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高层建筑结构设计论文范文1
高层建筑的结构设计最开始出现的是比较简单的框架结构，随后又出现了钢筋混凝土构造的剪力墙结构，由框架部分与剪力墙部分共同作用的框剪结构，由筒体体系构成的筒体结构以及不同结构相结合而形成的组合结构和一些巨型结构(巨型梁结构、巨型柱结构等等)。这些结构各有受力特点，适用于高度不同的结构体系，不同建筑结构的选择也影响着后续的建筑结构设计。高层建筑的结构形式与工程施工、工程造价、建筑设备安装等诸多因素密切相关，所以结构设计时应该注意设计特点和设计要点。第一，高层建筑相对低层建筑整体上会导致受力增加，相对于竖直荷载，水平荷载地位提高，成为决定性因素，必须考虑基于水平荷载的建筑荷载能力，水平荷载主要包括地震和风荷载，高层建筑应该有更加优秀的抗震能力。第二，高层建筑的侧移是结构设计的重要因素，也是重要的控制指标。第三，高层建筑的柱中容易产生竖向变形，这会造成连续梁的长度变化和预制构件的下料长度变化，忽略轴向变形是潜在的危险因素。第四，高层建筑结构设计应注意有较大的结构延性，作为一种预防措施保证整体结构在高荷载作用产生巨大变形下不至于倒塌。
2高层建筑设计的一般原则
2．1关于高层建筑结构计算简图的选取原则在高层建筑的结构设计和受力分析过程当中，要进行相关的计算，而计算简图是进行结构设计计算的基础，所以计算简图的选取恰当与否关系着高层建筑的结构设计是否合理，也关系着高层建筑的使用是否安全可靠。在进行高层建筑结构计算简图的选取时，要特别的仔细认真，这样才能保证结构设计计算结果的可靠，保证高层建筑的安全建设和使用。同时，计算简图要有一定的构造措施和构造方法来保证安全，尤其是建筑节点在图纸上和实际中略有差别，必须保证计算简图的误差在允许的设计误差范围内。此外，设计工程师要仔细的分析软件计算的结果，避免因为不同计算软件的计算结果而造成比较大的计算偏差和失误。
2．2关于基础设计和建筑结构设计的方案选取原则高层建筑的基础比较深，基础设计要考虑多种因素。高层建筑的基础设计必须参考详细的地质勘探报告，然后结合地区的地质条件进行基础的合理设计。同时，采用哪种高层建筑的结构类型也影响着基础的设计工作，不同的建筑类型的荷载不同，高层建筑的基础设计必须与结构类型和荷载分布相一致。综合考虑各种因素来确定基础的设计工作的目的是使地基的稳定性能和承载能力发挥到最大。建筑结构的设计方案一般要满足两方面的要求，一是受力特性和建筑的力学性质的合理性，对于整个高层建筑的结构体系的受力和荷载要明确，力的分析与计算必须简单。二是要满足经济成本合理性的基本要求，建筑结构的设计方案直接决定了后续的施工方案的选取工作和施工设计，这个过程必须考虑整体建筑施工成本合理的要求。另外，高层建筑的结构设计方案也必须考虑当地的地质条件、地理地形条件、工程施工的要求、施工方案和建筑设备安装等具体的因素，在各种因素相互协调的情况下，确定结构设计的最优方案。
2．3关于计算结果正确性分析的原则随着计算机技术的不断进步，计算机应用软件不断地加入到高层建筑结构设计的分析计算当中，但是与建筑结构设计有关的软件的品种数量众多，不同的软件品种的计算方法、流程和编程实现方法不一定相同，导致了有关结构设计的计算结果存在着许多差异。设计工程师要正确认识和分析这些计算结果的差异，充分了解所采用的计算软件的计算范围和计算条件，要在仔细审核的基础上进行仔细的判断，排除人工数据输入的错误，才能够得出所需要的正确结果。
3高层建筑结构设计相关问题分析
3．1高层建筑的基础设计相关问题高层建筑的地基设计既是高层建筑结构设计的前提性工作，也是建筑设计师非常重视的一个问题。地基设计的重要性不言而喻，地基设计的质量直接影响着基础的类型选择和工程的造价。基础的设计工作包含了基础的类型设计和对地基的处理工作。地基类型的选择要考虑到上部结构的荷载、地基的承受荷载的能力以及工程的整体造价等因素，其中比较重要的是上部建筑荷载的准确计算和结构选型。另外在地基的设计和相关计算中一定要遵守国家规范和地方性规范，因为就全国来说，各地的地质条件差别很大，国家规范没有办法作出统一全面的规定，所以在地基的设计工作中要注意遵守地方性的设计规范的问题。
3．2高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5－8的墙体，在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。
3．3高层建筑中的结构规则性问题关于高层建筑的结构设计的新旧质量规范在诸多问题的内容描述上都存在着一定的变化和改动，这主要体现在两个方面，第一，新的建筑规范中针对旧的建筑规范的高层建筑结构设计的规则性问题，增加了许多的限制条件，比如建筑结构设计中的平面规则性问题和结构嵌固端的刚度比问题。第二，新的建筑规范中采用强制性的条文规定了严重不规则的结构设计方案是不能采用的。所以，结构设计师要注意到新旧规范的的内容改动，严格遵守规定的限制条件，合理的规划自己的结构设计，避免为后续的施工设计和施工图的设计工作带来不必要的麻烦。
4结语
高层建筑结构设计论文范文2
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
高层建筑结构设计论文范文3
一、高层结构概念设计
(一)高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析,对于复杂的高层,例如多塔机构也可以把它分成几块,分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题,然后组合起来。首先,在方案阶段(I),可以把基本设计方案概念化,建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成,因此在初步设计阶段(Ⅱ),要扩展方案,把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来,进行基本水平和竖向分体系的总体设计,从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的第Ⅲ阶段,即施工图设计阶段,处理一维的构件设计,具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图,对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构,可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件,承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力,或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合,趋向于既可能将它推倒(受弯曲),又可能将它切断(受剪切),还可能使它的地基发生过大的变形,使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言,结构体系要做到不使建筑物发生倾覆,其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断,其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说,结构体系要做到不使建筑物被剪断,其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说,结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形,地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载,使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态,就会导致建筑物中的人有震动的感觉,使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害,还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂,甚至危及屋外行人的安全。所以,高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼,它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱,横行柱距为18m,纵向柱距为6m,中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式,进行结构方案优选,分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力,外柱仅承受大部分竖向荷载,不抵抗水平力,梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架,来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1.4×6×8=67.2KN/m,竖向荷载近似为15120KN,井简墙自重为6×36×(6+12)×2=7776KN,可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m,超过核心范围(6/6=1m),不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固,才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此,在一个方向风荷载作用下,总框架一侧柱子受压,另一侧柱子受拉,并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2KN,大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268,8KN/柱<7×3×9×10=1890KN,即比每根柱所承受的恒载小很多,基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好,应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析,下一步就考虑采用什么结构体系,有下面几种高层建筑结构体系可供选择,其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点,结合高层概念设计的三维层次考虑,选取合适的结构体系或其组合体系。
(一)框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由梁联系起来,形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时,可用隔断分割成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用灵活。外墙采用非承重构件,可使立面设计灵活多变。但是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15层宜采用框架结构,可以达到比较好的经济平衡点。
(二)剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3—8m,现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求容易满足,适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好,在历次的地震中,都表现了很好的抗震性能,震害较少发生,程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大,平面布置不灵活,而且不宜开过大的洞口,自重往往也较大,不是很能满足公共建筑的使用要求,而且其成本也较大。
(三)框架一剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件,框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%),是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载,提供较大的使用空间,同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙,其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区,都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构,布置在内部,外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工,的框架柱断面小、开间大、跨度大,很适合现在的建筑设计要求。
(四)筒中简结构体系
高层建筑结构设计论文范文4
关键词：高层建筑；结构选型；结构优化；设计
1高层建筑结构选型设计
1.1高层建筑结构类型分析
高层建筑结构选型决定高层建筑的整体安全性和可靠性。常见的几种结构可类型为分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。①框架结构主要是由梁柱、楼板等部分组成，根据建筑功能的需求，完成对平面框架的布置。框架结构造价低，但在水平荷载影响下变形较大，抗震效果不佳；②框架-剪力墙结构，高层建筑中，剪力墙主要布置在电梯间，通过核心筒承担水平荷载，抵抗地震力，整体稳定性高。但是框架剪力墙结构容易受到平面布局限制，出现质心和钢心不重合的现象，结构扭转过大，可能会出现的安全隐患；③剪力墙结构，具有较好强竖向和水平向的承载能力，对高层建筑的整体刚到和稳定性具有显著的提升效果，重点在于剪力墙的布置及自重的控制；④筒体结构，在电梯间及建筑布置剪力墙，形成筒体，该结构具有更高的刚度。
1.2高层建筑结构选型的影响因素
高层建筑结构选型，除了受建筑需求影响外，其主要因素可归纳为：①环境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型,其中建筑体型包括平面体型和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成,立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成；③建筑使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅,由于其使用空间较小,分隔墙体较多,且各层的平面布置基本相同,因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构；④结构抗灾水平及现场施工、后期使用、运营维护等。
1.3结构选型实施案例
本章节以某工程为例，该工程中主要包含的高层住宅和多层商务办公两部分，建筑的总占地面积95388.440m2，其中工程中主要以1号楼、2号楼、3号楼为高层建筑，且楼层均为36F，其中且高度分别为117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用钢材、混凝土等材料。本章节以1号楼为研究对象，1号楼拟建楼层36层，设防烈度7度，基本风压0.75KN/m2，场地Ⅱ类。建筑对称布置，平面规则，其空间分隔小，隔墙多，且各层平面布置基本相同。通过考虑其竖向、水平向荷载、造价施工方面等因素，本工程采用剪力墙结构，通过合理布置剪力墙，控制结构的整体刚度及侧向位移等，使结构更安全、更稳定、更经济。
2建筑结构的优化设计
2.1结合建筑类型进行优化
汶川地震震害结果表明，对于教育类项目，如中小学，由于使用功能要求，相比其它建筑，教学楼竖向结构体系相对较弱，强度和刚度不足，并且建筑体型不对称，致使建筑在地震中易倾倒。因此教育类项目，应在建筑侧边及楼梯间布置剪力墙，以增强建筑结构的整体性与稳定性，使其具有良好的工作性能。针对文化体育类项目，例如图书馆、博物馆，根据其典藏书籍及文物的特点，其荷载大，使用空间大，平面不规则，在结构进行竖向布置时不必按照传统9m模数布置，某项目案列按12m模数优化柱网后，结构截面变化不大，但能更好满足建筑使用功能需求。
2.2结合建筑总高度进行优化
在某超高层中，通过对比分析钢骨砼柱—砼梁与钢管砼柱—钢梁，钢梁组合楼盖可有效降低梁柱截面，满足建筑使用净高要求，且中庭洞口各层交错布置，采用钢梁组合楼盖解决了传统支模难题；可有效控制塔楼标准层室内梁高，内部净高高出150～200mm；绝大部分构件都在工厂加工完成，最大化地提高建筑产品工业化水平，大大减少施工现场建筑垃圾；施工工期大大缩短。
2.3结合建筑荷载进行优化
越来越多的企业在项目建设过程中承受着巨额成本的压力,地下室优化的必要性不容忽视。在满足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考虑覆土、消防车、人防等荷载，再进行平面布置，并进行多方案比选，项目实例表明，在常规8.5m×8.5m柱网情况下，荷载越大，采用大板结构，建筑物含钢量最低，最经济。在结构优化过程中应多方面考虑，对建筑安全、美观、经济等全面比较，以实现项目效益最大化。
2.4剪力墙结构优化理论在实际工程中运用
（1）在进行结构计算时，应通过软件分析，满足最大层间位移、周期比、位移比、轴压比等各项指标确要求。（2）通过适当的缩减剪力墙的长度，减轻自重，增加高层建筑内部使用空间。（3）剪力墙的肢截面控制，在具体的控制中，需要保障肢截面以简单、规则为基准，具体的门窗洞口，同样需要设计整齐成列，并形成明确的墙肢与连梁，进而使得应力可以的合理的分布，提升高层建筑的整体安全性和稳定性。（4）剪力墙过长的部分，采用的开设洞口的方式，完成对剪力墙的均分，再由的弱连梁对他们进行连接，避免剪力墙出现的脆性剪切破坏，影响高层建筑的整体质量和安全。（5）剪力墙应自上而下的连续性布置，减少高层建筑出现刚度突变的情况，保障剪力墙的连续性。设计过程中适当对剪力墙的厚度和混凝土强度进行调整，满足轴压比的要求。（6）对窗口梁和阳台梁等截面进行调整，完成对结构刚度及位移的微整，是结构布置更合理。针对高层建筑的结构选型设计的基本情况，可完成高层建筑的结构优化，从而使得高层建筑的空间效果、结构性能和高层建筑的整体综合效益等均可得到改善，在保障高层建筑基本功能的基础上，提升高层建筑的稳定性和安全性。
3结束语
高层建筑结构设计论文范文5
关键词：高层建筑；剪力墙结构；计算分析；抗震设计
高层建筑剪力墙结构设计不仅要满足高层建筑结构的各项要求外，也需满足规范对此类结构所有其他规定。同时，还要加强构造处理方面的各种措施。在进行结构的整体设计计算时，转换层上下结构的侧向刚度比应符合规范要求，并应严格控制结构在地震作用下的位移值和扭转效应，使结构布局合理。本文结合工程实践，主要论述了高层建筑剪力墙结构设计要点及注意问题。
1 工程概况
某高层住宅建筑，分为A、B、C 3栋，一共16层，地下室为2 层，层高为 3.6m和4.5m，A、B栋主体结构层高61m，；地上1层为居民活动空间，高5.2m；2～16层为住宅，层高 2.9m，以上至屋顶层高均为 3.0m。
2 结构设计
2.1 转换体系的选取与计算
框支转换层楼板在地震中受力变形较大，其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多，地震时楼板将传递相当大的地震力，其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入，相当于考虑了板对梁的卸荷作用，会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时，将转换层楼板用弹性膜单元模拟。
2.2 嵌固端与转换层楼板板厚的确定
工程以±0.000 板作为嵌固端，既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构，同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第 6.1.14 条规定：当地下室顶板作为上部嵌固端部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm，同时，为了有效地将水平地震力传递给剪力墙，在应力集中的楼层，将楼板厚度加大，转换层楼板取180mm，与其相邻的层也适当加厚至150mm。
考虑抗震需要，施工图阶段时更有意提高转换层配筋率，使单层配筋率达到0.35%，以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍，宽度较宽，对边转换梁，板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可，而是要求必须贯穿梁截面，以确保梁内扭矩在板上的有效传递。
2.3 框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计
框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件，它的安全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力，因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上，通过概念设计和抗震措施进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30，框支柱的抗震等级定位一级，为了增加其延性，轴压比不超过 0.4，其最小配箍特征值比一级增加 0.02 采用，框支层剪力墙轴压比控制在 0.6 以内，以保证剪力墙有足够的刚度。
抗震设计时，剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中，考虑到高层建筑结构的重要性，《高规》对墙厚的取值更加严格。取《高规》第 10.2.2 条规定：带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的 1/10。
2.4 转换层上、下结构侧向刚度比的确定
工程实践中，框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的，为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度，使上下刚度接近，《高规》规定：需要抗震设防时，转换层上下刚度比不应大于 2，同时不应小于 1。为了满足此要求，对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚，落地芯筒周边墙体加厚至300mm（上部为250mm），少量的落地剪力墙加厚至 400mm（上部为250mm），同时转换层以下的混凝土强度等级定位 C45（上部为C35），最终大部分单元刚度比均控制在1.4左右，只有少数单元较大，但也控制在1.8以内。
由于高层结构中转换层的出现，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径会有很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》附录 E 分别规定了底部大空间层数不同，转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度，因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式（1）计算，为了便于计算顶部位移，可以将顶部单位水平力适当放大。
1H2
γe≤ （1）
2H1
结构设计时可以应用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件”（SATWE）计算转换层上、下结构的等效侧向刚度比，具体计算步骤如下：①采用 PMCAD 建立结构计算模型；②采用 SATWE 前处理程序形成风荷载数据文件 WIND.SAT；③分别修改计算模型的风荷载数据文件，将顶层刚性楼板的 X、Y向风荷载的 X、Y轴均设置为500kN，Z 轴扭转分量设置为 0，其余各层 X、Y 向风荷载的X、Y 轴分量以及Z轴扭转分量均设置为 0；④运行SATWE中结构分析及构件内力计算程序，求出计算模型 1、2的顶部位移；⑤应用公式（1）即可求解出转换层上、下结构的等效侧向刚度比。
通过上述方法计算得出的转换层上、下结构的等效侧向刚度比宜接近 1，非抗震设计时不应大于 2，抗震设计时不应大于 1.3。
2.5 抗震设计
框支剪力墙结构的局部加强范围，对本工程来说，取框支部分所临近两个2～3个开间所包围的区域。在进行框支柱、梁内力调整时可按此调整加强部位有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外，可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造，如板边设暗梁、梁板配筋加强等，以保证水平剪力传递。
建筑专业为了立面处理的需要，希望在建筑平面的角部开窗，墙体角部在地震作用下，是较敏感的部位，特别当结构平面不规则时，由于平面的扭转，引起内力重分布，将使震害加剧，使得此处的连梁分配更多的地震力，容易产生连梁的超筋问题。因此，需要对此处的连梁采取构造加强措施，本工程主要采用了以下几点：①角部开窗的墙体为无翼缘墙体，《抗规》6.4.1 条规定墙体厚度，当无端柱或翼墙时不应小于层高的 1/12，本住宅层高 2.9～3.0m，故角部房间墙段厚度取250mm；②由于角部墙体无翼缘，延性较差，应在墙体端部设置暗柱，并适当的加强配筋；③为了增加墙体平面外的稳定性，可在每层楼板角部处附加钢筋板带配10Φ12mm 钢筋，两端各锚入暗柱内，长度≥35d。楼层加强，双层双向且均按受拉钢筋锚固于墙内和梁内。
3 结构设计中应注意问题
框支剪力墙结构虽然框支部分很少，但对框支部分还应该符合部分框支剪力墙结构的，同时又不完全符合。因此，为满足使用功能和结构抗震设计的要求，同时使剪力墙的布置和用量较为合理，结构设计时主要应解决以下几个问题：①平面设计时合理布置剪力墙的位置，使结构的刚度中心与质量中心相接近。②对于框支柱上的剪力墙尽可能的减少，减薄，如果实在无法避免时，框支柱的计算配筋要充分考虑到平面外的荷载作用及内力的相互影响。③对工程中出现转换层一类的局部特殊结构形式时，应对结构整体计算后对局部特殊结构进行专门的有效受力分析，如对转换层上下层刚度比进行单独的计算。④增强结构的抗扭能力，在建筑物的四个角部不利于抗震的开设的转角窗，应加强构造措施。⑤对于受力复杂的结构，构造设计是保证结构安全的重要措施。
高层建筑结构设计论文范文6
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。
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，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。
5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。以上也只是笔者在设计过程中对问题一些浅薄的认识。
参考文献:
