高层建筑结构设计原理精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇高层建筑结构设计原理，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计；设计原理；原理应用

改革开来以来，我国城镇化建设脚步一直在不停加快，城市人口也在快速增长，使得城市土地变得寸土寸金。于是，为了有效利用有限的城市土地资源，提高城市土地利用率，近几年来，在城市建筑中，建筑结构逐渐向高层建筑发展。并且，这种趋势现在已经变得越来越明显，城市高层建筑高度越来越高，结构越来越复杂，同时，高层建筑的使用功能也逐渐呈现出功能多样化的发展趋势。比如，在同一栋高层建筑内，将建筑分成上中下三个不同的组成部分，上层为住宅功能区，中层为办公功能区，下层为购物、餐饮功能区，彻底改变了以往一栋建筑只提供一种使用功能的结构特点。而由于在同一栋建筑内同时实现了多种不同使用功能，每一种使用功能对建筑物建筑结构和建筑空间的要求都不一样，因此，为了能够更好的实现不同功能的转换，需要在建筑物施工结构设计中设置转换层。目前，在建筑结构设计中应用最广泛的就是设计、计算以及施工都比较简单的梁式转换层结构。

1 梁式转换层结构设计在国内发展历程

我国最早是在上世纪七十年代开始在高层建筑结构设计中应用梁式转换层结构，最开始的时候，我国在高层建筑中应用梁式转换层结构的主要目的是为了实现建筑物底层大开间的建筑结构设计，并没有从根本上实现对建筑功能的转换。不过，梁式转换层结构在我国发展的极为迅速，到了上世纪九十年代，梁式转换层结构设计就已经列入了我国建筑结构体系和设计的相关规定中，并且政府部门对该种结构设计也比较重视，一直在通过不断的摸索和总结来完善梁式转换层结构设计原理和流程[1]。

我国最先应用梁式转换层结构的建筑是在上世纪七十年代末落成于上海，这座最早的应用梁式转换层结构的建筑高度为十三层，为底层大空间结构建筑，但是，当时这座建筑的功能依旧比较单一；接着，在1983年，在大连建成了另一座高度为十五层的应用了梁式转换层结构，并实现多功能的高层建筑，这座建筑，下三层为大空间结构，提供购物、餐饮功能，上十二层为提供住宅功能的住宅区。自此之后，我国应用梁式转换层结构的多功能高层建筑开始逐渐兴起，并迅速成为我国建筑群组成的一部分。

进而二十一世纪，在经济快速发展的推动下，我国城镇化建设脚步也在不断加快，我国多功能高层建筑也开始快速发展，其中，绝大多数建筑在实现功能转换的过程中应用的都是梁式转换层结构。

2 梁式转换层结构在高层建筑中应用的设计原则

2.1 减少高层建筑的竖向构件

在高层建筑的梁式转换层结构设计中，要最大限度的减少建筑物的竖向构件。因为在建筑结构中，应用的竖向构件越多，所需要进行转换的功能结构就越少，梁式转换层结构设计中的刚性就会越小，最终就会影响整个建筑的抗震结构设计，造成安全隐患[2]。

2.2 对称布置转换柱和剪力墙

在对转换柱和剪力墙的位置进行布置的过程中，尽可能保证剪力墙和转换柱的对称性，转换梁上面的转换柱最好甚至在转换梁的正中位置，这样当转换梁发生变形的时候，转换柱的柱脚就不会受到太大的影响，转换柱也不会发生太大的形变，导致转换柱发生剪切和弯曲变形，影响梁式转换层结构的安全性。

2.3 保证梁式转换层的结构刚度

转换层的刚度达不到要求会影响建筑物的抗震效果，因此，在梁式转换层的结构设计中，一定要保证梁式转换层的刚度。在梁式转换层结构设计过程中，通常要求梁的高度要比跨度大至少12%，并且施工所使用的混凝土要是性能最高的混凝土，这样才能够保证转换层的刚度，在满足建筑物安全性要求的基础上实现建筑物功能的转换[3]。另外，在对剪力墙和转换柱进行设计的过程中，也要充分考虑两者的受力情况，对两者性能进行合理设计，只有这样，才能够起到良好的转换作用。

2.4 转换层结构位置不能过高

在对梁式转换层结构进行设计的过程中，一定要注意控制转换层位置的高度，保证其在合理的范围内，否则，一旦转换层高度超过建筑物的标准要求，就会导致转换层的刚度降低、转换柱和转换梁的受力增大，容易发生变形和超筋现象，影响建筑物的抗震效果。如果因为建筑物功能转换需求，就要将转换层的高度升高，则需要根据具体要求适当增加转换层的刚度以及转换柱和转换梁的性能，同时，严格限制落地剪力墙的间距。

2.5 对梁式转换层的结构进行严格计算

梁式转换层结构设计是整个建筑结构设计中比较重要的一个部分，对整个建筑结构的安全性和实用性有着比较重要的影响。因此，在对梁式转换层结构进行设计的过程中，为了保证梁式转换层结构设计的合理性和准确性，一定要对在相关数据进行严格计算。在根据建筑物的实际受力变形状态构建计算模型的时候，应该通过三维空间的整体结构对模型进行整体分析，应用有限元的方法来对转换结构实施局部的补充和计算，务必确保设计计算的准确性。

3 梁式转换层结构设计

3.1 结构形式

梁式转换层结构也被称为是梁式框支剪力墙结构，它是利用下部的转换大梁，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁，形成一种独特的支撑体系，达到转换建筑功能结构的目的。梁式转换层结构是以剪力墙到转换梁，再到转换柱为力量传导途径，由于这种传力途径的表现形式直接、明确，计算、分析和设计都比较方便，而且施工也比较简单，所以在高层建筑功能转化结构设计中，经常使用梁式转换层结构。但是，梁式转换层结构缺点在于，如果建筑物的上下轴线的位置布置错位，在结构设计中就需要增加转换梁的数量，导致建筑物的空间受力情况变得更加复杂，不利于建筑施工[4]。而在实际设计过程中，可以根据梁式转换结构根据建筑物转换功能的具体要求，将转换层分为如图1所示的几种不同结构形式。

3.2 受力机理和设计分析

梁式转换层结构是以剪力墙到转换梁，再到转换柱为力量传导途径，这种传力途径的表现形式直接、明确，比较方便设计的计算和分析。其中，转换梁的受力情况主要受到传导力量的剪力墙的刚度、转换梁自身的刚度以及支撑转换梁的转换柱的刚度影响。因此，为了明确梁式转换层的受力机理，相关研究人员以转换梁所承托的层数对转换梁受力的影响为例，应用了有限元程序对其进行了分析。分析结果表示，当转换梁的跨度不大于十二米时，转换梁承托的层数标准为三层，但是以承托层数为四层或者是五层进行计算时，偏差也没有超过5%，在可承受范围之内。因此，在对承托层数为三到五层的梁式转换层结构进行设计时，就可以直接以三层为标准进行计算。导致这种情况出现的原因主要有两点：其一，是因为转换梁正好处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力；其二，是因为剪力墙体竖向力作用于转换梁时，传力方式就会由竖向传递变成了拱式传递，力量不会直接作用在转换梁上，从而导致转换梁中间位置出现拉力，支座出现轴向压力。

3.3 梁式转换层设计要求

梁式转换层结构设计应该根据建筑物具体功能转换以及转换层力量传到的具体需要，依照建筑物转换层的设计高度要求，在规定高度范围内在一个位置或者是多个位置灵活布置转换结构，同时，在对转换层进行设计过程中，还要充分考虑建筑物的抗震要求，对转换层的刚度进行严格设计[5]。在对大底盘多塔楼的商住高层建筑的转换层进行设计的过程中，塔楼的转换层应该设置在裙房的屋面层，并对屋面转换梁、转换层板的尺寸和厚度进行加大加厚处理，以避免中间出现刚度特别小的楼层，影响建筑物抗震效果。在对普通多功能高层建筑的转换层结构进行设计的过程中，要严格控制转换层的位置高度，地震烈度为7度的地区，转换层高度不能超过5层，地震烈度为8度的地区不能超过3层。

4 结束语

现在，在城市建筑中，高层建筑数量越来越过，其中还有很大一部分是属于多功能高层建筑，这些建筑结构复杂，不同功能区对建筑空间的需求也不一样，需要通过转换层来实现功能转换，增加了高层建筑结构设计难度。当前，在转换层结构设计过程中，应用最广泛的就是计算、分析和设计都比较简单的梁式转换层结构设计，通过其设计，更好的实现高层建筑的功能转换需求。

参考文献

[1]谢晓峰.高层建筑转换层结构形式的应用现状及问题[J].广东土木与建筑，2010（2）.

[2]何若全.高层建筑中转换层结构的现状和发展[J].苏州城建环保学院学报，2011（9）.

[3]舒赣平.高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计[J].建筑结构，2011（6）.

[4]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

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【关键词】高层建筑；梁式转换层结构设计；应用

近些年来，随着城市化发展进程的不断加快，为了满足人们对建筑功能多样化的需求，高层建筑平面布置与立面体型越来越复杂。其中较为常见的类型就是：下面为商场或者娱乐场所，上部为住宅。下部空间相对自由灵活，大柱网、少墙体，可以达到公共使用标准；上部主要利用墙体进行分隔，达到住宅需求。此种设计，导致上部与下部设计区别较大，违背了常规的竖向布置。所以，在进行实际设计的时候，可以考虑不同结构体系转换的形式，保证建筑结构安全、经济的情况，实现建筑的功能要求。

1.转换层结构设计原则

1.1竖向布置

转换层结构可以结合建筑功能与结构传力需求，沿着高层建筑高度方向一处或者多处进行灵活布置；也可以结合建筑功能需求，在楼层局部位置进行转换层设置，并且在此空间中既可以进行楼层的正常使用，也可以将其当成是设备层，但是，一定要保证其具有足够的刚度，避免沿竖向刚度过于悬殊。对于大底盘多塔楼商住建筑而言，塔楼转换层应设在裙房，并且加大梁尺寸与板的厚度，尽可能防止中间出现刚度过小的楼层，降低震害。

1.2结构布置

通过相关研究表明，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度也就相差越大，转换层上、下内力传递途径也在发生变化；除此之外，转换层越高，落地剪力与筒体也容易出现裂缝，进而导致框支柱内力加大，转换层墙体容易被破坏。总之，转换层位置太高，不利于建筑抗震。底部带有转换层结构，其上部竖向构件不可以直接落地，一定要保证其与转换梁的可靠传力。根据现有工作经验总结，转换层构件可以采用大梁、斜撑、箱形等结构。因为转换层在高烈度区应用较少，在进行设计的时候，一定要予以充分的重视。

1.3抗震设计

为了确保设计的稳定性与安全性，规定一些框支剪力墙结构转换层必须设置在五层以下，其框支柱、剪力墙底部加强区抗震等级一定要按照相应的规范标准进行提高，保证结构的抗震性能。在计算转换层转换构件水平地震作用的时候，需要将其计算内力进行调整，以保证建筑具有足够的抗震性能。

2.梁式转换层结构设计和构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径经过多次转换，受力情况非常复杂。框支主梁除了需要承载其上部剪力墙作用之外，还要承担梁传递的剪力、弯矩、扭矩，非常容易破坏框支主梁。针对具有抗震性能要求的建筑而言，为了有效改善建筑结构的受力情况，增强其抗震性能，在进行平面设置的时候，可以进行剪力墙落地设计，并且贯通基础，形成良好的受力体系，保证建筑的稳定性与安全性。

2.1转换梁设计和构造

转换梁截面尺寸通常是由剪压比计算得到，进而降低其脆性破坏率。在转换梁上不要开洞，如果一定要进行开洞，需要将洞口设置在梁中和轴附近。并且在上下弦杆处一定要采取强化措施，保证箍筋加密，提高结构抗剪能力。在计算上下弦杆箍筋的时候，取放大系数为1.2。当洞口内力比较大的时候，可以利用型钢进行强化。同时，转换梁混凝土的强度等级要求不小于C30。转换梁上下主筋最小配筋率为0.3%(非抗震设计)，转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，并且保证上部纵筋中有50%的钢筋全长贯通。

2.2框支柱设计和构造

框支柱截面尺寸均是由轴压比进行计算决定的。在地震作用下，框支柱内力需要进行一定的调整：在进行抗震设计的时候，一定要将框支柱柱顶弯矩乘以放大系数，同时根据放大之后弯矩进行配筋的计算。剪力调整：在计算框支柱地震剪力值的时候，可以按照以下标准进行：当框支柱数量不超过十根，框支层是1～2层的时候，其剪力为基底剪力的2%；当框支层为3层以及3层以上的时候，其剪力为基底剪力的3%；当框支柱数量超过十根，框支层是1～2层的时候，其剪力为基底剪力的20%；当框支层为3层以及3层以上的时候，其剪力为基底剪力的30%；在完成框支柱剪力调整之后，一定要对框支柱弯矩进行调整。

框支柱纵向全部配筋，抗震等级是一级时，其配筋率不应低于1.15%，二级时不应低于0.95%，非抗震设计时不应低于0.75%。在进行抗震设计的时候，其纵向钢筋间距不宜超过200mm，并且也不应低于80mm，配筋率不宜超过4%。

2.3转换梁截面设计

在设计转换梁截面的时候，一定要对其进行有限元的分析，明确其应力分析情况，为了可以直接利用其分析结果，计算截面配筋，在不考虑混凝土抗拉作用的情况下，全部拉力均由钢筋承担，达到其屈服强度。当转换梁承托上部普通框架的时候，需要在常用截面尺寸内，根据普通梁截面设计形式对配筋进行相应的计算。当转换梁承托上部斜杆框架的时候，转换梁将会承载轴向拉力，并且按照偏心受拉构件对截面进行相应的设计与计算。

2.4托墙形式转换梁截面设计

当转换梁承托上部墙体满跨不开洞的时候，其和上部墙体一同作用，其受力特征和破坏形态为深梁，这时，需要进行深梁截面设计或者是利用应力截面设计，对转换梁进行相应的设计，并且计算纵向钢筋的分布。因为转换梁跨中范围较大，内力也较大，因此，需要保证底部钢筋不弯起与截断，一定要伸入支座。当转换梁承托上部墙体是小墙肢的时候，基本可以根据普通梁截面设计法进行转换梁截面与配筋的计算，保证结构设计的合理性。

3.工程实例应用

3.1工程概况

某建筑工程项目1#楼地上三十层，两层地下车库，1～2层为商业裙楼，转换层设置在裙楼屋面，3～30层为塔楼，屋面以上有一层电梯机房，建筑总宽度是27m，总长度是41m，室内外高差是0.15m，建筑高度是95.9m,总建筑面积是20761，商业面积是1384，住宅19377，此工程设计使用期限是50年，抗震设防烈度是6度，场地类别是Ⅰ1类。

3.2梁式转换层结构设计

在此工程中，梁式转换层结构构件尺寸如表1所示。

表1梁式转换层结构构件尺寸

在此工程中，采用梁式转换层设计，以保证传力更加明确、直接；计算相对比较简单，施工方便。在布置转换梁上，只对少数部分布置二级转换，二级转换传力相对复杂，应该尽量避免。在进行结构布置的时候，尽量使转换梁与墙、柱中心线重合，以减小偏心作用带来的影响。此项目因为所处的位置商业价值高，所以采用了大转（下转第138页）（上接第78页）换，转换剪力墙的比例达到80%。设计的时候采用了加厚落地剪力墙的方式调整转换层上下的刚度比，使其符合规范要求。

4.结束语

总而言之，随着高层建筑项目的不断增多，梁式转换层结构设计得到了广泛的应用。在进行具体设计的时候，一定要结合工程实际情况，选用最佳的转换方案，进而在保证高层建筑功能正常发挥的同时，提高高层建筑工程的质量，保证其具足够的稳定性、安全性与经济性。[科]

【参考文献】

［1］黄襄云，陈建秋，金建敏等.高层建筑转换层结构的研究现状及发展方向[J].四川建筑科学研究，2010（02）.

［2］魏剑侠，王景枝，薛全超.高层建筑梁式转换层结构设计的要点[A].现代建设工程应用技术学术交流会论文集[C].2009.

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关键词:高层建筑;结构设计;问题;概念设计

随着经济的迅速发展，受城市化人口的增长与土地使用环境的矛盾，高层建筑逐渐成为了建筑发展一种趋势。房屋结构形式的改变，也使得高层建筑的结构形式也日益复杂。高层建筑的结构形式常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框筒结构等不同的结构形式来满足不同类型及不同高层建筑的设计需求，不同类型建筑采用的结构形式也不尽相同。正由于这种多样性，就突出了结构设计中概念设计的重要性。下面就高层建筑在结构设计过程中的概念设计来分析一些在高层建筑结构设计中需要注意的问题。

1高层建筑的定义

通常在建筑结构设计中，我们常把10层及10层以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高层民用建筑统称为高层建筑。高层建筑在结构设计中与低层建筑、多层建筑相比较而言，其竖向和水平结构体系设计的基本原理还是相同的。但较于低层多层建筑不同的是，在低层多层建筑结构设计中，竖向荷载一般是影响结构体系的主要控制因素，但在高层建筑结构设计过程中，随着建筑高度的增加，虽然竖向荷载仍会对结构设计产生影响，但由于高层建筑整体结构体系会较低层多层建筑而言整体结构刚度偏柔，受到水平力作用如风荷载作用影响较为强烈，在这种情况下，竖向结构体系的设计就成为整个结构实际的主控因素，在高层建筑设计里要注重水平力的作用，保证整体建筑结构的刚性。

2结构设计中概念设计的主要内容

随着社会的发展，建筑空间的使用功能也有些各种类型的需求变化。在高层建筑结构设计中，对于不同类型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的与之相对应的适合的结构体系，使得建筑达到安全可靠且较为经济的目的。为了达到这一目的，就需要概念设计先行。在高层建筑结构设计的过程中，概念设计其实是结构工程师根据个人工程经验，在对整体建筑使用功能情况、建筑总高度和建筑所处的地理环境、地质环境有一种较为宏观的把握下提出的与之相对应的较为经济合适的结构体系设计。简而言之，就是根据工程经验对现有建筑环境、地理环境等前提下拟定大致的结构体系布置，为接下来的深化建模后续的设计计算等提供大致思路，起一个指导性的作用。

3结构设计中的注意问题

(1)高层建筑建筑材料选取及建筑平面设计:高层建筑材料建议采用较为轻质的砌体材料作为填充墙的材质，避免因墙体材料荷载过大，对结构构件和基础造成较大的负荷。在建筑设计过程中，也尽量避免平面过于不规则和竖向刚度突变的情况;

(2)结构体系的选取:高层建筑的结构体系与多层、低层建筑的结构体系较为不同。多层低层建筑在建筑结构设计过程中，主要受竖向荷载作用，由于层高较矮，风压对于建筑物结构的影响较小。但高层建筑则不同，由于建筑物高度较高，受水平力影响作用较大。而且，由于现在高层建筑的使用功能五花八门，有时候为了不影响建筑物功能的正常使用，会对结构构件例如柱墙的尺寸有限制，这也为高层建筑结构设计增加了难点，而且高层建筑结构的整体刚性本就相对于多层低层建筑结构偏柔，所以，在高层建筑结构设计中，结构体系的选择显得尤为重要。在高层建筑结构设计的概念设计之初，应根据建筑需求，优先选择结构体系较为规则的，结构平面布置最好是简单规则，减少偏心，且需考虑结构的抗风性以及抗震性，尽量避免刚性突变易产生薄弱层的结构体系。对于有特殊需求的部分在设计中进行调整。由于高层建筑在其正常使用过程中，常伴随着水平力(例如风荷载)的作用，所以在设计之初就要考虑水平力作用对高层建筑结构的影响。在高层建筑结构设计中，尽量保证建筑结构的质量、刚度和承载力的均匀分布，避免因水平力作用而扭转产生扭转振动，使建筑结构遭到破坏，且不宜采用严重不规则的结构平面布置。所以考虑水平力对高层建筑结构的影响，在高层建筑结构设计过程中，尽量将建筑结构的几何形心、刚度中心和结构重心保持一致，结构均匀布置;

(3)对高层建筑结构设计中各构件的要求:

①高层建筑由于高度高，其整体结构的自重也较为笨重，上部结构重力荷载的上升使得整个建设项目中对于建筑基础的要求也更为严苛。这就要求在高层建筑结构设计过程中对于基础的设计选型有着更严格的把控。高层建筑结构设计中对于基础的选型要根据甲方提供的地质勘察报告书结合上部建筑结构的具体柱底轴力及其地质条件，施工条件来选择恰当的基础类型，不能死搬硬套，遇到不同类型的地质条件或施工条件限制，可选用不同的基础类型;

②高层建筑在随着高度的增加，地震作用与风压作用对整体结构体系的影响也越来越大，刚度过于柔的结构体系在水平地震作用或风作用下，位移过大，容易产生侧向变形。一般而言，过大的侧向变形会引起摇晃，不仅会让居住在建筑物上的人们的舒适度降低，影响正常生活质量，还会使建筑的填充墙因产生侧向剪切导致开裂影响建筑物正常使用，严重时甚至会导致结构主体出现裂缝，导致结构主体破坏。在高层建筑设计规范中也明确注明了对于不同建筑结构类型的位移的要求。因此高层建筑位移的控制或成为高层建筑结构设计中的主要矛盾，适当加大建筑结构的刚度，保证按规范里的严格控制;

③在当今高层建筑发展的今天，高层建筑的结构形式一般常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框架—剪力墙结构等不同的结构体系。建筑正常使用过程中各类荷载的传导过程中，不管经过了多少次多么复杂的传导过程，最终都是各项荷载从水平传导转为竖向传导，框架柱或者剪力墙作为竖向结构构件，在高层建筑结构中有着不可忽视的决定性作用。按理说，低层由于承受上部传导的较为巨大的荷载，理性适当加大柱截面，但由于建筑功能的多样化，很多框架柱或剪力墙的截面都有受到限制，这就要求结构设计师在框架柱或剪力墙截面及其布置的选择上应在保证安全的情况下考虑其实用性。故不宜做过大的框架柱或者剪力墙，适当提高柱墙的混凝土等级以降低柱子或剪力墙的轴压比。在高层建筑设计过程中，竖向构件的压轴比是一个及其需要重视的内容。各种模拟实验数据和地震震害调查表明，当框架柱或剪力墙的轴压比过大的时候，当构件遇到水平作用(如地震作用)时的延性变形能力就会大大减弱，极易产生脆性的剪切破坏，而一旦竖向构件产生了破坏，往往使整体结构遭到破坏。所以在高层建筑结构设计时应控制柱的轴压比，用以提高或保证框架柱或者剪力墙的延性，保证结构的安全性。

4结束语

随着经济的发展，城市化建设的进程加快，高层建筑日益增多，对于高层建筑结构质量也较为严苛，为保证高层建筑结构的安全性和可靠性，对于结构设计师而言，高层建筑结构设计的要求也增多了。总之，高层建筑结构设计是一个较为复杂的长期的甚至可能是往复循环推敲的过程，任何遗漏或者错误都可能使整个结构设计过程变得复杂。高层建筑的结构设计比较灵活，结构体系也比较多，为了保证建筑质量和减少往复的工作量，在设计之初就需要先拟定高层建筑结构概念设计，并在计算推敲过程中把握解决对于高层建筑结构设计中容易出现的问题，更有效率地完成高层建筑结构设计。

参考文献

［1］方正．某高层建筑结构设计探讨［J］．四川建材，2011，37(3):52－53．

［2］赵东晓．高层建筑结构设计的问题与对策研究［J］．商品混凝土，2012，9(9)

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关键词:高层建筑 建筑结构 设计要点

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化, 城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要, 促使高层建筑得以快速发展。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求, 作为一个庞大复杂的系统，高层建筑的结构设计，一方面要满足包括抗震，抗风等在内的安全性能的要求，另一方面，也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。

一、高层建筑结构设计的意义及依据

1.概念设计的意义

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

2.概念设计的依据

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

二、高层建筑结构设计的原则

1. 选择合理的高层建筑结构计算简图

在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2. 选择合理的高层建筑结构基础设计

按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。

3. 选择合理的高层建筑结构方案

合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

4. 对计算结果进行准确的分析

随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。

5. 高层建筑的结构设计要采用相应构造措

施高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

三、高层建筑结构设计问题分析

1. 高层建筑结构受力性能

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

2. 高层建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

3. 高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4. 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置

我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

5. 高层建筑结构设计嵌固端的设置

一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

6. 高层建筑结构的规则性

在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

结束语：

随着高层建筑进一步的发展，高层结构的设计越发重要起来，结构设计是一项集结构分析，数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。

参考文献：

[1]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程,2010.2:214.

[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程,2011.1:99.

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【摘要】高层建筑已成为我国楼房建筑中的主流，随着人们生活水平的提高，人们对楼房的要求也越来越高，高层建筑不仅要舒适，还要具有安全性、经济性等，本文就针对高层建筑结构设计进行简单的探讨。

【关键词】高层建筑；结构设计

随着社会的发展，我国城市的用地面积越来越少，城市的建筑也越来越趋于向高层建筑发展，现在大部分楼层都在十几层以上，三四十层高的楼也已经不少见。建筑的体型和功能越来越复杂，结构体系及结构材料也更为多样化，这样的高层建筑，其结构设计也就成为结构工程师的难点和重点。

1 高层建筑结构设计的概念及内容

高层建筑结构设计是指根据高层建筑特性的建筑结构设计，在满足适用、安全、经济、耐久和施工可行的前提下，按有关的设计标准规定，对建筑结构进行技术经济分析、总体布置、计算、构造及制图工作，并寻求优化的过程。简单来说，就是用结构语言表达出工程师们想表达的东西。在建筑结构设计中，就是把建筑物或者建筑结构体系中的墙、柱子、楼梯、梁等用图纸中的结构元素来表示出来，同时还要计算出它的抗力及承重等能力。在结构设计中主要包括结构方案、结构计算及施工图设计三个阶段，每个阶段对于结构设计来说都是很重要的。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 水平力成为结构设计的主要因素

当建筑物高度增加时，水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。我们知道：建筑物楼面的使用荷载和自重在竖向构件产生的弯矩和轴力与其高度的一次方成正比，水平荷载产生的弯矩及轴力与建筑物高度的二次方成正比，水平荷载产生的结构侧向位移与建筑高度的四次方成正比。因此，在高层建筑中，结构要使用更多材料来抵抗水平力，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，所以结构的抗侧力设计成为高层建筑结构设计的主要因素。

2.2 高层建筑中的侧移控制

与低层建筑相比，高层建筑结构设计中的另一个关键因素就是侧移，当建筑越高时，结构的侧移变形就会越大。过大的结构侧移会造成显著的重力二阶效应，造成结构内力增大并影响结构稳定，过大的侧移也会造成建筑构件或设备的破坏以及使用者的不适。对于一定的水平作用，结构的抗侧刚度大，那么结构侧移就小。但过刚的结构也会造成结构地震作用不必要的增大，所以结构设计中要控制结构的合理刚度，把侧移控制在合理范围。

2.3 更高的抗震设计要求

抗震设防区的高层建筑必须具有良好的抗震性能，做到小震不坏，中震可修，大震不倒。相对与多层结构，高层结构在地震作用下，具有更大的水平作用及侧移，因此，高层建筑平立面也更讲究规则性，结构要求具有更高的抗震等级。对于一些较高的高层建筑或具有薄弱层的高层建筑，也要求进行弹塑性分析进行补充设计。

2.4 高层建筑竖向压缩变形不容忽视

高层建筑中，竖向构件的轴力往往较大，其产生的压缩变形量往往相当可观，因此结构设计中要考虑到竖向构件的压缩变形。

3 高层建筑结构设计需选择合适的结构体系

在结构设计当中，结构体系的选择是很重要的一步，合理的结构体系不但可满足结构的受力要求，更具有良好的经济性及更高的结构安全富余。常用的结构体系有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架―剪力墙结构体系以及筒体结构体系。

3.1 框架结构体系

框架结构主要由梁柱等杆件单元形成空间的框架结构体系，可以承受竖向荷载及一定的水平力的作用。框架结构的优点是计算理论成熟，杆件受力明确，结构的布置灵活，一定高度内造价较低。缺点是抗侧刚度较弱，在水平力作用下会产生较大的侧移，且大部分侧移发生在内力较大的结构底部部位，破坏后易产生严重后果。因此框架结构常应用于层数较少，高度较低的建筑中。

3.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构是空间盒子式结构，其水平作用和竖向荷载完全由剪力墙体承受，其刚度及空间整体性都比较好。剪力墙结构体系的优点是抗水平作用能力强、整体性好、用钢量较小，可以适用较高的建筑。缺点是因剪力墙布置的要求，不易布置成较大的房间。因此剪力墙结构常应用于住宅及宾馆类建筑中。

3.3 框架―剪力墙结构体系

在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架―剪力墙结构，这种结构既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水平作用的能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

3.4 筒体结构体系

这种体系是在框架结构、剪力墙结构的体系上发展起来，当高层建筑不断地增加层数、高度越来越高时，原来的框架、剪力墙结构就变得不合理和不经济了，简体结构就相应地诞生了，它是将剪力墙围成箱型，构成了一个空间薄壁筒体，可以提供更大的侧向刚度，所以筒体结构可以适用与更高的建筑。

4 高层建筑结构中需要注意的几个问题

4.1 抗震设计中的注意事项

高层建筑结构设计中的抗震设计是非常重要的一部分，它应符合抗震概念设计的要求，选择规则的设计方案，规则结构其刚度、承载能力及变形能力更强，不规则结构一般会破坏整个结构承受风荷载、重力荷载及抗震能力，因此尽量选择设计对称、规则的结构方案。另外，在抗震设计中，还要注意到结构构件本身的刚度、延性、稳定性及承载力等方面性能，且要遵守强剪弱弯、强柱弱梁、强底层柱及弱构件强节点的原则。对于结构的薄弱环节，要采取措施加强其抗震的能力同时要重视整体结构中其他部位的刚度及承载能力，以免薄弱层发生转移。

4.2 高层建筑结构设计中的受力性能

在高层建筑结构的最初设计方案中，注重点不应该在它的具体结构上而是更多地关注它空间组成的特点，这是因为建筑物的空间形式包括水平方向和竖向的稳定性都是依靠建筑物的地面作为支撑的，建筑地面即地基对于建筑物来说是非常重要的，建筑物基本都是由大构件组成的，它们的重量及结构的荷载基本都是向下作用在地面上的，这就要求在建筑结构设计时，首先要搞清楚所选择的结构体系与地面间承载力的关系，然后对承重墙和承重柱的分布及数量作出总体的设想，这是建筑结构设计方案中很重要的一部分，影响着建筑结构设计的整体质量。

4.3 关于建筑结构设计中扭转问题的注意

在高层建筑结构中，建筑结构有个很重要的建筑三心即刚度中心、几何形心和结构重心，在建筑结构设计时要尽量做到三心合一，而建筑结构的扭转问题就是指在高层建筑结构设计时没有做到三心合一，并且在水平荷载的作用下发生结构扭转振动。因此，在建筑结构设计时应尽量选择合理的结构平面布局及形式，使建筑尽量的三心合一，以免因水平荷载的作用使建筑发生扭转破坏。在实际的高层建筑中我们也经常会看到一些不规则的平面形式如T形、L形及十字形等比较复杂的平面，这种结构设计，应该尽量让突出部分的宽度和厚度的比值在规定的范围之内，让它的结构尽量处于对称状态。

4.4 对结构计算阶段的单位面积重度、剪重比及位移限值要注意

在结构计算阶段，单位面积重度是衡量楼层何在数据是否正确及构建截面取值合不合理的重要指标之一，其公式为V=G/A(kN/m2)。在同种性质的建筑中，单位面积重度为层数较多的建筑要大于层数少的建筑，剪力墙多的大于剪力墙少的建筑。其剪重比的大小则反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量结构侧移的重要标准，其数值的大小从侧面反映了结构整体的刚度，刚度的过大或过小会给设计者对结构体系、竖向及平面布置的合理性进行再思考，对于结构计算当中的这些参考数值要给予重视，以便能制定出合理的结构设计。

总结：

建筑结构设计在高层建筑中起着非常重要的作用，同时它又是一项艰巨复杂的工作，需要结构工程师不仅拥有丰富的专业知识及其工作经验还要有很好的耐性，依据高层建筑的设计原理及设计原则，选择合适的结构体系，从而建设出具有世界水平的高层建筑。

参考文献

[1]顾明星.浅谈高层建筑的结构设计[J].大科技・科技天地,2011(4)

[2]傅慧华.浅谈高层建筑的结构设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(13)

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关键词：高层建筑；高层建筑结构设计；问题

1高层建筑结构设计的意义及依据

1.1概念设计的意义

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

1.2概念设计的依据

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

2高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

2.1水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2.4轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

2.5结构延性是重要设计指标

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3高层建筑结构体系的选型

建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小偏心受压构件。

根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。

4高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2高层建筑结构设计短肢剪力墙设置

我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5～8的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3高层建筑结构设计嵌固端的设置

一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4高层建筑结构的规则性

在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

5结束语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，分析了高层建筑的结构特征，高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策，可以为高层建筑结构设计提供参考和依据。

参考文献：

[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

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关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；结构体系

随着社会与经济的蓬勃发展，特别是随着城市建设的发展，高层建筑在城市中应运而生。城市中的高层建筑成为反映城市经济繁荣和社会进步的重要标志。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，高层建筑的结构体系也是越来越多样化。如何合理设计城市建筑结构以满足人们日益增长的需求成为社会关注的焦点。高层建筑在进行结构设计时，不仅要考虑建筑的安全性，还要考虑建筑的功能性。

1、高层建筑结构设计

高层建筑结构设计是为了满足人们越来越多的建筑功能需求为基本目标的。因此，在进行高层建筑的结构设计时，要充分考虑到当地的经济状况与和人民的生活水平以及施工条件的限制等因素。另外，高层建筑结构并不是低层建筑结构的叠加，其对于建筑结构的力学性质、设计构造原理的要求更加严格规范。

现代高层建筑结构的形式具备多样化、复杂化的特点，除了原有的几种基本结构形式，如框架结构、剪力墙结构以及筒体结构等，还需要根据不同建筑的功能需求而增加其他的结构，同时这也使得建筑中节点的连接形式更加复杂，不同的构件连接需要利用不同的节点类型，这是关系着高层建筑结构安全稳定的重要因素。另外，高层建筑在增大基层载荷的同时也为竖向结构带来了更多的载荷，对墙体、柱体的结构强度和支撑能力要求更高。

高层建筑的结构设计是一项涉及知识面较广，考虑因素较多的现代化建筑设计方式，在设计中除了要发挥设计的先进性，使建筑功能得到很好的体现，还要做好与经济性的协调工作。

2、高层建筑结构设计特点

高层建筑相较于低层建筑来讲，其结构设计需要更加严谨科学。笔者通过对现有的高层建筑结构进行深入的研究与分析，结合自身对建筑结构设计的理解，提出了高层建筑结构设计不同于其他建筑结构设计的几个特点，主要表现在水平荷载、轴向变形、侧移以及结构延性这几方面。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4结构延性是重要设计指标。一般在建筑施工设计中，在保证建筑物应有的强度的同时，要需要保证建筑物具有一定的延性。这是为了使建筑物具有一定的变形能力，以适应因自然环境或人为因素而引起的楼房震动，避免因缺乏延性而在轻微震动中就发生建筑倒塌事故。高层建筑相对于低层建筑来讲，延性需要更大一些，即保证高层建筑的结构更柔一些，这就需要在结构设计中采取合理科学的措施，使高层建筑结构在使用中具有足够的延性。

3、高层建筑的结构体系设计分析

3.1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。

3.2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。

3.3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，包括单筒体、筒体－框架、筒中筒、多束筒等多种型式。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。

4、高层建筑结构设计经济性分析

建筑结构的经济性是衡量建筑结构设计优劣的重要指标之一，一套好的建筑结构设计方案，不但要具有较强的实用性，还需要具备一定的经济性。尤其在高层建筑逐渐成为建筑结构的主流形式的今天，分析高层建筑结构的经济性对于我国建筑业的发展是很有意义的。

建筑结构的经济性是指一项建筑工程项目在以最低的成本投入下，获得最大的效用。其主要体现在建筑材料、空间设计、施工方法、建筑结构设置以及能源资源的利用这几个方面。例如在关于建筑材料的设计中，除了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，还要利用结构设计的灵活性，最大程度的减少材料的使用量来达到预期效果。在建筑空间组织、利用的高效化方面，除了要坚持对平面面积的充分利用，还要注重三维空间的挖掘。比如在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。或者在空间住宅的设计中则对厨房、厕所的上区、卧室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和经济性。

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关键词：高层建筑；高层结构设计；抗震；常见问题；

一、高层建筑结构设计的意义及依据 1.1概念设计的意义 高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2概念设计的依据 高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

二、高层建筑结构设计的几个问题及设计方面的原则 2.1高层建筑结构受力性能 对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，因此，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 2.2高层建筑结构设计中的扭转问题 在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

2.3 选用适当的计算简图：结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故经常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

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[关键词]高层建筑结构设计建议

中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0163-01

随着社会的不断进步和科技的不断发展，高层建筑越来越广泛的出现在城市建设中。高层建筑的结构设计已经成为了高层建筑设计的重点内容，因此，研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。在对高层建筑进行结构设计时，必须以高层建筑结构设计理论为基础，对影响高层建筑结构的主要因素进行深入的分析研究，做到精心设计，确保质量、安全。

1、高层建筑结构设计的特点

相对多层建筑而言，高层建筑结构设计所占的地位要重要得多，这是由于高层结构形式的选择将直接关系到建筑物的平面、立面、层高、设备安装、施工技术以及工程造价等多方面因素。不当的结构形式不仅会影响使用功能和造价，严重的还会影响其抗震性能，危害建筑物安全。其特点主要有：

1.1 水平荷载成为决定因素

在多层房屋的结构设计中，由结构自重产生的重力决定着结构设计，而在高层建筑中，水平荷载却起着决定性作用。其原因一方面，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；而另一方面根据力学原理，由水平荷载对结构产生的倾覆力矩在构件中引起的轴力，则与楼房高度的两次方成正比。水平荷载主要包括风荷载和地震作用，其大小与结构的动力特性有关，是高层结构设计的重点。

1.2 结构侧移是高层结构设计中的关键指标

随着楼房高度的增加，水平荷载作用下结构的侧向位移随着建筑物高度的增加而迅速增大，与建筑高度的 4次方成正比，并且由于新材料及新的建筑形式的应用， 其侧向位移也迅速增大。如果侧向位移控制不好，轻则使居住人员有着不安全的感或使填充墙等建筑装饰开裂，重则导致房屋侧塌， 影响结构安全，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。

1.3 抗震性能是重要因素

小震不坏、大震不倒是高层建筑抗震设计的基本要求。高层建筑结构的抗震设计，除了要考虑常规设计中的竖向荷载、风荷载外，还必须考虑地震载荷，使结构具有良好的抗震性能。

2、目前高层建筑结构设计的常见问题

2.1 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。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。

2.2 抗争性能问题

由于国家财力物力有限，我国建筑结构我国现行抗震设防标准比较低，另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，

2.3 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。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。

3、提高高层建筑结构设计质量的建议

3.1 合理选择建筑结构的材料和形式

根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构系。根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。

3.2 优化结构构件设计

（1）增加抗弯结构体系的有效宽度，以调整结构的抗侧刚度。这样做，是非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力。从材料力学的基本知识可以知道，同样面积、抗倾覆力同结构宽度的关系不同形状，可以获得不同的其几何特征。例如：相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。

（2）剪力墙超筋的情况。剪力墙暗柱超筋。软件中设定的暗柱最大配筋率是4%，而各规范以边缘构件方式给出了剪力墙主筋的配筋面积，没有最大配筋率。所以当程序给出剪力墙超筋的警告信息时，可以酌情考虑；当剪力墙连梁超筋时，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承载力不够。

3.3 设置变形缝

（1）沉降缝的设置。在建筑物的下列部位应设置沉降缝：地基土的压缩性有明显差异处；平面形状复杂的建筑物转折部位；高度差异或荷载差异处；建筑结构（或基础）类型不同处；过长的砖石承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；局部地下室的边缘；地基基础处理方法不同处。

（2）伸缩缝的设置排架结构的柱高（从基础顶面算起）低于sm时，宜适当减小伸缩缝间距。

3.4 结构的超高问题

在抗震规范和高规中，对结构的总高度有着严格的限制，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级高度以外，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.5 嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，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的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，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埋下安全隐患。

3.6 结构的规则性问题

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添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，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4、结语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，从高层建筑的结构特征来看，在高层建筑结构设计中，结构工程师应从结构的安全、使用功能、建筑美观等方面进行全盘考虑，运用掌握的知识和经验处理实际遇到的各种问题，才能设计出安全合理的高层建筑结构。

参考文献

[1] 王旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010.2.

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关键词：高层建筑结构设计；可持续发展；教学改革

中图分类号：TU317；G642 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2013）02-0072-04

高校肩负着培养高层次人才的重任，高校所培养的人才将直接或间接地影响社会的可持续发展。近年来，全国高校都在致力于探索如何培养新世纪的合格人才，即满足社会可持续发展的人才。这种人才的培养，要求高校在教学过程中转变教育观念，积极大胆地进行教学改革，树立面向社会、面向世界、面向未来、可持续发展的教育观。因此，在教学过程中就要更加突出对人的全面发展的整体要求，这无疑对高校教师提出了严峻的挑战。

高层建筑结构设计是土木工程专业的核心课程之一，是一门与工程实际紧密联系的专业技术课程，其工程实践性和综合性都很强。土木工程专业学生毕业后大多从事高层建筑结构设计、施工及技术管理等工作。因此，做好该课程的教学工作，让学生掌握高层建筑结构的分析理论与设计方法，对学生进行毕业设计和毕业后所从事的工作，具有十分重要的意义。

一、教学内容存在的问题

高层建筑结构设计课程内容繁多、覆盖面广，涉及很多抽象的理论、公式，以及复杂的实际工程问题，而教学计划仅40学时，内容多与课时少的矛盾十分突出。因此，在教学过程中教学内容的选择尤为重要。

（一）根据不同生源的学生，选择不同的教学内容

学校高层建筑结构设计课程授课对象有土木工程专业统招本科和专升本学生，以及建筑学专业学生，基础差异较大。特别是专升本学生，部分学生的专科专业学的不是土木工程专业，在学习专业课时较为吃力。而建筑学专业学生，力学基础薄弱，大纲不要求掌握复杂的理论分析和结构设计过程，侧重于常见结构体系的选型、结构布置原则等基本概念、基本原理的掌握。因此，必须根据生源不同，选择不同的授课内容和授课方法。

（二）精选授课内容，避免重复

高层建筑结构设计是在修完混凝土结构与砌体结构、土力学与地基基础、基础工程和建筑结构抗震设计等课程之后开设的，与它们有紧密的联系。因此，在教学过程中会碰到较多的内容重复现象，例如：地震作用计算和框架结构设计等教学内容与建筑结构抗震设计课程中的相关内容重复；基础设计和基础工程课程中的部分内容重复，等等。这就需要教师做好已有知识和新内容之间的区分和衔接，避免与前述课程内容重复，在课堂讲解中做到重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点，提高教学效率。

二、教学方法改革实践

（一）多媒体教学与板书结合

针对高层建筑结构设计课程的特点，采用现代化教学手段与传统教学手段相结合的授课方法。通过投影设备，将文字、图片、动画、录像等教学信息直观地呈现给学生，不仅节约了板书过程所占用的时间，丰富了课堂内容，而且生动、形象地介绍国内外高层建筑最新发展的情况能激发学生浓厚的学习兴趣，提高教学效果。为保证学生的听课质量，在讲解该课程核心内容框架结构设计时，采用板书进行全过程公式推导，辅助算例讲解，使学生印象深刻，易于掌握。

（二）工程案例教学

高层建筑结构设计必须遵循《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]，学生在学习过程中普遍反映规范中的内容晦涩难懂，难以联系具体工程实体，缺乏整体观，结构设计还只是停留在利用混凝土结构设计理论对单个构件进行设计，对结构的整体设计难以形成系统的思路。对此，在教学中可以结合具体工程实例详细讲解。如在框架―剪力墙结构设计章节中，直接讲解规范给定的公式未免空洞；然而，若选定某高层框架―剪力墙结构具体实例，从柱网布置、剪力墙数量估算及类型判断，纵、横向墙体单元划分，计算简图，确定总框架、总剪力墙、连梁刚度计算直至内力、位移计算，结合规范中的条文，依次理解运用，分清不同抗震设防条件下内力组合的要点，采用相应情况下的地震调整系数。通过实例讲解，学生即可初步具备结构设计整体思路和工程概念，同时也理解了规范条文。工程案例教学把抽象的规范条文运用于具体工程，可以最大限度地减轻学生的认知负荷，提高学习效率[2]。

（三）手算与电算结合

在高层建筑结构设计中，由于计算工作量巨大，完全采用手算是非常困难的，但学生必须掌握基本的计算原理，会运用简化的计算方法计算简单的结构，从而构筑起基本的结构设计流程。在此基础上，教师应利用工程上常用的结构计算软件PKPM 、SATWE、TAT、TBSA或SAP，结合具体的工程实例进行上机计算演示，详细讲解计算参数取值方法、计算结果分析方法、施工图绘制方法等，让学生熟悉程序的操作要点。这样不仅让学生掌握了相关的计算原理，而且熟悉了结构设计软件的操作要领，还为学生就业增加了砝码。

（四）理论与实践结合

缺乏工程实践和对工程的感性认识是学生在学习过程中普遍存在的问题。课外组织学生参观高层建筑工地，现场讲解分析高层建筑不同抗侧力体系的特点、应用范围，变形缝布置的要求及连接部位的构造要求等。同时，对学生的课外学习提出要求，让学生针对某些具体问题进行深化学习，如剪力墙受力破坏特征、如何控制其高宽比保证承载力要求等。另外，引导、鼓励学生结合课程内容，积极参与学校组织的旨在培养大学生科研创新能力的“大学生科学研究训练计划（SRTP）”，升华课堂教学内容，提高学生独立思考、解决问题的能力。通过这一系列的实践教学，使学生真正领悟到实践与理论相结合的重要性，为今后的毕业实习、毕业设计乃至今后走上工作岗位打下坚实的基础。

（五）增加概念设计的教学内容

所谓概念设计，指通过无数的事故分析、震害分析，以及设计与使用分析，归纳、总结基本设计原则和设计思想，它是结构设计人员运用所掌握的知识和工程经验，在一些难以做出精确分析的问题中，从宏观上决定结构设计中的基本问题的方法。

概念设计是目前土木工程设计领域中越来越受重视的一种思想。结构工程师的主要任务是在特定的建筑空间中用整体的概念来正确处理构件与构件、构件与结构、结构与结构的关系，这就是概念设计的基本思路。概念设计是一种定性的设计，无需精确的数值计算。概念设计并非完全是工程设计经验的累积，而是结构工程师基本结构理念的集中体现[3]。

在现有的高层建筑结构教材中[4-6]，概念设计多认为是仅限于高层建筑结构体系与结构布置原则这两个章节；实际上，概念设计贯穿于结构设计的全过程。为此，教师在授课时，可参照有关概念设计方面的书籍和文献。

（六）改革考试形式

高层建筑结构设计课程通常安排在第7学期，学生面临着考研或者就业压力，平时出勤率较低。传统的闭卷考试多是填空题、名词解释、简答题等需要记忆的题目，学生大多考前临时突击应付考试，即使平常不怎么听课仍然能考个好成绩。这样，就使考试这种检验学生学习效果的手段失去了意义。所以，考试形式改革势在必行。

借鉴国家执业资格考试方法，采用“闭卷与开卷相结合”的方法进行考核。考试成绩由两部分组成：平时成绩占20%，包括出勤、课堂测验、作业等；卷面成绩占80%，采用闭卷与开卷结合的考试形式。其中，闭卷部分以基本理论和概念设计内容为主，约占50%，主要考核学生对基本理论的掌握程度；开卷部分以基本的内力计算和结构构造要求为主，约占50%，主要考查结构计算能力，题目具有较强的综合性。由于改革了考试形式，这样既能约束学生，保证出勤率，又能测试出学生的真实水平，从而提高学生学习的自主性和主动性。

能力和素质的培养不能仅靠教学改革，这是所有教育工作者、教育管理者和各级教育行政部门都必须深思的一个问题[7]。

三、实践效果检验

通过一系列的改革实践，已初见成效。分析2003―2008级学生考试试卷，经过统计、计算、分析后发现学生平均成绩基本呈下降趋势，试卷难度值、区分度及信度均逐年有所提高。

（一）平均分

平均分可以反映试卷试题难度的整体水平。由图1可以看到，自从2008年开始探索教学改革，由于改变教学方法和考核形式，加大能力的培养和测试，一改往年单一的死记硬背的考核形式，考试题目灵活多样，平均分逐年降低。

（二）难度

难度（P）是指试题的难易程度，除了与考生自身水平，试题本身的难易程度有关外，还与考生的心理素质、答题技巧等因素有关[8]。试卷难度以0.2～0.5为宜，P>0.5为难题，P

（三）区分度

区分度（D）是反映试题效用高低的参数，是评价试卷质量、筛选试题的主要指标与依据[9]，它能反映出不同层次学生对知识的掌握程度，即

学生成绩优劣的层次[10]。总的说来，试题太难或太易，其区分度都低，中等难度的试题区分度最强[11]。

通过计算各年试卷每道题的区分度，折算成试卷的区分度。从图3可以看出，试卷的区分度在2008年以前多在0.25以下，区分度较差，说明试题质量一般；经改进后，试卷质量有所提高。

（四）信度

信度（B）是指试卷的稳定性和可靠性程度，是衡量试卷质量的一项重要指标。信度取值范围为0～1，其值越大，信度越高。一般认为大于0.9可靠性较好。通过信度系数计算，如图4所示，试卷信度明显提高，能较好地反映了学生的真实水平。

四、结语

通过高层建筑结构设计课程教学改革实践，从课程教学内容到课程教学的方式方法，进行了一些改革尝试，取得了一些有益的经验。对实现由单纯传授知识向传授知识、指导学习方法和培养能力的转变以及从教师为中心向学生为中心的转变起到了一定的促进作用；将能力培养具体化，并落实到课程教学的具体过程之中，使学生的综合能力显著提高。

参考文献：

[1] 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.

[2] 崔武文，韩红霞，王喜燕. 案例教学在土木工程专业课程教学中的应用[J].教育探索，2007（5）：51-52.

[3]方鄂华，钱稼茹，叶列平.高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4] 吕西林.高层建筑结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.

[5] 何淅淅，黄林青.高层建筑结构设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.

[6] 包世华，方鄂健.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社，1989.

[7] 何淅淅.高层建筑结构设计课程改革的实践和思考[J].高等建筑教育，2007，16（1）：69-72.

[8] 黄光扬.教育测量与评价[M].上海：华东师范大学出版社，2002.

[9] 黄琼丽.我国远程医学教育的改革和发展[J].中华医学科研管理，2001，14（3）：3-4.

[10] 陈熙，吴成秋，贺栋梁，等.试卷分析与评价的指标体系及其应用[J].西北医学教育，2006，14（5）：542-544.

[11] 白晓明，陈国明，叶成华，等.考试命题与试卷分折[M].宁波：宁波出版社，2003.

Teaching reform of high-rise building structure design course based on sustainable development

NIU Haicheng， XU Haibin

（School of Civil Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， P. R. China）

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关键词：高层建筑；设计；对策

1.高层建筑结构设计的意义及依据

1.1 概念设计的意义

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

1.2 概念设计的依据

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

2.高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

2.1水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2.4轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

2.5结构延性是重要设计指标

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3.高层建筑结构设计问题分析及对策

3.1提倡节约

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

3.2高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为 A级高度，并且增加了 B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

3.3考虑受力性能

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

3.4提倡使用概念设计

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

3.5 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置

我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在 5～8 的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

3.6 高层建筑结构设计嵌固端的设置

一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

3.7 高层建筑结构的规则性

在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

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【关键词】高层建筑 高层建筑 结构设计问题

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。

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：

（一）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。

（二）侧移成为控制指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（=qH4/8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

（三）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。

（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

（五）轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

二、高层建筑结构设计应注意的问题

（一）提倡节约

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

（二）考虑受力性能

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

（三）提倡使用概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚。因此在实际中应考虑长远因素。

参考文献

[1]黄子云、袁志华：《高层建筑结构设计》，1998年12月第1版.

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【关键词】高层建筑结构；设计；特点

1、高层建筑结构设计的意义和特点

高层建筑结构设计的意义在于高层建筑能做到结构功能与外部条件相一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。

高层建筑结构设计的特点，就是将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：

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。

水平力是设计主要因素。在低层和多层房屋结构中，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。

侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2、高层建筑的结构体系

高层建筑常用的结构体系有框架结构体系、剪力墙结构体系、框架D剪力墙结构体系和筒体结构体系等。

随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。

3、高层建筑结构分析

3.1 高层建筑结构分析的基本假定。

3.1.1弹性假定。目前，工程上使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而出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。

3.1.2 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。

3.1.3 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主要是三维空间分析。二维协同分析并未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），而且忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度，对于具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥的。

3.2 高层建筑结构静力分析方法。

3.2.1框架DDD剪力墙结构。框架DDD剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大多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也不相同。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。按受力特性的不同，单片剪力墙可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。剪力墙的类型不同，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，而且适用于各类剪力墙。但由于其自由度较多，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。按照对计算模型处理手法的不同，筒体结构的分析方法可分为3 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。

4、提高建筑结构设计质量的措施

4.1重视概念设计概念是人们通过实践从理性认识上升到感性认识的结果，它反映了物体的本质特征。概念设计是一个结构工程师必备的一项基本素质。正确的概念设计可以指引设计者一个正确的方向，也是确保结构设计的合理性、安全性、经济性的前提，应该将概念设计贯穿于整个设计过程。概念设计必须依赖于深厚的理论知识基础以及对结构原理和力学性质的深入了解，只有具备了高质量的概念设计，才能完成高质量的结构设计任务。

4.2正确运用计算机辅助设计现代计算机技术已经普遍被应用于建筑结构辅助设计中，通常是利用计算机辅助完成结构分析，大部分的图纸设计，因此，正确的采用设计软件及对计算程序的充分了解也是确保结构设计质量的关键。现在，市场上的设计软件种类较多，采用不同的设计软件得到的结果也不一样。因此，要求对结果进行认真的分析复核。另外，所有的设计软件都是根据当时国家的规范要求、结合结构体系的特点进行模拟简化而得，因此，都有一定的使用范围和使用期限。随着建筑业的发展，建筑规模越来越大，结构形式也越来越复杂，这就使得建筑结构设计的难度越来越大，计算越来越复杂，因此，结构工程师必须采用合理的设计软件，准确的设置各项技术参数，确保计算结果的准确，从而提高结构设计的质量及效率。

4.3加强抗震设计

我国是一个地震发生较多的地区，因此，要求建筑结构有很高的抗震性能，减少地震给人们带来的损失。我国的《建筑设计抗震规范》也经历了多次的修正与完善，最新的抗震设计规范是2010年版，因此，结构工程师在进行建筑结构设计时必须严格按照现行的规范要求进行抗震设计。只有提高建筑结构的抗震性能，才能有效的降低地震灾害给人们带来的伤害。发生在中国的汶川大地震、青海玉树地震造成了相当大的损失，大量的砌体结构房屋倒塌，其原因在于结构不合理、传力不明确、抗震构造不规范。而发生在智利的8.8级地震以及最近发生在日本的9.0级大地震，死亡人员的数量却较少，倒塌的建筑物较少，其原因也就是智利及日本的民用住宅建筑的抗震性能都很

5、结语

高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较，根据使用功能和受力的合理性确定好结构的体系，在进行高层建筑结构设计时，只有综合考虑各项原则，结合建筑物的使用功能，对整体结构进行把握，对结构设计中的重点以及特殊部位进行重点优化设计，才能确保高层建筑的使用安全。

参考文献：

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[关键词]高层建筑 结构设计 结构体系

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0383-01

前言

随着城市化进程的加快，以及国民经济的高速发展，我国城镇人口不断增加，规模也不断增大，使得现代城市住房建设用地较为紧张，所以建设高层或超高层住宅建筑成为城市发展的必然趋势。这也给超高层建筑是设计也带来了更多的挑战和崭新的课题。如何设计出舒适、安全、经济、美观，同时又要符合使用者精神生活要求的建筑，成为建筑设计者必须直面问题。

一、高层建筑结构设计的原则与体系分析

1、设计原则

（1）高层建筑结构设计的重点在于结构的构造与选型，结构体系的选择要把抗风性能和抗震性能放在第一位，然后再考虑经济效益、平立面布置方案以及构件的连接性。相较于建筑的抗风性能，目前国内外更关注高层建筑的抗震性能，并要求高层建筑的抗震设计要保证整个建筑物的结构有足够的承载力延性和刚度。

（2）钢筋混凝土高层建筑的结构设计的重点在于建筑、施工和设备三者之间的配合度，其原则是要保证经济合理、技术先进、安全适用，建议使用新型的材料、工艺和设备。

2、应用范围

目前，我国的高层建筑常用钢筋混凝土结构，其结构体系包括以下几种：

（1）剪力墙结构体系，就是在高层建筑中布置被称作“剪力墙”的钢筋混凝土墙体，其目的是提高高层建筑结构的抗侧力钢度和抗剪强度。另外墙体也可用于维护和分格房间。剪力墙是沿横向和纵向两个方向正交布置，或者沿多轴线进行斜交布置，这样就可以同时承受水平荷载和竖向荷载。剪力墙结构的优点在于荷载承受能力强，布局较为规整，房间造型整齐美观，在经济上可以节省刚材料的开支。另外，经过长期的考察，我们发现剪力墙结构的抗震性能很好。剪力墙结构的特点是以较多的墙体来承受荷载，这也就决定了这种结构不适于大房间的布置，所以为了能够在像会议室和门厅等这些大面积的公共用房也使用剪力墙结构，设计师会在进行结构设计时在建筑物的部分底层或者部分层用框架代替剪力墙，也叫做框支剪力墙结构。但这种结构不适于地震多发区，因为这种结构的底层柱子的刚度比上层小很多，一旦遭遇地震，上下层柱子会发生剧烈的变形。

（2）框架-剪力墙结构体系，将框架结构和剪力墙结构结合起来，综合了两种结构的优点，既有较强的抗震能力和刚度又有布置灵活的特点，被广泛用于高层建筑中的公寓和办公楼等。

（3）框架结构体系，是高层建筑结构最常见的形式之一。这种结构体系的承重构件是基础、梁、柱以及楼板，其中主要承重结构是由梁、柱和基础组成的平面框架，承重原理是将各个平面框架连接起来，形成一个空间结构体系其优点是平面布置灵活性高，立面设置较为简单，建筑自重较轻。

（4）筒体结构体系，这一结构体系弥补了平面工作状态的剪力墙和框架结构在抗震设计方面的缺陷。具体设计方案是用剪力墙来组成空间薄壁筒体，形成竖向悬臂箱形梁，以增加柱子的密度来增强梁的刚度，还可以用一个或者多个筒体作为主要构件承受水平荷载。筒体结构的型式有以下几种：

第一，筒中筒结构，顾名思义，这种结构是由内、外两个筒体构成，内筒是剪力墙簿壁筒，而外筒就是由密柱组成的框筒。外柱的密度较大，其主要作用是抗震和抗风。

第二，巨型结构体系，这种结构体系是将由若干根大面积的实体柱子或者电梯井组成的巨型柱子和巨梁构成的巨型框架作为一级结构，承受所有方向的荷载，而其他楼面的柱子和梁所构成的二级结构，只是把楼面的荷载传递给一级框架结构。因为二级结构的柱梁截面比较小，所以建筑布置的灵活性很高。

第三，框架筒体结构，其设计原理和框架剪力墙结构很相似，主要是承受水平荷载，具体布置情况是在中央设置剪力墙簿壁筒作为主要承受构件，在周边布上大柱距的普通框架作为辅助承受构件

第四，成束筒结构，也就是将多个剪力墙薄壁筒体设置成束，一般这种结构适合于平面形状复杂的建筑。

二、高层建筑结构设计的注意事项

相较于其他建筑结构，高层建筑结构比较复杂，并且计算工作量也较大，同时结构体系的选择会直接影响到高层建筑工程的各个环节，其中包括平面布置、楼层高度、施工技术以及工程造价等，所以在高层建筑结构设计中，要注意以下几个方面：

1、严格控制侧移指标

高层建筑与其其他建筑的不同最直接的表现是楼层多，这也是决定高层建筑结构的根本因素。因为建筑高度越高，水平荷载对结构的侧向形变的影响会越明显，两者之间的关系可以用公式 ？=qH4/8EI表示，解释为变形程度与建筑高度的4次方成正比例的关系。另外，还有很多因素影响着建筑结构，比如在建筑形式、结构体系以及建筑材料等方面的发展，这也就要求设计师们在进行高层建筑结构设计时，不仅要考虑结构的强度，还要注重结构的抗推刚度，以保证水平荷载所产生的侧移在一定范围内，不然会发生一些严峻情况，如会对住户的心理造成恐慌；造成建筑的主体结构构件损坏；侧移产生的较大的附加内力会造成建筑物倒塌； 造成墙体损坏，影响电路运行等。

2、减轻建筑自重

由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的入手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。

3、综合把握概念设计与计算设计

建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事，特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。

4、注重水平力在设计中的影响

与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系；水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。

5、 加强抗震设计

在高层建筑结构设计中，抗震设计一直是一个关注点，抗震设计的水平直接与建筑的安全性能和经济性能挂钩。在进行抗震设计中，有两大因素是应重点考虑的，分别是竖向荷载和风荷载，好的抗震性能的标准是“小震不坏，大震不倒”。

6、紧抓轴向变形问题

框架剪力墙体系和框架体系的特点是框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力大很多，同时在轴向压缩变形这一方面上也是如此如果建筑的高度达到一定高度时，框架中柱与边柱在轴向变形上的差距就会达到一个很大的数值，导致连续梁中间支座沉陷，发生剧烈的变形，最终使建筑物发生倒塌。

三、结束语

城市化发展的加速，促使高层建筑结构体系也在不断地更新，除了文中所述的几种结构，在现实生活中还有很多结构，但不管是哪一种结构体系，建筑设计人员都要对结构进行详细的了解之后，再进行运用，以确保高层建筑设计的安全经济。

参考文献：