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高层建筑结构设计原理范文1
中图分类号： TU97文献标识码： A
前言
随着土地资源的越发紧张,高层建筑成为现在建筑的主流,在高层建筑设计的发展中,材料和技术日益更新,满足高层建筑的形式、材料都日趋多样和复杂化，高层建筑结构设计也成为了工程设计师所面临的一项重大课题。
一、高层建筑结构设计的特点
1、侧向位移是重要控制指标
高层建筑结构设计中,随着建筑高度的变高,侧移变形会快速增加,当然这是在水平荷载下结构的分析,这是的结构一定要保持足够的刚度及抵抗侧向力,结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。如侧向位移会产生主体结构构件出现较大裂缝,甚至损坏现象。
2、结构延性是设计时重要参考参数
和楼层较低的结构相比，高层建筑的结构具有更好的柔和度，地震时所发生的变形也会更大。所以怎样才能保证结构具有更好的延性呢？当其进入塑性变形阶段后，结构不会坍塌，就必须要有很强的变形力，在构造上就应制定一些相对的措施。
3、应重视轴向变形
在采用框架-剪力墙或是框架体系的高层建筑中，边柱的轴压应力是要小于中柱的轴压应力的，所以边柱的轴向压缩变形也是要更小的。房屋越高，这种轴向变形的差异值就会越大，这样就会导致连续梁中间支座沉陷，其负弯矩值就会很小，而相对的跨中正弯矩值以及端支座负弯矩值就会很大。在高层建筑中，竖向载荷通常较大，就会引起较大的轴向变形，连续梁中间支座的负弯矩就会变小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值就增大了。同时也会对预测构件的下料长度以及构件侧移和剪力产生一定的影响，所以必须充分的考虑到结构的轴向变形值。
二、高层建筑结构设计相关问题
1、高层建筑结构设计中的消防结构设计
高层建筑结构因其结构本身特点，决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性，而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求，需要在进行功能结构设计时，选用不同的建筑功能材料，其中所选用的材料多为可燃性材料，这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性，且高层建筑之间空气流动性较强，风力大，一旦高层建筑发生火灾，极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。另外，高层建筑的层数越多，在进行建筑结构设计时，应将火灾线路设计成垂直形态，在这样的情况下，高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。在消防结构的设计中，对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面，在进行设计时，应注意将排烟结构进行合理设计，保证烟气正常排出，降低火灾发生时灾情的蔓延。
2、高层建筑结构设计中的抗风结构设计
在高层建筑的设计中，其建筑的抗风性是相当重要的。设计师在进行设计建造时，应注意建筑结构的抗风压性，对其进行有效的设计是结构设计中相当重要的一个方面。一般高层建筑的楼层较高，其建筑结构本身可对风起到较好的扰动作用和阻隔作用，在建筑物周边流动的风以及空气在动力作用下发生改变后，会对静止的高层建筑产生一定的振动作用，尤其造成建筑物一定的动力荷载力，在这种情况下，所存在的风压会对建筑物的稳定性造成一定的威胁，也可能直接导致高层建筑主体结构受到严重破坏，甚至导致玻璃幕墙破裂、装饰物损坏、墙体发生断裂等严重影响工程质量情况的发生。
实现抗风结构优化四个步骤：第一，进行基础设计，保证建筑结构的抗风结构，需要建筑结构具有一定的稳定性，在设计选材时，可选用级配高的砂石，保证建筑结构的填充材料密度，同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁；同时在结构底部进行设置时，使用抗拔锚杆，提高其应用功能，保证地基的稳固，对风力起到一定抵抗性；第二，设计耗能减振系统，在进行高层建筑结构设计时，可采用耗能减振系统，减少风荷载力对建筑物的作用力，系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成，减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料，可有效提高减振系统的耗能减振作用；第三，高层建筑结构设计时，应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。在风荷载力作用下，会给建筑结构内部的构件增加一定的压力，如果超过建筑物的可承受范围，就会出现风荷载与水平力发生叠加，严重破坏建筑物的稳定性。因此，在进行设计时，可对建筑物受力高风压区对其进行加固，选材建筑使用高强度的钢筋混凝土，控制建筑结构构件中的钢筋含量，减缓水平方向上发生的风荷载与水平力叠加所造成的不利于建筑物的影响力；第四，抗风结构设计中，同时也应提高建筑物的刚度和建筑物的承载力，根据风荷载的复杂性、多变性，对建筑物的风荷载以及承载力进行精确的计算，严格按照相关施工规范，对建筑物的抗风结构进行设计。
3、高层建筑结构设计中的抗震结构设计
在对高层建筑结构进行设计时，其抗震结构始终是整个设计中较难实施也是最为薄弱的环节，因高层建筑本身的复杂特点以及地震发生时会造成的种种不确定影响，而且建筑结构设计人员在进行建筑结构设计过程中，并没有充分考虑到地震发生所造成的破坏性以及如何有效避震原理。在设计工作中，设计人员没有对抗震数据进行精确的研究分析。如果在高层建筑进行结构设计时，不能根据相关地震灾害发生的原理进行有效设计，对其进行总体的规划，可能造成建筑结构在抗震设计方面会缺乏其有效可用性，无一定的灵活性，而且不能有效建筑结构的持久耐用性，无法有效保证高层建筑居民的生命健康和财产安全。
4、短肢剪力墙的设置问题
在我国新的《高层建筑混凝土结构设计规范》中，把对墙肢截面高度和厚度比为5：8的就定义为短肢剪力墙了，并且根据过往的实际的施工经验以及现阶段所进行的实验数据，在高层建筑结构设计中应用这种短肢剪力墙结构还是有很多的限制和要求的。因此，在进行高层建筑的结构设计时，应尽量的少采用甚至是不采用这种短肢剪力墙结构，避免为后续的设计工作带来不必要的麻烦，同时保证整个项目工程的施工质量。
5、结构的规则性问题
我国的新版的结构设计规范与旧版的是有一定的差异的，最主要就是体现在新规范中增加了更多的限制条件。如果建筑结构的周期比和位移比超规范规定时，那么结构的抗侧刚度就是要大于结构的抗扭刚度的，结构就会有较大的扭转效应。对一些高层建筑结构来说，由于功能上的需求，下部基层的空间都是较大的，而上部又都是客房或是办公室，有很多的隔墙，这就导致了上下层的刚度有较大的差异，而在这个刚度发生变化下一层的位置处就应为薄弱层，并且要进行内力放大的处理。
6、结构的高度问题
在我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》中明确的规定了，设计时必须要充分的考虑到适用性与经济性的原则，同时也明确了几种较为常见的结构体系最大的适用高度。而这个适用高度也是现阶段我国的科研水平、施工水平以及经济发展水平所能达到的，与整个土木工程行业中的规范体系是较为协调的。但是在实际的施工建设中，还是有很多高层建筑的高度超过了这个适用高度。在相关的各类规范中，对于结构高度的要求还是较为严格的，所以也经常出现因为结构变更而导致了施工图纸审查不合格，从而大大的增加了工程的施工工期，并且也浪费了很多的人力、物力和财力。
结束语
对于高层建筑结构设计的相关问题，要遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最为经济合理的高层建筑结构体系，做好高层建筑的建设工作，同时也保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。
参考文献
[1]李淑彦.浅谈高层建筑结构设计要点[J].商品混凝土，2012.
高层建筑结构设计原理范文2
【关键词】高层建筑；建筑结构；结构设计；
一、高层建筑结构的特点
在高层建筑结构中，结构承受水平荷载和竖向荷载的共同作用，随着建筑物高宽比的增大、高度的增加，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要的影响，但水平荷载对结构产生的内力越来越大，成为结构设计时的主要控制因素，成为确定结构体系的关键性因素。在水平荷载中，地震作用是动力作用，而风力作用则包含静力作用和动力作用，其静力部分称为稳定风，动力部分称为脉动风。脉动风的作用会引起高层建筑的振动（简称风振），这在高层建筑结构抗风设计中必须加以考虑的。在地震区，高层建筑基本上是受地震作用控制，所以计算地震对结构的作用是高层建筑设计的重要内容。高层建筑结构的设计中，通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。
二、高层建筑结构相关问题分析
1、高层建筑结构设计中的消防结构设计
高层建筑结构因其结构本身特点，决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性，而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求，需要在进行功能结构设计时，选用不同的建筑功能材料，其中所选用的材料多为可燃性材料，这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性，且高层建筑之间空气流动性较强，风力大，一旦高层建筑发生火灾，极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。另外，高层建筑的层数越多，在进行建筑结构设计时，应将火灾线路设计成垂直形态，在这样的情况下，高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。在消防结构的设计中，对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面，在进行设计时，应注意将排烟结构进行合理设计，保证烟气正常排出，降低火灾发生时灾情的蔓延。
2、高层建筑结构设计中的抗风结构设计
在高层建筑的设计中，其建筑的抗风性是相当重要的。笔者认为实现抗风结构优化四个步骤：第一，进行基础设计，保证建筑结构的抗风结构，需要建筑结构具有一定的稳定性，在设计选材时，可选用级配高的砂石，保证建筑结构的填充材料密度，同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁；同时在结构底部进行设置时，使用抗拔锚杆，提高其应用功能，保证地基的稳固，对风力起到一定抵抗性；第二，设计耗能减振系统，在进行高层建筑结构设计时，可采用耗能减振系统，减少风荷载力对建筑物的作用力，系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成，减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料，可有效提高减振系统的耗能减振作用；第三，高层建筑结构设计时，应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。第四，抗风结构设计中，同时也应提高建筑物的刚度和建筑物的承载力，根据风荷载的复杂性、多变性，对建筑物的风荷载以及承载力进行精确的计算，严格按照相关施工规范，对建筑物的抗风结构进行设计。
3、高层建筑结构设计中的抗震结构设计
在对高层建筑结构进行设计时，其抗震结构始终是整个设计中较难实施也是最为薄弱的环节，因高层建筑本身的复杂特点以及地震发生时会造成的种种不确定影响，而且建筑结构设计人员在进行建筑结构设计过程中，并没有充分考虑到地震发生所造成的破坏性以及如何有效避震原理。在设计工作中，设计人员没有对抗震数据进行精确的研究分析。如果在高层建筑进行结构设计时，不能根据相关地震灾害发生的原理进行有效设计，对其进行总体的规划，可能造成建筑结构在抗震设计方面会缺乏其有效可用性，无一定的灵活性，而且不能有效建筑结构的持久耐用性，无法有效保证高层建筑居民的生命健康和财产安全。
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。
5、结构的优化设计
随着生产的迅速发展，新兴科学技术的不断涌现，新的设计思想冲击着传统的设计观念，人们对“设计”的理解更加深刻。设计这一概念，从根本上说是和分析不同的。设计常常表现为重复的分析。例如，对于静定结构，要设计得能满足一组给定的容许应力，只进行一次分析就已经足够，设计者选择的截面就能使结构重量为最轻。设计超静定结构时，则是先假定截面特性，再进行结构分析，然后用分析结果来选择一组新的截面特性。通过这样反复循环的运算，得到一个可行的设计。反复修改设计是传统设计的特点，对于实际的超静定结构，这种方法是很繁琐且需要求解联立方程。如图1所示：再者，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。所以只是做到分析结构是远远不够的，而更重要的任务还在于要设计结构。通过设计，不仅要使产品具有良好的性能，同时还要满足生产的工艺性、使用的可靠性和安全性，且达到费用最省、消耗最低和误差最小等目的。这就是一切设计活动的最终目的。
过去的结构力学研究，主要着眼于分析和计算各种结构在外界因素作用下的受力和变形等力学反应，现在则迈出一大步，把结构优化设计也作为研究的目标和任务，结构的优化设计与传统的结构设计有一样的设计过程，也要经过设计（拟定各部分尺寸）、校核（是否满足规范等要求），修改设计、再校核，如此反复进行，直到找到理想方案为止。所不同的是，传统设计过程的安全性、经济性缺乏衡量的标准，而最优设计是在一个明确特定指标（如结构的体积最小、重量最轻、造价最省）下来说明结构的经济性与安全性。传统设计的设计、校核关系是松散的，且一般仅反复进行一两次即停止，而最优设计则是按一定的数学模式将两者紧密地联系在一起，即将设计问题转化为严格的数学规划问题求解，可利用计算机连续快速做出方案比较，从数百个方案比较中，找到最优设计方案。此外，只要在最优设计的电算程序中稍加补充（增加前后处理功能）就很方便地实现计算、设计绘图全过程的自动化。从输入数据到图形输出，只需要少量的时间，这是传统设计所不可比拟的。
结束语
对于高层建筑结构设计的相关问题，要遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最为经济合理的高层建筑结构体系，做好高层建筑的建设工作，同时也保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。
参考文献：
[1]王力学.某高层建筑结构设计及相关问题探讨[J].建筑设计，2010，0）：132―137.
高层建筑结构设计原理范文3
关键词 高层建筑；结构设计；
1.抗侧力结构设计重点问题分析
随着建筑事业的发展，高层建筑越来越多，从建筑的外部结构来看，高层建筑与多层建筑之间的差别主要表现在层数和高度的差距，从结构设计的原理及方法上看，两者基本一致，没有实质性的差别，设计的重点主要是抵抗竖向及水平荷载作用。但是在实际设计的过程中，我们也应该意识到，随着建筑愈来愈高，愈来愈复杂，抵抗外荷载的难度和要求也愈来愈高，需要使用更多的结构材料，特别是用于抵抗水平荷载作用，因此抗侧力结构成为大底盘、多塔楼、带高位转换层的高层建筑在设计上的主要问题，大量理论研究和实践经验告诉我们，在这个问题上，应注重以下几个方面：
1.1 将水平荷载列为结构设计控制的主要因素
在设计上我们对结构内力、位移与高度之间的相互关系进行综合考虑后发现，除了轴向力是与高度之间是正比例关系以外，随着高度的上升，位移和弯矩都不是线性变化的，而是呈现出指数曲线上升形态，从这个角度出发，随着高层建筑层数的增加，对水平荷载的控制显得越来越重要，成为控制的主要因素。实践证明，设计上必须思考水平力作用下结构是否优化，同时该问题对材料的用量也有很大的影响。
1.2 将侧移作为重要的控制指标
将高层建筑与多层建筑结构设计相比，前者应比后者更多的关注与结构侧移，应将结构侧移作为高层建筑结构设计中的一个关键性的控制因素。相关调查资料显示，侧移的危害是相当大的，是填充墙或建筑装饰开裂或损坏的主要原因，从业主心理来看，居住人员会因为建筑物发生明显侧移而感到不适或惊慌；从结构上看，侧移将给建筑构件带来较大的附加内力，特别是对竖向建筑构件而言，一旦侧向位移有所增大将偏心加剧，使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏，当附加内力值达到一定的数值后将引起整个建筑物的侧塌。
理论研究和大量实验表明，随着高层建筑层数的增加，在水平荷载作用下结构的侧移变形呈现出迅速增大状态，所以，在设计上必须将结构在水平荷载作用下的侧移作为重要指标进行严格的控制，必须将其控制在某一限度之内。
1.3 抗震结构设计要重视
地震带来的灾难是毁灭性的，但是有些却是可以通过提高建筑物抗震结构来避免的，为此，对高层建筑的抗震结构设计应引起足够的重视，高层建筑都有着一定的抗震要求，随着高层建筑高度的增加，地震的作用力带来危害的可能性也会越来越大，因此，高层建筑结构的抗震设计倍加重视，特别是在地震区，需要进行严格的地震作用计算，对于非地震区的高层建筑在结构设计上，仍需要将抗震的构造措施作为重要的考虑因素。在抗震结构的设计上，我们应该注意到高层建筑随着高度的增加显得更柔一些，如此一来，受到地震作用势必将引起更大的变形，为了有效地防止出现倒塌事故，在构造的设计上必须积极采取合理的措施，保证建筑结构具有足够大的延性，也就是说确保当建筑结构在进入塑性变形阶段后仍能表现出超强的变形能力。
2.轴向变形的问题亦不容忽视
虽然说，随着高度的上升，位移和弯矩呈现出指数曲线上升形态，对水平荷载的控制显得越来越重要，成为控制的主要因素。但是我们也应该意识到，轴向力是与高度之间是正比例关系，随着高层建筑高度的增大，其竖向荷载数值也是相当大的，势必导致柱受力产生较大程度的轴向变形，进一步影响到连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。理论研究和实验结构表明，轴向变形问题对预制构件的下料长度也会构成较大的负面影响，在设计上需要仔细分析轴向变形的计算值对下料长度实施调整。除此之外，实验研究表明，轴向变形对建筑结构的影响并非是孤立的，轴向变形的同时也会对构件的剪力和侧移构成一定的影响，设计中我们应该重视并将构件竖向变形作为一个重要的因素，否则设计计算中将会得出偏于不安全的计算结果。
3.安全性、功能性和经济性的统一
虽然我国近些年经济在快速发展，但是我们也应该清晰地看到我国还是一个发展中的国家，应该遵循建设节约型社会的原则，倡导节约，杜绝浪费，将建筑的安全性、功能性和经济性几个方面因素综合考虑，对目前我国规范中的构造要求进行分析，有些已经超过国外的建筑。从外国大企业近些年在我国购置按我国规范设计的大楼这一现象来看就足以说明我国的规范完全可以进入国际市场。不过在目前的建筑市场上存在着一定的误区，误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了，为此高标准提高建筑结构的安全性设计，因此造成了相当程度且不必要的浪费。
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。
在具体的设计实践过程中倡导概念设计。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、试验现象和下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。
参考文献：
[1] 王续晶. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 价值工程. 2011（09）
[2] 肖燕武. 浅谈建筑结构设计的安全度[J]. 科技创新导报. 2007（35）
[3] 孙国栋. 高层建筑结构设计若干问题的探讨[J]. 建筑科学. 1988（06）
高层建筑结构设计原理范文4
【关键词】 高层建筑；结构设计；要点
引 文：当今社会，随着人们对居住空间的要求越来越高，同时对住宅的布局以及装饰也越来越高，使得目前的建筑形式向多元化发展，并且随着高层建筑的大量出现，满足了人们对居住大空间的要求，同时也使得城市用地紧张的情况得以解决，但是，随之而来的问题也出现了，因为高层建筑本身的特点决定着建筑结构的特殊性，比如结构复杂，建筑施工的工作量很大，施工的周期较长等，所以，如果在结构设计方面发生问题，不但会使得经济造成巨大的损失，而且也会危及人们的生命以及财产的安全，因此，我们要对高层建筑结构设计要点严格把握，并且对工程施工的各种相关因素全面考虑，详细的分析及把握影响建筑质量的潜在问题，从而采取有效的方法及措施进行防治。
1.高层建筑结构体系
1.1高层建筑的剪力墙体系。
在高层建筑中设计中结构体系中，其重要组成部分就是剪力墙，在高层建筑承受风荷载或高层建筑承受地震方面，剪力墙有着积极性的作用。因为其不仅对结构中水平构件所产生的竖向荷载能够承担，而且对外部因素所引起的振动作用也能够承担。
1.2高层建筑的框架―剪力墙体系。
高层建筑中常见的结构体系就是框架―剪力墙体系，垂直荷载的力量是框架所能承受的，而剪力墙所承受的则是水平剪力。剪力墙的设置不仅能够在很大程度上增强建筑的侧向刚度，使其水平位移变小，而且还能够使框架所受的力实现均匀分布。
1.3高层建筑的筒体体系。
高层建筑筒体结构体系由框架―剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来的。筒体结构体系是将剪力墙或密柱框架集中到建筑的内部和而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，目前在高层建筑中被广泛应用。
2.高层建筑结构设计要点分析
2.1选择合理的结构方案。
高层建筑的结构设计不仅要具有较高的经济性，更要满足使用性及合理性，因此在进行高层建筑结构设计时，首先就要选取一种既可行又满足较好经济性的结构形式及体系。其中要注意如下问题：首先在同一结构单元中，最好不要混合使用不同的结构体系，同时还要综合考虑使用要求、地理环境及施工条件等实际情况，还要协调好建筑电气及水暖等配套设施的设计，从而选择最优的建筑结构体系。
2.2选择合适的基础方案。
综合考虑高层建筑物的上层结构类型和地基的承受能力，对建筑物的结构设计。尽量充分利用地基的承受强度，建筑合理的高度，必要时要求进行地基变形的检验。根据当地的地质调查结果，对高层建筑结构基础设计。建筑设计人员在进行建筑地基基础设计的时候，必须要根据当地的设计规范标准，由于我国各个地方都会有自己地区规划制定的《地基基础设计规范》 ，各个地区制定的规范对建筑结构设计师在设计时有着非常重要的帮助。
2.3选用适当的计算方法及简图。
在高层建筑结构设计中，要注重相关计算方式的选择，从而保证强度等计算结果能够满足真实情况，从而更好的为结构设计提供依据。此外，由于建筑结构设计是在结构计算的基础上开展的，一旦计算方式不准确，导致计算结果有误，就会严重影响高层建筑的结构设计质量，更可能造成安全事故的发知，并带来巨大的损失，因此在高层建筑结构设计中，要注意相关计算方法的选择及计算简图的选取。同时，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。
2.4正确分析计算结果。
计算机技术是在结构设计中普遍采用的技术，但是随着目前软件种类繁多，软件的不同往往也会导致计算结果的。所以，设计师要对程序的适用范围以及条件进行全面的了解才可。设计师在拿到计算结果时一定要对其认真分析，并且慎重的校核的原因是计算机在辅助设计时常常会因为结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷从而导致计算结果错误，这就需要设计师以此做出合理判断。
2.5采取相应的构造措施。
“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”是在进行高层建筑结构设计时需要牢记的，并且一定要注意构件的延性性能；对薄弱部位加强；对钢筋的锚固长度也要注意，更要注意的就是钢筋的执行段锚固长度；同时对温度应力的影响力等也要考虑。
2.6高层建筑结构抗震设计。
由于高层建筑的楼层数较高，特别是某些超高层建筑，如果遇到如地震等灾害时，其抗震能力得不到有效的保证，就使其变形及破坏力都会远远的大于其它类型的建筑，因此要综合多方面因素，全面的提升高层建筑的抗震能力。
首先要注重地基的选择及设计，高层建筑最好应建筑在土地较硬的地区，并远离河岸，同时还要注意，不要在断层或地陷等较易发生地震的地区建造，如果地基选择不合理很可能影响到其抗震能力。其交，在设计阶段还要注重建筑材料的选取，将钢筋与混凝土结合在一起的建筑形式主要是利用钢筋与混凝土具有相似的膨胀系数，在任务环境下都不会产生过大的应力，同时这两者之间的粘结性很好，特别是将钢筋表面预置肋条或在钢筋的端部弯起弯钩，可大大的提高钢筋与混凝土之间的拉力，可以更好的提高建筑的强度及抵抗外力的能力，从而更好的满足人们的使用要求。而在高层建筑的设计施工中会在框架结构中融入一定的剪力墙结构，从而更好的实现不同建筑的功能及相应的强度要求。
3.结束语
综上所述，我国城市化建设速度的不断加快，使得提高城市土地利用率的相关问题越来越被社会所重视，与此同时，各种形式的高层建筑拔地而起，从而为缓解了城市居民住房紧张问题，但是由于高层建筑本身的结构特点，决定着其相应的结构设计必须满足一定的强度及使用要求，这对建筑设计师来说是一项艰巨的任务。要想保证高层建筑施工质量，首先在结构设计阶段就要保证其设计方案完全符合国家的相关标准，并结合其实际用途，紧抓设计要点，并对较易发生的潜在问题的设计进行及时排除，确保施工方案得以顺利的展开，从而保证整体高层建筑的施工质量，为人们的正常使用提供较高质量的保障。
参考文献
[1]吉柏锋，瞿伟廉.下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性[J].华中科技大学学报（自然科学版），2012（9）.
[2]张莉华，万怡秀，陈燕，严开涛，罗志国.广州珠江新城J1-1地块综合楼超高层建筑结构设计[J].建筑结构，2012（9）.
[3]文勇.水平荷载在高层建筑结构设计分析中的重要作用[J].科技创新导报，2010（25）.
[4] 罗国露. 浅谈高层建筑结构转换层施工技术[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2011（08）
[5] 雷宏刚. 我国高层建筑钢结构国产化的技术经济分析[J]. 太原理工大学学报. 1996（01）
高层建筑结构设计原理范文5
关键词：高层建筑建议 结构设计
Abstract: With the development of our national economy, more and more high-rise buildings appear in our country. And along with the construction function and type diversification, the height increasing and building structure complicated, how to solve the city high-rise building structure design become the important problems that the national building designers present. This paper is to conduct a comprehensive study on the main problems of Chinese high-rise building structure design, and it puts forward the author his own ideas and suggestions.
Key words: high-rise building; proposal; structure design
中图分类号: TU3 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特征[1]
与其它一般建筑相比，结构设计在高层建筑设计中占有很重要地位，这是由于高层建筑的许多技术参数，诸如：建筑物的平面、立体、高度、外形、工程成本以及施工条件等都与结构形式的选择密切相关，错误的结构形式设计不仅会降低建筑的使用功能和使用寿命，甚至影响建筑物的稳定性和抗震能力，严重影响建筑物安全。其主要特征有以下几个方面：
1．1水平荷载的影响明显
对于普通房屋的结构设计，结构设计的选择在很大程度上由结构自身产生的重力决定。而对于高层建筑，起决定性作用的则是建筑所受到的水平荷载情况。这是因为在竖构件中，楼面的工作荷载和建筑所受重力所引起的轴向力和弯矩的数值与建筑高度成一次方的正比例关系；而由于水平荷载对竖构件引起的轴向力，则与建筑的高度成两次方的正比例关系。一般情况下风荷载和地震是最重要的水平荷载影响因素，它的大小与建筑结构的力学特性有关，是高层建筑结构设计中需要考虑的重要内容。
1．2结构侧移
随着楼房高度的增加，在高层建筑中，由水平荷载造成的结构侧向位移会随着楼层的增加而急剧上升，其与建筑物的高度成4次方的正比例关系。而且侧向位移的增大情况还会受到新的建筑材料或者技术应用的影响。侧向位移的控制，直接影响着居住人员舒适感和建筑装饰材料的使用寿命，严重时甚至会出现建筑物倒塌等重大安全问题，对人员的生命和财产安全造成重大损害。因此结构的水平荷载情况是高层建筑安全的重要指标，其数值应该被严格限制在国家规定的安全范围之内。
1．3结构的抗震性能[2]
具有良好的抗震性能是对高层建筑设计的基本要求，具体来说就是小震不坏，大震不倒。在抗震设计中，建筑设计师必须综合考虑常规设计中的基本元素，诸如：风载荷，环境载荷以及竖向载荷等。还要考虑有可能会出现的地震载荷的影响，使得建筑物具有良好的抗震安全性。尤其是在我国处于地震带地区的高层建筑，其抗震性能必须达到或高于国家强制标准。
2、当前结构设计中的常见问题
2．1设计高度
我国对各种常见的建筑结构体系有着一系列的高度使用标准，具体规范可查询我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)。它的制定主要是综合考虑了建筑的经济性与适用性，另外我国的现实国情和建筑技术情况也对高层建筑的设计高度有着重要制约作用。由于我国许多高层建筑物的修建早于这一标准的颁布，再加上规范并没有获得严格的执行，因此实际上我国有许多高层建筑的高度超过了这个限制。
2．2抗争性能
由于我国的具体国情，对建筑物的财力投入相对国外来说较少，这直接导致了我国建筑的抗震标准较低。不仅如此，由于我国关于建筑物抗震能力的计算方法和国外不同，实际上导致了我国建筑物的抗震能力与同类型的国外建筑相比较差；在一系列保证抗震延性的要求上，比如：使用配筋的比率、轴压比、梁柱承载力匹配等参数上，也与外国不同。随着我国经济的发展，过去较低的建筑质量标准带来了越来越大的经济损失。
2．3选材及结构问题
在地震多发区，工程师首先要考虑的一个问题就是采用何种建筑材料或结构体系。据统计高达85％以上的地震作用力由结构的钢筋混凝土内筒承受。因此做好对钢筋混凝土结构的位移限值控制是保证高层建筑抗震性能的重要要求。
3、如何改善高层建筑结构设计
3．1选择适合的材料和结构形式[3]
根据结构采用的材料不同，高层建筑的可分为以下四种结构体系：①钢筋混凝土结构体系，②钢结构体系，③钢一混凝土混合结构体系④钢一混凝土组合结构系。而根据所采用的结构形式不同，可以将高层建筑结构分为①框架式结构体系，②框架一剪力墙结构体系，③剪切力墙式结构体系。高度低于60m的建筑可以利用柱或梁等附加结构作为承受竖向和水平荷载的结构；剪力墙结构体系适应于高层建筑，它是利用建筑的墙体来承受侧向力和竖向载荷。它具有强度大，良好的整体性以及受水平力作用的变形小等特点，但是由于其具有建筑内部死板的平面布置要求，故不适合应用在公共建筑中；架一剪力墙结构体是利用框架和剪力墙的组合，它广泛使用于高层建筑中，具有良好的实用性，灵活的布局以及出色的抗震力学性能。
3．2对结构构件进行优化设计[4][5]
(1)结构的抗侧刚度可以通过增加抗弯结构体系的有效宽度来获得提高。在高层建筑结构中增加有效宽度可以增大结构的抵抗力臂，从而将倾覆力减小。从材料力学的原理可以了解到，同样面积、抗倾覆力与结构的宽度的关系不同，可以获得互不相同的几何特征。比如：在同等面积下，矩形截面的截面惯性矩要小于工字形截面，圆形截面则小于前面两种截面。这就是为什么增加结构有效宽度后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。
(2)剪力墙的超筋。一般在分析软件中设定的剪力墙的暗柱最大配筋率是5％，而现行的各规范给出剪力墙主筋的配筋面积时，是以边缘构件方式说明的，没有给出最大配筋率。所以可以结合实际情况考虑程序给出的剪力墙超筋的警告信息；如果结构在水平地震力作用下抗剪承载力不够，就会表现出剪力墙连梁超筋。
3．3变形缝的设置[6][7][8]
(1) 设置沉降缝。沉降缝应当设置在建筑物的下列位置：地基土具有明显的压缩性变化的地方；②建筑物具有复杂平面结构的转折部位；③地下室的边界处；④建筑结构变化处；⑤大尺度的砖石承重结构或钢筋混凝土框架结构的某些位置；⑥高度和荷载均有变化处；⑦地基基础处理方法不同处。
(2) 设置伸缩缝。当建筑的排架结构柱高(从建筑物的基础顶面算起)低于5m时，应当适度减小缩缝间距。
4、结语
对于建筑设计师来说，高层建筑的结构设计是一项涉及到许多考虑因素和设计技术的综合性工作。它有着巨大的应用前景和意义。随着我国社会经济的持续发展，建筑业势必向着高层建筑逐渐普及的方向发展，因此国家对高层建筑的结构设计要求将会越来越高。在设计高层建筑的具体结构时，结构工程师必须从结构的安全性能、使用功能、建筑的美观等方面进行综合考虑，合理运用建筑学理论知识来处理实际设计中遇到的各种问题，才能设计出安全合理的高层建筑结构。
参考文献
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[3] 吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J]. 中国高新技术企业. 2009(11)
[4] 张卓. 浅谈高层建筑结构设计要点[J]. 现代经济信息. 2009(14)
[5] 张勇.高层建筑结构概念设计应注意的问题[J]. 价值工程. 2011(11)
[6] 赵海凌.高层建筑结构设计与分析[J]. 中国高新技术企业. 2008(08)
高层建筑结构设计原理范文6
【关键词】高层建筑 结构设计 地下室嵌固 嵌固层 嵌固水平位移法 弹簧刚度法
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
对高层建筑结构设计来说，地下室的嵌固作用十分重要。上部结构和地下室组成高层建筑的一个完整的承载力体系，它们之间形成共同的位移场，相互协调，相互约束。地下室外的回填土对水平位移有约束，对竖向位移和竖向转动起不到丝毫作用。高层建筑结构设计过程中，首要考虑的是确定嵌固端的位置，因为嵌固端的位置一方面影响着一些构件内力分配的准确性，一方面关系着结构产生位移的真实性，同时决定着结构局部的经济性。在进行高层建筑结构分析时，如果嵌固端计算不准确，会给工程带来浪费和危险；如果嵌固端是室外地坪，再加上地基回填土的约束力不够，那么极易造成实际测试值大于计算值；如果嵌固端为地下室底板，地基回填土的约束不予考虑，数据安全但误差大，这就造成了无谓的浪费。根据以往资料的研究显示，上部结构、基础和地基的协同工作也是地下室高层建筑必须注意的；地震作用下，结构侧移会随着地基回填土和地下室的作用而减小。
1 嵌固层的概述
嵌固层又称固定层，是一个坚硬、稳定的刚体，主要作用是可以牢固握裹住上部结构，以便限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移例如：旗杆下面的台座等，另外它还应该能够将全部或大部的上部结构的剪力传递给下部结构，同时还能满足竖向构件根部出现在上部结构竖向构件的塑性铰处。因此为了确保实嵌固端的形成，作为嵌固端的下部结构的侧向刚度必须具有足够的刚度一边满足要求。当前高层建筑结构设计中，我们最常见到的嵌固端是建筑物的地下室顶板作为上部结构的嵌固端这种形式。在实际的工程案例当中，每个工程的建筑结构都存在差异，项目的性质特点不同，选取地下室的性质各不相同，比如：地下室顶扳与室外地面的高差>1／3、地下室顶板上开设大洞口（工程特殊需要）等，这时如果还是选取地下室顶板作为嵌固端就会出现很多问题，因此需要我们根据实际工程情况需要调整嵌固位置，不能一味的把地下室顶板作为上部结构的嵌固层，如果地下室顶板做嵌固层还需要满足其它的条件和要求，这就是我们下面讲到的高层建筑结构设计中地下室嵌固端的选取原则也可以称作选取要求。
2 高层建筑结构设计中地下室嵌固端的选取原则
地下室嵌固端的选取对于高层建筑结构设计来说意义非凡。建筑结构设计中的嵌固端就是我们常说的固定端，顾名思义就是构件不允许发生任何的移动，但是设有地下室和没设地下室的高层建筑存在很大的差别。嵌固端的选择还会受到很多因素的影响如：地下室的多少、地下室的层高、地下室的大小等，带有地下室的高层建筑一定做好嵌固端的选取。一般设有地下室的高层建筑的嵌固端选择首层地下室顶板，具体地下室顶板能否真正成为结构嵌固端，还需要满足如下条件：（1）地下室顶板标高和室外地坪的高差相近，如果相差较大如半地下室的情况，首层楼面成为结构嵌固端或者固定端可能性几乎为零，但是若高差不是很大（在1-3级台阶高度范围内）可以考虑；（2）成为嵌固端的地下室结构的整体刚度和承载力都必须足够，如果出现地震情况，上部结构和地下柱底或者墙底分别进入弹塑性和塑性铰阶段，但是地下室结构仍然满足弹性的状态；（3）设计时注意不能设置成无梁楼盖，地下室顶板上边必须设梁，同时楼面框架梁要具有足够的抗弯刚度，楼板的厚度也应该达到设计的厚度要求，一般不宜小于180mm；（4）半地下室之所以不能成为嵌固端，是因为它的侧壁的侧限性达不到要求，通俗点讲就是与地球的接壤性不良，因此成为嵌固端的地下室顶板必须与地球具有良好的接壤；（5）混凝土的强度等级必须达到要求，至少是C30的，钢筋采用的是双层双向方式配置，配筋率至少达到0.25%才可以；（6）嵌固端的地下室顶板不允许出现大的洞口；满足这些条件的地下室顶板就可以成为高层建筑要求的嵌固端。
3 地下室对上部结构嵌固作用的主要分析方法
3.1 嵌固水平位移法
这种方法考虑整体（地下室和上部结构作为整体）情况，嵌固端设在基础底板的位置，不考虑回填土对地下室楼层侧向刚度的作用，假定其余部位的水平位移是零，为了确定上部结构地下室嵌固部位需要分别计算出地下和上部结构各楼层侧向刚度比大小。这种方法确定上部结构嵌固端，如何计算楼层侧向刚度比是最关键也是最主要的问题，而计算楼层侧向刚度比的方法常见的一般有三种：剪切刚度、剪弯刚度以及抗震规范中所建议的计算方法。这三种计算方法各有优势，含义也不尽相同，自然计算结果会有较大的差别和不同。通过利用第三种计算方法即抗震规范提出的计算方法再加上剪切刚度比的运用就可以估算地下室侧向刚度比，但是也有建议用第一种计算方法的即剪切刚度的，不同的计算方法结果也会不同。
3.2 弹簧刚度法
这种方法同第一种类似，也是考虑整体情况，利用弹簧刚度进行计算，不同之处它的嵌固端选择的是基础底板处，主要原理是引水平弹簧刚度至每层地下室楼板位置，回填土对地下室的约束作用的高低就是水平弹簧刚度值的大小。在实际的操作过程中，水平弹簧刚度值的确定存在一定困难，也就是这种方法确定高层建筑固定端有一定难度。地下室会受到回填土的约束，而约束作用的影响因素很多，情况复杂，很难确定。因此我们常用的有限元分析软件输入的是回填土对地下室约束作用的弹簧刚度比而非水平弹簧刚度的真实数值，以基础回填土对结构约束作用的刚度与地下室抗侧移刚度的比为基准，如果比值是零，表示基础回填土对结构无约束作用；如果比值是5以上，表示地下室无水平位移；从实际情况出发，比值是介于两者之间的情况较为常见，据详细研究统计，最合理的比值应该是介于2和4 之间。
4 结束语
从以上研究不难看出，高层建筑具有上部负荷大、基础埋设深等特点，因此如何选择合适的嵌固端的意义十分重大，地下室作为嵌固端直接影响建筑的质量和安全问题。因此，按照规定的要求原则选择地下室作为嵌固端至关重要。因为地下室的嵌固端选取还存在许多复杂的内部问题并且亟待解决，值得人们进行深一步的探讨研究和分析。只有更好的依据嵌固端的选取原则，设计准确的把握嵌固结构模型的计算方法并且进行详细的分析，才能更好的采取适当的措施，保证了建筑的质量经济和最终的安全。
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