梯。在规范中，不超过50辆车的地下车库，是允许这样操作的。但是这种情况，笔者还是第一次碰到。

由于楼层较高，广晟国际大厦采用多区电梯系统，楼内竖向交通分成几区，各区由不同容量与速度的电梯服务。每十层或十几层左右分作一区。首层至六层共有30台电梯，七层到十七层共有26台电梯，十八层到二十六层共有22台电梯，二十七层到三十六层共有18台电梯，三十七层到四十四层共有14台电梯，四十五层到六十层共有10台电梯，与标准层的面积一样，层层递减。这样可符合底层人多面积大，电梯多，高层人少面积小，电梯相对少的运输优化配置。而且高层区电梯速度比中低区的为快。

按照规范规定，以电梯为主要垂直交通的高层公共建筑和12层及12层以上的高层住宅，每栋楼设置电梯的台数不应少于2台；由之前东山领汇广场的标准层平面图可看出，两栋塔楼按了规范最经济的标准做了2台电梯。因为住宅的人数远没有写字楼那么多，所以电梯也就没有分区了。其实住宅电梯的数量满足规范最低标准以后，就没有其他的硬性规定了。最要是看楼盘的档次要求和业主的意愿了。

避难层设计

广晟国际大厦避难层结合了设备层设计，在10层留出了1250.7平方米作为避难区，其余作为消防水箱设备间，在27层留出了1488.3平方米作为避难区，其余作为设备间，在44层留出了1251.8平方米作为避难区，其余作为设备间，而28层则单独作为设备间，在避难区不放置任何东西，在以上各层设一排通风百叶，以实现自然通风。

东山领汇广场的避难间分别设置在六层和二十一层，其中六层是裙楼顶层的绿化架空层，作为避难间问题不大，难点是在二十一层住宅层。这个区域的估计售价在3万元/平米左右。业主只想在每一塔中只抽调一个户型作为避难间，因为两塔都多一间避难间的话。他们会大概少赚800万。但对于设计而言，在这么小的空间内，要完成避难的功能，还要与上下的楼梯错开或断开，还是有点难度的。但是最后还是克服了，业主还是比较满意的。

结构设计

广晟国际大厦采用的是框筒――框架+筒体结构体系。而且是内筒外框架结构。这种结构不布置体系的优点是：在超高层写字楼的设计中，电梯和管井必不可少，电梯井和管井本身往往就是一个很好的筒体。她通过楼面梁板与四周柱子相连，即形成了内筒外框架结构。其建筑平面利用系数较高，建筑平面分隔比较灵活，景观视野开阔，中央核心筒结合电梯、厕所、设备管井布置。且随着电梯数量减少，上部楼层适当减小核心筒，进一步扩大有效建筑使用面积。

而东山领汇广场则采用框剪+转换层结构。在同一竖直线上。塔楼为住宅空间，下部作为商业广场。上部开间较小，采用框架――剪力墙结构。下部商业需要大空间要用大跨度框架结构。所以在六层设置了转换层，在上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，其下部楼层柱网轴线与上部楼层柱网轴线错开，形成上下结构不对齐的结构方式，在此过程中，还出现了斜梁转换等复杂情况，由于建筑形体比较复杂，还要做超限审查，但最后还是通过了。

结语

随着中心城区的不断开发，和土地稀缺资源的不可再生性。在中国未来的发展中，超高层建筑将担任越来越重要的角色。对于建筑设计师来说，这是机遇同时又是挑战，掌握超高层建筑设计方法的要领，在日后的设计生涯中大有裨益。希望读者可以阅读本文浅薄的经验总结后，对超高层建筑设计有所收获。

参考文献：

[1][美]高层建筑与城市环境协会编著《高层建筑设计》罗福午 英若聪 张似赞 石永火 译 中国建筑工业出版社 1997.7

[2]许安之 艾志刚 主编《高层办公综合建筑设计》 中国建筑工业出版社 1997.12

[3]吴景祥 主编《高层建筑设计》 中国建筑工业出版社 1987.12

[4]雷春浓 编著《高层建筑设计手册》 中国建筑工业出版社 2002.8

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1、高层建筑的结构设计特点以及相关设计要点

1．1重力荷载迅速增大，控制建筑物的水平位移成为主要矛盾

由于高层建筑相对于其他类型的建筑具有不同的特性，使得其建筑结构的设计也具有自身的一些特点。首先，高层建筑在高度上具有其他建筑所不可比拟的特性。因此，随着建筑物的高度不断上升，其重力荷载也呈直线上升的趋势，作用在竖向构件柱以及墙上的轴压力也随之增加。在这样的条件下对于基础的承载力也就提出了更高的要求。与此同时，控制建筑物的水平位移也成为了主要矛盾，这种情况主要是由两方面原因所造成的。一方面，高层建筑的高度较高，使得风作用效应加大;而风力的加大也就使得合力作用点的位置变高，从而使其对于建筑物产生的作用效应也就变得更大。另一方面，高层建筑的高度过高使得其自身的重心位置也相应的被升高，建筑的结构自重也相应的加大，此时在地震作用下就将导致薄弱部位加速破坏。

1．2竖向构件产生的缩短变形差对结构内力的影响增大

受力变形、干缩变形以及徐变变形都是竖向构件总压缩量的构成部分。通常情况下，受力变形都会在瞬时间完成，并且变形量能够根据胡克定律进行大致的测量。而干缩变形所需要的时间则相对较长，通过相关的统计数据对比可以发现，在一般条件下干缩变形量大致占总压缩量的三分之一左右。而耗时最长的就是徐变变形量，线性徐变能够通过公式进行相应的计算。而受到构件的总压缩量随着高度的不断上升而增大的影响，使得在高层建筑中竖向构件产生的缩短变形差对于结构内力的影响也逐渐变大。

1．3倾覆力矩增大，整体稳定性要求提高

高层建筑由于在建设的过程中，高度不断上升使得侧向风力引起的倾覆力矩也会不断增加，随之而来的是抗倾覆力的要求也随之升高。许多具体的工程施工中都会采用增加基础埋深以及加大基础宽度或者是采取抗拔桩基等手段来达到保证整体稳定性的需求，来强化整体的稳定性。

1．4防火防灾的重要性显现，建筑物的重要性等级升高

与此同时，在进行高层建筑的结构设计时应当着重考虑防火防灾的功效，凸显出防火放防灾的重要作用。这是由于高层建筑的一些建筑材料虽然具有耐热的特性，但是耐火的功效却不甚理想，一旦放生火灾的话极易造成重大的损失。并且由于高层建筑与地面之间的空间距离较大，高层中的人们很难找到有效的逃生途径也容易造成大的人员伤亡。此外，在出现地震等坍塌性事故时，需要较长的疏散时间，但高层建筑大多采用钢筋混凝土结构，在长时间的疏散过程中极易发生其他的安全事故。与此同时，高层建筑的投资一般都比较巨大，并且在所属区域一般都应是当做代表性建筑来建造的。所以高层建筑无论是在经济上，还是在文化乃至政治上都具有较强的影响。为此，在进行高层结构的设计时务必要强化结构设计的可靠性，强化建筑的整体性能质量。

1．5控制风振加速度符合人体舒适度要求

一般情况下，风力的作用效果都会随着高度的升高而不断加强，在高层建筑中风力的作用效果尤为明显。但是风振作用过于显著会影响到人们的舒适度，不利于人们的工作和生活，因此如何处理好风振及速度与人体舒适度之间的平衡成为了超高层建筑结构设计的重要问题。为此，必须控制好顶层的最大加速度，使其满足规定的限值。此外还要掌控好由风振带来的扭转加速度，通常情况下不应该超过标定的限值。与此同时，鉴于高层建筑的高度较大，使得垂直于围护结构表面上的风载标准也迅速增大，所以围护结构必须进行抗风设计。

2、高层建筑设计理念的实践应用

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关键词：高层建筑；结构；设计

中图分类号：TU2文献标识码： A

引言

随着我国现代化建设的日益深入，建筑行业的发展也在蒸蒸日上，在数量上越来越多的情况下，如何控制好质量的问题成为建筑行业甚为关注的问题。作为高层建筑施工中的重点工作，结构设计对整个建筑质量有着直接性的影响。如何控制好其设计质量、其主要内容和涉及到的要点有哪些，下文笔者将结合自己多年来对高层建筑结构设计经验对这些问题做相关探讨。

一、高层建筑结构设计的重要性

（一）、高层建筑与城市社会的发展息息相关

近年来，随着我国城市化建设进程以及人口的持续增长导致城市的人口数量上升的非常快。城市居住、办公等用地日益紧张，为了尽可能的减少城市土地的不必要浪费、更加充分的发挥出城市土地的利用率、最大程度缓解城市住房紧张等问题，高层建筑的需求增长十分迅速。而且建筑的高度、复杂性以及建设速度也都在不断的上升。

（二）、高层建筑结构的复杂性

现如今，建筑的体形及其平立面的空间设置愈趋复杂、建筑难度以及成本投入日益增大。这就要求建筑物的结构性能要更加优良，同时对建筑结构系统形式适应性方面也要求的更加严格。为了适应现如今社会愈趋多元化的发展趋势，高层建筑的设计方案也向着多样化复杂化的方向不断发展。很多的高层建筑为了在最大程度上增大净空高度，致使很多建筑本身以及施工过程当中出现了很多的问题以及矛盾。因此，提高对建筑结构系统形式的要求势在必行。

二、高层建筑结构设计特点

（一）、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。

（二）、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。

（三）、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，仅与建筑物高度成线性关系；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。

（四）、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。

三、高层建筑结构设计的主要问题

（一）、建设的高度问题

目前我国对于高层建筑混凝土结构开始向超高层方向发展，对于高层建筑的高度，我国的根据当前我国的经济发展水平和施工技术水平进行了全面的规定，但在实际设计中出现许多超高度的情况。国家并不提倡超过高度限制的高层建筑，因为在高度不断升高的情况下，对建筑整体的抗震性能会带来一定的影响，一旦发生地震，对超高层建筑具有较大的危害性。特别是在建筑不断升高的情况下，建筑会有更多的质变发生，使建筑本身各项性能受到较大的影响，不利于建筑的安全性。

（二）、扭转的问题

在结构设计时，建筑结构的三心（几何形心、刚度中心、结构重心）要尽可能的汇集在一点上。所谓的结构扭转问题，就是结构设计时三心没有做到合一，使水平荷载下结构产生扭转振动效应。为了避免建筑发生扭转破坏，在结构设计时应该选择的合理的形式及平面布局，尽量做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑的质量分布是其扭转作用大小的决定性因素。建筑的平面应该尽量设计成方形、矩形、圆形或正多边形等简单的平面形式。很多情况下高层建筑由于各种因素干扰，不可能全部采用相对简单的平面形式，当需要采用较为复杂的平面形式时，需要控制好凸出部分的厚度与宽度比值，保证其在允许范围内。

（三）、水平荷载问题

垂直荷载、风力产生的水平荷载、地震抵抗力等都是在建筑工程施工的过程中能够影响到建筑质量的因素。水平荷载是建筑结构设计的主要控制因素，其对建筑质量发挥着决定性的作用。建筑结构设计人员需要分析水平荷载的方向和大小，预防、控制水平荷载可能会导致的高层建筑结构问题，加强对建筑结构的强化效果，从而减少水平荷载导致的建筑结构问题。

（四）、抗震及连梁问题

在进行高层建筑抗震设计的过程之中，一般情况下，高层建筑不使用单纯的框架结构体系，而是会选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等来实现对自身结构的加固，提高其抗震性能。这以上方法可以有效地提高对地震的抵抗效果，从而提高建筑结构的经济性。在框架－剪力墙结构中，设计人员可以降低连梁的刚度，折减刚度系数。如果在折减之后，建筑结构仍然无法满足设计的需要和设计要求，设计人员可以适当内调幅连梁，然而在实际调幅的过程中，还要保证调幅力度应低于20个百分点。

（五）、结构的刚度问题

在对高层建筑刚度设计时，由于设计人员理念的不同，所以在设计上也存在一定的差异，这就导致结构在设计过程中存在着较大的经济指标差异。高层建筑的抗震性能受其抗侧移刚度影响较大，在土地较好岩基埋深较浅的地区，基础多以桩基为主，这样整体建筑的持力层就会落在微化的岩层当中，地基具有较好的稳定性和强度，这种情况下在对抗需刚度进行设计时就可以稍微低一些，其控制标准可以以结构极限变形能力为主。在进行结构刚度设计时，确保其在符合变形限值的情况下，结构刚度尽可能设计得要小，这样对于抗震性和减少共振的发生具有极其重要的作用。

（六）、结构总体布置问题

高层建筑结构的总体布置主要包括对高层建筑的高度、平面、立面和体型等方面进行选择，确保总体布置能够完全满足建筑、施工和结构的具体要求。同时还要对建筑使用功能进行充分的考虑，确保各项服务设施、开间、进深、层数、层高以及平面关系和体型等都能够满足使用功能的需求。对于使用过程中的便利性、经济和美学需求也要进行考虑。另外还要确保后期的维护费用具有较好的经济性。在选择先进的施工技术，提高工业化程序，有效地实现对工程造价的控制。高层建筑结构设计与其他工程存在着很大的不同，所以需要将结构体系进行确定，确定了结构体系后，则需要将总体布置与建筑设计有效地进行结合，确保高层建筑的造型和传力路线具有合理性。

结束语

因为高层建筑的结构体系将会对建筑物本身的抗震能力产生直接的影响，因此在进行建筑物结构设计的时候一定要注意以下几点要求。第一，所选择的建筑结构模型一定要具备一定的承载能力、刚度以及必要的变形能力。最大程度上避免因为建筑结构局部的破坏致使整个建筑结构的坍塌。第二，建筑结构的竖向布置以及水平布置要将承载能力进行合理的分布，避免因为建筑结构局部位置的突变和扭转形成建筑的薄弱部位，这里最好要设计多道的抗震防线。

参考文献

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关键词：高层建筑结构设计特点问题对策

中图分类号：TU97 文献标识码： A 文章编号：

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构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；

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、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。

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。

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。

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。

二、高层建筑结构设计过程中常见的问题及其对策分析

1、高度问题

按我国现行5高层建筑混凝土结构技术规程6 ( 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, 详见表1。

表1 钢筋混凝土结构高楼的最大适用高度( m )

这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下, 较为稳妥的, 也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上, 已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制, 如: 采用组合结构体系的金茂大厦, 高达4201 15 m ( 建筑高度); 采用混凝土结构体系的中信广场, 也高达322 m ( 建筑高度)。对于超高限建筑物, 应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。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。

2、材料的选用和结构体系问题

在地震多发区, 采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国150 m 以上的建筑, 采用了三种主要结构体系: 框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区, 多是以钢结构为主, 而在我国, 钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构, 在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高达90% 以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主, 变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增大了钢结构的负担, 而且效果不大, 有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外, 在结构体系或柱距变化时, 需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变, 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大, 且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时, 要慎重选择其结构模式, 尽量降低其本身刚度, 以减少不利影响。

在高层建筑中, 根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力, 建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱) 结构或钢结构, 以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后, 为减小风振,钢骨(钢管) 混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时,震害严重, 采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的, 则震害要减少许多。

3、轴压比与短柱问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中, 往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大, 而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土, 柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态, 防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小, 则结构的延性就差, 当遭遇地震时, 耗散和吸收地震能量少, 结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计, 且梁具有良好延性, 则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值。另外, 许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4, 但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。

有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值, 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。

4、在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施

现在许多专家学者提出, 现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要, 认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外, 对于“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”这个抗震设计原则, 在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低, 当取50年为分析年限时, 小震烈度对应的被超越概率为631 2%, 重现期为50年, 中震烈度对应的被超越的概率为10%, 重现期为475年, 大震对应的超越的概率为2%左右,同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速度的对应关系。

设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外, 具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外; 在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上, 与外国相比, 也有异同, 其中的8度区, 我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长, 结构失效带来的损失愈来愈大,加之结构造价在整个投资中的比例下降, 因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计, 特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。

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【关键词】高层建筑；设计；结构；抗震；抗侧力构件

前言

随着我国各类城市圈、高新技术产业园区、金融市场商务区、生态文化旅游区、百镇千村示范工程等社会经济发展战略全面实施，区域协调、城乡一体、合理布局的城镇化建设规模不断扩大，工程建设项目逐年倍增，一大批高层建筑，尤其是建筑功能的广泛性、结构类型的多样性且体型复杂高层建筑显著增多。表现在各个领域，这种新的建筑设计理念、新的结构体系、新的施工方法等运用于大型公共建筑、上万到几十万、甚至于百万平方米高层住宅楼群的施工实践，为从事复杂高层建筑结构施工管理技术人员、工程建设行业质量监督管理人员提出新的目标、新的要求。

一、复杂高层建筑结构抗震设计的目标

高层建筑愈来愈多，高层建筑基于性态的抗震设计必然显得尤为重要，传统的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标显然是不够水准的，设计上必须有所突破，笔者认为还要从以下两个评价水准进行考察：

1、正常使用水准评价。对于重现期大约为 50a 的地震，建筑物只能出现的损伤应该可以忽略，结构在设计时要求结构的反应状态基本处于弹性反应状态。

2、倒塌水准评价。对于重现期与 2 500 a 的地震水准非常接近的地震，要对最大地震振动有所预计，并设计为真正遇袭的条件能有效防止倒塌，并能证实以下几点：（1）对于结构中所有的延性构件，其非弹性变形需求必须都比其变形能力要低；（2）对于具有非延性破坏模式的结构部件，其中对力的需求应大于等于其名义上的强度；（3）对于超高建筑物，又或者是复杂建筑物在设计上，对于起控制作用的构件还必须要证实其受到中等地震的振动作用，仍能保持弹性。

二、复杂高层建筑结构设计中的要点问题分析

1、重视概念设计。大量实践经验告诉我们，对于复杂超高结构设计上，应重视其结构概念设计，具体的应重视以下几个环节：（1）应该尽量提升建筑结构的均匀性和规则性；（2）要确保结构有清晰且直接的传力途径，特别是结构竖向和抗侧力传力途径；（3）设计上，要保证结构的整体性要在较高的水平；（4）设计要渗透节能减排的意识，建立较为合理的耗能机制；（5）应从提高结构和建筑构件材料的利用效率入手，确保形成整个结构的受力整体性。这一过程的实现，离不开结构工程师和建造师之间良好的沟通和交流，只有沟通才能尽可能地实现建筑和结构的统一。

2、科学、合理地选择结构抗侧力体系。理论研究和实践证明，选择合理的结构抗侧力体系，能够有效保证高层及复杂高层结构的安全性。在选择上应注意以下几个主要的因素：（1）结合建筑的实际高度选择合适的结构体系。（2）在建筑的设计上，应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。（3）对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时，应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用，对各自的贡献度有合理的估计和评判。

三、抗震设计问题分析

随着城市建设的发展，越来越多美观实用、造型新颖的高层建筑不断涌现。这些建筑在充分满足人们的使用空间，并给城市带来靓丽风景的同时，也给结构分析特别是起主要作用的抗震性能分析带来了许多难题。为适应建筑物的独特造型和复杂空间布置，这些高层建筑的结构形式通常较为新颖和多变，常用的结构分析方法和分析软件往往对其不能适用，因此需要进行专门的研究和探索。随着结构计算机分析技术的快速发展，通用有限元软件越来越成熟，它们为大型复杂工程的抗震分析提供了有利的条件，也大大促进了复杂高层建筑结构分析和设计技术的发展。在满足建筑的功能性的基础上，抗震设计是高层和超高层建筑的设计重点，这是确保建筑安全性最为关键的一环，应重点从以下几点着手：

1、在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。

2、促进地震发生时能量的输入能有效地减少。实践证实，应做好以下几个方面：一是，在对建筑构件的承载力进行验收的同时应对建筑结构在地震作用下的层间位移限值实施有效的控制。二是，具体的高层建筑工程项目设计时，我们应该采用积极的、基于位移的结构抗震方法，对设计方案进行定量的分析，确保结构的变形弹性可以满足地震的预期要求。三是，应综合分析建筑构件的变形和建筑结构的位移两者之间精确的关系，有效地确定构件的变形值。四是，结合建筑物的实际如建筑界面的应变分布及其大小来对建筑构件的构造需求进行有针对性的设计。五是，选择坚固的场地，实施建筑施工，亦是有效减少地震发生作用时能量的输入的另一个方面。

3、大量理论研究和实践表明，对于一个具体的高层建筑而言，如果其承载能力不是很大，但是其具有的延性较高，那么当地震发生时，它也是不容易出现倒塌事故的，这是因为延性构件可以将地震带来的能量充分地吸收，如此一来，建筑物能够经受住的结构变形将非常大。大量工程实践证实，在很多情况下延性结构的运用的效果是非常明显的，借助该结构能够消耗掉地震的能量，从而使得地震反应得以有效的减轻，促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱，避免重大损失的发生。

4、设计的质量和方法决定着抗震效果的高低，因此，高层建筑抗震设计的结构必须得到足够的重视。从国内外高层建筑结构的设计上来看，主要有如下 3 种：“框――筒”、“筒中筒”和“框架――支撑体系”。

四、结语

随着高层建筑和超高层建筑越来越多，其复杂性也在不断地增加，这给建筑的安全和建设的经济性在设计上提出了较高的要求，从理论研究和结构设计的实践经验来看，要想保证复杂高层和超高层建筑的安全性，我们还有很多的工作要做，而且要保证较高的准确性和合理性。

参考文献

[1] 《GB 50011-2001 建筑抗震设计规范》

[2] 吕西林：《复杂高层建筑结构抗震理论与应用》，2007

[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》，《辽宁工程技术大学学报》，2007

[4] 于险峰：《高层建筑结构抗震设计》，《中国新技术新产品》，2010

[5] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010. 北京：中国建筑工业出版社，2010

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