高层建筑结构设计论文精选(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论文，期待它们能激发您的灵感。

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1．1高层建筑结构受力特征

高层建筑结构在模型上一般可以假想为一个从地基出发并不断上升的悬臂构件。高层建筑主要承受水平作用效应和竖向作用效应，水平作用效应一般指风荷载，在抗震设防地区还包括水平地震作用。竖向作用效应则一般由结构自重荷载产生，在抗震设防烈度为8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，还应考虑竖向地震作用。在这些作用效应下，结构整体及主体构件均需具有足够的承载能力、刚度和延性，整体的设计注重概念，应符合相关规定中对于建筑形体的规则性要求，包括平面布置的规则性及竖向布置的规则性。结构在抵抗弯曲方面来说，结构体系务必满足:不能使建筑物产生倾覆;在承受荷载时，它的支撑体系的某些部位不应被压屈、压碎或者直接被拉伸破坏;同时弯曲侧移不能超出弹性极限的范围。而结构在抵抗剪力方面来说，结构体系务必满足:建筑物不至于发生剪切破坏;同时结构的整体剪切侧移不能超过弹性极限的范围。最后对于结构的地基和基础来说，由于高层建筑一般是高次不静定结构，所以结构体系在支承点处应避免较大的不均匀变形，从而可以防止出现较大的二次内力。

1．2高层建筑结构的传力路线

高层建筑的竖向平面结构和水平平面结构都必须有明确的传力路线。以某个作用在楼面上的重力荷载为例，它要通过楼盖构件的弯曲传递给竖向结构的某个构件，直到建筑物的基础和地基。传力路线的模式根据结构的类别和布置而异。高层建筑的底层往往只允许有少量的立柱，以便有足够的空间可以设置宽敞的入口、前厅或广场。这时，有较密柱间距的上层结构的重力荷载，就要通过另一种结构体系传给底层立柱以及底层立柱基础。当高层建筑的楼层平面有突变时(如楼层有收进，或由矩形平面变成其他形状的平面时)，或结构体系有变化时，它们的传力路线也会发生改变，这时往往既要有竖向的转换结构，也要有水平方向的转换结构。在高层建筑结构传力路线中还有一个区别于底层建筑结构的特殊问题，那就是高层建筑的每个立柱都承受着上层传来的重力荷载，要考虑它们各自在施工和使用过程中竖向压缩量的差异。这既要在设计中加以考虑，也要在施工过程中及时加以调整，以保证各层楼面的水平度，减小因不同柱的压缩量有过大差异而引起的结构内力。

2概念设计

2．1抗关于侧力构件合理布置规定

对于一个单独的结构单元，在设计上的通常做法是，一般会尽力避免设计出应力集中的缩颈和凹角部位;而且尽量不要在这些部位设置楼、电梯间。整个结构外形也要避免外挑，尺寸内收也不宜过急，避免在结构上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部结构或构件破坏，而出现全部结构失去承载力的情况。

2．2关于高宽比的规定

高宽比的规定是对结构整体刚度、整体稳定、抗倾覆能力、承载能力以及经济合理性的综合考虑，是长期工程经验的总结，根据当前的实际工程来看，这一限值是比较经济合理与实用。但随着目前高层建筑的快速发展，设计师们发现其实高宽比并不是必须要满足的。实际工程已有一些超过高宽比限制的例子(如深圳京基100大厦高441．8m，共100层，高宽比为9．5，天津117大厦，高597m，共117层，高宽比为9．7)，当然高宽比超过限值时，应对结构进行更加准确的受力分析，并施加可靠的构造措施。

2．3短肢剪力墙的设置问题

在新的规范中，将墙肢截面高度与厚度比为5－8的剪力墙定义为短肢剪力墙，且根据试验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制。比如在剪力墙设计等级为四级，短肢剪力墙的配筋率要求是1%以上，而普通剪力墙则为0．2%。高厚比较小的构件的脆性破坏较大，不利于抗震。所以，在具体的高层结构设计里，设计师们应该充分利用其它现有构造形式来代替短肢剪力墙，减少不必要的麻烦。

2．4嵌固端的设置问题

在结构计算模型的选择上，如何准确地确定嵌固端位置是一个十分关键的问题，这直接关系到实际的受力状态与选择的计算模型是否符合以及内力等相应计算结果是否无误。因为现在高层结构通常会设有一层或者是二层的地下室(可以当作人防工程来使用)，而嵌固端的选择，可以结合各层的刚度变化，再根据它的实际布置状况，可以选择在一层顶板的位置，也可以是二层顶板的位置，同时在地下室其他楼层等部位也是有很大可能的。但是在这个问题上，结构设计师们往往会忽略了一系列需要注意的问题，例如嵌固端的设置和刚度比的限制等问题，忽视这些问题将会对工程的质量和后期数据的分析造成很大的隐患。

3地基与基础结构设计

在基础的具体设计中，应根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度来确定基础设计等级。首先，地基计算应满足承载力计算的有关规定;其次，由于高层建筑的基础设计等级均为甲级或乙级，因此均应按地基变形设计;若地下室存在上浮问题时，还应进行抗浮验算。下面就高层建筑中不同的基础类型分别阐述在设计计算中应注意的事项:在对箱基和筏基的梁板进行配筋计算时，务必相应地扣除底板上直接作用的梁板荷载和自重，当出现箱筏的四边区格和地基反力过大的情况，这时要对梁板进行加强配筋;而在进行箱基结构设计时，要考虑洞口上下的连梁的影响，验算其截面面积，若洞口的位置或者大小有变动，要复核连梁的抗剪强度和抗弯强度;若是进行整体箱基和筏基的设计，必须考虑桩土的因素，其共同工作会对结构造成一定程度的影响。

4结构计算与分析

4．1结构整体计算的软件选择

当前比较常用的计算软件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE，MIDAS，ANYSYS，ETABS，SAP等。由于各个软件使用的计算模型有一定区别，所以在各个软件计算结果上就会有或大或小的差异。实际工程中，务必考虑结构类型和计算模型的具体特点，在进行整体分析时选择最恰当的软件，并使用不同软件进行对比分析计算，从不同软件计算的相差较大的结果中，选择最接近工程实际情况的数据。若不能选择合适的计算软件，不但会消耗大量的时间和精力，更重要的是会对结构埋下安全隐患，造成日后的工程问题。所以为了保险起见，通常在布置复杂的高层设计中，宜使用不少于两种不同的模型来进行内力分析和计算。

4．2剪力墙底部加强部位墙厚的确定

在进行抗震设计时，剪力墙的底部加强部位一般采取增加边缘构件箍筋和墙体的布筋来防止地震荷载的影响，预防结构出现脆性破坏，从而能够比较有效的改善结构的抗震性能，在现行的规范中，明确指出剪力墙结构底部加强部位的高度可以参考墙肢的1/8和底部两层二者中的较大值;而部分框支剪力墙结构底部的取值，可考虑以上两层的高度及墙肢总高度1/8中的较大值。一般情况下，高层建筑结构底部加强部位的剪力墙截面厚度bw的取法按照以下规定，按照一、二级级抗震标准的情况，bw宜选择剪力墙无支长度的1/16或层高;按照三、四级抗震标准的情况，bw宜选择剪力墙无支长度的1/20或层高。但在墙底受力较小且结构层高相对较高的情况下，其厚度还按上述要求取值，就显得很不经济。所以，根据具体的工程实践，厚度可以适当减小，而且必须按照下面的公式计算稳定性。

5结束语

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Abstract: At present, the high-rise building occupies larger and larger proportion in our city’s construction, and due to the variety of the building structure design, there are many new structure design scheme presented in our city construction of the fast speed. With the more and more complicated building types and functions, and the increasing number of high-rise building, the structure systems of the high-rise building is also more and more diverse. Thus, the high-rise building structure design has become the diffecult and key point. Facing with the situation, we should put the high-rise building structural design on the first place, and do some study. And there puts forward higher request for engineering design personnel. This paper discusses a few matters needing attention of the structure design.

Keywords: high-rise building; structure design

中图分类号：TU761.6 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1 高层建筑结构设计方面的原则 1.1 选用适当的计算简图：结构计算式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常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。 1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的基础类型。 1.3 合理选择结构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力、传力明确。同一结构单元不宜采用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电气、给排水、暖通等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。 1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。 1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉” 原则，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直段锚固长度；考虑温度应力的影响力等等。 2 高层建筑结构设计的特点 2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。 2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与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变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高层规程中，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。 转贴于 中国论文下载中心 h3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为4～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 3.3 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固端的设置、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。 3.4 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“高层建筑不应采用严重不规则的结构体系。”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。

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传统的结构设计方法一个很大的局限在于所按照要求得到的截面并非是最佳截面，而且建设完成后的工程结构存在一些缺点，例如质量大、造价高等，这与其设计过程密不可分。一般而言，传统的结构设计遵循以下程序：参照——估计——分析——验算——调整。也就是所使用的设计方案是在已有工程设计实践经验的基础之上提出来的，之后，在从强度、刚度以及稳定性等多个方面采用力学分析的方式对其进行安全校核，如果验算结构不满足要求就要进行设计调整。然而该验算时所假定的计算模型难以保证合理，最后得到一组截面，在很大程度上取决于最初假定的误差程度，再者，设计时迫于时间及结构计算的复杂性往往决定了调整的次数是有限的，因而设计出的最终产品难以保证是最优的。而结构的优化设计虽然与传统的结构设计有一样的设计过程，但产品的良好性能、产品所具备的的高安全性以及高经济性是其设计的主要目的。并且产品的高经济性与高安全性是从结构的体积最小、质量最轻以及产品造价最低等三个方面进行衡量的。而且，结构优化设计的一个最大特点是对设计中出现的一系列问题按照数学规划的方式对其解决，然后再利用计算机，对众多方案进行比较，并从中选出最优的设计方案，这是传统设计过程所不能比拟的。框架一剪力墙结构以其良好的受力性和适用性在现代高层建筑领域中应用非常广泛。现阶段，随着建筑行业的快速发展，高层建筑物的数量只增不减，面对这种情况，框架—剪力墙结构的合理选择以及优化对降低造价、提高建筑质量有着重要的指导意义。然而目前在《高层建筑混凝土结构设计规程》中，对高层建筑的结构选型、合理布置等的相关规定尚未完善，存在一些不足，这就为高层框架结构的优化设计提供了充足的设计理由。

2.抗震性能的结构设计

首先，为了有效提高高层建筑的抗震性能，可以将剪力墙设计成四周有梁柱的并且带有边框的墙。主要是因为，边框墙可以使斜裂缝向相邻墙面扩展的现象得以避免，而且当墙板遭到破坏后，还看将其作为承重构件，起到承重的作用。除此之外，设计的边框还能够对因墙身通裂对边框梁柱而产生的附加剪力起到承载的作用。其次，对每肢墙的高宽比进行合理的控制。双肢墙或多肢墙的设计,可以使出现在结构竖缝和洞口连梁处的裂缝和屈服部位得到有效的控制，同时还能够降低其刚度，从而避免剪切破坏或者是底部墙体过早屈服现象的发生。最后，剪力墙的刚性连梁，其跨高比一般为1。当连梁的跨高比为5时，具有较好的延性和耗能，并且连梁两端相对竖向位移的延性系数都高于8，滞回曲线的饱满度也比较高；当跨高比降至1时，延性系数则也会随之降低，达到3，并且滞回曲线远远偏离饱满度，最终导致弯剪遭到破坏。因此，需要对其组成和构造进行相应的改进。即在梁高的一半位置处留一水平通缝，并在缝的上、下两侧各埋置一个开有椭圆形螺栓的钢板，最后用高强螺栓将两个钢板连结在一起，从而使连梁具有一定的“刚性”功能。如果在大震的作用下,导致两钢板有相对滑动现象的发生，此时就会使刚性桥梁工作时跨高比由1变为2，并且延性系数提高了3倍多。

3.高层框剪结构设计技术

在现阶段的高层建筑中，其结构设计大多采用高层框剪结构。该结构主要是由两部分组成，框架结构以及剪力墙结构。高层框剪结构在高层建筑结构中得到了广泛应用，主要是因为该种结构不仅具有较强的抗侧力刚度，还能为建筑的使用提供一个更大的平面空间。但是在对该结构进行设计的过程中出现的一些问题会导致结构方案存在缺陷,致使浪费现象严重。因此，在设计中应该对框剪结构的受力和变形特点引起高度的重视。高层框架结构主要是由梁柱线性杆件组成的。剪力墙和竖向悬臂弯曲结构相似,并且呈弯曲变形。在剪力墙结构中,所有抗侧力构件具有的抗弯曲刚度较大,并且侧移变形相同，其中水平力按其等效刚度EI比例进行分配。

4.高层建筑框剪结构的设计优化

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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；对策

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

科技在发展,社会在进步。自从19 世纪以来出现了现代高层建筑，高层建筑正逐渐广泛的应用于人们的生活中。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，也要重视高层建筑结构的科学性和经济合理性。

1 高层建筑结构的特征

高层建筑结构同时承受着垂直方向的重力荷载，风产生的水平方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，低层建筑结构受到水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的水平位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。

2 高层建筑结构设计的原则

2.1 选择合理的高层建筑计算简图

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模型，那么就比较容易造成结构安全事故，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，结构构件设计应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，也要要确保和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2.2 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基础类型。

2.3 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，那么需要平面和竖向的规则性。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。

2.4 对计算结果进行准确的分析

计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中，使得设计工作效率大大提高。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。

2.5 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。

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。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具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，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，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，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，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。

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。

4.3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。20世纪90年代以来，随着我国高层建筑的不断发展，钢筋混凝土结构体系、钢和混凝土的混合结构体系也0积累了很多工程经验和科研成果，因而对高层建筑的结构设计的要求越来越高，本文简要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]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]田龙. 浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程,2011.

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关键词：高层建筑 结构 特点 设计 原则 要求

中图分类号：TU97 文献标识码：A

正文：

高层建筑结构设计的目标是在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，通过对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，有效降低开发商的成本，在确保建筑整体质量达到规范标准的基础上，使建筑的结构设计能够满足客户的诸多需求。

1.高层建筑结构设计原则

1.1 选择合理的结构方案。高层建筑作为近几年刚刚兴起的一门学科，具有很复杂的结构特点，在施工的过程中要考虑的方面很多，像是供水问题、线路等各方面都是我们要考虑的。结构设计方案中重要的有以下几点：材料的要求、施工的环境、还要充分的考虑抗击自然灾害的能力。我们要严格的遵循平面和竖直的设计原则。结构方案不仅仅是施工单位一方的事情，施工单位与使用方要达成一致，在设计方面以及今后的发展方向要进行详细的展望，为了所选取得结构方案更加的合理，最大限度的达到预期的目的。

2.1 选择合适的基础方案。现在的设计一大特色就是不能因工程而破坏周边的环境，而改变的周边的生态环境。一切的工程围绕环境进行设计施工，使工程与自然很好的融入到一起，使得两者和谐共存。在基础方案的设计中，要把所有的相关因素全部的包括在内，综合各方面的因素，再考虑经济性对工程进行整体的评估，然后对方案进行正式的审核，最后施工，一切立足由可持续发展的观念进行施工，工程的质量一定会得以保障。

2.3 准确分析计算结果。当下，在高层建筑的结构设计中普遍应用计算机技术，那么不同计算机软件的计算结果间很可能出现偏差，所以需要对计算机软件计算的结果进行准确分析和把握。这就需要建筑结构设计人员具有充分的结构设计方面的技能，同时要对计算机软件有充分的了解，从而才能客观准确的对计算机计算结果进行分析。由于计算机软件本身的缺陷，会使计算结构与实际情况之间存在偏差，这就需要结构设计人员对计算结构进行判断并在设计中做出调整，以便适应结构设计的要求。

2.建筑结构类型

高层建筑结构体系按照结构形式可以分为框架、剪力墙结构，框架结构，剪力墙结构。框架结构因为是利用柱、梁等结构来承重的，所以这种结构体系的侧向位移相对较大，一般适用于低于50m的建筑。剪力墙结构因为是靠高层建筑的墙体来承重的，所以这种结构的整体性能相对较好，不易产生水平方向的变形，一般多应用于高层建筑，但是因为其在平面上的布置不够灵活，所以很少在公共建筑设计中使用。而框架、剪力墙组合结构则是结合了两者的优点、改善了其中的缺点，所以被广泛应用于高层建筑的结构设计中。

3.高层建筑的结构体系设计方案

3.1框架结构体系

框架结构主要承重结构, 由梁、柱、基础构成平面框架。对于框架柱而言, 轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满, 即耗能能力越大, 延性就愈好。

其优点: 建筑平面布置灵活, 可以依据自身的要求设计。

其缺点: 框架结构本身刚度不大, 抗侧力能力差, 水平荷载作用下会产生较大的位移, 地震荷载作用下较易破坏。不高于巧层宜采用框架结构, 可以达到比较好的经济平衡点。框架体系中, 角柱的受力应该比别的柱差, 为了防止角柱遭遇扭转变形或是弯压变形, 柱截面不宜过小,同时还要加密箍筋, 起到增加受压区混凝土约束的作用。

注意事项: 在框架结构体系中, 一定要考虑高层建筑的底部柱, 柱截面的大小要注意: 在高层建筑中, 应该尽量的三排柱结构设计方案; 采用钢管混凝土柱、劲钢混凝土柱或是高强混凝土柱; 通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性。

3.2剪力墙结构体系

当墙体受力主体全部由剪力构成的话, 就会是剪力墙体机构, 剪力墙结构体系是把建筑物墙体当作承受荷载的结构体系。对于剪力结构墙间距一般为3一8m , 墙体同时作为维护及房间分隔构件。

其优点: 其刚度、强度都比较高, 传力直接均匀, 有一定的延性, 整体性好, 抗倒塌能力强, 结构体系特征明显。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好, 刚度大, 在水平荷载作用下钡U向变形小, 承载力要求容易满足, 适于建造较高的高层建筑。抗震性能力强, 承受力好。

其缺点: 剪力结构墙间距设计方面不能太大, , 空间平面布局不太灵活, 自重大, 开洞宜小等。

注意事项: 在高层剪力墙结构中, 连梁的设计收到很多制约, 刚度在高层建筑结构设计中, 与剪力墙相连并且允许开裂可作刚度折减的梁称作连梁。应该选用跨高比较大的连梁, 减少其剪切破坏, 按常规设计方法配筋, 进行截面抗剪设计, 保证其延性。联系墙肢的连梁, 不仅会影响剪力墙的受力, 而且其本身的受力条件也比较复杂。在剪力墙结构设计中, 必须坚持的原则就是强墙弱连梁, 对连梁的刚度要进行折减, 降低其抗弯能力。

3.3筒结构体系

以筒体为抗侧力构件的结构体系统都称为筒结构体系, 它包含单筒, 多筒, 复合筒等, 它是由由一个或者几个简体为主抵抗水平力。也有把简体结构分为实腹筒、框筒及析架筒的说法。

其优点: 筒体结构体系能使整个建筑犹如一个固定于基础上的封闭空心的筒式悬臂梁来抵抗水平力, 其是以空间受力为主, 具有较大的刚度、强度、整体性, 各构件受力比较合理,抗风、抗震能力强, 往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

其缺点：延展性能有问题, 并且全部此阿勇成本高, 造价高。

注意事项: 在建筑是讲多层筒体结构组合在一起能够产生更大抵抗水平荷载的能力, 使结构具有更大抗力性, 这样的结构也是多筒结构设计, 如加哥西尔斯大楼就是9 个筒结合在一起的多筒结构使其具有更好的刚性和能力。当然, 还可以让筒体结构设计和其他结构设计一起运用, 如带加强层的框架一一核心筒结构与一般的框架一核心筒结构在受力上更强大,当然除了这几种建筑结构体系外, 还有其他一些结构体系,如网架, 薄壳等。

4.建筑结构的抗风、抗震、消防设计

（1）抗风结构优化设计

在基础设计上，要使用配比较高的砂石来保证地基的密实度，同时还要设置抗拔锚杆，以此来提高建筑基础的抗拔强度。在减振系统设计上，要多利用耗能支撑、剪力墙、楼板等组成的耗能减振系统来减少风荷载对高层建筑的影响。对于风荷载与水平力的问题，要对高风压区进行加固。这主要是从水平压力、水平荷载内力等方面进行综合考虑，来为高层建筑进行加固设计。

（2）抗震结构优化设计

①提高结构设计的整体规则性，以此确保承载力体系分布的合理性。②改善地基的抗震设计，即在简化建筑平面、提高地基的强度与高度的同时，将上部结构的重点和群桩设置在同一直线之上。③在剪力墙的设计方面，要提高高层建筑承重结构的抗侧力，以此来满足承载力的耗能与延续性，这样可以有效地提高高层建筑的抗震能力。

（3）消防结构优化设计

①防火间距上的设计，在设计时要全面的考虑间距在火灾中的隔断、灭火功能，同时在设计时还要考虑到建筑结构的耐火性问题以及排烟的问题。②对安全疏散结构进行合理的设计，这主要是为了解决火灾中的疏散困难，在设计上：a.注意防烟区的设置；b.注意双向疏散方面的设计，如合理安排避难层等。③在设计上注意分割结构的安排，这主要是为了控制火势与烟雾的范围，这方面一般使用的是垂直的楼板结构设计方式、水平的单元墙以及防火墙结构设计，以及相关的排烟、防火门等装置的设计。

5结语

总而言之，高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准，如果出现施工不可行的情况下，重新审视设计规范。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。

参考文献

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关键词：高层建筑；结构设计；抗震

Abstract: The high-rise building is the city's main buildings, it create the contour of the city interesting, this paper discussed a few key points of the structural design of high-rise buildings.Key words: high-rise buildings; structural design; earthquake

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-

高层建筑随着城市化的发展越来越多样化，而出现的问题也更加复杂。随着层数和建筑高度增加，利用结构空间作用，又发展了框架―――简体结构、简中简结构、多简结构和巨型结构等多种结构体系。高层建筑结构的承载能力、侧移刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其采用结构体系有着密切关系。不同结构体系，适用于不同层数、高度和功能的建筑。

在高层结构设计中，水平力是控制的主要因素，在地震区水平力是高层建筑结构设计的决定因素。剪力墙结构刚度大、周期短、地震作用大，在设计中应注意调整结构刚度。近年来出现了一系列新的结构体系，其中有巨型框架结构、巨型桁架结构、悬挂和悬挑结构。目前采用这些结构体系的工程尚较少，经验不多，对于这些结构的研究也不够深入、成熟，尚不能普遍推广于设计与施工中。

一、概念设计与理论计算概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。概念设计带有一定经验性。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出，其主要内容为：（一）应特别重视建筑结构的规则性(包括平面规则性和竖向规则性)。（二）合理选择建筑结构体系包括：

1、明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；

2、避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；

3、结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力。（三）采取必要的抗震措施提高结构构件的延性。

二、结构整体稳定和倾覆问题（一）整体稳定

建筑物在竖向荷载作用下，由于构件的压屈，可能造成整体失稳。我国国内高层建筑层数大多在40层以下，刚度很大，整体稳定一般不存在问题。当高宽比H/B>5时，应验算其整体稳定性。（二）倾覆问题

高层建筑由于总高度值很大，基底面积小，在水平荷裁和水平地震作用下，产生很大的倾覆力矩，如果倾覆力矩超过稳定力矩，则建筑物将会发生倾覆，此方面地层灾害实例也已证实。在抗倾覆验算中，倾覆力矩按风荷载或地震作用计算其设计值。计算稳定力矩时，楼面活载取50％，恒载取90％，要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值。对于高度超过150m的高层建筑应进行整体稳定性及抗倾覆验算。

三、水平作用任何建筑结构都要抵抗竖向荷载和水平荷载，在低层和多层结构设计中，往往是以重力为代表的竖向荷载起控制作用，对于高层结构的设计，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要作用，但起控制作用的是水平荷载。之所以如此，其根本原因在于侧移和内力随高度的增加而迅速增长，例如一根悬臂杆件，在竖向荷载作用下，产生的轴力仅与高度成线性比例，但在水平荷载作用下，其弯矩与高增加。因此，在高层建筑结构设计中，抗侧力的设计是关键，水平荷载是决定因素。对于一定高度的建筑物，作为其水平荷载的风荷载和地震作用将随结构动力特性的不同而有显著的变化。

四、轴向变形任何建筑结构在外力作用下产生的位移都包括弯曲、轴向变形和剪切变形三部分。在低层建筑结构设计中，通常只考虑弯曲变形，而忽略铀向变形和剪切变形的影响，因为一般结构构件的轴力和剪力产生影响较小，可不考虑。而高层建筑由于层数多、轴力大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会对高层结构的内力产生很大影响。此外，高层结构中的剪力墙的截面也往往很大。因此，剪切变形的影响不可忽略。采用框架体系和框架―――剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴向压力往往大于边柱的铀向压力，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，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，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。故在高层建筑设计中，轴向变形不能不考虑。在高层建筑结构的力学计算中，根据所选计算手段，所计算的构件变形因素是有区别的。对于简化助手计算方法，一般只计算最基本的变形。采用计算机方法计算时，计算的变形因素要多一些。当用空间协同工作方法时，考虑了梁的弯曲、剪切变形，考虑了柱、剪力墙的弯曲、剪切和轴向变形；当用完全的三维空间分析方法时，除考虑了前面全部变形外，还增加了梁、柱、剪力墙的扭转变形，以及剪力墙墙体截面的翘曲变形。

五、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建筑结构设计的关键因素。随着建筑高度增加，水平荷载作用下结构侧向变形迅速增大，结构侧移与高度呈现四次方关系上升。在高层建筑结构设计中，不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗倒移刚度，以保证结构在水平荷载作用下所产生的侧移限制在一定范围内。侧移是高层建筑的要害问题，之所以要控制结构侧移，其主要原因有：（一）侧移过大，使建筑物内的人在心理上产生不适应，控制结构侧移是保证建筑物正常使用的需要。（二）侧移过大，使建筑物内的填充墙、建筑装饰和电梯轨道等服务设施产生裂缝、变形，甚至损坏。（三）侧移过大，将导致结构开裂或损坏，进而危及结构正常使用和耐久性，实际上控制结构构件裂缝就是限制结构侧移。（四）地震对建筑物的破坏程度，主要取决于结构侧移大小，如果结构变形能力不足以抵御地震输入能量对结构变形的要求，结构则会发生倒塌。

六、抗震设计

抗震设计要求更高在高层建筑结构的抗震设防设计时，要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载，还必须使建筑结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。计算结构的延性是困难的，结构或构件的延性是通过一系列的构造措施实现的。在高层建筑设计中，为使结构具有良好的延性，构件要有足够大的截面尺寸，柱的轴压比、梁和剪力墙的剪压比、构件的配筋率都要适宜，应遵照规范、规程的要求。

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关键词：高层建筑；结构；设计；探讨

随着社会的不断发展，高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，在各种技术的不断冲击之下，建筑结构在设计的过程中出现的问题也在不断的增加和变化中，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。随着建筑结构的设计与功能方式愈来愈复杂，各种高层建筑的数量不断的增多和建筑体系的多样化，高层建筑中其结构设计已成为设计工作中的重点与难点。如何合理的利用建筑结构设计过程中的各种问题，提高设计质量是当前建筑设计的前提关键。

1、高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，在计算的过程在计算方案和计算方法的选择是尤为重要的，是保证结构设计安全和质量的前提基础。计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，因此在设计的过程中首选要选择合理的设计见图来进行其安全保证计算。计算简图还应有相应的构造措施来保证。是利用先进的计算技术和管理技术对高层建筑结构进行探究与思考。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。

1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2、高层建筑结构设计的特点

2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。

2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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变化。

3、高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，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级高度以为，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。

3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 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。

3.4 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。

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关键词：高层建筑；结构；设计；探讨

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

1 高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简图：

结构计算式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常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：

基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择构方案：

一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果

：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：

结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。

2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，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 级高度以为，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。

3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 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。

3.4 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。

篇10

土木工程专业方向的本科毕业设计，多以民用或工业建筑为背景。在题目设置上，常以某一具体工程为题材，围绕建筑功能、结构计算和设计，以及基础或施工组织设计等内容而进行。在上述设计内容中，又常以结构计算和设计为主，通常时间安排为8周左右:建筑约4周;基础或施工组织设计约2周。在结构设计部分，学生将进行结构布置、荷载汇集、结构建模和计算、构件和节点等设计，并在此基础上书写计算书和绘制图纸等。可见，经此系统训练后，学生可对某一题目下的结构设计过程有完整的了解，有利于学生今后更好地处理与设计题目类似的工程问题。在高层钢结构毕业设计的指导工作中，笔者的体会是学生能否得到感兴趣的设计题目，以及如何设置题目和适时更新内容及要求，是关系到毕业设计能否收到预期效果的首要问题。

(一)题目的设置应有助于教学相长

毕业设计内容的设置除了应密切结合指导教师的科研项目外，还应结合指导教师的专业特长，这样教师对学生的指导才能高效。例如，笔者从攻读博士学位开始，就从事新型高层钢结构体系及抗震性能等方面的研究。留校后，承担了研究生选修课高层建筑钢结构课程的教学工作，负责讲授高层钢结构的制作和安装，以及新型抗侧力和耗能构件在高层钢结构的应用等内容。以上研究和教学工作均为指导采用新型结构体系的高层钢结构毕业设计奠定了基础。同时，通过给学生答疑，笔者感到，虽然学生的着眼点不同，但多数问题是围绕设计任务提出来的，一些问题也是指导教师尚未涉及而想弄明白的问题。因此，教师愿意投入时间去研究问题，这样既解决了学生的疑惑，也有利于指导教师提高自身的专业技能。

(二)设计题目的指定应兼顾学生的兴趣

目前，学生毕业设计的题目，大体上是由学院统一指定的。这样做是为了避免学生“偏科”，即避免一些设计题目出现无学生选择的窘境。但是，高层钢结构设计题目与其他题目一样，也仅是提升学生在一个专业方向上的理论水平和技能。而且相当多的设计院在未来一定时期内仍主要是开展量大面广的混凝土结构设计。因此，由学院指定毕业设计题目的方式无法完全满足学生的专业设计兴趣和爱好，使真正对钢结构设计有兴趣的学生又得不到应有的锻炼。倘若学生对指定的题目毫无兴趣，毕业设计就可能收效甚微。其实，每个学生经过3年多的学习，基本已有感兴趣的专业方向，毕业设计题目应结合学生毕业后的就业方向或深造计划，并综合考虑学生自己的兴趣、能力和未来发展等因素来选择建议。题目指定要有适当的灵活性，给学生一定的选题权利，可列出每年开设的所有题目，让学生提前自愿申报2～3个题目，然后综合分组。这种适当考虑学生兴趣的选题做法将使学生对毕业设计更有积极性，收效可能更好。

(三)设计内容应结合专业最新发展而适时更新

为避免多年使用同一设计题目可能出现的抄袭现象，指导教师有必要适时更换设计内容和要求。鉴于目前设计院或施工单位“以高层设计为主流”的情况，应结合高层建筑的实际工程应用，增加新型结构体系的设计内容，以缩短学生就业后的工作适应期。对高层钢结构，应要求学生掌握目前比较流行的结构形式、计算方法和构造要求。因此，笔者在设计任务书中鼓励学生应用新型的抗侧力构件和新型的结构体系作为设计任务。除了采用传统的纯钢中心支撑，推荐采用新型的墙板内置无粘结钢支撑或杆状防屈曲支撑(BucklingRestrainedBrace)代替传统的纯钢支撑。除了中心支撑，也鼓励采用偏心支撑和钢板剪力墙等抗侧力构件。例如，在2014年的毕业设计中，一名学生自愿尝试采用偏心支撑钢框架结构形式，通过努力，圆满完成了设计任务，最终取得了较好成绩。

二、积极有效的师生互动是毕业设计取得实效的基石

(一)注重培养学生主动学习的能力

对20多层的高层建筑钢结构设计，要求学生学习结构设计方法和设计软件的使用，进行结构建模、内力分析和设计，这样的工作不仅量大而且有难度。建议教师提前布置和安排任务，给学生自学的机会和时间。以结构建模和分析为例，笔者一开始便尽早安排学生安装和学习使用结构设计软件ETABS，这样学生在做荷载汇集等准备工作之余，就可以有针对性地查阅和学习该软件的使用说明等资料，到建模和分析环节时，学生就可以建立结构模型。为学生自学软件后建立的结构模型。应当注意的是，虽然大多数学生之前并未有建立复杂结构模型的经验，也可能因此而心生畏惧，指导教师应强调学习和使用通用软件的必要性，让学生明白学好一个软件对将来应用其他类似设计软件也有很好的借鉴作用。教师要耐心引导和鼓励，培养学生的兴趣和自信心。可要求学生先简后繁，积累经验。学生消除畏惧心理后，建模和设计操作就会逐渐得心应手，在实践中熟能生巧。有的学生在熟练使用软件后甚至主动去钻研软件内的参数和求解设置等功能，提高了对理论知识的归纳消化和应用能力。

(二)营造积极的心理互动氛围

结构方案的确定以及结构建模、分析和设计等，这些任务一环紧扣一环，教师应在各阶段工作中严格检查，认真引导和解惑。以建模和分析为例，因大部分学生是初次接触大型设计软件和设计规范等，面对陌生的软件以及系数重重的设计公式，要在短时间内掌握并熟练应用软件进行结构设计，有较大难度。特别是对这些软件在内部分析环节可能存在的一些缺陷，指导教师必须强调指出，以免学生误入歧途而影响进度。因此，指导教师应对软件的一些关键环节有使用经验，并能做出正确的判断，才能引导学生去认真求证，加深理解。这样也才可能帮助学生较快熟悉设计过程，培养学生的自信心和学习兴趣。毕业设计为师生提供了长达一学期的交流互动机会，教师应在指导工作中倾注热情，与学生积极互动，这样不仅能使任务完成得更加高效，而且也有利于学生的全面发展。教师不仅要关注学生的专业训练，也要不失时机地对学生进行职业道德的言传身教，引导学生带着问题去思考和讨论，启迪学生的智慧，充分调动学生的积极性和主动性。

三、毕业设计应适当增加针对性实习

与单纯课堂教学相比，毕业设计属于实践环节。但若不加以恰当引导，相当多的学生的毕业设计仅仅是对参考书等资料的简单模仿。因此，在毕业设计过程中，应通过小组或个人(以整个年级为单位的统一毕业实习，针对性不强)的实习活动，例如参观钢结构工程或钢构件制作等，夯实书本所学知识，拓宽知识面，使学生获得真实感受。此外，通过实习，还可消除学生不切实际的想法和由此导致的误差或错误，有助于学生深入思考，以开展更加符合实际应用需求的理性创作。

(一)参观钢结构工程和钢结构安装

应组织学生参观正在建设的高层钢结构工程。因为从施工中暴露的钢骨架，学生可以清楚地观看构件和节点的加工和连接做法。实地考察如不可行时，也应提供必要的实录视频、图形资料和讲解，以加深学生的理解。还可以推荐一些好的参考书和期刊，例如《钢结构进展与市场》和《建筑结构》等，帮助学生了解新型钢结构工程和建造技术。此类资料图文并茂，是本科生很好的课外读物。另外，因高层建筑钢结构一些基本的构造和连接做法等，在低层和多层钢结构中也有体现。因此，也可组织学生考察当地一些在建的多层甚至单层钢结构工程，例如施工现场的焊缝和螺栓连接等。通过接触实际工程，增强学生的认知能力。

(二)参观钢结构加工厂和钢构件制作

在实习中，还可组织学生参观钢构件加工厂等。随着新材料和新工艺的快速发展，目前钢结构中的大型构件的加工制作方法和质量控制技术等都有革新，书本上的知识也非常有限。必要的学习参观有利于学生拓展知识面，帮助他们更好地理解和绘制施工图。指导教师可组织学生参观了解钢构件的生产过程。例如，参观工厂的焊接、刨边和钻孔等相关工艺流程等，并做好有针对性的实地讲解，有利于学生对重要概念的理解和对书本知识的消化。

四、考核应以学生实质性的进步为依据

(一)注重形式，更追求质量

学院毕业设计要求学生完成不少于9张的1号图纸，有些学生甚至能提供多达14张或者更多的图纸。诚然，为确保培养质量，数量上的要求是必要的，但任务完成的质量更为重要。笔者曾在一次钢结构毕业设计的答辩中发现，能够提供十多张图纸的学生，计算书虽然写的很饱满，但是连一个常用角焊缝的符号代表什么意思也回答不上来。可见，依葫芦画瓢的做法，在本科毕业设计中依然存在。再以结构施工图的绘制为例，在坚持部分图纸必须手绘完成这一传统做法的基础上，为了提高学生应用计算机作图的能力，目前鼓励采用计算机绘图。但应强调的是，计算机作图应让学生利用Auto-CAD软件亲手绘制，不能依靠设计软件和绘图软件等自动出图。虽然从表现形式上看，自动出图比学生亲手绘图的图面更美观和全面，但这样会使学生过分依赖软件而使其基本技能得不到应有的训练，导致学生对设计理论不熟悉，不能提高识图和绘图能力，并且也难以准确把握和判断其设计结果。因此，教师在毕业设计过程中应时刻提醒学生，在写计算书或绘图时，每写一句，每画一笔，都要弄清楚为什么，真正弄懂了才算得上学有所获。

(二)综合平时表现全面评价

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【关键词】高层建筑；结构设计

1 高层建筑结构受力方面

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，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承重墙的数量和分布作出总体设想。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。

2 结构选型阶段

对于高层结构而言，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点：

2.1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。

2.2结构的超高问题。在抗震规范与高规中。对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此。必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。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。

2.3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，当地下室顶板作为结构底部嵌固层的时候，应该要能约束结构底部的平动和转动，故必须要满足下列条件：1.地下室顶板与室外高差不宜过大，宜小于1/3层高。2.地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。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固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，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。

2.4短肢剪力墙的设置问题。在新规范中，对墙肢截面高厚比为5－8的墙定义为短肢剪力墙。且根据实验资料和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3 地基与基础设计方面

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。

地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

4 结构计算与分析方面

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

4.1结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE.TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

4.2是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。

该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

4.3振型数目是否足够。

在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

4.4多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而使结构出现不安全的隐患。

4.5非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大。因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

结束语

总之，钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，要求建筑结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性，明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，积累结构设计的工作经验，使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨，使建筑物的设计更安全、更合理。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程

JGJ3-2010

[2] 肖峻 高层建筑结构分析与设计[J]中化建设 2008

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关键词:高层建筑;结构设计;抗震概念;应用

防震设计是高层建筑结构设计必不可少的一部分，并且地震是一种无法消除的自然灾害。因此，高层建筑结构设计人员应采取科学、合理的措施来降低地震对高层建筑物的危害系数，以提高高层建筑物的稳定性，从而保证人们的生命和财产安全，这同时也是我国高层建筑物结构设计工艺不断优化的必然结果。

1高层建筑结构设计中抗震概念概述

地震的发生是无规律的，因此做好高层建筑物的防震设计是十分必要的。实践证明，只有利用科学、合理的设计措施，整体布局高层建筑的结构细节，才能降低地震对于高层建筑物的危害。一般抗震设计是从抗震值和抗震措施两个方面进行的，其过程是:地震情况统计、数据分析、提出概念。抗震概念设计的主要内容就是保证高层建筑整体的稳固性和细节结构的抗震性。简单地说，抗震概念设计就是基于工程抗震的基本理论和实际的抗震经验总结出的工程抗震概念，是决定建筑物抗震能力的基础。抗震概念设计中包含空间作用、非线性性质、材料时效、阻尼变化等多种不确定的因素。抗震概念设计的原则是建筑结构设计简单性、刚度适宜性、匀称性、整体性。例如在一些地震频发的地区设计高层建筑时，应该考虑都高层建筑上下部分结构性质不同的问题。

2高层建筑架构设计中抗震概念设计的应用策略

2．1合理的场地

高层建筑物的建设地点也是保障建筑工程施工质量的关键因素。选择合理的建筑施工场地，不仅可以减少企业的投入成本，还能提高建筑物的稳固性。因此，施工人员可以利用现代先进科技设施来选择理想的地段。场地的选择应当避开地震危险地段，如地震时会发生崩塌、地裂以及在高强度地震下容易发生地表错位的场地。一般地震危险地段包括断层区、坡度陡峭的山区、存在液化和夹层的坡地以及大面积采空的地区。如发生严重地震的四川北川地区，其区域特点是县境内地形切割强烈，地形起伏大，相对高差超过1000m，沟谷谷坡一般大于25°，部分达40°～50°，甚至陡立。并且地貌类型以侵蚀构造山地、侵蚀溶蚀山地为主。另外在县境内还存在一条断裂带。这也就是北川地区成为汶川地震重灾区的原因，该地区的地震宏观烈度达到了Ⅺ度。因此，建设高层建筑的重点就是选择地势开阔、平坦以及中硬场地土。如我国中部平原地区，其地势平坦，并且属于地震低发区。当然，如果无法避免区域限制，那么也可以选择抗震性比较好的地区，如避免存在孤立山包的区域以及表面覆盖层厚度较小的区域。总之，因地制宜，选择合适的高层建筑建筑建设场地是保证高层建筑物稳定性的最佳途径。

2．2合理布局建筑平面

建筑物的房屋布置和结构布置都是影响高层建筑物稳定性的重要因素。依据抗震的概念，合理布局能够有效提高高层建筑物的抗震能力，延长建筑的使用年限。一般施工人员都会根据地震系数选择适当的建筑物高度和宽度，使高层建筑的抗震能力达到最大值。建筑平面的布置可以从四个方面考虑:一是布置平面时，应当遵循简单、对称的结构特点，以减少偏心;二是应当保证质量和刚度变化均匀，避免楼层错层问题;三是尽量设计合理的平面长度，且建筑物突出的长度也应该符合相关标准;四是尽量避免采用角部重叠的平面图形以及细腰形平面图形。如早前发生在墨西哥的地震，相关人员在地震发生后对房屋的结构进行了分析。据数据表明，建筑物刚度明显不对称会增加15%的地震破坏率，拐角形建筑会增加42%的地震破坏率，因此，高层建筑施工人员应该科学合理的设置建筑平面。此外，现浇钢筋混凝土高层建筑适用高度的确定需要考虑地区的地震烈度，如高层建筑的抗震墙在烈度系数达到6的地区，其最高适宜高度为130米;在烈度系数为7的地区，最高适宜高度为120米。总之，合理的高层建筑物平面布局是保证高层建筑抗震能力的关键。

2．3合理的结构设计

高层建筑的结构设计不仅要满足抗震要求，还要满足经济、功能齐全、施工技术等要求。在设计高层建筑结构时要考虑实际的场地环境和建筑物本身的建设标准。另外，结构的设计还应该满足对称性。总之，对于高层建筑的结构设计应该从各个方面综合考虑。首先，高层建筑结构的设计需要考虑多种影响因素，除材料、施工、地基、防烈度等因素外，还要考虑经济因素，之后才能确定建筑物结构类型。有利于防震的建筑平面设计包括方形、圆形、矩形、正六边形、正八边形等，不利于防震的建筑平面设计包括多塔形、错层、楼板开口等。次外，如果建设的高层建筑属于纯框架高层建筑，那么设计人员应避免出现框架柱倾斜、楼体倾斜等问题。因为如果框架柱倾斜，一旦发生地震就会出现剪切破坏问题，造成高层建筑的严重损坏。其次，更为重要的是结构设计一定要遵循对称原则，避免扭转问题的出现。如果高层建筑结构采取对称的结构，那么当发生地震时，其建筑物只会发生平移震动，建筑物各个部分的受力比较均匀，从而降低地震对高层建筑的破坏程度。

2．4设置多条防震线

设置防震线是为了提高高层建筑结构的抗震系数，提高建筑物体的稳固性。之所以设置多条防震线是因为建筑物中各个部分的结构和功能是不相同的，设计相应的反震线能整体提高高层建筑物的抗震能力。设置多条防震线的优势在于如果发生地震时，第一道防线的抗侧力构件在遭到破坏之后，其地震的冲击力和破坏力就会减弱。这样当地震经过多道防震线之后，地震的破坏力就会降到最低。如尼加拉瓜的马拉瓜市的美洲银行大厦，就是应用多道防震线的典型建筑，其大楼采用的是11.6米*11.6米的钢筋混凝土芯筒作为主要的抗震和防风构件，并且该芯筒又由四个小芯筒组成。相关数据显示，该高层建筑对于地震的反应用数据表示是，当发生地震时，其四个小芯筒的结构底部地震剪力值达到了27000KN，结构底部地震倾覆力矩达到了370000KN•m，其结构顶点位移值为120毫米。总而言之，设置多条防震线提高高层建筑物防震能力的重要手段。尤其是在社会经济快速发展的背景下，重视抗震概念的设计是延长高层建筑物使用年限，提高我国建筑工艺水平的关键。

3总结

综上所述，随着我国经济水平的不断增长，高层建筑物的数量也在迅速增长。因此，做好高层建筑结构设计中的抗震概念设计就凸显的尤为重要。将抗震概念设计应用到高层建筑结构设计中，不仅要考虑高层建筑结构施工的各个方面，还要考虑各种外界因素以及抗震标准。这样才能提高高层建筑的稳定性，降低地震给高层建筑造成的危害程度，从而保证人们生命和财产的安全。

作者:周宝学 单位:浙江华坤建筑设计院有限公司

参考文献:

［1］张念华．抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用［J］．中国新技术新产品，2014，04∶78－79．

［2］李国珍．高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析［J］．江西建材，2014，02∶29．

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商业楼基础设计等级为甲级，采用桩加防水板基础。根据前期试桩检测报告结论，采用Φ700钻孔灌注桩，抗压兼抗拔桩。基础埋深12.1m，远大于建筑结构高度的1/18。经复核，风荷载及水平地震作用下基底均不出现零应力区，可满足高层建筑结构抗倾覆稳定要求。

二地下车库设计

地下车库采用框架剪力墙结构，局部增加的剪力墙，主要有两个作用:一是为了使得地下1层与地上1层的剪切刚度比大于2，满足正负零作为地上单体嵌固端的要求，二是为了更好地保证室内外高差处水平力的传递。商业楼室内及室外相关范围内，正负零零层采用梁板式结构，板厚180～250，双层双向配筋，且配筋率不小于0.25%。

三上部结构设计

(1)超限情况的判定

根据“住房和城乡建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知(建质〔2010〕109号)”，对商业楼的超限情况判定如下:①商业楼结构高度29.2m，采用现浇钢筋混凝土框架结构，属于A级高度高层建筑，高度不超限。②商业楼3层以上竖向构件缩进大于25%，属尺寸突变(立面收进);③商业楼地上楼层存在多处楼板有效宽度小于50%，开洞面积大于30%的情况;④商业楼3层和4层之间质心相差达18m，大于相应边长的15%，同时，考虑偏心扭转位移比大于1.2，小于1.4。综合以上分析，商业楼属于超限高层建筑。

(2)上部结构计算分析

在小震作用下，全部结构处于弹性状态，构件承载力和变形应该满足规范的相关要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2010第5.1.12条的要求，本工程采用SATWE与PMSAP两种不同分析软件分别进行了整体内力及位移计算，两种软件的计算结果基本一致，结构体系满足承载力、稳定性和正常使用的要求。楼层最大位层间移角小于1/550，满足JGJ3－2010第3.7.3的要求;在刚性楼板假定下，虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值均小于1.4。根据建筑抗震设计规范GB50011－2010第5.1.2条，对不规则建筑应采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。本工程所选的三条波为TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035，每条时程曲线计算得到的结构底部剪力均大于CQC法的65%，三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于CQC法计算得到的底部剪力的80%，故所选三条波满足规范要求。时程分析的结果表明，结构体系无明显薄弱层，时程分析法包络值较CQC法计算结果小，故结构的小震弹性设计由CQC法计算结果控制。根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3－2010第5.1.13条的要求，对商业楼采用弹塑性静力分析方法进行了补充计算。两个方向罕遇地震下性能点最大层间位移角均小于1/50，小于规范弹塑性位移角限值，因此宏观上商业楼所用结构体系能保证大震不倒的设计要求。在通过二阶段设计实现三个水准的基本设防目标以外，针对本工程的具体情况，提出了以下抗震性能化目标:①设防地震作用下，中庭连廊等薄弱处楼板内双层双向钢筋不屈服;②设防地震作用下，悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱斜截面抗剪按弹性设计，正截面抗弯按不屈服设计;PMSAP楼板应力分析结果表明，中庭连廊根部、平面凹口阴角位置一般为应力集地区域，在多遇地震作用下，楼板主拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值，楼板不会开裂，在设防地震作用下，应力集中位置楼板主拉应力略大于混凝土抗拉强度标准值，但适当加大楼板配筋，即可满足楼板内钢筋不屈服。在设防地震作用下，利用SATWE进行弹性设计和不屈服设计，分别校核悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱的箍筋和纵筋，并与多遇地震计算结果一起进行包络设计。计算结果表明，配筋值均在合理范围，配筋切实可行。通过以上性能化设计措施，在对结构的经济性影响较小的情况下，提高了结构的抗震性能，增加了建筑的安全性。

(3)上部结构设计

针对偏心布置和扭转不规则，设计时，尽量使结构抗侧力构件在平面布置中对称均匀布置，避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏离;加强构件的刚度，增强结构的抗扭性能。计算时，考虑偶然偏心的影响，设计时适当加强受扭转影响较大部位构件的强度、延性及配筋构造。通过调整结构布置，将考虑偶然偏心下的最大位移比严格控制在1.4以下，第一扭转周期和第一平动周期比严格控制在0.9以下。针对立面收进带来的扭转不利影响而采取的抗震措施详第(1)条。构造上，对收进楼层(4层)加厚至140mm且双层双向加强配筋，配筋率不小于0.25%，但为减小大跨部分楼板自重，室内大跨度区域楼板厚120mm，屋面大跨度区域楼板厚130mm，收进部位上下层楼板(3层和5层)厚度不小于120mm，并双层双向加强配筋。根据《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3－2010》的相关规定，体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级，框架柱在此范围内箍筋全高加密，提高纵筋配筋率;收进部位以下两层结构周边竖向构件配筋加强。针对因开洞形成楼板不连续情况，整体计算时按实际开洞情况建模，并将以上楼层定义为弹性膜，以考虑楼板不连续对结构的影响;同时，构造加厚连廊等薄弱区域楼板至130mm厚，并双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。

四结语

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一是层数和高度的增加，竖向荷载也不断加大，墙、柱结构面积也随之相应的增加。二是由于高度的增加，超限结构的水平荷载急剧增长，风力随着各层作用点高度的增加而不断加大，重力荷载代表值、各层作用点高度及构件截面刚度也会导致地震作用的加大，结构受力的主要思想因素来自于水平荷载。三是随着高层建筑层数的增加，所累加的效应也会越来越明显。而且在这其中还会由于压缩变形差而导致节点附加弯矩、倾覆弯矩所产生附加轴力，这也是超限结构设计时不可忽视的重要因素。四是层数的增加，导致需要调整的系数也加大，构件内力变形、位移值和位移比的控制难度都会有所增加，从而需要对其抗震等级进行提高。

2高层建筑结构超限设计的主体因素

2.1基于性能的抗震设计能否满足抗震性能目标

在高层建筑结构抗震设计中，通常分为小震、中震和大震作用下的抗震设计，计算分析方法也具有一定的区别。通常利用振型分解反应法或是弹性动力时程法来对小震作用进行计算分析；而中震则利用弹性计算和结构构件屈服判断分析法来对其抗震性能进行计算；在大震设计时，则利用静力弹塑性一Pushover推覆分析及动力弹塑性来对进行计算。利用这些计算方法可以有效的对各阶段所要实现的抗震目标进行判断，确保结构的安全性。

2.2考虑可能的风载作用控制并验算风作用下舒适度

通常情况下在对抗震超限审查项目中并不包括风荷载作用。但对于高层超限结构工程来讲，由于其高度与正常高层建筑的高度超出较多，这就会导致风起到较大的控制作用。所以需要在高层超限结构中对风载进行必要的分析。在具体分析过程中，需要通过风洞试验的数据对超高层建筑受相邻超高层建筑物风扰的影响进行分析，根据其横风作用的大小来采取必要的控制措施。在对横风和顺风作用进行超限计算时，需要将两个方向的风压值都要与放大系数1.3相乘，从而计算出相应的位移和强度，从而进一步对可能起控制的横向风作用进行有效控制，确保在风作用下高层超限结构设计的最佳舒适度。

2.3根据高层超限结构构件和刚度需求分析温差效应

目前高层结构采用的都为竖向构件筒体，桩截面和刚度都较大，这就导致就会导致在混凝土浇筑过程中楼盖梁板在水平方向上温差变形会有较大的约束力产生。从而导致相应约束力产生，即水平温差效应。所以在实际设计过程中需要对混凝土终凝时的温度差值所可能对结构带来的附加内力影响进行充分的考虑。

2.4针对超限分析要考虑混凝土徐变收缩对结构的影响

混凝土自身固徐变收缩的特性，但钢结构则不存在这个问题，但当混凝土附着在钢结构上时，随着时间的持续，则会导致徐变变形的发生。同时作为超限高层建筑，由于其竖向构件高度较大，这就会导致其徐变变形累计数量较大，而且同时还会有收缩变形发生，在这两种叠加变形的作用下，会导致超高层建筑竖向构件后期的塑性变形达到较大的一个量级，导致其超出荷载直接发生弹性变形，从而对部分结构构件或是非结构构件带来较大的影响。所以在实际设计过程中，需要对这种徐变收缩进行量化分析，对其可能导致的不利影响进行评估，根据分析的结果来对是否需要采用相应的对策进行判断，确保超限高层建筑的质量。

3高层建筑结构超限设计中主体问题的解决措施

对于超限高层建筑，其对于抗震性能进行设计时，需要采用科学合理的设计方法从而对高层建筑结构在大、中、小三个地震级别的抗震性能进行具体的分析和判断，对于竖向荷载及风载的作用，则需要在设计和计算时确保所选择的方法的规范性。从而有效的确保结构构件的弹性，确保其在小需作用下结构具有良好的弹性和完好性，不会有损伤发生，使结构在小震中具有较好的抗震性能。在对中震作用下结构的弹性进行计算时，需要利用地震反应谱曲线来对中震弹性进行计算，由于需要在计算中对各项系数进行确定，所以可以将荷载、材料及城市承载力调整等各项系数都取1.0为准，而在计算过程中可以不对地震作用下内力放大调整进行考虑，其标准值可以根据材料的强度来进行选取，以构件地震作用组合效应小于强度标准值计算的抗震承载力为标准，在这种情况下，则可以做到中震作用下，高层超限结构具有良好的不屈服性，具有较好的抗震性能。竖向构件及与外框柱及内筒剪力墙面内相交的主要框架梁均不出现屈服，梁均不出现受剪屈服，在小震及屈服判别地震作用1时，所有梁不出现受弯屈服；在判别地震作用2及中震时，核心筒连梁仅出现程度较轻的屈服（主要表现为面筋配筋率略>2.5%），可判断为轻微的损伤；另，右侧的边框架梁在中震下也出现轻微屈服，经将梁宽度适当加大后，即可满足该梁中震不屈服。实际设计时，将按小震和中震两者的较大值对构件进行配筋，这样则能实现中震作用下结构“重要构件不屈服，其他构件部分允许受弯屈服，可修复使用”的第二阶段抗震性能水准。对大震作用，则可以采用相应软件对结构进行静力弹塑性分析（Pushover）及用接口程序BEPTA进行模型的前处理和准备工作后通过分析软件对结构进行动力弹塑性分析。按弹塑性程序计算所反映的塑性发展程度来对构件以至整个结构进行相应的性能评价。高层建筑超限结构设计，为了确保其安全性，在对其抗震进行超限审查时，还需要通过对风载、温差和混凝土徐变收缩可能带来的影响进行深入的分析，确保真正实施高层超限结构时其性能能够得到有效的保障。

4结束语