高层建筑结构设计原理精选(五篇)

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5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.

篇5

【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)