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Key words: high-rise building; structure design; characteristic analysis

中圖分類號：TU2文獻標識碼：A

1.建筑結構設計具有以下特點：

1.1科學性。建筑結構設計是以數學、力學為理論基礎，借助現代計算機技術進行的一種應用性技術。

1.2應用性。建筑結構設計必須講究經濟效益，一個成功的建筑結構設計，技術上先進合理，經濟上效益顯著。

1.3復雜性。建筑結構設計的復雜性首先表現在設計中各種因素的不確定性，建筑結構設計是一個具有多解而沒有標準答案的問題。

1.4實踐性。建筑結構設計是一種工程實踐活動，沒有一個工程師是直接從大學畢業生馬上變成一個成熟的工程師，而是必須經過一個較長時間的工程設計鍛煉。

1.5創新性。建筑結構設計作為一種技術服務行業，在設計市場競爭激烈形勢下，要想獲得開發商的項目，必須提供比別人更加合理經濟的結構方案，這就需要工程師的創新能力。

2.建筑結構設計的原則

適用、安全、經濟、美觀、便于施工是進行建筑結構設計的原則。鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。 結構設計不能破壞建筑設計，應滿足、實現各種建筑要求；建筑設計不能超出結構設計的能力范圍，不能超出安全、經濟、合理的結構設計原則，結構設計決定建筑設計能否實現。

3.建筑結構設計中應注意的相關問題

3.1底部抗震墻框架結構

(1)底部抗震墻應雙向布置，應注意縱向抗震墻不要偏少。

(2)上部抗震墻與底部框架、抗震墻應對齊或基本對齊。“基本對齊”要求：(對于7度設防區)每結構單元不宜多于一道或每三道抗震墻不多于一道與下部框架、抗震墻不對齊。盡量減少次梁托換的數量，減少傳力途徑。

(3)托墻梁支座處應設柱，對于支承于抗震墻的托墻梁支座應采取加強措施。

(4)底框結構轉換層樓板應適當加強，避免開大洞。避免板標高變化產生錯層。

5．2關于箱、筏基礎底板的挑板問題

從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約；出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數層地下室，窗并橫隔墻較密，且橫隔墻能與內部墻體連通時，可靈活考慮；當地下水位很高，出基礎挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。

5．3建筑結構設計與暖通專業設計的協調

高層建筑空調設備(風道、冷熱水管、空調箱、空調機組等)通常與電梯、電梯廳、樓梯、電氣間、衛生間集中布置在核心區。構成維持整個高層建筑活動機能的關鍵部分。在豎向布置上又與給排水、電氣等集中布置在設備層。結構設計時應充分注意核心區及設備層的特點：

(1)樓面負荷大。在內力分析及樓板設計時應考慮。

(2)預埋管道附件多，注意局部荷載超過設計荷載。

(3)設備層層高不同于標準層層高，而且應力集中，是抗震薄弱環節，要考慮抗震加固措施。各構件之間對協同工作的理解，還在于當結構受力時，結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。在多高層結構設計時，應盡可能避免短柱。其主要的目的是使同層各柱在相同的水平位移時，能同時達到最大承載能力，但隨著建筑物的高度與層數的加大，巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來越大，從而造成高層建筑的底部數層出現大量短柱，為了避免這種現象的出現。對于大截面柱，可以通過對柱截面開豎槽，使矩形柱成為田形柱。從而增大長細比，避免短柱的出現，這樣就能使同層的抗側力結構在相近的水平位移下，達到最大的水平承載力。

5.4提高建筑結構設計水平的措施

概念設計是展現先進設計思想的關鍵，各結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計，并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。強調概念設計的重要，主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。目前，部分已建建筑在其四角設置巨型鋼管柱，從而極大地增強了角柱的強度和抗變形能力。在高層建筑結構設計中，柱軸壓比的限值已成為困擾結構工程師的實際問題，隨著建筑高度的增加，結構下部柱截面也越來越大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋，即使采用高強混凝土，柱截面也不會明顯降低。實際上，柱的軸壓比大小，直接反映了柱的塑性變形能力，而構件的變形能力會極大地影響結構的延性。混凝土基本理論指出：混凝土構件的曲率延性，即彎曲變形能力主要取決于截面的相對受壓區高度和受壓區邊緣混凝土的極限變形能力。相對受壓區高度主要取決于軸壓比、配筋等，混凝土的極限變形能力主要取決r箍筋的約束程度，即箍筋的形式和配箍特征值。

因此，為了增大柱在地震作用下的變形能力，控制柱的軸壓比和改善配箍具有同樣的意義，因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。材料利用率越高，該結構的協同工作程度也越高，尤其對我國這樣一個發展中國家，結構設計的目的即是花最少的錢，做最好的建筑，這就要求設計時對結構材料的充分利用。

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一、高層建筑結構的特征

高層建筑結構不但承受著由于外界的風產生的水平方向的荷載，同時也承受著在垂直方向的荷載，并且對于地震的抵抗能力也有要求。一般情況下，建筑結構受到低層建筑結構水平方向上的影響比較弱，然而在高層建筑中，外界地震的影響和外界風產生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加，高層建筑的位移增加較快，但是高層建筑過大的側移不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結構構件以及非結構構件。基于此，在設計高層建筑結構時，首先控制側移在規定的范圍之內，所以，高層建筑結構設計的核心是抗側力結構的設計。

二、高層建筑結構設計的原則

2.1選擇合理的高層建筑結構計算簡圖在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結構安發生的事故，基于此，高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應該采用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中，其結構節點不單是鋼節點或者餃節點，保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。

2.2選擇合理的高層建筑結構基礎設計按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個因素，在此基礎上選擇科學合理的基礎方案。基礎方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮，必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告，如果缺失，那么應該進行現場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下，相同結構單元應該采用相同的類型。

2.3選擇合理的高層建筑結構方案合理的結構設計方案必須滿足經濟性的要求，并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結構單元當中，應該選擇相同結構體系，如果高層建筑處于地震區，那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件，工程設計需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎上，并和建筑包括水，暖，電等各個專業的相協調的情況下，選擇合理的結構，從而確定結構的方案。

2.4對計算結果進行；隹確的分析隨著科技的不斷進步，計算機技術被廣泛的應用在建筑結構的設計中。當前市場上存在著形形的計算軟件，采用不同的軟件得到的結果可能不同，所以，建筑結構設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結構的實際情況和計算機程序并不一定完全相符，所以進行計算機輔助設計的時候，出現人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結果不準確的問題，基于此，結構設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結果以后，應該進行校核，進行合理判斷，得出準確結果。

2.5高層建筑的結構設計要采用相應構造措施高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變，強壓力弱拉力，強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則，加強薄弱部位，對鋼筋的執行段錨固長度給予重視，并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。

三、高層建筑結構體系的選型

根據高層建筑結構的材料將高層建筑的結構體系分為鋼筋混凝土結構體系，鋼結構體系，鋼筋混凝土混合結構體系以及鋼筋混凝土組合結構體系。鋼筋混凝土結構體系被廣泛的應用在各類的工程結構中，具有混凝土和鋼筋兩種材料的協同受力性能特征，造價低廉，耐久耐火，成本低，整體性能優良，但存在著自重大，延性差，施工慢等缺點；鋼結構體系的強度高，抗震性能比較好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在著費用高，防火性能差，施工復雜等不足，鋼筋混凝土混合結構結合了鋼筋混凝土構件和鋼構件的長處，不但增加了鋼構件的材料強度，同時具有較高的抗震性能，成本低廉，然而這兩種材料構件的連接技術還存在著不足；鋼筋混凝土組合結構具有承載能力高，抗震性能強，比鋼結構具有更優良的耐火性，施工速度快，但是存在著節點的構造比較復雜的缺點，一般被用于小屁偏心受壓構件。

根據結構形式可以將高層建筑結構分為框架結構體系，剪力墻結構體系，框架一剪力墻結構體系。利用柱，梁等結構體系作為高層建筑豎向承重的結構，并且承受水平荷載，這種結構側向位移大，框架結構內力大，適于50m高度以下的建筑 通過高層建筑的墻體當做抵抗側力和豎向承重的結構體系，就是剪力墻結構體系。這種剪力墻結構的剛度大，整體性能好，不易受水平力作用發生變形，適應于高層建筑，但是由于剪力墻的間距小，使得平面的布置不靈活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墻組合的而構成的結構形式就是框架一剪力墻結構體系，這種結構形式不但具有實用性強，布局靈活的優點，同時承受水平負載的能力更高，在高層建筑中被廣泛使用。在框架一剪力墻結構體系中，需要注意考慮剪力墻的位置，設計合理的剪力墻的數量，以及滿足框架的設計要求。

四、高層建筑結構設計問題分析及對策

4.1高層建筑結構存在著超高的問題基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定，針對高層建筑的超高問題，在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中，對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。

4.2高層建筑結構設計短肢剪力墻設置我國建筑新規范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5～8的墻，按照實際經驗以及數據，高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結構設計中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

4.3高層建筑結構設計嵌固端的設置一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。

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1.1　概念設計的意義

高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

1.2　概念設計的依據

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗。

2　高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；

2.1　水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

2.2　側移成為控制指標

與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

2.3　抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

2.4　軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。

2.5　結構延性是重要設計指標。

相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

3　高層建筑結構設計的幾個問題

3.1　高層建筑結構受力性能

對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。

3.2　高層建筑結構設計中的扭轉問題

建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。

3.3　高層建筑結構設計中的側移和振動周期

建筑結構的建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。

(1)結構自振周期

高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內：

框架結構：T1=(0.1—0.15)N

框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N

剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04—0.10)N

N為結構層數。

結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：

第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。

(2)共振問題

當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。

(3)水平位移特征

水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型。框架結構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。

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結構要同時承受垂直荷載和風產生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑建設的各項事宜等。其主要特點有：

1、水平荷載成為決定因素

任何一個建筑結構都要同時承受垂直荷載和風產生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生著重要影響，但水平荷載卻起著決定性的作用。隨著高層建筑層數的增多，水平荷載成為結構設計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中產生作用，而水平荷載也對結構產生傾覆作用，并由此產生高層建筑在豎構件中的作用力；另一方面，對高層建筑來說，豎向荷載和地震作用，也隨建筑結構動力特性而發生大幅度的變化。

2、抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

高層建筑結構的分析

1. 軸向變形不容忽視對于高層建筑結構，由于層數多，高度大，軸力值很大，沿高度積累的軸向變形很顯著，軸向變形會使高層建筑結構的內力數值與分布產生顯著的改變。對連續梁彎矩的影響：由于中柱和邊柱的軸向壓縮變形不同，往往會使連續梁中間支座處的負彎矩值及跨中正彎矩值和端支座負彎矩發生變化。對構件剪力和側移的影響，在考慮豎向桿件軸向變形與不考慮豎桿件軸向變形相比較，各構件水平剪力和側移都會產生很大的誤差。由此可見，在進行高層建筑結構設計時，構件的軸向變形必須列入到設計考慮的范圍中來。

2、彈性假定

目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況，但是在遭受罕見地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移，出現裂縫，結構進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

3、剛性樓板假定

許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論提供了便利。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或層數較少等情況，會使樓板變形較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。

三、高層建筑結構選型

3、1高層建筑結構體系選型

高層建筑施工工藝的不同，不僅會影響到材料消耗、勞動力、工期及造價等技術經濟指標，而且也會影響到建筑結構的受力狀態，抗震性能等。所以在高層建筑結構體系選型時就要對施工工藝連同其它因素加以權衡，綜合考慮。

3、2剪力墻結構體系

剪力墻結構中豎向承重結構全部由一系列橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻組成，剪力墻不僅承受重力荷載作用，而且還要承受風，地震等水平荷載的作用。同框架結構相比，該結構測向剛度大，側移小，屬于剛性結構體系。從理論上講，它可建造上百層的民用建筑（如朝鮮平壤的柳京大廈）；但從技術經濟的角度來講，地震區的剪力墻一般控制在35層，總高110米為宜。由于剪力墻的間距比較小，一般為3~6米，所以建筑平面布置不夠靈活，使用受限制。

3、3筒體結構體系

凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、簡中簡、多束簡等多種型式。簡體是一種空間受力構件，分實腹簡和空腹簡兩種類型。實腹簡是由平面或曲面墻圍成的二維豎向結構單體，空腹簡是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。簡體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

四、高層建筑結構設計應注意的問題

1、提倡節約

我國是發展中的國家，還是要盡量提倡節約， 目前我國規范中的構造要求，并非都比外國低。有的已經超過。外國大企業在北京買了按我國規范設計的大樓，說明我國規范不是進不了國際市場。現在對安全度進行討論，應注意不要引起誤導，千萬不要誤解提高建筑結構安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪費。實踐已經證明，現行規范安全度是可以接受的，這是重要的經驗，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化，國家經濟實力增強和住宅制度改革現狀，可以將現行

設計可靠度水平適當提高一點，這樣投入不大，卻對國家總體和長遠利益有利。

2、考慮受力性能

對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。

3、提倡使用概念設計

所謂的概念設計一般指不經數值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題巾，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一

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在高層建筑的發展，充分顯示了科學技術的力量，使設計師從過去強調藝術效果轉向重視建筑特有功能與技術因素。建筑結構設計人員要明確自己的責任，從結構方案的確定、結構計算、構造要求等多方面考慮，提高結構設計質量。

1 高層建筑結構設計的任務

結構設計應根據建筑物的重要性等級、建筑使用功能或生產需要所確定的荷載、抗震要求、設防標準等，對結構基本構件和整體進行設計，以保證基本構件的強度、變形、裂縫滿足設計要求，同時保證結構體系的整體安全性、穩定性、變形性能，保證在突發事件發生時，結構保持一定的整體性，使人們的生命安全得以保證；保證合理用材，方便施工，同時盡可能降低建筑造價。總之，結構設計的核心是解決兩個問題：一是滿足建筑結構功能要求；二是經濟問題。

2 概念設計

概念設計是根據理論與實驗研究結果及工程經驗等形成的基本設計原則和設計思想，進行結構的總體布置，并正確確定細部構造的過程，需要遵循相應規范條文進行合理的平面設計、豎向設計、基礎設計等。概念設計包括建筑概念設計和結構概念設計兩個方面。建筑概念設計是對滿足建筑使用功能、造型優美、技術先進的總建筑方案的確定；結構概念設計是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計。結構概念設計旨在有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系，滿足結構的功能要求和建筑功能的需要，以及技術經濟可能的設計原則，確定最優的結構體系，選擇適用的建筑材料和合理的關鍵部位構造、結合適宜的施工及合理的效益達到房屋設計的統一。

3 高層建筑抗震概念設計若干原則

建筑抗震性能是概念設計的決定因素，概念設計應遵循一定的原則。

3.1 結構抗側力結構的布置宜規則、對稱，受力明確簡單、傳力合理不間斷，保證良好的整體性。

3.2 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性，構件應遵循“強柱、弱梁、更強節點、強剪、弱彎、強底層柱（墻）底”的原則。

3.3 結構中應盡可能設置多道抗震防線。結構體系中應由多個延性較好的分體，并由延性較好的結構構件連接起來協同工作，以便地震時結構能吸收和耗散大量的地震能量，避免大震倒塌。

3.4 對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力，防止在局部上加強而忽視整個結構各部位的剛度、承載力協調。考慮上部結構嵌固于基礎結構或地下室結構之上時，應使基礎結構或地下室結構保持彈性工作狀態，使塑性鉸出現在結構嵌固部位。

4 高層建筑結構設計注意問題

高層建筑設計從體系選擇、平面布置、豎向布置、抗震概念設計無一不體現設計師的水平，下面敘述幾個需注意的問題。

4.1 結構體系選擇

結構體系的選擇，應從建筑、結構、施工技術條件、建材、經濟等各專業綜合考慮。結構的規則性問題。規范在這方面有相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循規范規定上必須格外注意，避免后期施工圖設計階段工作的被動。結構的超高問題。在抗震規范與高規中，對結構總高度都有嚴格限制，除將原來的限制高度設定為 A 級高度建筑外，還增加了 B 級高度建筑，因此，必須對結構高度嚴格控制，一旦結構為B 級高度建筑或超過了 B 級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

4.2“設縫”

溫度伸縮縫、沉降縫、防震縫是高層結構設計中較重要的構造措施。對溫度伸縮縫，其影響因素很多，規范用規定結構伸縮縫的最大間距來控制，還規定了最大間距宜適當減小和適當放寬的情況，應根據實際工程的具體情況執行相關條文。如北京朝陽商業中心、廣東佛山醫院等工程地上結構長度均超過 100 米，由于采取了可靠措施，也未設溫度伸縮縫而效果良好。沉降縫由于同一建筑物中各部分基礎顯著的沉降差產生，在設計中，通常用“放”、“抗”、“調”等辦法解決，即設沉降縫、采用剛度大的基礎、調整各部分基礎形式或施工順序。目前，廣州、深圳等地多采用基巖端承樁，主樓、裙房間不設縫；北京的高層建筑則一般采用施工時留后澆帶的做法。設計師應在實際中靈活掌握。防震縫在規范中有明確規定，但應據實際情況適當放寬或縮小。

4.3 側向位移的限值

高層建筑結構的水平位移隨著高度增長而迅速變大，為防止位移過大，規范對頂點位移和層間位移都作了限制。控制頂點位移 u/h的主要目的是保證建筑內人體有舒適感和防止房屋在罕遇地震時倒塌。但控制房屋在罕遇地震時倒塌與否的條件是結構極限變形能力而不是 u/h 限值。另外，為使結構具有較好的防倒塌能力，應在結構計算中考慮相關效應。控制層間位移u/h 的主要目的是防止填充墻、裝飾物等非結構構件的開裂和損壞。

4.4 高層建筑結構設計中的扭轉問題

建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用發生扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則L 形、T 形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。

5 結語

從城市建設和管理的角度看，建筑物向高空延伸，可以縮小城市的平面規模，為人們提供更多的生活工作空間，縮短城市道路和各種公共管線長度，從而節省城市建設與管理的投資，高層建筑設計成為城市建筑的發展趨勢，隨著經濟和社會的發展，新的建筑形式層出不窮，給設計師提出了更高的要求。

高層設計中，建筑和結構是關系最密切的專業。建筑師往往根據建筑的使用功能和美學要求處理建筑體型，包括平面和立面；而結構師則根據受力的合理性進行結構設計，其中結構形式和結構體系的選擇，結構總體布置等對結構的受力性能優劣性起決定性作用。結構的總體布置與結構體型密切相關，簡單的體型易于得到規則和受力合理的結構總體布置，可使結構具有良好的抗震性能；反之，過于復雜的建筑平面和立面體型，將增加結構設計的困難，造成結構布置的不規則性。因此優秀的設計是建筑和結構的完美結合，需建筑師和結構師密切合作。在方案設計階段，就應根據建筑物的高度、抗震設防烈度等具體條件合理選用結構形式和結構體系。

參考文獻：

[1] 呂西林.高層建筑結構[M].武漢：武漢工業大學出版社，2008.

[2] 周芝蘭.普通高等院校土木專業“十一五”規劃精品教材建筑結構[M].武漢：華中科技大學出版社.2007

[3] 周云等.現代建筑工程技術研究與應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.

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高層建筑是近代經濟發展和科學進步的產物。進入20世紀以來，高層建筑在全球迅猛發展。高層建筑，是指超過一定高度和層數的多層建筑。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。中國自2005年起規定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑。高層建筑可節約城市用地，縮短公用設施和市政管網的開發周期，從而減少市政投資，加快城市建設。

一． 高層建筑結構設計的意義及依據

1．概念設計的意義

高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計．發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

2概念設計的依據

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗

二.高層建筑結構設計體系

．1 結構的規則性問題

新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”。因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

．2 結構的超高問題

在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A 級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

．3 嵌固端的設置問題

由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了自嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計 嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

．4 短肢剪力墻的設置問題

在新規范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

三、結構設計計算與分析階段存在的問題

在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進，因此，結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。

1、結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結構有不安全的隱患存在。

2、是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

3、振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中，并未提出振型參與系數的概念，或即使有該概念，該參數的限值也未必一定符合新規范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。

4、多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現即使振型參與系數滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結構出現不安全的隱患。

5、非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

四、工程實例

1.工程簡介

蘭花廣場蘭花商廈位于遼寧省， 總建筑面積6.38萬m2，工程由同濟大學設計院設計，施工單位為中國二十二冶集團有限公司，地下1層，地上為29層，總建筑高度為102.38米，其中地下一層采用箱形基礎，底板厚度800mm，地上29層，鋼筋混凝土框架-剪力墻結構， 除地下一層頂板外露部分厚度為 600mm外，其余部分樓板為模殼密肋板結構，厚度為120mm，本高層建筑采用抗震性能好、功能合理的現澆鋼骨混凝土框架-剪力墻結構，利用樓、電梯間設置鋼筋混凝土剪力墻且連接成筒體作為主要的抗側力構件。混凝土強度等級為C60，鋼筋骨架采用HRB400，框架采用寬扁梁框架以增加樓層凈高，寬扁梁截面為800×700，端部加腋為800×650，混凝土強度等級為C40；為抵抗高層建筑的外力影響，在混凝土內筒剪力墻轉角處設置十字形鋼骨，以改善剪力墻的受力性能、提高剪力墻的延性、減少剪力墻剛度退化，中心筒墻體厚度為600mm，混凝土強度等級為C40。

五．高層建筑結構發展趨勢

隨著城市人口的不斷增加建設可用地的減少,高層建筑繼續向著更高發展,結構所需承擔的荷載和傾覆力矩將越來越大。在確保高層建筑物具有足夠可靠度的前提下,為了進一步節約材料和降低造價,高層建筑結構夠構件正在不斷更新,設計理念也在不斷發展。高層建筑結構也正朝著結構立體化,布置周邊化,體型多樣化,結構支撐化,體型多樣化,材料高強化,建筑輕量化,組合結構化,結構耗能減震化等方向發展。

六、結論

近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。

參考文獻

[1]、《混凝土結構設計規范》．GB 50010―2010．

[2]、行業標準《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3― 2002)中國建筑工業出版社，2002。

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前言

結構工程師應以力學概念和豐富的工程經驗為基礎，從結構整體和局部兩個方面對計算結果的合理性正確判斷計算結果，確認其可靠后，方可用于工程設計。高層建筑結構設計、計算是一項復雜的工作，它要結構設計人員既要有扎實的理論功底，又要有豐富的工程經驗，這樣設計出來的建筑物才能達到既安全、可靠，又經濟、合理。

一、高層建筑結構設計要點

1、結構選型

對于高層建筑結構而言, 在工程設計的結構選型階段,應注意以下幾點:

（1）結構的規則性問題。新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動, 新規范在這方面增添了相當多的限制條件,例如: 平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等, 而且, 新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。” 因此, 結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意, 以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

（2）結構的超高問題。在抗震規范與高規中, 對結構的總高度都有嚴格的限制, 尤其是新規范中針對以前的超高問題, 除了將原來的限制高度設定為A 級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑, 因此, 必須對結構的該項控制因素嚴格注意, 一旦結構為B級高度建筑或超過了B 級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中, 出現過由于結構類型的變更而忽略該問題, 導致施工圖審查時未予通過, 必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況, 對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

（3）嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防, 嵌固端有可能設置在地下室頂板, 也有可能設置在人防頂板等位置, 因此, 在這個問題上, 結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面, 如: 嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題, 而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）短肢剪力墻的設置問題。在新規范中, 對墻肢截面高厚比為5~ 8的墻定義為短肢剪力墻, 且根據實驗數據和實際經驗, 對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制, 因此, 在高層建筑設計中, 結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻, 以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

2、地基與基礎設計

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面,不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行, 同時, 也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素, 因此, 在這一階段, 所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。

在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣, 地質條件相當復雜, 因此, 作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確, 所以, 在進行地基基礎設計時, 一定要對地方規范進行深入地學習, 以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

3、結構計算與分析

在結構計算與分析階段, 如何準確, 高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理, 是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進, 因此, 對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。

(1)結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有: SATWE、TAT、TBSA等, 但是, 由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異, 因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以, 在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件, 并從不同軟件相差較大的計算結果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的, 哪個又是意義不大的, 這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則, 如果選擇了不合適的計算軟件, 不但會浪費大量的時間和精力, 而且有可能使結構有不安全的隱患存在。

（2）是否需要地震力放大, 考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及, 只是,在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

（3）振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念, 并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中, 并未提出振型參與系數的概念, 或即使有該概念,該參數的限值也未必一定符合新規范的要求, 因此, 在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷, 并決定是否要調整振型數目的取值。

共振問題。隨著大底盤, 多塔樓的高層建筑類型大量涌現, 在計算分析此類高層建筑時, 是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算, 還是將結構人為地分開進行計算, 是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大, 就有可能出現即使振型參與系數滿足要求, 但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大, 從而使結構出現不安全的隱患。此外，當建筑場地發生地震時, 如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近, 建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期, 通過調整結構的層數,選擇合適的結構類別和結構體系, 擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別, 避免共振的發生。

非結構構件的計算與設計。在高層建筑中, 往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容, 尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時, 由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大, 因此, 必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

二、工程概況

1、某高層住宅樓位于市中心的繁華地段，總建筑面積約20 萬m2。由五幢高層住宅樓組成,地下部分2 層,底層架空、無裙房;2 層以上為住宅。五幢高層建筑下的2 層地下室連為一體。五幢高層結構平面體型較不規則,建筑結構長寬比3.7～6.9,高寬比5.4～10.3。本工程為丙類建筑, 工程的結構安全等級為二級,采用大直徑鉆孔灌注樁、樁筏基礎。

工程位于較高抗震設防烈度區,同時又是高風壓地區,抗震設防烈度為六度(0.15g),Ⅱ 類場地,建筑基本風壓值為0.70kN/m2。

2、結構體系的確定

根據建筑功能的使用要求, 本工程為高尚住宅區,底層架空為酒店式大堂,并引入室外景觀造景,為此,建筑對底層柱及剪力墻的布置位置有嚴格的要求,上部住宅部分要求室內方正實用。為了滿足上述的要求,本工程采用框支剪力墻結構,在二層樓面設置轉換層。因上部墻體多數無法直接落地或落于框支梁上,因而采用了箱高為230cm 的箱形轉換結構。利用箱體增加轉換層的整體剛度,同時箱體的上下層板又增加了框支梁的抗扭性能。配合建筑使用功能合理布置抗側力構件, 以合理控制結構的總體剛度,使之既滿足抗震要求又滿足抗風的要求。將核心筒剪力墻落地,在建筑物及局部突出部位設置70-90cm 厚的L 型剪力墻, 避免出現獨立框支角柱,同時將中部部分剪力墻落地,以保證落地剪力墻的數量,滿足上下剛度比的要求。本工程結構體系復雜并采用箱形轉換,存在高寬比及長寬比超限等問題,進行了超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

3、計算分析

（1）計算程序的選用

本工程屬于結構體系復雜的高層建筑,結構設計采用兩種軟件分析計算; 一種是PKPM系列的SATWE 程序該程序采用墻元模擬剪力墻,是國內應用比較廣泛的軟件之一。同時另采用體單元模型的ANSYS 有限元分析軟件進行復核。

（2）程序使用的注意事項

a在平面輸入時應正確指定轉換構件,確保程序計算時能按相關規范規定,對轉換構件在水平地震作用下的計算內力進行放大,對框支柱的水平地震剪力進行調整等。

b對于一字型墻肢出現與其平面外方向的樓面梁連接時,為抵抗梁端彎矩對墻的不利影響, 在程序計算中將梁與墻相交處作鉸接處理,減少梁對墻產生的平面外彎矩。此時,在墻與梁相交處設置暗柱,并按計算確定其配筋。

c剪力墻之間的連結梁應根據具體情況

指定為連梁或框架梁。對一端或兩端與剪力墻相交的梁會在程序中默認為連梁,計算中程序會對其剛度進行折減后再計算其內力;而對跨高比較大(>5)的連梁,其受力模式接近框架梁,此時應將該類梁人工定義為框架梁,以求內力分析的準確。

4、結構分析的主要結果

本工程以最不利的一幢(即北樓三)的計算結果。

（1）ANSYS 程序計算結果見表1；

表1ANSYS 計算結果

（2）表2 為SATWE 程序計算結果，在計算中,控制以扭轉為主的第一自振周期與乎動為主的第一自振周期之比＜0.85；結構最大層間位移與平均層間位移之比＜1.2。表2 SATWE 計算結果：

（3）.本工程采用由中國建筑科學研究院工程抗震研究所提供的地震波進行計算分析,地面運動加速度峰值55gaL。彈性時程分析法的計算結果與振型分解反應譜法的計算結果基本一致;彈性時程分析時,每條時程曲線計算所得的結構底部剪力均不小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的65%, 多條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值大于振型分解反應譜法求得的底部剪力的80%。

4、框支層結構設計

（1）框支柱設計

本工程框支柱抗震等級為二級, 軸壓比限值為0.7。框支柱主要截面取1300X1300～1300X2300,計算結果表明,所有框支柱的受力較為均勻,軸壓比從0.42～0.51,因此,箱形轉換層下框支柱的變形一致性較好。框支柱的剪力設計值應按柱實配縱筋計算并乘以放大系數1.1,剪壓比控制在0.15 以內。柱內全部縱向鋼筋的配筋率不＜1.2%, 箍筋沿柱全高采用不小于Φ12@100 井字復合箍, 體積配箍率均不＜1.5%,使柱具有-定的延性,實現強剪弱彎。框支柱在上面墻體范圍內的縱向鋼筋伸人上部墻體內一層,其余柱筋錨入梁或板內。

（2）剪力墻設計

本工程核心筒落地剪力墻厚40cm,除核心筒外, 在建筑四角布置70～90cm 厚的L 型剪力墻。為了使混凝土的受壓性能改善,增大延性,設計中控制墻肢的軸壓比不大于0.5。墻體的水平和豎向分布筋除滿足計算要求外, 同時也滿足0.3%的最小配筋率的限值。底部加強區的剪力墻中按規范要求設置約束邊緣構件,約束邊緣構件的縱筋配筋率控制≥1.2% , 箍筋不＜Φ12@100,體積配箍率控制≥1.4%,同時,對長厚比＜5 的短墻在計算中按柱輸入計算進行比較,其結果顯示,短墻按墻和按柱計算的結果大致一致。

（3）框支梁的設計

本工程框支梁抗震等級為二級。對于兩端擱置于框支主梁上的框支次梁,其受力類似簡支梁,跨中底筋較大,支座面筋基本按構造要求配置。

本工程的框支主梁的梁高230cm (即箱體高度》于梁頂和梁底各設置一層20cm 厚的箱板,梁截面尺寸按剪壓比0.15 控制。梁主筋配筋率除滿足計算外,還不小于0.5%,上部主筋沿梁全長貫通,下部主筋全部直通到柱或墻內,沿梁腹部設置不小于Φ16@150 的腰筋,于梁中部設置-排Φ20 的抗裂縱筋,抗裂縱筋根數同箍筋肢數,梁箍筋全長加密。

對其他框支梁,因其受力較大,在靠近柱支座處的應力集中尤為突出,部分梁的計算結果表明,梁端抗剪不足,經過核查該梁各截面剪力設計值,發現框支柱截面內有大部分剪力不足的截面,對此情況的梁截面尺寸不做調整,而對于確實抗剪不足的梁采用梁端水平加腋的方式解決該梁的抗剪能力不足的問題。

4、箱形轉換層樓板的設計

箱形轉換層的箱體高度為230cm, 箱體的上下層板厚均為20cm。對箱體的上下層板應采用ANSYS 有限元軟件進行內力分析。分析結果顯示,各荷載工況條件下,箱體上層板都為受壓,平均最大壓應力為1.2MPa, 箱體下層板均為受拉, 平均最大拉應力為2.0MPa。在設計中,將樓板裂縫控制在0.2mm 以內, 實配雙層雙向Φ16@150 的通長鋼筋。

結束語

在高層建筑結構設計中,結構工程師應從結構的安全、使用功能、建筑美觀等方面進行全盤考慮,運用掌握的知識和經驗處理實際遇到的各種問題,才能設計出安全合理的高層建筑結構。

參考文獻

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[2] 趙明華,趙小慧.如何對高層建筑結構進行設計分析之探析[J]. 民營科技. 2010(05)

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Keywords: high building; Structure; design

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

1高層建筑結構體系的類型

1.1 框架-剪力墻體系

由于框架結構體系強度和剛度的限制，不適合建造高度較高的建筑，但可以通過在建筑平面合適的位置設置大的剪力墻以代替一部分框架，形成框架-剪力墻體系，增強建筑的剛度和強度，這種結構就是框架-剪力墻體系。在水平力承受方面，框架和剪力墻能夠通過剛度足夠高的連梁和樓板協同工作，形成混合結構體系。這種結構的框架體系負責主要承擔垂直載荷，而剪力墻主要負責承擔水平載荷，二者相互協同。由于框架-剪力墻體系具有彎剪型的位移曲線，這增大了這種結構的側向剛度，減小建筑物的水平位移，不僅減小了框架結構承受的水平力，還使得內力在豎向的分布更加均勻，因此這種結構的建筑物高度要大于采用框架結構的建筑物。

1. 2 剪力墻結構體系

所謂剪力墻結構體系是指建筑的受力主體全部由平面剪力墻構件組成，在這種體系中，全部的豎直載荷和水平力由單片剪力墻來承受。剪力墻結構體系是剛性結構，位移曲線是彎曲型的，因此它的剛度和強度都非常高，并且具有延性，傳力直接切均勻，有較好的整體性，具有很強的抗倒塌能力，因此剪力墻結構體系是一種比較好的結構體系。

1.3 筒體結構

筒體結構是在全剪力墻結構和框架-剪力墻結構的基礎上發展而來的，將密柱框架和剪力墻集中在房屋和內部，從而形成空間封閉式的筒體，這就是筒體結構。由于筒體結構是將若干片縱橫交接的框架或者剪刀強圍起來，形成類似童裝的封閉骨架，并且通過樓層面加強連接，不僅可以形成比較大的使用空間，還具有剛度好的優點，能夠承受較大的水平載荷和豎向載荷，因此廣泛應用在超高層建筑中。

2. 高層建筑結構選型

2.1高層建筑結構選型和施工的關系

不同的結構體系建筑施工工藝會有所不同，這不僅影響建筑結構的受力情況和抗震性能，還會影響材料的消耗、勞動力、造價及工期等方方面面。因此，在選擇高層建筑的結構體系時要綜合權衡施工工藝及各備選結構的特點，選擇出最優的方案。對于現澆鋼筋混凝土高層建筑來說，其結構方面的造價主要有模板、施工和材料幾個部分。統計發現，模板的費用是造價中最主要的部分，占總造價的比例達到33-55%，因此，選擇合理的模板體系，會有效降低總體造價，還能對施工進度和勞動力消耗帶來有利影響。

2.抗震體系選定的原則

抗震是高層建筑必須考慮的總要因素，在考慮抗震性時，可以結合以下因素：(1)結構設計要有明確的計算簡圖以及合理的地震力傳遞路線；(2)建筑結構要有良好的言行和足夠的承載力，要具有足夠的好能潛力，保證在遭遇地震時有充足的防御倒塌的能力；(3)要具有躲到抗震防練，當部分結構或構件因損壞而失效時，不會影響整體的載荷能力和抗側力；(4)強度和剛度在豎向和水平方向的分布要均勻，并根據設計需要合理布局，防止局部突變或消弱情況引起薄弱環節的出現，有效防止地震時應力的過大集中或塑形變形集中等危險情況的發生。

當然，在選擇并確定高層建筑結構方案時，還應綜合考慮建筑安全的重要性、建筑高度、設防烈度、場地類別、地基條件、施工條件和材料供應多方面的因素，結合相關技術指標和經濟性分析，以選擇最恰當的結構體系。

3高層建筑結構分析與設計方法

3.1高層建筑結構分析中常用的基本假定

高層建筑結構主要是由框架、剪力墻和筒體等豎向抗側力構件通過水平樓板作為連接中介，并構成大型空間的結構體系。因為完全精確的通過三維空間結構進行分析存在著諸多困難，因此實踐中的各種分析方法都對計算機模型進行了一定程度的簡化，并做出一些基本的假定。

(1)彈性假定。這是在高層建筑工程實踐中運用較多的假定方法，由于風力或垂直載荷的作用，結構常常處于彈性工作階段，因此通常情況下，這種假定比較符合實際情況。然而，如果遇到強臺風作用或者遭遇罕見地震時，高層建筑未出現較大的位移，并可能出現裂縫，此時結構就進入彈塑性工作階段，如果仍然按照彈性假定來分析的話，在計算內力和位移時就可能出現錯誤，無法真實反映結構的工作狀態，需要改用彈塑性動力分析方法。

(2)小變形假定。這也是實踐中采用較多的一種基本假定方法。在這種假定下進行分析設計時，有可能受到幾何非線性問題(P-效應)的影響，研究發現，如果建筑物頂點水平位移和建筑物高度H之間的比值/H>1/500時，就要注意P-效應的影響。

(3)剛性樓板假定。許多高層建筑在結構分析時通常都假定樓板在自身平面內具有無限大的剛度，并忽略平面外的剛度，這樣不僅在很大程度上減少了結構方面的自由度，使得計算更為簡便，也為空間薄壁杠桿理論的采用提供了便利。通常說來，這種假定在框架結構體系和剪力墻結構體系時非常適用的，但是對豎向剛度有突變的結構來說，由于樓板剛度比較小，并且主要抗側力構件存在層數偏少或間距過大的情況，這樣樓板就有較大的變形，在結構頂部和底部的各層內力和位移上的影響也尤為明顯，此時就需要對這些樓層的剪力作出適當的調整，以避免不利影響的發生。

(4)計算圖形的假定。由于二位協同分析方法忽略了抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度，并且對公共節點在樓面以外的唯一協調(主要是豎向位移和轉角的協調)也缺乏考慮，因此具有缺陷性，尤其是用在空間工作性能明顯的筒體結構中。為了解決這一問題，高層建筑結構主要使用三維空間分析作為整體分析的計算機圖形，因為三維空間分析的普通桿單元每個節點都有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論進行分析的桿端節點還需要考慮截面翹曲,具有7個自由度，這就使得分析更加準確。

3. 2高層建筑結構靜力分析方法

(1)框架-剪力墻結構。框架-剪力墻結構在內力和位移計算時有很多方法可以選擇，實踐中應用較多的是連梁連續化假定方法。通過以剪力墻和框架水平位移或轉角相等的位移協調為條件，提取參數并建立位移和外荷載之間的微分方程，并帶入相關數據來求解，因為考慮因素和采用未知量的不同，不同的方法也有不同的解答形式。這種結構在計算中，一般將結構轉化成等效壁式框架，建立桿系結構矩陣位移法來求解。

(2)剪力墻結構。由于剪力墻的受力特性和變形狀態主要由剪力墻的開洞情況決定，根據受力特性的不同，可以將單片剪力墻分為聯肢墻、單肢墻、特殊開洞墻、框架墻和小開口整體墻等類型。不同類型的剪力墻截面應力分布不盡相同，因此，要結合具體類型來計算內力和位移。在機算中，可以通過平面有限單元法，這種方法具有計算精確和適用性廣的優點，但是由于算法復雜，自由度多，耗時較長，因此目前主要用于應力分不復雜的剪力墻結構中，比如特殊開洞墻和框架墻過渡層。

(3)筒體結構。按照對計算機模型處理方法的不同，筒體結構有三種分析方法：等效離散化方法、等效連續化方法和三維空間分析等效離散化方法是把連續的墻體離散成等效的杠桿，以方便適用合適的桿系結構方法進行分析。所謂等效連續化方法是指將結構中離散鋼桿件進行等效連續化處理，具體方法有有限條法、能量法、擬殼法、框筒近似解法和微分方程解法等。三維空間分析法是比以上兩者更加精確的計算機模型方法，主要通過空間桿－薄壁桿系矩陣位移法來實現，目前這種方法多應用在筒體結構體系的分析上，也是工程中廣泛使用的模型方法。

參考文獻：

[1] 肖峻. 高層建筑結構分析與設計[J]. 中華建設,2008(12).

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隨著社會經濟的快速發展以及建筑功能的多元化，城市人口的不斷增長和建筑用地的日益緊張以及城市規劃的需要，這些都像催化劑一樣催促著高層建筑能夠快速的發展。除此之外，因為輕質高強度材料的開發和新的設計計算理論的發展，抗風和抗震理論得到了不斷的完善，新的施工技術以及設備不斷涌現，尤其是計算機的普及應用以及結構的分析手段不斷得到優化，為高層建筑的快速發展提供了必要的技術條件。下面我們就對高層建筑的最基本原理進行討論。

1.選擇合理的結構類型正確認識高層建筑的受力特點

高層建筑的本質是一種豎向懸臂式結構。豎向的荷載主要令結構出現軸向力，軸向力和建筑物的高度近似的看成線性關系；水平荷載令結構出現彎矩。從受力的特性來看，豎向荷載的方向不變，隨著建筑物高度的增加僅僅會造成量的增加；水平荷載則是可以來自任意方向的結構上作用。結構產生各種效應的原因，統一稱作結構上的作用。結構上的作用包括直接性作用和間接性作用。直接性作用通常指的是施加在結構上的集中力或者分布力，比如結構的自重、樓面活荷載以及設備自重等，造成的效應較為直觀。間接作用通常指的是造成結構外加變形或者約束變形的作用，比如溫度的變化、混凝土的收縮或者徐變、地基的變形以及地震等，這種作用造成的效應較為復雜，比如地震會導致建筑物出現裂縫、傾斜下沉甚至是倒塌，但這些破壞效應不僅僅受到地震震級、烈度影響，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎類型以及上部的結構體系有關。考慮到設計人員的現狀和習慣上的銜接，目前還沒有將這兩類作用進行嚴格的劃分，而是將其簡稱為荷載。作用在結構上的直接性作用或者間接性作用，將導致結構或者結構構件出現內力和變形（例如撓度、轉角、側移、裂縫等），通常稱這些內力和變形為作用效應，其中由直接性作用引起的作用效應稱為荷載效應。結構或者結構構件的承受內力和變形能力，稱作結構的抗力，如構件的承載能力、剛度的大小以及抗裂縫的能力等。結構抗力和結構構件的截面形式、截面尺寸以及材料強度的等級等因素有關。結構抵抗水平荷載造成的彎矩、剪力、拉應力以及壓應力應當有較大的強度以外，同時還要求結構要具備足夠的剛度，使隨著高度的增加所導致的側向變形限制在結構允許的范圍內。所以，高層建筑使用何種結構形式，應當由其結構體系和材料特性來決定。

2.正確選擇合理的結構體系

建筑設計和結構設計是整個建筑設計的過程中兩個重要的環節，對于整個建筑物的外觀效果、結構穩定都有著至關重要的作用。二者相互協調的同時又相互制約，究竟會以何種關系相處，就在于兩者能否能夠和諧的工作。建筑設計師經常將結構放在從屬地位，要求結構必須要服從于建筑，一切都要以建筑作為先導。通過受力因素的分析，下一步就要考慮究竟要選用什么結構體系，通常有以下幾種高層建筑的結構體系可以選擇：

鋼筋混凝土經常使用的結構形式：

框架結構：平面布置靈活，抗側剛度小，但在建筑物較高的時候就要使用較大的柱，縮小了有效的使用空間，經濟性指標并不理想。

剪力墻結構：剛度大、承載力強，但平面的布置不夠靈活，限制了建筑空間。剪力墻結構體系：該體系是將建筑的墻體用作承接豎向荷載、對抗水平荷載的結構體系。墻體作為維護構件的同時又是房間的分隔構件。

框架-剪力墻結構：框架一剪力墻結構體系由框架和剪力墻共同組成。包括了框架結構以及剪力墻結構的優點。

筒體結構：抗側剛度大，能夠用于較高的建筑。它有框架核心筒結構以及筒中筒結構兩種表現形式。筒中簡結構體系以一個或者多個簡體為主來抵抗水平力。

混合結構：鋼框架或者型鋼混凝土框架和鋼筋混凝土筒體。框架的結構體系由梁、柱、基礎等構成平面框架，它是主要的承重結構，各平面的框架再使用梁聯系起來，形成空間結構體系。

3.選擇合理的結構平面布置，協調好建筑與結構的關系

在高層建筑的設計中.結構布置通常要考慮以下幾點：

3.1選擇合適的結構平面布置，滿足建筑功能的要求

結構平面的布置：獨立結構單元應當形狀簡單規則，剛度以及承載力分布勻稱，不應當采用嚴重的不規則平面布置，也就是要滿足一下條件：

1）平面要簡單、規則、對稱，減少偏心。

2）平面的長度不應過長，突出的部分不宜過大。

3）建筑的層高、層數、開間和進深等平面關系以及體型除了要滿足使用的需求以外。還要盡肯能的減少類型，盡量統一柱網布置和層高，對標準層進行重復的使用。

3.2高層建筑的結構設計中，結構的布局占據著重要的地位。

現代的高層建筑在進行規劃的過程中，每個功能區的設計，都需要以現代人的生活理念作為基礎，進行相對合理的布局。高層結構設計在承受力方面，特別是垂直方向的受力，需要受到較大的壓力。所以，在進行高層建筑的地基設計時，首要的工作就要保證地基受力結構設計的穩定性。因此，在地基的設計過程中，地基的承載力是最大的，隨著樓層數的增加，結構的受力逐漸的變小。這樣的設計理念，能夠很好的平衡建筑結構的受力情況。

3.3在地震區為了減少地震作用對于建筑結構的整體以及局部的不利影響。

例如扭轉和應力的集中效應，建筑平面的形狀要規正，防止外伸或者內收過大，沿高度的層問剛度以及層間的屈服強度要盡可能均勻的分布，主要抗側力的豎向構件，其截面的尺寸、砼強度等級以及配筋量的改變不要集中在相同的樓層內。進行抗震設計時，高層建筑宜調整平面形狀和結構布置，避免結構不規則，不設抗震縫。當建筑平面復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規則的結構時，宜設置抗震縫將其劃分為比較簡單的幾個結構單元。進行抗震設計時，結構的豎直方向的抗側力構件應當上下連續貫通。高層建筑要設置地下室。各結構單元的平面形狀應力力求簡單規則，立面體型要盡可能地避免伸出和收進，防止結構的垂直向剛度出現突變等。

4.結語：

隨著地上空間的日益狹窄，如何能夠最大限度的利用土地資源已經成為每個國家的建筑領域急需解決的問題，高層建筑的發展已經成為一種主流趨勢，更是向著進一步的超高層建筑領域邁進。我國的情況更是如此，這一情況的出現既是機遇同樣也是一種挑戰。繁多的復雜高層建筑的出現將給結構的設計帶來新的的挑戰。實際上，我國的高層和超高層建筑具有超高超大、功能繁瑣、造型奇特等特點，許多建筑都已突破了我國現行的技術標準以及規范的要求，在未來的發展過程中，要著重于防震防風方面的結構考慮，加快材料和施工技術的進步。如今我國的高層建筑正處在發展階段，正邁入國際先進水平，有很大的機會發展和進步。

參考文獻：

篇10

隨著社會的發展，我國城市的用地面積越來越少，城市的建筑也越來越趨于向高層建筑發展，現在大部分樓層都在十幾層以上，三四十層高的樓也已經不少見。建筑的體型和功能越來越復雜，結構體系及結構材料也更為多樣化，這樣的高層建筑，其結構設計也就成為結構工程師的難點和重點。

1 高層建筑結構設計的概念及內容

高層建筑結構設計是指根據高層建筑特性的建筑結構設計，在滿足適用、安全、經濟、耐久和施工可行的前提下，按有關的設計標準規定，對建筑結構進行技術經濟分析、總體布置、計算、構造及制圖工作，并尋求優化的過程。簡單來說，就是用結構語言表達出工程師們想表達的東西。在建筑結構設計中，就是把建筑物或者建筑結構體系中的墻、柱子、樓梯、梁等用圖紙中的結構元素來表示出來，同時還要計算出它的抗力及承重等能力。在結構設計中主要包括結構方案、結構計算及施工圖設計三個階段，每個階段對于結構設計來說都是很重要的。

2 高層建筑結構設計的特點

2.1 水平力成為結構設計的主要因素

當建筑物高度增加時，水平荷載(風荷載及地震作用)對結構起的作用將愈來愈大。除了結構內力將明顯加大外，結構側向位移增加更快。我們知道：建筑物樓面的使用荷載和自重在豎向構件產生的彎矩和軸力與其高度的一次方成正比，水平荷載產生的彎矩及軸力與建筑物高度的二次方成正比，水平荷載產生的結構側向位移與建筑高度的四次方成正比。因此，在高層建筑中，結構要使用更多材料來抵抗水平力，另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化，所以結構的抗側力設計成為高層建筑結構設計的主要因素。

2.2 高層建筑中的側移控制

與低層建筑相比，高層建筑結構設計中的另一個關鍵因素就是側移，當建筑越高時，結構的側移變形就會越大。過大的結構側移會造成顯著的重力二階效應，造成結構內力增大并影響結構穩定，過大的側移也會造成建筑構件或設備的破壞以及使用者的不適。對于一定的水平作用，結構的抗側剛度大，那么結構側移就小。但過剛的結構也會造成結構地震作用不必要的增大，所以結構設計中要控制結構的合理剛度，把側移控制在合理范圍。

2.3 更高的抗震設計要求

抗震設防區的高層建筑必須具有良好的抗震性能，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。相對與多層結構，高層結構在地震作用下，具有更大的水平作用及側移，因此，高層建筑平立面也更講究規則性，結構要求具有更高的抗震等級。對于一些較高的高層建筑或具有薄弱層的高層建筑，也要求進行彈塑性分析進行補充設計。

2.4 高層建筑豎向壓縮變形不容忽視

高層建筑中，豎向構件的軸力往往較大，其產生的壓縮變形量往往相當可觀，因此結構設計中要考慮到豎向構件的壓縮變形。

3 高層建筑結構設計需選擇合適的結構體系

在結構設計當中，結構體系的選擇是很重要的一步，合理的結構體系不但可滿足結構的受力要求，更具有良好的經濟性及更高的結構安全富余。常用的結構體系有框架結構體系，剪力墻結構體系，框架―剪力墻結構體系以及筒體結構體系。

3.1 框架結構體系

框架結構主要由梁柱等桿件單元形成空間的框架結構體系，可以承受豎向荷載及一定的水平力的作用。框架結構的優點是計算理論成熟，桿件受力明確，結構的布置靈活，一定高度內造價較低。缺點是抗側剛度較弱，在水平力作用下會產生較大的側移，且大部分側移發生在內力較大的結構底部部位，破壞后易產生嚴重后果。因此框架結構常應用于層數較少，高度較低的建筑中。

3.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構是空間盒子式結構，其水平作用和豎向荷載完全由剪力墻體承受，其剛度及空間整體性都比較好。剪力墻結構體系的優點是抗水平作用能力強、整體性好、用鋼量較小，可以適用較高的建筑。缺點是因剪力墻布置的要求，不易布置成較大的房間。因此剪力墻結構常應用于住宅及賓館類建筑中。

3.3 框架―剪力墻結構體系

在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架―剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗水平作用的能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

3.4 筒體結構體系

這種體系是在框架結構、剪力墻結構的體系上發展起來，當高層建筑不斷地增加層數、高度越來越高時，原來的框架、剪力墻結構就變得不合理和不經濟了，簡體結構就相應地誕生了，它是將剪力墻圍成箱型，構成了一個空間薄壁筒體，可以提供更大的側向剛度，所以筒體結構可以適用與更高的建筑。

4 高層建筑結構中需要注意的幾個問題

4.1 抗震設計中的注意事項

高層建筑結構設計中的抗震設計是非常重要的一部分，它應符合抗震概念設計的要求，選擇規則的設計方案，規則結構其剛度、承載能力及變形能力更強，不規則結構一般會破壞整個結構承受風荷載、重力荷載及抗震能力，因此盡量選擇設計對稱、規則的結構方案。另外，在抗震設計中，還要注意到結構構件本身的剛度、延性、穩定性及承載力等方面性能，且要遵守強剪弱彎、強柱弱梁、強底層柱及弱構件強節點的原則。對于結構的薄弱環節，要采取措施加強其抗震的能力同時要重視整體結構中其他部位的剛度及承載能力，以免薄弱層發生轉移。

4.2 高層建筑結構設計中的受力性能

在高層建筑結構的最初設計方案中，注重點不應該在它的具體結構上而是更多地關注它空間組成的特點，這是因為建筑物的空間形式包括水平方向和豎向的穩定性都是依靠建筑物的地面作為支撐的，建筑地面即地基對于建筑物來說是非常重要的，建筑物基本都是由大構件組成的，它們的重量及結構的荷載基本都是向下作用在地面上的，這就要求在建筑結構設計時，首先要搞清楚所選擇的結構體系與地面間承載力的關系，然后對承重墻和承重柱的分布及數量作出總體的設想，這是建筑結構設計方案中很重要的一部分，影響著建筑結構設計的整體質量。

4.3 關于建筑結構設計中扭轉問題的注意

在高層建筑結構中，建筑結構有個很重要的建筑三心即剛度中心、幾何形心和結構重心，在建筑結構設計時要盡量做到三心合一，而建筑結構的扭轉問題就是指在高層建筑結構設計時沒有做到三心合一，并且在水平荷載的作用下發生結構扭轉振動。因此，在建筑結構設計時應盡量選擇合理的結構平面布局及形式，使建筑盡量的三心合一，以免因水平荷載的作用使建筑發生扭轉破壞。在實際的高層建筑中我們也經常會看到一些不規則的平面形式如T形、L形及十字形等比較復雜的平面，這種結構設計，應該盡量讓突出部分的寬度和厚度的比值在規定的范圍之內，讓它的結構盡量處于對稱狀態。

4.4 對結構計算階段的單位面積重度、剪重比及位移限值要注意

在結構計算階段，單位面積重度是衡量樓層何在數據是否正確及構建截面取值合不合理的重要指標之一，其公式為V=G/A(kN/m2)。在同種性質的建筑中，單位面積重度為層數較多的建筑要大于層數少的建筑，剪力墻多的大于剪力墻少的建筑。其剪重比的大小則反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量結構側移的重要標準，其數值的大小從側面反映了結構整體的剛度，剛度的過大或過小會給設計者對結構體系、豎向及平面布置的合理性進行再思考，對于結構計算當中的這些參考數值要給予重視，以便能制定出合理的結構設計。

總結：

建筑結構設計在高層建筑中起著非常重要的作用，同時它又是一項艱巨復雜的工作，需要結構工程師不僅擁有豐富的專業知識及其工作經驗還要有很好的耐性，依據高層建筑的設計原理及設計原則，選擇合適的結構體系，從而建設出具有世界水平的高層建筑。

參考文獻

[1]顧明星.淺談高層建筑的結構設計[J].大科技?科技天地,2011(4)

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1.1 概念設計的意義

高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

1.2 概念設計的依據

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗。

2.高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；

2.1水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

2.2側移成為控制指標

與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

2.3抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

2.4軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。

2.5結構延性是重要設計指標

相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

3.高層建筑結構設計問題分析及對策

3.1提倡節約

我國是發展中國家，還是要盡量提倡節約，目前我國規范中的構造要求，并非都比國外低，有的已經超過。國外大企業在北京買了按我國規范設計的大樓，說明我國規范不是進不了國際市場。現在對安全度進行討論，應注意不要引起誤導，千萬不要誤解提高建筑結構安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪費。實踐已經證明，現行規范安全度是可以接受的。這是重要的經驗，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化，國家經濟實力增強和住宅制度改革現狀，可以將現行設計可靠度水平適當提高一點。這樣投入不大，卻對國家總體和長遠利益有利。

3.2高層建筑結構存在著超高的問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定，針對高層建筑的超高問題，在新規范中不但把原來限制的高度規定為 A級高度，并且增加了 B 級高度，使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中，對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。

3.3考慮受力性能

對于一個建筑物最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的。由于建筑物是由一些大而重的構件所組成的，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量與分布作出總體設想。

3.4提倡使用概念設計

所謂的概念設計一般指不經數值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想。從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的經濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。近十余年來我國的高層建筑建設可謂突飛猛進，其建設速度和建造數量在世界建筑史上都是少有的。但是，從設計質量方面來看卻不容樂觀，多數設計追趕流行時尚，因此在實際中應考慮長遠因素。

3.5 高層建筑結構設計短肢剪力墻設置

我國建筑新規范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在 5～8 的墻，按照實際經驗以及數據，高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結構設計中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

3.6 高層建筑結構設計嵌固端的設置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。

3.7 高層建筑結構的規則性

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高層建筑由于層高的原因，對風具有阻斷和干擾的作用，使得氣流轉從高層建筑的周邊行進，被改變后的氣流會產生使高層建筑振動的強大力量，使高層建筑遭受破壞甚至開裂。針對這一問題，首先必須把高層建筑的基礎設計好，俗話說“萬丈高樓平地起”，可見基礎打好了，才能更好的提高建筑整體承受力。基地采用級配等級較高的砂石，保證回填料的整體密實度，防止不均衡的水平作用力威脅整個地基結構，造成傾覆的威脅，同時在建筑物基礎受力層的底部設置抗拔錨桿，通過對桿體安裝、注漿和錨桿鉆孔等動作，提高建筑基礎的抗拔強度。

1.2抗震結構設計

地球地殼板塊活動異常，抗震結構的考慮始終是高層建筑的薄弱點，高層建筑工程龐大結構復雜，地震發生時可能的后果無法準確估算，外加設計人員在設計過程中未能綜合考慮相關地震的破壞原理，使得建筑結構設計在抗震方面缺乏靈活性。地震發生時地基出現不同的沉降現象，這是導致系列建筑物被損毀的直接原因，所以合理設置抗側力構件的位置，橫向和縱向通過提高抗側力構件的強度，使高層建筑物結構處于平面布置規則對稱的狀態，側向剛度沿豎向宜均勻變化，從而達到一定的抗震效果；設計過程中，使用混凝土剪力墻的結構設計，可以有效提高抗側力結構構件的承重能力，使得建筑物整體的重量更好的分散和延續開來，有效提高抗震效果。

1.3消防結構設計

高層建筑是一個復雜的系統工程，為了滿足各種功能需求，施工過程中需要使用各種功能不同的建筑材料，并且很多材料是可燃的，無疑增加了火災發生的概率。外加高層建筑空氣對流性強，高空段風力比較強大，如果不幸發生火災，無疑為火勢的迅速蔓延提供了條件。所以高層建筑的消防結構設計要有科學性、人性化，切實保障住房使用者的生命財產安全。設計過程中必須全面考慮防火間距的設計、安全疏散功能結構的設計以及阻礙火勢蔓延的分隔結構的設計，堅持以防為主，消防應急處理為輔的設計理念。

1.4工程造價

高層建筑地基設計的質量直接影響著基礎的類型選擇和工程的造價。如何在確保地基質量符合建筑規范要求的同時，又設計出經濟效益最大的高層建筑基礎呢？這就需要建筑設計者綜合考慮工程的相關影響因素，設計前依據地質勘探報告對工程地質的情況充分了解，結合“整片筏基”與“板式筏基+獨立柱基”兩組方式的基礎設計方案，實現最經濟合理的地基量；除此之外，對于高層建筑整體使用的工程材料，都要做好全面的市場調查，找到質量、性能都相對較高的替代材料，同時價格又非常的經濟；工程建設過程中，杜絕材料采購過程中出現的嚴重價格差現象，確保每一分工程款都用在實處。

2高層建筑結構的相關設計原則

2.1高層建筑過程中基礎的設計原則

地基設計是高層建筑結構設計的前提工作，隨著城市人口不斷增加，為提高土地使用率，高層建筑不斷涌現，車庫、人防設施、地下室等不要不斷的增加，通過確定基礎底板的埋置深度以及建筑工程的巖土特征，來選定工程的基礎設計。并且盡量選取天然的筏板基礎。因為基礎的設計工作包含基礎的類型設計以及對地基的處理工作，地基類型的選擇要考慮到建筑物上部結構的荷載、地基的承載力以及整體的工程造價等相關因素。如果在基礎設計過程中天然筏板基礎的沉降量計算過大，那么天然地基筏板就無法得到很好的應用，無疑增加成本，造成不必要的浪費。所以在高層建筑地基的設計過程中，需要詳細研究地質勘探報告，要充分考慮筏板的設計基礎、承載力和變形組成情況等，結合地區的相關地質條件對基礎進行合理設計。

2.2剪力墻設置原則

前文提到過剪力墻在抗震結構設計中的重要作用，高層建筑中剪力墻的位置設置及其數量要求也是高層建筑結構設計原則中的重要考慮因素。現有的相關建筑規劃中，主要描述的都是短肢剪力墻，而短肢剪力墻在實際使用過程中受到很多因素的影響，所以具體設計過程中設計人員都會盡量避免使用這種墻體結構，從而避免了后續相關問題的產生。在具體設計過程中，設計人員不能死板照搬規劃，認為剪力墻只能設置在建筑物兩端，要依據實際情況靈活變通，在建筑的縱向中軸線上也應該增加剪力墻結構設計，同時調整該結構墻的中心位置，合理控制好厚度和截面，以便建筑物的側向位移能保持在可允許的范圍之內。

3筏板設計的綜合設計原則

高層建筑結構筏板基礎的設計過程需要考慮很多的影響因素，還要結合具體施工造價情況對設計方案進行合理有效的調整。具體設計過程中可以通過比較“整片筏基”與“板式筏基+獨立柱基”兩組方式的工程造價，得出經濟效益更加顯著的方案。如果地質勘探的結果顯示地層分布不均勻，上部結構荷載在筏板上分布不均勻，是筏板基礎各部分的沉降差異較明顯的話，那么就可以進行以下調整：調整建筑地表以上結構荷載或者調整網住間距，以達到減少基層壓力差的效果；調整筏板的形狀和面積，均衡壓力差；對底板的強度與剛度予以加強，并且在跨度較大的間柱體之間設置加強板或者暗梁，提高基礎筏板的整體抗壓性能。

篇13

中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：

在新《高規》即《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2010）里規定： 10層及10層以上或者房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑稱為高層建筑。目前我國高度在100米以上的建筑已經遠遠超過了100幢，可見高層建筑日益普及，同時側移和內力也隨著結構高度增加而急劇增加，當高層建筑達到一定高度時，側向位移力很大，這就大幅度提高了對設計的要求，高層建筑結構設計的質量直接關系到建筑的質量。 1 高層建筑結構特點 1.1 軸向變形的重要性 在高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。 1.2 側移是設計的控制參數 在高層建筑中，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在規范規定的某一限度之內。 1.3 結構延性是不容忽視的設計指標 相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。 1.4 水平荷載的決定性作用 一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎向構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。 1.5 抗震設計要求 有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。 2高層建筑結構常見體系 2.1 筒體結構