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高层建筑结构设计范文1
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，也是建筑过程中一个非常重要的环节，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。因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心, 更不可认为是无关紧要的。
1 高层建筑结构设计的特点
1.1水平荷载成为决定因素
楼房的自重和楼面的使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房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。
1.2 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。
1.3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。
1.4 结构延性是重要的设计指标
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使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 高层建筑结构设计的原则
2.1 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。
2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计
在进行基础设计选择的时候，需要按照高层建筑的地质条件进行。并且，对高层建筑上部的结构类型与荷载分布进行综合分析，同时对施工条件以及相邻建筑物的影响进行全面的考虑，在综合分析和考虑的基础上选择科学合理的基础方案。需要注意的是，基础方案的选择需要使地基的潜力能够得到最大的发挥，如如果必要的话，可以对地基变形进行检测。
2.3 选择合理的高层建筑结构方案
合理的结构方案必须满足高层建筑设计的结构形式和结构体系的要求，并尽量经济合理，以最少的花费获得最佳的结构设计方案。受力在明确、传力简单是结构体系的基本要求，在相同的结构单元中，应该选择相同的结构体系。选择合理的结构方案的时候，需要分析地理条件、工程设计需求、施工条件、施工材料等等，在对这些指标进行综合分析的基础上进行结构选择，以确定最佳的结构方案。
2.4 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。
3 高层建筑结构设计中的问题及相应的措施
3.1超高问题
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。
3.2高层建筑结构的规则性问题
在高层建筑的新的建筑规范中，对高层建筑结构的规则性问题作了很多的限制，例如：对结构嵌固端上层和下层的刚度比进行了规定，对平面规则性进行了规定，等等。此外，在新规范中，还明确规定了高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。所以，为了使工程建设按照设计依次进行下去，避免在施工后期对结构设计进行改动，在高层建筑结构设计中，必须严格按照规范的限制条件进行。
3.3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。
3.4 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。
3.5 轴压比与短柱问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时， 耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计， 且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值， 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
4 结束语
随着社会的发展和科技的进步，建筑结构不断的发生变化，高层建筑结构形式越来越多，研究高层建筑结构设计有着非常重要的意义。
参考文献：
[1] 范小平，高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J]福建建材，2010，（12）.
高层建筑结构设计范文2
关键词：高层建筑结构设计 程序
一、高层建筑结构设计方面的原则
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。
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。
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。
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。
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。
二、建筑结构设计的基本内容
1、结构设计的程序
建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。
建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计结构分析构件设计绘施工图。
2.建筑物结构设计的要求
为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,必须遵循以下要求:(1)计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;(2)结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合;(3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
三、高层建筑结构设计的几个问题分析
1、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。
2、高层建筑结构设计中的侧移和振动周期
建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
(1)结构自振周期
高层建筑的自振周期(T 1)宜在下列范围内：
框架结构：T1=(0.1―0.15)N
框一剪、框筒结构：T1=(0.08-0.12)N
剪力墙、筒中筒结构：TI=(0.04―0.10)N
N为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：
第二周期：T2=(1／3―1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5―1／7)T1。
3、砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中，构造不但能够提高墙体的坑剪能力，而且构造柱与圄梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。
在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题。
3.1 构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋 结构中的一个薄弱的部位。
3.2 构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼做承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝。本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。若梁 上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足，方可在梁下布置构造柱。
4、楼板设计常见问题
板是建筑工程中的主要承重构件，是它将楼面，屋面的荷载传给其周围的墙或梁上，楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周，很容易出现设计质量问题，有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。
4.1 设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作用单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符，导致一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。
4.2 板承受线荷载时弯矩计算问题，在民用建筑中，常常在楼板上布置一些非承重隔墙故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝。
4.3 双向板有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩，由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放，短跨方向的跨中钢筋应放在下面，长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面，计算时应用两个方向的各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d（d为短向钢筋的直径）。有的设计得为图省事或对板受力认识不足，而取两上方向的有效高度一致进行配筋计算，致使长跨有效高度偏大，配筋降低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现开明缝的现象。
高层建筑结构设计范文3
关键词: 高层建筑；结构设计
1. 高层建筑结构的特点：
高层建筑结构常使用框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系和筒体结构体系。
多、高层建筑结构都要承受竖直荷载和风产生的水平荷载，还要抵抗地震的作用效应。多层结构的水平荷载对结构影响通常较小，但在高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为控制因素。随着高度的增加，位移增加很快。但是过大的侧移会使人感觉不舒服，从而影响建筑的使用，会造成非结构构件和结构构件的损坏。所以控制结构的侧移成为高层建筑结构的重点。
1.1 框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙两种结构组成的结构体系。高层建筑结构中框架结构的强度和刚度往往不能满足规范要求，这时候就需要在建筑平面的适当位置（如四周和转角）设置剪力墙来代替部分框架，以增强整体结构体系的强度和刚度，这样便形成了框架-剪力墙结构。在这种结构体系中框架结构主要承受垂直荷载，剪力墙结构主要承受水平剪力。框架-剪力墙结构的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀。
1.2 剪力墙结构
钢筋混凝土剪力墙能够较好地抵抗水平荷载，在剪力墙结构中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙结构属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系。
1.3 筒体结构
筒体结构的种类很多，有筒中筒结构、框架-核心筒结构、框筒-框架结构、多重筒、成束筒等等新式。筒体结构是空间结构，具有很大的强度和刚度，各构件受力比较合理。其抵抗水平作用的能力很强，因而特别适合在超高层结构中采用。
1.4 其他结构
较为新颖的竖向承重结构有悬挂结构、巨型框架结构、巨型桁架结构、高层钢结构中的刚性桁架等多种形式。这些结构形式已经在实际工程中得到应用，如香港汇丰银行大楼采用的是悬挂结构，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架结构，香港中国银行采用的是巨型桁架结构。
2. 高层建筑结构分析和设计方法：
2.1 结构分析中常用的基本假定
① 弹性假定。
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。弹性理论的计算方法是基于结构构件在应力和应变成正比的变化关系。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。当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，出现裂缝．进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
② 小变形假定。
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题(P-效应)进行了二阶研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值，H>1／500时。P-效应的影响就不能忽视了。
③ 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简体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
④ 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有三种：
(1)一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧向位移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。
（2)二维协同分析。 二维协同分析虽然扔将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有3个自由度，楼面内各抗侧力构件的位移均由3个自由度确定。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序采用。
(3)三维空间分析。二维协同分析并没有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，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的简体结构也是不妥当的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度。接符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
3各类结构体系采用的分析方法
① 框架―剪力墙体系
框剪结构在竖向荷载作用下，可以假定各竖向承重结构之间为简支联系，将竖向荷载按简支梁板简单地分配给框架和墙，再将各框架和各剪力墙按平面结构进行分析计算。框架一剪力墙的计算机算，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。
② 剪力墙体系
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。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙．小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，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，而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多，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 筒体体系
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法i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。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。
高层建筑结构设计范文4
关键词：高层建筑；结构体系；剪力墙
我国改革开放之后，由于综合国力的不断提高，房地产业迅猛发展，建筑业已成为社会支柱产业之一。由于经济的发展，加之土地资源宝贵，所以高层建筑更是如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，导致同一工程不同人设计，其工程造价可能差别很大，造成不必要的浪费。这对于经济实力并不发达、尚处于第三世界发展中国家的中国来说是一个亟待解决的问题。
1 高层建筑结构的主要特点
(1)水平荷载对结构的影响大，侧移成为结构设计的主要控制目标之一。其根本原因就是高层建筑结构侧移和内力随高度的增加而急剧增加。例如，一竖向悬臂杆件在竖向荷载下产生的轴力仅与高度成正比，但在水平荷载下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。所以，在高层建筑结构中，除了像多层或低层房屋一样进行强度计算外，还必须控制其侧移的大小，以保证高层建筑结构具有足够的刚度，避免因侧移过大而造成的结构开裂、破坏、倾覆以及一些次要构件和装饰的损坏。
(2)多种变形影响大。高层建筑结构由于层数多、高度高、轴力很大，沿高度引起的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的变形差别大，对结构的内力分配影响大，因而对构件中的轴向变形影响必须加以考虑;另外，在剪力墙结构体系中还应考虑整片墙或墙肢的剪切变形，在筒体结构中还应考虑剪变滞后的影响等。
(3)扭转效应大。当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力构件的侧移发生变化，从而影响各个抗侧力结构构件(柱、剪力墙或筒体)所受到的剪力，进而影响各个抗侧力构件及其他构件的内力与变形。既使在结构的质量和刚度分布均匀的高层建筑结构中，其在水平荷载作用下也仍然存在扭转效应。
(4)结构延性是度量结构抗震性能的重要指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。因此，必须运用概念设计方法，对引起结构不安全的各种因素做综合的、宏观的、定型的分析并采取相应的措施，以求在总体上降低结构破坏概率。
2 高层建筑结构分析
2．1高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。实际工程中，对结构分析都需要对计算模型进行不同程度的简化，其中常见的基本假定有:
(1)弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般水平荷载作用下，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，并进入到弹塑性工作阶段。此时，仍按弹性方法计算内力和位移则不能反映结构的真实工作状态，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
(2)小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。据研究统计，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H＞1/500时，P－Δ效应的影响不能忽视。
(3)刚性楼板假定。很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。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，竖向刚度有突变的结构、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等三种情况均对楼板变形的影响较大，特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显，此时，可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
(4)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有以下三种:即一维协同分析、二维协同分析和三维空间分析。其中一维协同分析各抗侧力构件只考虑一个位移自由度，计算简单，主要用于手算方法的计算简图;二维协同分析各抗侧力构件的位移由三个自由度确定，主要用于中小微型计算机上的杆系结构分析程序;三维空间分析在前两者的分析基础上既考虑了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)，又考虑了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构的影响。三维空间分析普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度，较前两者的计算更为精确。
2．2高层建筑结构静力分析方法
(1)框架-剪力墙结构。
框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连续化建立常微分方程的方法。框架-剪力墙结构的计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。
(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。不同类型的剪力墙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。剪力墙结构的计算方法为平面有限单元法，此法较为精确且对各类剪力墙都能适用。
(3)筒体结构。
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。①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。②等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法进行分析。③比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。该方法是将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论进行分析，每端节点有7个自由度，比空间杆增加一个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。三维空间分析精度较高，但其未知量较多，计算量较大，在不引入其它假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw(Nc、Nw为柱及墙肢数目)。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样，每一楼层总自由度数即降为3(Nc+Nw)+4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
高层建筑结构设计范文5
关键词：高层建筑；结构；设计；
Abstract: With the rapid increase of China's national economic development and people's life. The owner and architect's innovative art of the reinforced concrete high-rise building development is widely used. Structure design of high-rise buildings put forward higher requirements for the engineering design, the face of such situation, should make the high-rise building structure design in the first place to study. Several problems in the structure design should pay attention to.
Key words: high-rise building; structure design;
中图分类号：TU2
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，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，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。建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量口渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
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：①较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；②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。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
2.1结构的规则性问题。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。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。
2.3嵌固端的设置问题。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。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高层建筑结构设计方面的原则
3.1 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，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。
3.2 选择合适的基础方案。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。
3.3 合理选择构方案。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。 3.4 正确分析计算结果。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。
3.5 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。
4 高层建筑结构设计的特点
4.1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。
4.2 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。
4.3水平荷载成为决定因素：①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；②某一定高度楼房，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。
5 高层建筑结构的相关问题分析
5.1 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。
5.2 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。
5.3 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。
5.4 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。
高层建筑结构设计范文6
关键词:实例分析；高层建筑；结构设计
Abstract: In this paper, the combination of a high-rise building structure design example, a study on the - conjoined structure design technology, introduce the structure of selection, the choice of connection, seismic force characteristics, bearing design method.Keywords: case study; rise buildings; structural design
中图分类号:TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1 概述
高层建筑连体结构是近几十年发展起来的一种较为新型的结构形式，其结构设计也比一般的单体结构或多塔楼结构显得更为复杂。本文结合某公寓式酒店连体结构设计实例，对连体结构的结构设计进行了研究，介绍了结构形式确定、连接方式选择、抗震受力特性、支座设计方法等，并阐述了解决一些具体问题的过程。
2 工程概况
某商业办公用房项目由1号楼(公寓式酒店、商业) 和 2号楼( 会展中心、公寓式办公) 组成，地下 1 层 ～ 2 层，地上 7 层 ～ 9 层，总建筑面积92634㎡。公寓式酒店地下 1 层、地上 9 层，现浇剪力墙结构体系，剪力墙为主要抗侧力构件，标准层层高 3.25 m，地上建筑面积为23780㎡。公寓式酒店平面布置呈半个回字形，设置两条抗震缝将结构分为北楼、南楼、连接体 3 个单体。在 8 层、屋顶层处设置连体结构，连体结构平面呈直角梯形。结构平面图见图 1。结构剖面图见图 2。
图 1 连体结构平面图图 2 连体结构剖面图
3 结构选型
公寓式酒店的连接体在第 8 层和屋顶层有连接，属于高规第10 章的复杂高层建筑中的连体结构。连体结构与塔楼的连接方式可以分为强连接和弱连接，本工程连体结构如果采用强连接，在地震荷载作用下将受到很大的轴向力和弯矩，难以协同变形。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，存在最大弹性水平位移( 或层间位移) 大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2 倍等超限情况，给抗震设计带来诸多不利。根据建筑要求仅在 8 层处要求有楼板连接，连接体层数仅占总层数的11%，跨度相对较大，因此优先考虑弱连接形式，考虑到自身重量和承载力性能的比值，连体结构确定为钢结构桁架加活动支座的弱连接形式结构体系。结构形式上类似于桥梁，一端采用固定铰接支座，连接体可绕铰接支座转动，另一端采用双向的滑动支座，来满足地震作用下的连接体部分的水平滑动作用。
4 设计分析
本结构设计使用年限为 50 年，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.10g，抗震设防类别为丙类。设计地震为第一组，场地类别为上海Ⅳ类场地，场地特征周期取0.9 s，各振型阻尼比取 0.05，主体结构采用 SATWE 进行结构整体分析，采用 PM-SAP 进行结构整体分析并进行校核。分析时考虑扭转耦联和双向地震效应，采用振型分解反应谱法和时程法计算结构响应，各振型贡献按照 CQC 组合。
4.1 结构动力特性( 周期比验算) 。按照各个单体分别计算其固有振动特性，验算其周期比，计算结果见表 1。周期比计算结果满足规范要求。
表 1 动力特性计算结果
4.2 位移比。验算位移比时，采用单体模型计算(计算模型中的各个单体的各个楼层，采用强制刚性楼板假定)，并按照各单体模型逐层加以验算。反应谱法结构地震响应位移计算结果如表 2 所示。计算结果满足规范要求。
表 2 反应谱法结构地震响应位移计算结果
4.3 反应谱法底部结构的剪力、弯矩和有效质量系数计算结果见表 3。
表 3 反应谱法底部结构的计算结果
计算结果满足规范要求。
4.4 振型数。振型数大于 15，且使振型参与质量不小于总质量的 90%。
4.5 楼板模型。各单体计算分析内力时，软弱层( 或人为假定的软弱层) 的楼板在计算模型中按照弹性板处理( 采用壳单元) 。其他区域的楼层考虑为刚性楼板。
5 支座设计
本工程连体结构的支座为固定铰接支座与双向滑动支座，设计过程中主要考虑支座的水平滑动量和竖向力的大小，支座型号则根据计算值确定。
5.1抗震缝宽度。根据抗震设计的要求，滑移量( 也就是相应节点的位移量) 是要求在大震作用情况下取得的，且抗震缝的宽度( 主要是与南侧单体双向滑动支座) 要求考虑大震作用下南北单体相应节点滑移量的相互叠加作用。经分别计算得到南侧单体在大震作用下四个节点的 X 向与 Y 向的滑移量均为 95 mm，而北侧单体相应数值为 X 向为 120 mm，Y 向为 80 mm。由于连体结构北侧为固定铰接支座，不产生实际滑动，位移量仅作为南侧抗震缝的叠加参考因子。计算得出北侧单移值为 X 向 145 mm，Y向 95 mm，南侧单移值为 X 向 110 mm，Y 向 115 mm; 按 CQC方法对北侧单元节点位移进行组合得到最大节点位移为175 mm，按照最不利情况南北单元位移叠加 175 +115 =290 mm，故南侧抗震缝的宽度取 300 mm。
5.2 支座竖向力。考虑重力荷载控制作用下，通过计算求得支
座最大竖向力设计值为 800 kN。
5.3 支座钢限位。根据建筑平面布置，滑动位移量以 Y 向位移控制为主，在 X 向设限位可制另一方向的滑动。在最外侧两个钢牛腿的外侧上翼缘设置呈 90°角的钢限位，一旦滑动支座限位失效且又产生地震作用的情况下，钢限位能够阻止钢梁产生过大的滑移变形，从而加强了结构的安全性能。根据以上计算和要求完成支座部分的设计，双向滑动支座的节点详图见图 3，固定铰接支座的节点详图见图 4，钢限位的节点详图见图 5。
图 3 滑动支座剖面
图 4 铰接支座剖面图 5 钢限位节点详图
6 结语
JGJ 3-2002 连接体结构属于高规第 10 章中所提到的复杂高层建筑，属于超限高层，设计时需要格外慎重。设计过程中首先要明确结构体系和传力路径，如果本工程在设计初始采用刚性连接方案:
6.1 不符合实际情况，仅靠 8 层楼板无法协调两栋单体变形；
6.2 如果按照刚性连接设计，考虑到协同变形，两侧单体的结构体系甚至是具体构件设计与现在的非刚性连接存在巨大的不同，将造成结构的不安全。采用现行的非刚性连接方案将原本复杂的连接体结构转化为非超限的普通高层结构 + 钢结构连接体形式，简化了设计程序，缩短了设计论证周期，使得结构体系明确，传力路径简洁，构件节点具有通用性，方便选用及施工。
参考文献:
［1］ JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
