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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；结构设计；问题；措施
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、高层建筑结构设计的原则
1、计算简图的选择要适宜
在高层建筑的计算简图中有大家公认的一个原则，在各种方案选取的时候必须除去个人的主观意见，综合各方面因素来选择一个最为合适的设计方案，方案的选取与工程的整体机构安全有着直接的联系。无论对于哪一项工程来讲，只有在计算简图的基础上才能进行建筑结构的初步计算，因此我们可以看出对于选取合适的计算简图是极为重要的。众所周知，再精准的计算与设计，误差在施工的过程中都是不可避免的。实际上，在工作中误差是可以存在的，只要我们把误差的范围合理的控制在一定的标准之内，那么误差对于工程的整体质量就不会产生很大的影响，因此需要我们更加精确的来计算简图，保证与实际误差相差较小。
2、基础方案的选择
不能因为工程的需要而使周围的环境遭到破坏，以至于周边环境的生态平衡遭到破坏，是现在设计的一个环保性特点。任何一个工程都必须以环境为中心来进行设计和施工，使工程能够很好地融入到自然中，使生态环境平衡和谐共存。在进行基础方案的设计时，首先要把各个方面的相关因素每一项都要进行考虑，把每一方面的因素都要综合起来，然后对工程的整体进行一系列的评估来考虑其经济性，接着进行对设计方案的正式审核，最后再进行施工，在施工过程中始终要以可持续发展为中心的理念进行施工，那么工程的质量定会有一定的保障。
3、结构方案的选择
由于高层建筑的结构特点是很复杂的，在施工时我们要对各个方面的问题进行考虑，例如线路的安排，供水问题等每一方面我们都必须要考虑周全。在结构设计方案中有一些重点考虑的部分，例如：周围的施工环境、材料的选择要求、抗击自然灾害的能力。我们必须要严格遵守原则：水平和竖直。结构方案不只是施工单位一方面的事情，使用方和施工单位要意见达成统一，在设计中和以后的发展方向上要仔细详细的展望，为了选择更合理的结构设计方案，能够最大限度的达到预期的目的。
4、对计算结果准确的分析
现在，计算机技术的进步使得计算机技术在高层建筑的结构设计中能够进行应用，但是不同的计算机软件有可能导致计算结果出现一定的偏差，因此对计算机软件的计算结果需要我们进行准确分析和把握。那么进行建筑结构设计的人员必须在结构设计方面有充分实际的技能，还要充分的了解所应用的计算机软件，因此才能对计算机结果进行客观而准确的分析。基于计算机软件的不完善性，软件可能存在缺陷，计算结果有可能会使得计算结构与实际情况存在一定的偏差，出现偏差时要求结构设计人员对计算结果进行判断，在设计中做出一定程度的调整，来适应结构设计的要求。
二、当前高层建筑结构设计中出现的问题
随着高层建筑的不断兴建，我国很多高层建筑的结构设计中都暴露出了一些问题，对高层建筑的建设带来了不利的影响。
1、对高层建筑抗侧力结构的设计
与多层建筑相比，高层建筑在高度和层数上都有一个明显的突破。从结构设计的角度，高层建筑与多层建筑在设计方法以及设计原理上基本是一致的。两者的区别主要体现在水平荷载作用，高层建筑的结构材料必须能够抵抗更大的水平荷载，对于高层建筑特别是带高位转换层、多塔楼和大底盘的高层建筑，都很容易在抗侧力结构上出现问题。
2、高层建筑地基基础设计的问题
高层建筑的地基基础设计要求很高，有很多高层建筑的地基基础设计没有对荷载进行全面的考虑，在进行局部填土、隔墙设置等都没有对荷载偏心的影响进行考虑。在地基基础设计中，没有进行冲切、抗剪和抗弯的处理。
3、高层建筑在轴压比的控制上的问题
轴压比的限制比在高层建筑中有着严格的规定，很多高层建筑的设计难以满足轴压比的规范要求，很多构件的截面受到了限制。轴压比的限制对高层建筑的质量会产生很大的影响。
4、高层建筑对连梁的结构设计
高层建筑的连梁设计包括截面的尺寸、剪压比的限制、连梁的剪力设计取值等等。如果高层建筑中对连梁的设计不准确，截面高度过大，跨度过小，就会影响高层建筑的抗震效果。一旦发生地震，连梁的剪力和弯矩过大，难以达到相应的抗震规范，影响高层建筑的使用安全。
5、高层建筑结构设计中对结构计算的结果难以判断
对结构计算结果进行判断并不容易，高层建筑结构计算所要考虑的因素众多，不仅要对结构自振周期、振型曲线、水平位移特征等因素进行考虑，还要考虑其抗震设计的合理性。因此，很多高层建筑的设计中难以对结构计算的结果进行准确的判断，往往遗漏一些影响因素，造成结构计算的不合理。
三、解决高层建筑结构设计问题的具体措施
1、如何对高层建筑结构地基基础进行设计
当高层建筑的设计中有地下室这一内容时，要对荷载进行全面的考虑，地下室的外挑部分、局部填土、停车、水池等都会受到荷载偏向的影响。
在对筏基和箱基的梁板配筋进行计算时，必须对底板上直接作用的梁板自重和荷载进行相应的扣除，当箱筏的四边边区格和四角的地基反应力过大的时候要对其进行加强配筋。
如果高层建筑的地面有中庭设计，就必须对基础底沿的轴线上进行基础梁的设置。在使用倒梁法进行内力分析时，注意不到顶的中间柱是不能够作为支点的，在进行集中荷载计算时必须同时计算柱底反力。
在对箱基进行结构设计时，要注意对洞口上下的连梁进行考虑，验算其截面面积，如果洞口的大小或者位置出现修改，要对连梁抗剪强度和抗弯进行复核。
如果采用的整体筏基和箱基的设计，就要对其桩土进行考虑，桩土的共同工作会产生一定的影响。在对基础底板进行计算时，要对桩同作用的状态或桩沉降状态下的地基反力进行考虑。
2、如何对高层建筑的轴压比进行控制
一般来说提高混凝土的强度是对高层建筑轴压比进行控制的直接方法。如果还不能达到相关标准，则还可以使用其他方法来对轴压比进行控制。
混凝土的变形能力受到柱的箍筋的影响，因此可以通过对混凝土的横向变形进行约束，来对裂缝的扩展进行延缓，并对截面抗剪能力进行提高。增大配箍率、使用合适的配箍形式都可以实现结构延性的提高。在设计时，如果采用井字复合箍进行沿柱全高，且保持箍筋的直径、间距和肢距，一般来说直径在8毫米以上，间距在100毫米以内，肢距在100毫米以内。如果采用复合螺旋箍进行沿柱全高，则要保证8毫米以上的箍筋直径，100毫米以内的螺距和100毫米以内的肢距。
在弹性模量方面，钢筋的弹性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了较多的纵向钢筋在柱中，有余轴向压力的影响，钢筋会承担更多的压力，从而降低混凝土承担的压力。在设计中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%都必须加入纵向钢筋。
提高混凝土强度等级对轴压比的控制有直接的效果，但混凝土的强度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土强度等级不超过C60。
3、如何进行连梁设计
在《高层建筑混凝土结构设计规程》以及《建筑抗震设计规范》等相关设计规范当中都明确的规定了连梁的截面尺寸、剪压比限制以及剪力设计取值等内容。在具体的工程设计过程当中，因为连梁具有较小的跨度以及高度较大的截面，因此在地震的作用下，弯矩和剪力在经过内力的计算之后都比较大，因此无法使规范的要求得到充分的满足，在对其进行设计的时候必须要以不同的情况为根据从而采取不同的措施。在地震作用下，为了对连梁的延性进行保障，并对剪力和弯矩进行有效的传递，刚度折减的系数就要高于0.55；在风荷载的作用下，为了将连梁的裂缝控制在正常的适用范围内，就要使刚度折减的系数高于0.80。此外，如果调整刚度折减系数后连梁仍然难以满足要求，则可以采用内调幅，并配置足够的箍筋。若连梁的超筋较多时，可以对连梁的高度进行减小，以减小剪力和弯矩。
四、结构设计中应注意的问题
在建筑行业我们要不断的提升自己，主要从以下几方面：技术领域，先进的技术是提高我们自身能力的保障，只有不断的学习先进的技术，才能够紧跟科学的脚步，也要鼓励员工学习先进的科学技术发展创新；在设备方面，我们应该加大对先进的设备的投入力度，要做到我们的技术与世界接轨，对于那些新的高科技的设备一定要严格按照说明书的指导步骤进行使用。这样不但能够提高我们的能力而且能够更好的运用这些高端的设备，从而大大的提高使用寿命；只有这样我们才会更好的壮大自己，保证我们的工程质量，让人们能够更加安心的生活，提高生活质量。
五、结束语
为了充分的保证高层建筑结构设计的安全性和可靠性，我们应对其结构设计中的若干问题进行深入的研究和分析，针对这些问题选择最具针对性并且科学合理的设计对策，在高层建筑结构的设计和施工过程中，相关人员应具备清晰的概念设思路，同时选择最有效的设计措施和施工方法，从而促进我国高层建筑的健康发展。
参考文献：
[1]汤兰.试论高层建筑结构设计中的若干问题[J].黑龙江科技信息,2014,25:198.
[2]方泽鹏.分析高层民用建筑结构设计的要点和常见问题[J].建筑设计管理,2014,08:58-59+100.
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
1．1重点加强结构延展性设计
由于高层建筑物高度较高，地震发生时更容易受到影响，可能出现变形、倒塌等问题，因此，结构设计方面必须加强其结构柔和度，在设计过程中需要着重对结构实施特别的工艺和方法，使结构能够发挥良好的延展性、弹，这样才能有效克服地震灾害后的变形等问题。
1．2积极重视轴向变形问题
由于高层建筑物是在竖直方向较大，因此其所承受的竖向载荷也较大，这难免会对连续梁弯矩带来巨大负担，容易造成柱中轴向变形类似问题，可能引发跨中正弯矩与端支座负弯矩值上升，同时，也可能对侧移、构建剪力等带来不良危害，引发诸多结构不安全的问题，特别是预计的下料长度要参照轴向变形的数值范围来科学加以计算、变化和调整。
1．3科学设计水平力
对于高度较高、楼层数较多的高层建筑，必须将水平力设计纳入特殊考虑范围，虽然这类建筑的竖向载荷力与结构密切相关，然而，水平载荷的影响却也是不可忽视的，甚至可以说是这种影响是决定性的，这是因为水平载荷能够对结构带来某种倾覆力矩与轴向力，而且相对已经确定下来、静态的竖向载荷，水平载荷则会根据建筑物结构的变化而变化，可见水平力设计的重要性。
2高层建筑结构设计问题与对策
2．1不合理增设短肢剪力墙
一些高层建筑物结构设计中增设了短肢剪力墙，从多年的高层建筑建设工作来看，此类剪力墙的设置对建筑结构的牢固度、稳定性以及抗震能力产生不利作用，因此，井盖尽量减少对这种墙体的使用，只有这样才能有效提升高层建筑结构质量。
2．2不科学的嵌固端设置
一般来说，现代高层建筑都设有多层地下室以及人防，而且通常习惯将嵌固端修筑在地下室，以及人防顶板地区，然而，这样的设计实质上并不完全稳妥，相关设计工作者必须细致深入地分析嵌固端位置布局欲将引发的诸多问题，容易造成的不良影响等等，而且要重点思考嵌固端的楼板设计等重要方面，重点综合、精细、全方位地分析嵌固端上下层的刚度比例，而且要将嵌固端的方位布局纳入高层建筑计算运算工作中，特别引起注意的是，嵌固端的布局需要同抗震缝隙保持和谐，注重二者之间的平衡。
2．3建筑结构超高问题
高层建筑在建设施工过程中容易出现高度超标的问题，凡是超过规定科学标准的高层建筑，无论在结构稳定性、建筑安全度，还是抵御自然灾害能力方面都会受到负面影响，一些建筑施工企业无视高层建筑超高问题，对高层建筑实行无限度增高，面对这一问题，相关部门必须出台一套科学的法规制度，科学规范高层建筑的高度，当前的高层建筑高度从起初的A级上升到了B级，而且对应的高层建筑的设计模式也得到了发展和更新，当前的高层建筑高度设计必须严格依照国家相关法律法规规定进行科学控制，同时也要将其抗震性能、防火性能等纳入考虑范围。
2．4不科学的高层建筑结构设计
高层建筑物由于具有特殊的性质和功能，要重点加强对其结构设计，然而，客观现实条件下，很多高层建筑设计者不是专业水平不合格，就是不了解相关的技术法规规定，在设计过程中没能将高层建筑物的抗震性、安全度、牢固度等纳入结构设计考虑范围，一些不负责任的设计人员甚至盲目听从业主的指导，无视技术规定胡乱设计建筑结构，这样无疑会影响高层建筑的安全度与稳定性。对于高层建筑结构布置与设计不科学这一严重问题，必须有效把握、积极控制、全面加强，因为只有打造出科学、合理的结构设计，才能从整体上维护高层建筑的建设质量，在实际的布置与设计过程中，要重点从建筑物抗侧力、平面大小、结构质量、抗震能力等方面出发，进行优化布置与设计，从而全面维护高层建筑的设计水平，提高其安全度与稳定性。
3高层建筑结构科学设计的有效途径
3．1优选计算简图
计算简图是高层建筑结构设计的数据依据，必须注重对计算简图的科学选择与运用，从而确保建筑结构设计朝着安全、合理方向发展，要想确保计算简图的选择科学、合理，就必须采用科学的构造方法，确保计算的精准、真实、客观，要确保计算简图被控制在合理范围内。
3．2做好基础设计工作
必须严格根据高层建筑所在地的地质状况来科学优选基础设计，必须加强对高层建筑上端结构特点、荷载分布等加以分析，也要顾及周围建筑物的分布、布局特点进行实地考察与分析，在做出综合、全面、细致的分析后，最终优选出最合适的基础设计方案，这其中要明确的重点项目为:要从地基的承受力、承重潜能等方面出发，确保地基这些方面的能力得到彻底发挥，而且也要做好地基变形的检查、测算。
3．3做好结构方案的选择
结构方案的选择与使用直接关系到建筑物的结构质量，一个科学的结构方案具有以下方面特征:第一，能够达到高层建筑设计的结构形式、结构体系的规定标准;第二，方案的经济性、科学性、能够以最小的成本收获最优设计方案，能够明确各部分的受力情况，各部分之间力量传递相对简明，只有这样才能达到科学的设计标准。要确保在同一个结构中，使用同样的结构系统。
4总结
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
Abstract: The quality of civil quality factors in addition to effect and site construction, another important factor is the structural design. This paper discusses some key problems in the design of civil building structure, and the study and analysis of the key points for simple.
Keywords: Chinese civil building structure; problem; analysis of the key points
中图分类号：TU318 文献标识码： 文章编号：
一、高层民用建筑结构的设计原则
1.结构坚固、耐久。除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外，对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计，都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。 2.应用先进技术。在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式，从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。
3.合理降低造价。各种构造设计，均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益，即综合效益。在经济上注意节约建筑造价，降低材料的能源消耗，又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量，不能单纯追求效益而偷工减料，降低质量标准，应做到合理降低造价。 4.注意美观大方。建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外，一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修，各种转角、收头、交接处的接头设计．都应合理处理．并相互协调，注意美观大方。
二、影响高层民用建筑结构设计的主要因素
1.外力作用的影响 作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载(如结构自重)和活荷载(如人群、家具、风雪及地震荷载)两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础，起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素，风力随着地面的不同高度而变化，在沿江沿海地区，风力影响更大，设计时必须遵照有关设计规范执行。 地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动；横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生，其中横波的振动往往超过风力的作用，所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示，震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的，释放能量愈多，地震越大，震级也愈高。故震级是地震的大小指标。在进行建筑物抗震设计时，是以该地区所定地震烈度为依据，地震烈度是指在地震过程中，地表及建筑物受到影响和破坏的程度。
2.气候条件的影响 我国各地区地理位置及环境不同，从炎热的南方到寒冷的北方，气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂；有的部位出现渗漏水现象；有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等．放在进行构造设计时，应该针对建筑物所受影响的性质与程度，对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施．如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。
3.各种人为因素的影响 人们在生产和生活活动中，往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时，必须针对这些影响因素，采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施，以防止建筑物遭受不应有的损失。
三、高层民用建筑结构设计过程中存在的问题
1.天然地基承载力与基础埋深的确定问题 首先是地基承载力的确定存在误差 ；在对地基承载力进行确定时不仅要对其性质加以充分的考虑，而且还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度，地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是如果属于软弱基地，那么将会使得地耐力取值进一步提高存在安全隐患。其次基础埋深通常从室外地面标高开始算起；填方区域应在填土后才可进行挖槽，可从填土面开始算起，填土主要是在上部结构而完成的，从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础，那么基础埋深应从室外地面标高开始算起；比如分离式的基础的地下室也就是说内墙与内柱基础，具体埋置深度应从室内地面开始算起；而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过实际设计过程中通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序，只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来就会使得基础计算埋深值进一步增大，最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大，安全系数低。
2.结构计算存在的问题 建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下，那么就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算，在对其基础进行设计时，应充分的考虑风荷载的作用。因此必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法，假如其结构中存在薄弱层应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响；此外由于框架结构等都有填充墙，因此它的实际刚度要高于计算时的刚度，但其实际周期比计算周期小，因此最终所计算出的地震剪力通常较小，使得结构潜在了安全隐患，唯一的解决办法就是折减计算周期。
四、加强高层民用建筑结构设计措施
1.对地基承载力宽度与深度修正 在对地基承载力宽度与深度进行修正时，应结合工程具体情况，根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论，明确基础埋置深度的取值，特别对于部分特殊情况，应充分的分析，合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成，回填土应进行分层夯实。实际上地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时，单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下上部结构体型较为简单，整体刚度较大，如果地基不均匀沉降有着极强的适应性，那么地基承载力就可取高值；如果基础宽度大，埋置深度深，那么地基承载力就会有所提高；高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性，避免建筑物滑动与倾覆，通常都会要求基础整体刚度要大，埋置深度深，可采用箱形基础。另外基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响；各个学者在对这一问题进行研究后，所得出的结论存在着一定的差异，主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑，并进行大量的数值计算，从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。
2.结构计算参数的选择 具体有以下三方面：首先选择合理的地震力振型组合数；其对于高层建筑，在没有采取扭转耦联计算方式时，应取3，如果振型系数已经超出了3，那么应取3的倍数，不过决不能比房屋层数高，在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定，一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前中国建筑科学研究院已经具备了这一功能，能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小，只有其结构发生极为明显的扭转时，才可以采用耦合计算的方式进行，必要时应采用非耦合计算加以补充。其次框架结构或荷载最不利布置与组合；如果活荷载较大，那么是否对活荷载进行最不利布置、组合，会严重的影响到计算全面的反映出来，很有可能导致结构不安全。在对结构计算过程中，应对各种构件进行区分，然后进行分布计算，并且当荷载输入时，应进一步折减楼面活荷载。
五、结束语
民用建筑的结构设计是一个复杂的系统，其中存在的问题涉及到方方面面，要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识，在此前提下，建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子，并与各种规范进行多重整合，运用科学的设计理念，做到建筑设计与结构设计的紧密结合，选择合理的结构体系，这样才能设计出真正满意的建筑。
参考文献:
