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高层建筑的结构形式范文1
关键词小高层住宅；适用性；经济性；抗震性能
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
对小高层住宅的结构设计，作为结构设计师在进行结构选型时，不仅要考虑结构体系的适用性与经济性，还要充分考虑抗震性能等几方面。本文就以某小区为例，对目前普遍采用的几种结构形式进行分析比较。
一结构方案概述
某小区的十二层，一梯两户两单元住宅，对称结构，层高均为2.90m，建筑物总高34.80m，长34.20m，宽14.70m，每层面积490m²，总面积5 880m²，抗震烈度为6度，场地土类别为三类，基本风压：0.60kn／m，采用“多层及高层建筑结构三维分析与设计软件”程序及有关规范对不同的结构设计方案进行计算并分析比较。(一)框架结构
此方案的特点是一般用于多层结构及小高层结构，适用高度范围一般为60.0m以下(6度设防)。框架结构布置灵活，具有较大的室内空间，使用较为方便。填充墙可采用轻质隔墙，减轻结构自重。但内凸的框架柱直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。
(二)异型柱框架结构
这种结构体系是框架结构的一个派生结构形式，它除了具有框架结构的特点外，与墙同宽的异型柱很好地解决了建筑平面使用问题。根据行业标准《砼异型柱结构技术规程》JGJ149—2006第3.1.2条抗震设计为6度时，异型柱结构适用的房屋最大高度为24 m，本工程建筑总高为34.8 0m。故不宜采用异型柱框架结构。
(三)框架剪力墙结构
这种结构体系一般用于高层结构，在近几年的高层结构设计中应用广泛，此方案的特点是利用楼电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，框架柱主要承受竖向荷载。这种结构既具有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又具有较大的刚度和较强的抗震能力。但内凸的框架柱同样影响到户型的实际使用面积及家具布置。
(四)异型柱框架剪力墙结构
这种结构体系是框架剪力墙的一个派生结构形式，此方案的特点是利用楼电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，异型柱主要承受竖向荷载，水平位移及层间位移大大减小。同时，与墙同宽的异型柱又能更好地解决建筑平面使用问题。
(五)普通剪力墙结构 这种结构体系一般用于高层结构住宅，尤其在30层左右的高层住宅结构设计中应用广泛。此方案的特点是根据建筑平面布局而设置钢筋砼墙，与墙同宽的剪力墙很好地解决了建筑平面使用问题。 该总高度仅34.8m，抗震设防烈度为6度区，若采用纯剪力墙结构，造价高，故不作为该工程的首选结构类型。
(六)短肢剪力墙结构
此方案的特点是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构，根据建筑平面布置，在建筑物凹凸转角处布置各种行式的短墙肢，主要形式有：一型、Y型、+型、T型、z型、Y型等。因采用这种结构体系时，将中部的电梯间、楼梯间和管道井四周的剪力墙组成筒体结构，四周布置短肢剪力墙，也可根据需要布置一些长肢墙，所以结构布置极为灵活，基本上能根据建筑的要求布置竖向受力构件。
二结构抗震性能的比较
(一)框架结构
一般用于多层及小高层结构，即10层以下或建筑物高度H小于28.0m，对H大干30.0m的框架结构，在抗震设防烈度为6度地区，《高规》第4.8.2条规定，抗震等级为三级．SATWE程序计算结果显示，此结构在水平荷载(风荷载及地震荷载)的作用下，水平位移及层间位移为最大(1／1200)；由于框架柱作为唯一的抗水平力构件，轴压比限值为0.90，故框架柱截面尺寸较大，内凸的框架柱直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。而且，最为严重的是，由于建筑的平面使用或立面造形的要求，经常出现框架两一端搁置在柱上，另一端搁置在梁上；或几根框架柱并不在一条轴线上，往往出现单跨框架的现象，成为抗震薄弱环节。所以，在考虑抗震设防要求的结构中，由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，特别是采用砌体填充墙时，地震中填充墙损坏严重，修复费用很高。故对高层结构不宜采用。
(二)异型柱框架结构
异型柱在受剪承载力、节点承载力和延性等受力性能方面比普通矩形柱差，在水平地震作用下，柱内钢筋的粘结锚易遭受破坏，对抗震性能有不利影响。因此，钢筋砼异型柱框架及框架抗震墙结构的房屋应在一定的高度及适用范围内应用，而不能等同于一般的钢筋砼结构。根据《砼异型柱结构技术规程》适用于总高度小于24 m的房屋。当建筑的高度较高时，异形柱无法满足轴力和抗侧力的要求。所以，异型柱框架结构相比较而言，抗震性能为最差。
(三)框架剪力墙结构
一般用于高层结构，在近几年的高层结构设计中应用广泛，此方案的特点是利用楼电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，框架柱主要承受竖向荷载，水平位移及层间位移大大减小，轴压比限值较框架结构放宽，但考虑框架柱的构造要求，及实际计算中若轴压比大于0.90，则柱配筋较大，所以在小柱网的住宅中，与框架结构相比，柱截面尺寸与不可能小很多，同样存在上述建筑使用问题。(四)异型柱框架剪力墙结构
这种结构体系是框架剪力墙的一个派生结构形式，此方案的特点是利用楼电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，异型柱主要承受竖向荷载，水平位移及层间位移大大减小。同时，与墙同宽的异型柱又能更好地解决建筑平面使用问题。6度地区，框架剪力墙结构总高度不得超过45.0m，柱中距不大于7.20m。抗震等级之所以异形柱有上述的限制条件，主要是异形柱的肢长较短，当建筑的高度较高时，异形柱无法满足轴力和抗侧力的要求。在6度设防地区，建筑物高度大于18.0 m抗震等级即为三级，这点较框架结构(60.0m)严格。
(五)普通剪力墙结构
一般用于高层结构住宅，尤其在30层左右的高层住宅结构设计中应用广泛。此方案的特点是根据建筑平面布局而设置钢筋砼墙，适当部位开结构洞，以轻质填充墙代替，以减轻结构自重及工程造价，可使各墙段刚度均匀，抗震性能好，水平位移及层间位移大大减小，尤其在户型的实际使用面积及家具布置中。 (六)短肢剪力墙结构 由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安垒起见，对这种结构抗震设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、墙肢厚度、轴压比，截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率均做了较严格的限制。
三、计算结果的比较
根据以上计算结果：
地震周期。框架结构最大(T 1=1.6463S)，短肢剪力墙结构最小，异型柱剪力墙结构次之，其余结构相差不大。显然，这是与结构的刚度有直接关系。 水平地震剪力。框架结构最小(1347.7 7f)，短肢剪力墙结构最大，异型柱剪力墙结构次之，其余结构相差不大。显然，这是与结构的地震周期是一致的。 最大层间位移。框架结构最大(D x／h=1／455)，短肢剪力墙结构次之(1／3591)，其余结构相差不大。显然，这是与结构的刚度是一致的。
结构自重。框架结构最大，其余结构相差不大(约8300t)。活载相差不大(约600t)。恒载占总重量的百分比为9 3％以上，故在高层计算中，一般可不考虑恒活最不利组合，这对计算结果几乎无影响。
砼用量。短肢剪力墙结构与异型柱剪力墙结构较大(约146m³)，其余结构相差不大(约1333)。相差了146／13.1=1.1倍。
钢筋用量。短肢剪力墙结构与异型柱剪力墙结构较大(约l 8．5f)，其余结构相差不大(约16.0t)。相差了18.5／16.0=1.15倍。这是由于前者结构的最小配筋率要求较高。
高层建筑的结构形式范文2
[关键词]异形柱结构构造要求
中图分类号：tu74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0054-01
一、前言
近年来，异形柱框架或异形柱框架一剪力墙结构作为一种全新的结构形式广泛用于小高层住宅建筑中，将建筑美观、使用功能的灵活性与建筑结构合理的受力性能有机地结合起来，相对于传统的短肢剪力墙或框架结构，能更好的满足建筑需求且造价略有降低，因此具有更好的经济效益和社会效益。该结构形式一般指同层内异形柱数量超过柱总数量10%的框架或框架剪力墙结构，适用抗震设防烈度为6度或7度的地区。
二、异形柱的适用范围
异形柱结构一般应用在6度和7度设防地区，适用高度为框架结构20m左右，框架一剪力墙结构40 m左右。在异形柱结构中部分竖向构件使用扁平柱是可以的，建议最小厚度不少于250mm，梁纵筋用3级钢，直径不超过12，各项验算同普通框架柱，构造和轴压比应适当控制更严格一些。因“一”形扁平异形柱不提倡使用，但在某些工程上缺少不了，没办法也可用扁平柱，其计算按矩形柱方法计算。
设计应用时应考虑地震力系数放大和自振周期折减。因用异形柱导致刚度下降，使得地震力减小，应采用地震力放大系数来适当地增加地震力。而计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期，应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。
三、异形柱结构的受力特点及破坏特征
1、异形柱的延性是结构抗震的一个重要指标，而异形柱的延性主要与轴压比、箍筋的直径与间距、荷载角等因素有关。在相关异形柱延性的研究中，已经发现L 形、T 形柱在纯腹板受压时其截面延性很差，并且导致其轴压比限值也比普通矩形柱小很多，其主要原因是T 形、L形柱在纯腹板受压时，受压区的混凝土宽度较小，导致截面受压区高度偏大，受压区边缘混凝土应力过于集中，一旦达到受压强度极限，破坏区域往里渗透过快，不利于外边缘的混凝土纤维经历下降段，受拉钢筋也很难达到屈服强度，从而影响整个截面和构件的延性，由此也很容易发生小偏心受压破坏。
2、异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，多为双向偏压受力构件，在受力状态下，各肢将产生翘曲正应力和剪应力，剪应力使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱低。
3、异形柱节点处的构造相对复杂，由于异形柱的周长要明显大于等面积的矩形或方形柱的周长，使得混凝土保护层脱落后的截面削弱更为严重，由此会大大降低地震作用下异形柱的耗能能力，节点核心区配置箍筋能减少节点区的裂缝数量及宽度，试验表明，在一定配箍率范围内可以提高节点的极限承载力，平均提高25 %。
4、T 形和L 形柱节点均属斜压破坏，而矩形柱节点有剪压破坏特征； T 形和L 形柱节点与矩形柱节点均有良好的抗震性能，即在地震作用下能承受较大的剪切变形能力，但在同样条件下的试验对比，前者的承载能力低于后者， T 形柱节点承载力比矩形柱节点降低15 %～20 % ，L 形柱节点实际降低为33 %左右；在柱截面积相同的条件下，十字形柱节点比矩形柱节点的抗剪极限承载力低10 %。T 形截面柱的截面在节点区的剪力分布比较均匀，发挥作用比L 形截面柱节点好，十字形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，在3 种柱形中发挥作用属于最好的，若节点截面积相同，L 形截面柱节点承载力在3 种柱形中属于最低的。
5、L 形和Z 形柱是关于荷载作用方向不对称，因此在水平荷载作用下，会产生附加扭矩，L 形柱处于压、弯、剪、扭的复合受力状态，对于宽肢Z 形柱则易发生腹板剪切破坏。
6、试验表明，异形柱属于弯曲型破坏，在弹性工作阶段，异形柱框架结构在水平荷载作用下变形曲线呈一定程度上的弯剪型，异形柱的肢长与肢宽之比要明显大于普通框架柱，所以在水平荷载作用下的变形特征介于剪力墙结构和普通框架之间。
四、异形柱的构造要求
（1）混泥土强度等级不应低于C25，且不应高于C50；纵向受力钢结构宜采用HRB400、
HRB335级钢筋，箍筋宜采用HRB335、HRB400、HP235B级钢筋。
（2）异形柱截面肢高与肢厚比不应小于200mm，肢高不应小于500mm；框架梁截面高度，抗震设计时不宜小于400mm，非抗震设计时不宜小于350mm，截面宽度不宜小于截面高度的1/4和200mm。
（3）轴压比限值：异形柱的轴压比限值各地规定不尽相同，但总的来说比普通的框架柱要严。文献规定，抗震等级为三级时，L形、T形、十字形柱的轴压比限值分别为0.6、0.65、0.7，抗震等级为二级时，L形、T形、十字形柱的轴压比限值分别为0.5、0.55、0.6。
（4）异形柱的配筋要求：在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，且直径不应大于25mm，也不应小于14mm；纵向受力钢筋之间的净距不应小于50mm，在二、三级时纵向钢筋的间距不宜大于200mm；异形柱框架梁的配筋要求：由于柱和梁截面的关系，造成框架梁与柱的节点处钢筋过于密集，在选择纵向受力钢筋时，应根据配筋面积选择较大直径的钢筋，每排钢筋最好不超过2根，若超过时，分成2排布置。
（5）水平位移限值：最大层间位移角，框架结构为1/600。
五、实例分析
本工程为于2009年设计的广东某地区一栋9层宿舍楼，首层为4.2m，标准层层高3.1m，建筑高度为29.0m。该工程基础采用预应力管桩基础，上部为框架结构。由于该工程为某企业的高级员工宿舍楼，建筑要求宿舍内不能外露柱，以增加建筑的使用空间和美观性，因此采用了异形柱结构。该工程位于6度抗震设防区，基本风压为0.55kN/m2 。场地类别为Ⅱ类。电算采用中国建筑设计研究院编制发行的PKPM结构空间有限元分析设计软件SATWE进行计算。计算时假定结构变形在弹性范围内，楼面平面内刚度为无穷大。框架-剪力墙结构在基本振型地震作用下，当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其适用的房屋最大高度可比框架结构适当增加。
工程建筑高度为29.0m，在左右两端的楼梯位置设置了剪力墙，同时在四层以下局部设置了短肢剪力墙，其承受的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的50%，可满足此项规定。另，《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006中3.3.1规定了异形柱结构的抗震等级。本工程框架抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为三级。
另外，异形柱在水平荷载作用下受弯、受剪、受扭，在竖向荷载作用下为双向压弯构件，各肢将产生翘曲正应力和剪应力，使柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝。为提高异形柱的延性，《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006中6.2.2规定了抗震设计时异形柱的轴压比的限值。本工程中L形柱的轴压比限值为0.60，T形柱的轴压比限值为0.65。
综合考虑，本工程四层以下局部采用短肢剪力墙，墙厚为200mm，其他楼层采用L形或T形的异形柱，宽度为200mm。混凝土强度等级为底部两层C35，其余为C30。
六、 结语
高层建筑的结构形式范文3
关键词：高层建筑；结构设计；工程规则性；多道设防
Abstract: In this paper, the structure design of high-rise building application contrast, description of the bearing capacity, stiffness and ductility for the leading goal, design wind and earthquake are ideal for high-rise building is completely possible. Around high-rise structure design engineering rules and multiple protection design this paper describes the structure design of high-rise building’s key concepts and design ideas.
Key words: high-rise building; structure design; engineering rules; multiple protections
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一个建筑工程的结构设计首先要明确抗震设防情况、场地情况等。结构方案是结构设计的关键，只有正确选择结构方案，才能在设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、方便施工，保证质量。应根据材料性能、结构型式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素合理选择结构方案[1]。作为一个合理的结构方案，其技术经济效果应当是好的或比较好的，因为它是结构方案的综合评价。本文以马那瓜美洲银行大楼实例为据围绕在设计和构造上利用多道设防的思想，如框架结构采用强柱弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定；框架—剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线；剪力墙结构能过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等的工程抗震设计应用。
一、工程规则性与多道设防的实际工程对比应用
马那瓜地处太平洋火山地震带东侧，近100年来已遭受4次强烈地震的袭击。1972年12月22日夜至23日凌晨的一次突发性强烈地震和震后的大火，使城市几乎全部被毁（市区92%的建筑被摧毁），地面下沉12英寸，死伤数万人（5000--10000人死亡），损失达10多亿美元，至今仍然可以看到地震的遗迹。 震级6.2，烈度估计8度，该次地震，地面加速度为0.35g，几乎是设计地震0.06g的6倍。大地震后，高18层，1963年设计的马那瓜美洲银行大楼（当时最高）只是出现了一些裂缝，而同位于市区的15层的马拉瓜中央银行却严重受损（震后拆除），周围建筑物也发生大规模倒塌，5000多人死亡。当时，这个消息几乎传遍了整个尼加拉瓜，相距如此近（培训四P11：毗邻）的建筑，为何有这般差别？人们发现，马那瓜美洲银行大楼之所以轻微受损，是由于它的形状非常规则、对称，且运用了多道设防设计思想。而中央银行平面和竖向上都不规则。
（1）中央银行平面不规则：四个楼梯间，偏置塔楼西侧，再加上西端有填充墙，地震时产生较大的扭转偏心效应。四层以上的楼板仅50mm厚，搁置在14m长的小梁上，小梁的全高仅450mm，这样一个楼面体系是十分柔弱的，抗侧力的刚度很差，在水平地震作用下产生很大的楼板水平变形和竖向变形。
竖向不规则：塔楼的上部（四层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在四楼板水平处的过渡大当人上，大梁又支承在其下面的10根1mx1.55m柱子上（间距9.4m），形成上下两部分严重不均匀、不连续的结构系统。主要破坏：A、第四层与第五层之间，周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈（竖向刚度和承载力突变）。B、横向裂缝贯穿三层以上的所有楼板（有的宽达10mm），直至电梯井的东侧。C、塔楼的西立面、其他立面的窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其他非结构构件均严重破坏或倒塌。美国加州大学伯克莱分校在震后对其计算分析表明：A、结构存在十分严重的扭转效应；B、塔楼三层以上北面和南面的大多数柱子抗剪能力大大不足，率先破坏；C、在水平地震作用下，柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。（2）美洲银行
结构系统平面竖向均匀对称。概念设计思想为多道防线、刚柔结合。先由4个4.6m等边的L形柔性筒（H/b=13.3>>7），通过每层的连梁组成一个11.6mx11.6m的正方形核心筒用为主要抗震结构。在风荷载和抗震设防烈度的地震作用下具有很大的抗弯刚度（H/b≈5），为了预防罕遇强烈地震，有意识地在连梁的中部开了较大的孔洞，一方面可以用来穿越通风管道，减小楼层结构高度；另一方面是有意地形成结构总体系（第一道防线）中的预定薄弱环节，在未来遭遇强烈地震时，通过控制首先在连梁处开裂、屈服、出现塑性铰，从而变成具有延性和耗能能力的结构体系（第二道防线），即各分体系（L形筒）作为独立的抗震单元，则整体结构变柔，周期变长，阻尼增加，地震动力反应将大大地减小，从而可以继续保持结构的稳定性和良好的受力性能。即使在超出弹性极限的情况下，仍具有塑性强度，可以做到较大幅度的摇摆而不倒塌。为确保每一L形柔筒都可以作为有效的独立抗震单元，林在L形筒的每面墙内的配筋几乎都是一样的。
震后调查正如设计所预料那样，核心筒的连梁发生剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。连梁混凝土保护层剥落、开裂，这较易修复。墙体没有开裂，只是在核心筒的墙面上掉下了几块大理石饰面。这充分说明，虽然主体结构没有开裂，但剪力墙内已具有很高的应力[2]。也就是说在地震的剪力和弯矩作用下，墙仍处于弹性阶段。伯克利大学的教授V．Bertero在震后对该建筑作了动力分析，见下表。
可见，当核心筒连梁破坏后，四个L形角筒独立作用时，结构的自振周期和顶部位移明显加大，而基底剪力和倾覆力矩却明显减小。在正常工状态下，即在风荷载或设防烈度的地震作用下，设计所选择的结构图的自振周期T=1.3s，相当于0.72n，顶部侧移12cm，相当于1/500楼高。美洲银行大楼的抗震实例说明了以承载力、刚度和延性为主导目标，设计抗议风和抗震都比较理想的高层建筑是完全可能的。在风荷载作用下结构的整体刚度大，有较高的自振频率；而在罕遇的强烈地震作用下，可通过发挥延性（其中包括结构延性、构件延性或截面延性）与耗能能力使结构仍具有足够的承载力。二、高层建筑结构设计的应用体会
高层建筑结构至关重要的就是使结构承载力、刚度、能量耗散和延性等多种性能得到最佳组合。选择有利的建筑体型，是减少高层建筑结构风载效应、地震作用效应和侧移的重要手段之一。建筑体型又与建筑平面形状、建筑立面形状和房屋的高度等因素密切相关。与H，H/B，L/B，突出和收进尺寸，细部尺寸等有关。
建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。建筑和结构设计者在高层建筑设计中应特别重视规程中有关结构概念设计的各项规定,设计中不能陷入只凭计算的误区。若结构严重不规则、整体性差，则仅按目前的结构设计计算水平，难以保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。抗震概念设计时应充分考虑结构简单、规则和均匀性、整体性、钢度和抗震能力等准则。
1．结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱层部位出现都易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠。
2．结构的规则和均匀性。沿竖向建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变，以限制竖向出现薄弱部位。建筑平面比较规则，平面内结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量和刚度之间的偏心。
3．结构的刚度和抗震能力。可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构的抗震能力是结构承载力及延性的综合反映。结构刚度选择时注意控制结构变形的增大，过大的变形也会因效应过大而导致结构破坏[3]。结构除需要满足水平方向的刚度和变形能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。4．结构的整体性。高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖体系最重要的作用是提供足够的面内刚度的抗力，并与竖向各子结构有效连接。高层建筑基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证。
参考文献：
[1] 吴育武.谈谈高层建筑结构概念设计的若干问题[J].中国科技纵横,2010,(15):143,85.
[2] 柳浩杰.某高层办公综合楼结构方案的设计[J].四川建材,2009,35(2):91-93.
高层建筑的结构形式范文4
关键词：高层建筑；结构形式；设计原则
一.高层建筑概念
高层建筑指超过一定高度和层数的多层建筑。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑，建筑高度大于100m的建筑为超高层建筑。
二.高层建筑结构形式
1）框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。框架结构具有建筑平面布置灵活，能够较大的获得大空间，承受竖向荷载作用合理、结构自重较轻的特点，其柱网尺寸可达9～10m，受力以剪切变形为主。但是由于是框架结构，又会存在着侧向刚度小、水平位移较大的缺陷，使建筑的高度受到不同程度的限制。在非地震区可做到15 层最高不超过20 层，不宜超过60 米。一般用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑。
2）剪力墙结构
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构的优点是抗侧力刚度大，抗震性能好，但是其布置不灵活，形成的开间较小，因此一般与其它结构混合使用。
3）框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙。其布置比较灵活，有足够大的抗侧力刚度，兼有框架结构和剪力墙结构的优点，在高层建筑中广泛采用。需要注意的是，框剪结构在设计中应避免形成短柱（高宽比小于4）和短墙，以防止抗震性能的降低，其解决措施为对柱全长加密箍筋并提高混凝土的强度等级。
4）框支剪力墙结构
框支剪力墙指的是结构中的部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，这样的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墙就叫框支剪力墙。该结构形式布置较剪力墙灵活，可以满足一般写字楼和酒店的需要，但是其弊端是下部抗侧力刚度不足，在地震作用下容易发生破坏。
5）框架-核心筒结构：
核心筒结构，属于高层建筑结构。简单的来讲就是，是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体，因为筒体在中间，所以称为核心筒，又名“框架―核心筒结构”。具有良好的抗侧力刚度和整体性，适用于高度较高，功能较多的建筑。
6）筒中筒结构
筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒。筒中筒结构具有非常大的整体性和侧向刚度，适用于高度非常大的超高层建筑。
7）束筒结构：
束筒结构由若干个筒体并列连接为整体的结构。整个建筑如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，具有良好的刚度和防震能力。束筒结构可组成任何建筑外形，并能适应不同高度的体型组合的需要，丰富了建筑的外观。美国芝加哥110层的西尔斯大厦就是应用了束筒结构。
三.高层建筑设计方法
1）确定合理的基础设计方案。高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。
2）选择合理的结构设计方案。成功的建筑物设计往往是经济合理的。选择合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系，在保证结构安全和稳定的同时使结构造价最低。
3）确定合适的计算简图。结构计算基本上是在计算简图的基础之上开展的，如果计算简图选用不合理，往往会造成结构不安全等诸多问题，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。
4）采用合理的布局方法。高层建筑结构设计方面，布局设计是比较关键的设计环节。高层建筑各功能区的设计，要考虑安全性、适用性和舒适性等方面的需求，进行科学合理的布局。
5）准确分析计算的结果。在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是如今软件的种类很多，不同软件计算出的结果往往有一定的差别，所以工程师在得到计算之后要进行认真分析与校核，并做出最为合理的判断。
6）运用合理的构造方法。要利用构件的延性，强化结构的薄弱位置。充分利用钢筋混凝土构件的受力特性进行设计与施工。采用不同的构造措施来减小造价，如鱼腹梁等变截面梁。
四.结语
随着我国社会经济的发展，高层建筑正在逐渐成为一种建筑发展趋势，也成为了很多公司、酒店和住宅的首选建筑形式。高层建筑结构设计是个系统全面的工作，结构设计人员需要扎实的理论知识功底，充分地认识到高层建筑各种结构形式及其特点，运用高层建筑设计原则，合理地进行选型与组合设计，才能更好地对高层建筑的结构进行更科学合理的应用。
参考文献：
[1]容园园. 浅谈高层建筑结构形式与设计[J].城市建设理论研究，2012年13期.
[2]赵宇，王俊宏. 高层建筑结构分析与设计简介[J]. 城市建设理论研究，2012年11期.
高层建筑的结构形式范文5
关键词：建筑；转换层；结构设计
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
1 结构转换层概念及布置原则
1.1 定义：建筑物某层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构类型，并通过该楼层进得结构转换，则该楼层即称转换层。
1.2 布置原则：由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此，为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设计水平转换构件，即转换层结构。结构特性高层建筑转换层按照结构来分类主要有以下几个形式：梁—柱体系、桁架体系、墙梁体系、厚板转换体系等，其中以梁—柱体系最为常用。按照转换层结构功能的不同，一般可分为以下三类：建筑上、下部分之间结构类型的转换，此类建筑上部和下部采用的结构形式不同。建筑上、下部分之间的柱网尺寸不同，这种建筑虽然上下部分的结构类型相同，但通常需要通过转换层，扩大其下部结构的柱距，以形成大柱网。同时具备转换结构和扩大轴线尺寸的混合形式。
设计原则转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，对结构抗震不利，故采用转换层结构设计时应遵循以下原则：尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利，转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。优化转换层结构，选择具有明确传力路径的换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工量，在满足建筑物安全和经济要求的前提下，转换刚度宜小不宜大。
2 不同类型转换层的结构介绍与设计方法
高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：桁架(包括空腹桁架)、箱型结构、梁式(包括托梁和双向梁格)、厚梁厚板。以下主要介绍了梁式转换层结构及桁架式转换结构的设计方法。对以上4种基本结构形式设计应注意的问题简要介绍如下
2.1 梁式转换层结构
该结构形式是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，由于其传力途径采用墙(柱)转换梁柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和清桁架转换层箱型结构转换层空腹桁架转换层。该转换层结构的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较节省。所以梁式转换层结构在实际工程中应用较广。实际工程中转换梁的结构形式有多种多样，从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土、钢骨混凝土和钢结构等。转换梁设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式有关，现简述如下：
2.1.1 托柱形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算；当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
2.1.2 托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸人支座。当转换梁承托上部墙体满跨且开较多门窗洞或不满跨但剪力墙的长度较大时，转换梁截面设计方法也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置，且底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。
2.2 桁架式转换结构
该结构形式是由梁式结构转换层变化而来的，整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以下弦杆的截面尺寸相对较小。桁架分为空腹桁架和实腹桁架2种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。与梁式转换层相比，它的整体性好，受力性更加明确，自重较小而抗震性能好，而且便于管道的安装与维护等，但在施工上比较复杂，在设计上表现为节点的设计难度较大。桁架式转换结构设计方法简述如下：桁架式转换结构可以采用ANSYS和TAT来进行整体结构的内力分析，除应满足结构整体的位移、变形、抗倾覆、周期等要求外，还应满足(JGJ3—2002)《高层建筑混凝土结构技术规程》中附录E中规定的转换层上下结构侧向刚度比的要求。
相对其他结构形式转换层而言，桁架转换层比梁式转换层和厚转换层在受力上更加合理，在转换层位置受到的剪力和弯矩就比较小，有利于构件截面尺寸的控制，不会造成很大的刚度集中。在地震作用下，不会造成应力的集中，有利于结构抗震。其次在桁架转换层上部的结构所受到的剪力和弯矩相对其他的转换层结构来说也较小，其受力受下部转换层的影响较小，比较合理。由于桁架转换层的重量相对其他转换层的重量要小，从而减小了下部框架柱的抗压负荷。
3 高层建筑转换层的结构设计应注意的问题
3.1 宜低位转换，尽量避免高位转换，设置结构转换层的高层建筑属复杂的高层建筑，其结构竖向刚度存在一定程度的突变，且转换层上下附近的刚度、变从头再来和内力都会发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。所以，设置转换层应竖持转换层位置宜低不宜高的观点。尽量降低转换层的层位，尤其抗震结构设计，宜避免高位转换，三层以下为宜，一般不超过六层。
3.2 上下轴网力求部分对齐不错位，如查结构上部、下部的轴网全部错位，则转换层结构可能只得采用厚板式，厚板式转换层结构是所有转换层结构中缺点最多的一种形式。不仅受力不好，设计难度高，施工困难，而且极不经济。
3.3 框支柱、剪力墙的合理布置，设置结构转换层的高层建筑，不论采用何种结构体系，都必须保证部分剪力墙直接落地；转换层下面的框支柱的柱距疏密均匀，框支柱怀剪力墙（通常是核心筒）的距离位不宜太大（控制在12m以下）。转换层以上的剪力墙应采用大开间布置。强化下部，保证下部大空间结构有足免的刚度、强度、延性和抗震能力。转换层的平面须比轴规则，保证转换大梁的刚度和出平面外的稳定性。
4 结束语
在高层建筑转换层设计中，须根据工程本身特点和验处中受力状态的不明确定等因素，选择科学全理的设计方案，确保方案设计的全面性、科学性，减少施工的风险和难度。
参考文献：
[1] 茅於平，尤亚平．高层建筑形柱式结构转换[J]．建筑科学，2011，17（1）.
[2] 中华人民共和国建设部．高层建筑混凝土结构技术规程[M]．北京：中国建筑工业出版社．2006.
高层建筑的结构形式范文6
关键词：现代化；高层建筑；建筑结构；发展趋势；特点特色
中图分类号：TU97 文献标识码：A
1引言
随着科学技术进步发展，钢铁、电梯出现以来钢筋混凝土应用更为广泛以及多样，为高层建筑发展创造了机遇，高层建筑也已经成为城市建筑空间中一道独特风景线。高层建筑是超过一定层数高度建筑结构体系，高层建筑定义高度或层数，各国规定有所不同,但也没有一个绝对、严格标准来规定其高度以及层数。这与各国以及地区地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯设置标准以及防火特殊要求等诸多因素有关。
2 高层建筑结构分析
高层建筑结构同时承受着水平以及竖直荷载或作用力，低层建筑结构往往主要抵抗竖向荷载作用，水平荷载风荷载作用、地震作用对建筑影响较小，所以，水平作用所产生内力以及位移较小，往往可以忽略不计。在低层建筑结构中，竖向荷载是设计控制考虑的主要因素。但是在高层建筑结构中，较高的建筑高度造成受力完全不同，水平荷载不仅仅是主要荷载作用，是在竖向荷载共同影响建筑的作用，而且这往往也成为建筑设计中控制主要因素。所以，在水平荷载作用下，如果高层建筑结构抵抗侧向形变能力或侧向刚度不足，将会产生过大侧向形变，不仅使人产生不舒服感觉，而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力，会使填充墙、建筑装修以及电梯等服务设施出现裂缝、变形，甚至会导致结构性损伤或裂缝，从而危及结构正常使用以及耐久性。所以设计高层建筑结构时，不仅要求结构有足够强度，而且要求结构有合理刚度，使水平荷载所产生侧向形变限制在规定范围内。同时，有抗震设防要求高层建筑还应具有良好抗震性能，使结构在可能强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍具有良好塑性形变能力，即具有良好延性性能。除上述结构受力特点之外，高层建筑还具有建筑功用上特点。人们常说建筑是凝固音乐，优美高层建筑犹如艺术品，成为城市一道道绚丽景观；建筑同时是时代跳动脉搏，高层建筑占地面积小，符合地价昂贵时代需求，它可以节约建设用地或获得更多空闲地面，以作为绿化等环境用地，并因向高空方向发展而缩短城市道路以及各种管线如给排水管线等长度，减少基础设施投资。当然，大量高层建筑建设，也会给城市带来不利影响，如人口会密集化而造成交通拥挤问题；城市局部热场发生不利变化以及地质沉陷、消防复杂化等问题。综合高层建筑上述受力特点可知，与低层结构不同，高层建筑结构在强度、刚度以及延性三方面要满足更多设计要求，抗侧力结构设计成为高层建筑结构设计关键。
3 高层建筑结构发展现状
随着工业化、商业化、城市化进程，城市人口剧增，造成城市生产以及生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。19 世纪末期，开始出现现代形式钢框架以及钢筋混凝土框架结构高层建筑。1898 年修建secodRandMeNa119 层大楼美国，芝加哥，是世界上第一幢具有现代形式钢框架结构高层建筑。而最早钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式钢框架结构高层建筑。而最早钢筋混凝土框架结构高层建筑，位于美国以及法国巴黎。所以，现代形式高层建筑，也只有短短117 年的历史。到20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系发展，新设计计算理论创立，电子计算机在设计中应用，以及新施工技术以及机械不断涌现，为大规模地、较经济地建造高层建筑提供充分条件，使高层建筑得到迅速发展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系发展历程也类似于钢结构结构体系，由最初框架结构逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构以及巨型结构等结构体系，使得混凝土结构建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构构件可在工厂加工以及制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好抗震性能。所以，只有在发达国家，大多数高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土发展以及施工技术进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造高层建筑数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构构件断面尺寸大，减少建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。所以为充分发挥钢材以及混凝土这两种材料特点，更为合理结构形式是同时采用钢以及钢筋混凝土材料混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良效果，近年来已成为研究热点以及发展方向。
4高层建筑结构发展趋势
高层建筑发展，充分显示科学技术力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来高层建筑将朝着技术功能先进以及艺术完美相结合方向发展。
1） 新材料、超强材料在不断的发展与开发，在高层建筑结构技术问题中，首先要解决是材料问题。现在混凝土强度等级已经达到C100 以上。高强度以及良好韧性混凝土有利于减小结构构件尺寸，减轻结构自重，改善结构抗震性能。同时，为达到轻质高强目，必须在高层建筑结构中，发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限约束混凝土以及预应力混凝土。高性能混凝土开发以及应用，将继续受到人们重视，也必将给高层建筑结构带来重大以及深远影响。从强度以及塑性方面考虑，钢是高层建筑结构理想材料，增进或改善钢材强度、塑性以及可焊性性能工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料依赖，提高建筑用钢竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发以及实践中。
2 ）在高层建筑结构中广泛应用多种结构的混合体，如前所述，经合理设计混合结构可取得经济合理、技术性能如抗震性能优良效果，且易满足高层建筑侧向刚度需求，可建造比钢筋混凝土结构更高建筑，所以在较高建筑中，混合结构往往仍是合理、可行结构方案，今后建造混合结构比率将会越来越大。
3 ）新设计理念、新结构形式不断的出现与发展，现代建筑功能趋于多样性，建筑体形以及结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新设计概念以及结构技术深化，采用新结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。
4） 高层建筑结构高度在不断的被突破，进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛发展，在数量、质量及高度上都有大飞跃，高层建筑中科技含量越来越高。
5结语
随着资源短缺问题的不断涌现，我国提出可持续性发展，高层建筑是城市建筑空间元素的一部分，需要有新设计理念、设计结构形式、多种混合结构体以及更新、超强的建筑材料。高层建筑是创造人性场所，又融入文脉关系，不去破坏城市空间以及谐。必须在高层以及城市发展中取得平衡，才能创造出更好城市景观以及适合人们生活环境，才能沿着可持续发展道理健康地发展下去。
参考文献
江雨斌.钢结构在高层建筑结构设计中的应用探讨[J].中华民居.2013.12.
毛华毅.浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J].山西建筑.2010.9.
