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多高层建筑结构设计范文1
关键词：高层建筑概念设计意义探讨
一概念设计意义
多高层结构概念设计的基本原则有结构简单、规则及具有足够的水平刚度和抗震能力；注重结构的整体性。概念设计的范围较大，即有大的方案选择，又有小的细节构造，应该贯穿在设计的各阶段和步骤中。概念设计是结构工程师通过自身的力学知识和工程经验，运用经无数事故分析，震害分析，模拟实验的定量定性分析及长期的困内外设计与使用经验分析、归纳、总结出来的具有基础性、整体性、全局性和关键性的设计基本原则、规定和方法。通过概念设计能够从宏观上确定结构设计的基本问题，在初步设计时把握建筑的概念性整体方案，明确结构总体系与各分体系之间的传力关系，加强结构整体性，保证结构成为高延性的抗震耗能结构。
二 概念设计的应用分析
⑴平立面形式是保证结构简单的重要基本条件。结构平面的布置必须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，做到受力明确，传力集中，尽可能减少扭转影响。许多震害表明，平面不规则不对称的建筑，无论是砌体结构还是混凝土结构都会因扭转产生而破坏。因此，简单、规则、对称、长宽比不大，平面外伸长度小的平面形式是理想的选择。这样做可使结构的刚度、质量和承载力分布均匀，质量中心和刚度中心宜重合，实现扭转效应的减小。建筑的立面形式以连续、简洁为宜，较大程度的内收、外挑或中间层部分构件不连续会造成结构的刚度和质量沿竖向分布不均匀，竖向抗剪承载力不连续，竖向刚度出现突变和不规则，对建筑结构的抗震不利。面对当前建筑方案中出现平立面不规则的情况，作为结构工程师应该运用概念设计的原则尽可能地与建筑工程师沟通，通过调整结构布置和加强构造措施等设计手段使结构趋于合理。
对于平面规则的结构，如果刚度中心偏心，仍会有扭转现象产生。这时可调整抗侧力构件，使其均匀布置，尤其是考虑具有较大刚度的楼梯间布置。另外，注意控制结构的周期比、位移比。周期比是结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值，表明了侧向刚度和扭转刚度的相对关系；位移比是楼层竖向构件最大位移与平均位移的比值，是各楼层相对刚度大小的体现。控制它们可使结构的抗侧力构件平面布置更合理、更有效，使结构不出现过大的扭转效应。周期比超限时，当位移比满足要求时，可减小抗侧力构件的刚度，加大平动自振周期，对框剪和剪力墙结构，连接楼层端部横纵剪力墙，形成“T”型和“L”型，加大结构的抗扭刚度。位移比超限时，可提高结构的抗扭刚度和承载力，对于平面特别复杂和刚度相差悬殊的结构可设置防震缝。
⑵多高层建筑的结构体系应该具有足够的抵抗水平荷载和竖向荷载的能力，同时，还应具有良好的抗震承载力和变形能力，出色的耗能性能。笔者认为应注意以下几个方面。 a.形成明确的传力路径。多高层建筑结构体系应具备明确合理的传力途径，使作用在其上部的竖向及水平荷载能够直接传往基础，避免传力的迂回。其次尽可能形成简单正确的计算简图，减小计算模型与实际情况的差异。所以在具有转换层、错层、大底盘多塔等复杂结构体系中，概念设计更为突出。b.保证多道防线措施的运用。《抗震规范》要求结构体系应具有多道防线，通过合理处理结构刚度、承载力分布和构件的强弱关系，利用前道防线的破坏，消耗地震能量。改变结构的动力特性，减小地震作用，保证“大震不倒”的设防目标。实践表明：在纯框架结构中，增加钢或钢筋混凝土柱间支撑，利用支撑的屈曲耗能，能够成为第一道防线很好地保护框架柱子。在框一剪结构和剪力墙结构中，连梁的开裂和屈曲可消耗能量保护墙体，但前提必须加强连梁的抗剪性能，保证强剪弱弯，或者设置双连粱也能够起到良好的效果。多层砌体结构中设置罔梁和构造柱，在汶川大地震中再次验证了能够增大砌体延性，加强结构稳定性的抗震作用，成为砌体结构的第二道防线。多道防线作为概念设计对于防止结构倒塌具有重要意义，在设计中应予以足够的重视。c.真正实现强柱弱梁。强柱弱梁是保证结构延性的措施之一，即使塑性铰出现在梁端，形成梁铰机制，使得柱子不发生断裂，保证结构的稳定性。这一措施在《抗震规范》和《高规》具体表现为梁端弯矩设计值М。小于柱端弯矩设计值M，根据不同的抗震等级，满足M>M，为抗震调整系数。
但在具体设计中，由于考虑现浇楼板参与梁的受力，将粱的抗弯刚度增大1．5～2倍，同时梁的支座配筋率高甚至出现超筋，加上板的实际配筋，使梁的实际刚度增大，实际梁端承载力大于梁端弯矩。尽管通过柱端弯矩调整系数放大弯矩，但柱子的实际配筋往往以构造配筋居多。因此实际结构体系却成为强梁弱柱的柱铰机制，反而降低了结构稳定性。所以对于柱子可加大配筋，适当减小梁的截面尺寸和限制钢筋用量，将利用软件计算的梁端配筋调整系数取1.O，不再放大梁端的实配钢筋面积，考虑板钢筋的实际作用。这些是保证强柱弱梁得以真正实现的设计措施。
⑶结构的整体性是保证结构各体系及构件间共同工作的必要前提，结构空间整体刚度的大小直接决定了结构抗震能力的强弱。加强结构的整体稳定性，避免由于部分结构构件发生局部破坏而导致整体结构丧失承载力发生倒塌。a.保证楼盖的刚性要求。多高层建筑结构中，楼盖对结构的整体性起着非常重要的作用，它不仅要承受竖向荷载，而且作为竖向抗侧力构件的水平支撑，兼有向其传力和保证其协调工作的作用。尤其当竖向抗侧力结构布置不均匀、复杂或各抗侧力构件水平位移不同时，结构将更加依靠楼盖体系来保证抗侧力结构的协同工作。因此楼盖设计应采用现浇形式，尽量避免平面狭长、跨度或外伸长度较大，平面不规则，楼盖开大洞等情况。b.注重非结构构件抗震措施。非结构构件包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备及其与结构主体的连接。虽然在抗震设防上非结构构件的破损程度允许高于主体结构构件，但其破坏和功能丧失也会带来严重的经济损失甚至危及人的生命安全
对非结构构件，其基本抗震措施有：加强与主体结构连接部位的预埋件、锚固件设计，以承受非结构构件传给主体结构的附加地震作用；优先选用轻质材料墙体作为非承重墙体，合理布置刚性非承重墙体的位置，避免结构形成刚度不均匀；填充墙体应采用有效措施与主体结构拉结，同时考虑减小对结构体系的不利影响，例如采用柔性拉结；通过设置连系梁、圈梁，构造柱等加强自身的稳定性和与主体的拉结。
多高层建筑结构设计范文2
关键词：高层建筑；结构设计；设计措施
Abstract: With the rapid development of China's economy, China's development of high rise buildings are on a new level, there are appeared a lot of new chic, the facade fabric layers, large body of the high-rise building. In this paper, the structure design of high-rise building on problem analysis.
Key words: high-rise building; structure design; design measures
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）06-0020-02
一、高层建筑结构设计定义
高层建筑设计就是要做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计。发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
高层建筑的主体结构是由楼层结构、传递竖载结构、抗侧力结构、基础结构以及竖向交通结构等几个主要部分构成的。建筑物在受力后，这些构成部分之间相互配合，协调受力，构成一定的传力路线，将外力(竖向荷载或水平荷载)传给地基。因此各个构成部分之间的受力是互相影响，互相干扰的。设计中要想使整个结 构做得比较完美，在技术上、用材上、造价上有其先进性，就需要从整体出发，多方面慎重推敲，挖掘局部潜力，为良好的综合效果提供方便条件。二、高层建筑结构设计存在问题及措施
高层建筑结构主要存在的问题有结构的超高问题，短肢剪力墙的设置问题，嵌固端的设置问题和结构的规则性问题。针对这些问题具体的解决对策应从以下几方面入手：
1.建筑地基设计。对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。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，也是地基基础整个工程造价的决定性因素，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。
2.高层建筑不规则性设计。当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大，结构的层间位移满足要求的情况下，可减小结构的抗侧刚度，对楼层中部结构做减法，可取消、减短、减薄剪力墙，减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小，侧移较大时，可对楼层周边结构做加法，可增大周边构件的刚度。对带裙房高层建筑，带裙房部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定。由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房，即位移比可适当放宽。
3.高层建筑剪力墙结构设计。高层剪力墙结构是特定的将剪力墙和框架两种结构相互组合，进而形成一种新的体系。那么高层建筑的竖向荷载是由剪力墙和框架共同进行承担的，但是其水平的作用则主要就是由拥有较大的抗侧刚度的剪力墙来进行承担。这样的结构设计不仅仅具有剪力墙较强的抗震能力和较大的刚度，同时还具有框架结构的使用方便和布置灵活的特点，因此能够被广泛的应用在高层的旅馆建筑和办公建筑当中。而高层建筑的水平力也主要是由剪力墙和框架共同进行承担，正是因为剪力墙和框架的共同协同工作，其内力分布和受力状况都得到了较好的改善。
4.高层建筑突出升高结构设计。在高层建筑中由于存在用水(生活用及消防用)及设置电梯的客观要求，因此，位于高层建筑屋顶上的突出升高部分是难以避免的。对该部分由于有地震中的高振型影响，所受地震力相对较大，因此，设计中应设法减轻该部非承重结构部分的重量。同时将该部分的平面位置设置于接近抗侧力结构的刚度中心处，对于结构抗震将是相当有利的。正常规情况下，屋顶突出升高部分的设备重量有电梯机房与水箱两部分。由于消防对水压头的要求，水箱常是设置在突出升高部分 的中间高度处的楼板上 ，一般高层建筑中该水箱的重量是比较大的，可达40-60吨，最大为100吨以上。因而由其产生的地震力将是相当大的。为减少此项影响，采用悬吊水箱的做法将是有效的。悬吊水箱的自振周期是较长的。常可做到3 ~ 4秒以上，此值与结构主体的第一振型自振周期以及地面的卓越周期相比都是相差较大的，与结构高振型的振动周期比将相差更大，因此是不会产生合拍共振的现象。值得注意的一点是。当采用悬吊水箱时，吊杆上下宜做成铰接。同时对进水管、出水管及溢流管与水箱的接头须采用柔性软接头处理。
三、建筑结构的经济性分析
建筑结构经济性包括内容注重经济性的建筑设计包含非常广泛的内容。传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。
建筑结构的经济性就是只以较少的成本来获得最大的效用。其中由美国建筑师、工程师R·B·富勒提出的“少费多用”原则是较常用普通的原则。“少费多用（more withless）”原则的含义是，凭借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、资源来投资，目的在于获得尽可能大的发展效益。“少费多用”原则，顺应目前的发展形势，在建筑坚持可续费发展的思路上，该原则是一条重要的、有效的、节约型的设计方式。在富勒的实践中，“少费多用”原则最具代表性地表现在他对空间结构及建材应用的创意中。他的短杆网架穹隆结构体系（geodesic dome ）被称为人类迄今为止最轻、最高效、最为有力的空间围合手段，在造型、尺寸、材料选用上具有很大的灵活性，且造价低廉、营造方便。
“少费多用”原则还体现在建筑空间组织、利用的高效化方面。原则坚持对平面面积的充分利用，还注重三维空间的挖掘。比如某市图书馆设计中提出了“ 模块式”图书馆的创作思路，将图书馆划分成不同的功能模块，采用不同的层高、柱网，进行类比布局。这样可以减少“三统一”标准空间所造成的浪费，充分发挥空间效益。某高效空间住宅的设计中则对厨房、厕所的上区、卧区上下等潜在空间进行了有效的利用。将每户主、次二个开间设置为不同层高，对应于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空间的使用效益。
多高层建筑结构设计范文3
关键词：大底盘 多塔楼 高层建筑 结构设计
在当前社会不断发展中，高层建筑结构不断涌现，结构形式个性多样，其设计方式更是五花八门，其功能更是向着多样化发展，为了满足社会发展要求，其设计方式随着科学技术成果的应用而逐步完善。近年来涌现出大量体型复杂的高层建筑，其中大底盘多塔楼占据了较大的比例，逐步成为当前高层建筑结构形式中的主要形式。大底盘多塔楼是通过将高层建筑底部几层公共空间设置为大底盘，并在其空间结构上设置两个或者两个以上的塔楼，从而改变传统高层建筑结构的造型，同时提高建筑物的整体性和抗震性能。这样的结构形式在施工和设计中由于楼体之间和各部分主体相连，使得其在设计中设计和功能发生变化。然而在建筑设计中由于结构形态较为复杂，并会产生扭转振动问题，如结构布置不当，可能会造成竖向刚度突变、扭转振动反应和振动引起的楼层变动和完整性能的不稳，同时造成建筑结构形式的变动，严重影响了建筑功能质量和使用寿命。其在设计中设计模式比一般建筑结构形式要复杂的多，因此要严格结合当前的制度和设计规章进行设计，保证高层建筑设计的质量和性能。
一、概述
大底盘多塔楼高层建筑结构体系的主要特点是：在当前建筑施工和设计中多动独立的高层建筑底部设置成为一个整体性的大型地下结构形式，形成一个大底盘，大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，属竖向不规则结构；大底盘上有2个或多个塔楼时，结建筑物结构振型价位复杂，并且由于这复杂的结构形态会产生相应的扭曲振动模式，因此需要在设计中严格控制，一旦结构布置不当，其竖向刚度发生巨大的变化，进而引起扭转振动反应及高振型影响将会加剧。在实际工程的设计中，大底盘多塔楼高层建筑结构的设计为大底盘结构顶层楼板可作为上部多塔楼的嵌固端。通常带地下停车位的住宅小区基本属于该种类型。
从结构设计的角度来说，由于大底盘为塔楼嵌固端，各个塔楼在水平和竖向荷载的作用下可以认为是相互独立的，结构内力分析可以分开进行。在这种情况下上部塔楼的结构设计是常规的，可以不作讨论。在进行结构大底盘部分的内力分析时，必须进行整体计算，但由于塔楼的侧向刚度相对于大底盘的侧向刚度来说比较小，因此，上部单个塔楼的在水平地震力作用下对于离塔楼位置较远的大底盘构件产生的影响很小，所以该种情况下对于大底盘的构件内力可以不考虑由于上部多塔楼的存在而对大底盘产生的复杂影响。鉴于此，高层建筑设计规程中并未把此类结构形式归为复杂高层建筑。同样的，在结构设计中，对于竖向荷载作用下，需要进行整体模型计算，来进行基础等构件的设计，在水平荷载作用下，不需要对整体模型进行多塔楼相互影响的复杂结构分析。
二、大底盘顶层楼板可作为上部多塔楼结构的嵌固端
我们在接触到的工程实例中遇到了一些问题，下面以实例来进行简要说明，某住宅小区，地下二层为人防地下车库，地下一层为自行车库，地上为四栋11层的短肢剪力墙结构，抗震设防烈度6度，地震力加速度0.05g，场地类别Ⅳ类，地基基础设计等级丙级，短肢墙抗震等级三级，框架抗震等级四级。由于该高层住宅的地下室抗侧刚度较大，为典型的大底盘多塔楼结构。在结构设计初期，作为先决条件，首先应先进行多塔楼的嵌固端部位的判断，大底盘地下室部分的竖向构件范围选取为从大底盘顶层向外扩大底盘一层层高范围的区域。该建筑工程项目在设计的过程中，是通过嵌固端位置的确定地面绿化及管线的辐射。由于地面绿化及市政管线的敷设要求，地下车库顶板往往上部要求覆土很厚，最少0.8 m～1.0 m，一些高档小区甚至达2 m～3 m。由于地下室顶板存在较厚的覆土，对结构侧向变形有一定约束作用，但其约束效应与回填土施工质量存在很大的关联性，通常在设计的时候都是采用关联控制手段和方法来全面分析，并且对设计重点环节谨慎处理。
三、设计要点分析
随着大底盘多塔楼高层建筑的增多人们开始越来越关注其在地震作用下的工作性能。在国内外多次地震中高层建筑由于承载力不足、侧移过大等原因发生严重破坏甚至倒塌的事例屡见不鲜。大量研究显示在动力响应方面震害调查与实验研究以及有限元计算结果间存在差异这表明人们对结构抗震特性还不是完全清楚因此对其进行进一步的研究是非常必要的。在大多盘多塔楼高层建筑结构设计中，主要用"调"、"抗"、"放"整体结构构思的先进设计思想，以及解决类似技术难题的思路与方法，专门设计了一种适用于高层建筑的新型连体钢结构"呼吸系统"，同时，对做好现场技术服务与确保工程质量的关系进行了实践与研讨，工程实例经受了多次超强特大台风和多年的冷热温度变化等多种受力工况的考验，实现了预期的目标。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。 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。
另外，从整体模型的震型的震动中，我们也可以发现，在大底盘层，远离塔楼的结构构件振动幅度很微小。也就是说，水平力作用下，塔楼对大底盘层远离塔楼处的构件影响很小。因此，我们可以得出结论，在满足大底盘顶层为上部塔楼嵌固层的条件下，各塔楼是可以拆开分别进行结构计算分析，这样的计算假定和简化是符合结构的实际受力状况的，其计算结果也是可用于后续工程设计的。另外，为了保证大底盘顶层楼板的嵌固功能，必须保证大底盘顶层平面内具有足够的刚度，采用的构造加强措施有：大底盘顶层楼板结合人防要求，板厚取为300mm厚，且板配筋双层双向拉通设置，配筋率不小于0.3%；另外落地的剪力墙配筋除应符合计算要求外，还应比对应部位上部短肢剪力墙的配筋大1.1倍以上。 以上是关于对大底盘多塔楼高层结构设计的一些分析和探讨，希望有不足之处能得到同行的指正。
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一、在高层建筑设计中出现的问题
（一）设备不合理的问题
在高层建筑是设计和施工中，设备的配备对于整个高层建筑设计和施工中是最基础的保障，在有些高层建筑设计和施工中因为设备的配备不合理而带给建筑结构的不合理是经常发生的。在我国国内，会因为设备装置的放置不合理和设备系统的设计不合理而导致建筑施工甚至后期使用时产生很大的不良影响。
（二）楼层平面刚度的计算问题
在国内的一些高层建筑结构设计中，有些设计在整体的结构观念上有欠缺，甚至在结构布置上没有考虑周到，在如此的情况下为了省时省力，采用楼板变形的计算程序。尽管采用楼板变形的计算程序其理论是没有错误甚至是十分准确的，但设计者却遗忘了在确定楼板变形程度上的数据很难精确成一个数据[1]。这时如果采用楼板变形的计算程序，因为其数据都不能准确的得到，就更不用说得出结果的准确程度有多高了。
（三）纵向框架的问题
在现行的建筑抗震设计规范中，水平地震的作用力一般按两个主轴的方向分别计算。各个方向的抗测力构件用于支撑各个方向的地震力。也就是说，在对整体框架进行结构设计的时候，纵向框架的力和横向框架的力两者的重要性是相同的。然而在实际高层建筑结构设计中，往往忽略了地震的纵向作用，导致结构设计的缺陷，使得梁的支座负筋，跨中纵筋和箍筋的配筋值都不足[2]。
二、对于高层建筑结构设计出现问题的对策
（一）高层建筑结构计算简图的选择
在对高层建筑进行结构设计的时候首先要进行结构计算，而结构计算一般需要选择一种计算简图，在选择的计算简图上进行高层建筑结构设计的计算。如果在一开始的时候就选择了不合理的简图，那么在高层建筑结构设计的时候就容易出现结构不合理的问题[3]。因此，如果能在一开始就选择了一个合理的高层建筑结构计算简图，那么对于高层建筑结构设计会是一个重要的保障，同样的，合适的构造方法应该和相应的计算简图的方法匹配。重要的是，在实际高层建筑结构设计中，计算简图的结构节点不应只是钢节点或者铰节点，需要保证计算简图的误差在相应规范的规定范围内。
（二）平面及立面的选择
在进行高层建筑结构设计中，“三心合一”是一个重要的概念。“三心合一”指的是高层建筑整体的几何形心、刚度中心、结构重心尽可能地在空间中交汇于一个点。如果不能在高层建筑结构设计中做到“三心合一”，那么整个高层建筑的结构设计就会出现扭转问题。扭转问题会在风载等水平载荷的作用下对高层建筑的相应结构造成严重危害，继而影响到整个高层建筑的结构设计。为了防止扭转问题对于整个结构的危害，设计人员在设计时应该尽可能的使高层建筑整体达到“三心合一”的状态，要选择合理的结构形式和平面布局。因此，在选择平面和立面形式的时候，对高层建筑的平面要选择比较简单的形式，便于设计人员在进行计算和设计的时候条理清晰、不易混淆。大量的资料表明，对称结构更稳定，更容易在地震中保持安全，因此，选高层建筑的平面形式时要多选结构简单、线条规则、更加对称的平面形式。
（三）剪力墙的优化
在其它建筑中，原来框架结构中起承受水平和竖直两个方向的力的构件是梁柱，而在高层建筑中取代梁柱来承受水平和竖直两个方向的力的是剪力墙体系结构。剪力墙体系结构是一种混凝土材质的土墙结构，不仅可以直接承受水平和竖直的力，对于其它结构的水平载荷也可以起到调节作用。因此，不断优化剪力墙的结构对于整个高层建筑结构设计的进度和安全性都有着巨大的影响。在进行剪力墙结构体系优化的时候，需要注意剪力墙设计中的连梁的设计是很重要的一部分。高层建筑设计人员可以把连梁之间的各个墙体连接起来而形成联肢墙。这种设计可以使得墙肢的约束条件增加，从而使墙体的各个部分都得到了更多的内力，十分有效的提高高层建筑的抗震能力。但是这种做法的缺点在于对于投资商来说造成了不必要的浪费，然而对于整个高层建筑结构的安全性来说绝对是利大于弊的。
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关键词：建筑、结构设计、方法、注意事项
中图分类号：TU318文献标识码： A
面对我国高层建筑规模越来越复杂化的今天，结构工程师将面临巨大的挑战，如何以简单清晰的思路应对设计的多元化，需引起足够的重视。尤其是在对钢筋混凝土高层建筑进行结构设计时，其中有许多的重点和细节需要加以注意。
1.我国高层建筑结构设计现状分析
根据《民用建筑设计通则》GB 50352-2005第3.1.2条的规定，住宅建筑一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅；公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层（不包括高度超过24m的单体主体建筑）；高层大于100m的民用建筑为超高层建筑。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010规定，10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑，以及房屋高度大于24m的其他民用房屋属于高层建筑。[1]
由于目前我国的城市建筑用地紧缺，以及一、二线城市资源汇聚，办公、住宅的需求量日益增加，增加建筑物高度是解决此两者矛盾的最有效手段。据数据表明，全球在建摩天大楼的87%是在中国，相信在未来，高层建筑设计将在建筑设计业成为主流。
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构设计相比较，结构设计在各专业中占有比较重要的地位，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期的长短和投资造价的高低。根据笔者近几年的观察来看，对于超高层建筑，因为使用空间对结构构件尺寸的限制，钢混结构占的比重较大；而普通高层建筑，特别是100m以下的住宅建筑，都是以普通混凝土结构为主导，其中又以剪力墙结构最为主流。
根据以往地震震害的数据表明，砖混结构，特别是底框―砖混结构的震害较为严重。因此新规范对此类结构形式的要求加严了。
2.建筑结构设计的要求分析
一座优质的建筑最关键的因素是它的使用安全，因此，在进行建筑结构设计时首先要考虑人们的生命财产安全，结构设计人员在进行建筑结构设计的时候需要做到以下几个方面。（1）在进行结构设计时，设计人员要充分考虑设计的精度，在结构设计中对数值设计的要求非常高，必须把误差降到最小。对建筑结构所有部位的承载力极限状态进行准确计算，同时对其正常使用状态的最大承载力进行计算。（2）在进行结构设计时，设计人员应对建筑结构进行全面的分析，对建筑中的各个要素进行综合考虑。最重要的是要考虑到建筑的安全，把建筑物安全放在第一位，要尽一切可能提高建筑结构设计的质量。[2]
3.结构设计中的常见问题
3.1结构规则性的问题
对建筑结构的规则性，建筑抗震设计规范及高层建筑混凝土结构技术规程对结构平面布置及竖向布置作了详细的要求。对于结构的平面形状，宜简单、规则、质量、刚度和承载力分布宜均匀，不应采用严重不规则的平面；对于结构竖向布置，宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进，侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。对此，在高层建筑物结构设计时，应及早参与到建筑的前期设计中去，以控制建筑结构的规则性，达到经济合理的要求。
3.2嵌固端的设置问题
高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的位置，我们这里所说的嵌固指的是强度嵌固而非力学嵌固（完全刚性的固定）。嵌固端的设置是否准确不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响到结构位移的真实性，最终会影响结构的安全性及经济性。因此，结构设计师应通过计算结果及工程实际情况两者来确定嵌固端的合理部位，使其能较为真实地反映结构实际的情况，提高计算的精度。
3.3短肢剪力墙设置
受建筑使用空间的影响，结构布置中经常会出现短肢剪力墙的情况。规范规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。而广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ 15-92-2013，第7.1.8条注1规定，短肢剪力墙指截面高度不大于1600mm且截面厚度小于300mm的剪力墙。
抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；B级高度高层建筑以及9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙结构。
3.4结构超高问题
在钢筋混凝土高层结构设计中，对于高层建筑的总高度，在抗震规范和高规中都有严格的要求，A级高度的为普通高层建筑结构，B级高度的为复杂高层建筑结构。对于B级高度的高层建筑，按照相关文献的规定，该类建筑属于超限建筑工程，需要进行抗震设防专项审查，且要求更为严格的计算分析和构造措施，以保证建筑物的安全。因此，在高层结构设计时，应该按照规范要求与建筑师协商严格控制建筑物高度，以合理控制造价，避免造成社会资源的浪费。
3.5地基与基础设计方面存在的问题
作为建筑结构的最底层构件，基础承托上部结构传递来的荷载，并将其传递至地基。基础设计为结构设计的根本，处理不当，往往会出现牵一发而动全身的连锁反应。
应选用整体性好，能满足地基承载力和建筑物容许变形要求的基础形式，以调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的效果。根据上部结构类型、层数、荷载及基底土层的承载力及压缩模量，可逐次考虑采用独立柱基、条形交叉梁、满堂筏板或箱形基础、桩基、桩筏。其中筏板基础可以是梁板式和平板式，当建筑物层数较多、地下室柱距较大、基底反力很大时，宜优先采用平板式筏基。多高层建筑宜设置地下室以减少地基的附加压力和沉降量，以满足天然地基的承载力和增加上部结构的整体稳定性。基础有一定的埋置深度，对房屋抗震有利，可以减小上部结构的地震反应。同时，由于基础有一定的埋置深度后，地下室前后墙的被动土压力和侧墙的摩擦力限制了基础的摆动，使基础底板压力的分布趋于平缓。基础设计除满足地基承载力要求外，基础沉降复核也同样重要，因为沉降问题引起的问题年年都有，而且这方面的治理也较为复杂，所以需要设计人员在前期考虑清楚，采取相应的措施协调沉降，2013年的注册结构工程师考试加大了基础沉降计算的题量，也是志在引起大家的注意。
作为全国性的规范标准，只能在大方向上对基础设计作出规定。但是地基基础的设计地方性很强，尤其是桩基的设计应因地制宜，各地区对桩的选型、成桩工艺、承载力取值有各自成熟经验，不少省、市有地区规范，当工程所在地区有地区性地基基础设计规范或标准时，应依据该地区的规范或标准进行地基基础的设计。例如贵州地区，对于独立基础的剪切计算有别于国家规范，如按国家规范计算，则会比相邻工程的造价高出许多，不符合地区情况，会影响设计院以后在当地的发展。[3]
以现在的设计计算理论，对于上部结构、基础、地基的整体作用问题，还不够完善，还达不到真正设计计算量化的要求。虽然我国目前也有了专门的高层建筑与地基基础共同作用理论的相关程序，但大多数的设计人员还是引用以往不考虑上、下共同相互作用的影响，只考虑基础和地基共用的影响。实例表明，只考虑基础与地基间承载力关系设计的筏板基础，钢筋最大应力实测值远小于钢筋抗拉强度，造成很大程度上的浪费。在新理论没有得到证明之前，一线设计人员需顶着业主钢筋含量要求的压力，结合工程实测数据，对比工程情况，合理取舍。
4.结语
建筑工程质量的好坏直接关系到国家的利益和人民的生命安全，同时也决定了人们的生活质量。在今后的工作中,建筑结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性,明确自己的责任,提高对结构设计质量安全问题的辨别能力,积累结构设计的工作经验,使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨,使建筑物的设计更安全、更合理。
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
多高层建筑结构设计范文6
关键词：高层建筑；结构设计；问题
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、高层建筑结构的特点
(一)整体结构更具有柔和性
与底层建筑相比，高层建筑的整体结构更具有柔和性的特点，在地壳运动和具有震动性环境中极易发生变形，导致建筑物的倾斜，倒塌。因此高层建筑的结构延展性应当作为高层建筑结构设计的一个重要设计指标，在构造上采取适当的措施来避免高层建筑塑性变形阶段之后延展能力的丧失，使其具有更强的抗震性和结构稳定性，从而保障住户的生命财产安全。
(二)竖向载重负荷较大
高层建筑的第一个特点就在于竖向利用空间，这也是在现代城市寸土寸金情形下成为城市建设设计宠儿的首要原因。高层建筑的竖向载荷很大，就可能在柱中引起较大的轴向变形，这样一来，一方面对连续梁弯矩会产生较为严重的影响，对于连续梁中间支座处的负弯矩而言，就会导致负弯矩减小，而对于跨中正弯矩和端支座负弯矩值而言，就会导致两者的扩张，不利于高层建筑的稳固性。另一方面，对于构件下料长度的预测，是依据轴向变形的计算值来对下料长度进行逐步调整，一旦对轴向变形计算值不准，会进一步影响构件剪力和侧移，从而会导致建筑的不安全因素增加。因此，鉴于高层建筑竖向载重负荷较大的特点，要充分考虑轴向变形的程度。
(三)水平荷载的重要作用
所谓水平荷载是指，物体受水平方向的作用力，在高层建筑的设计时，一旦高度确定，其竖向荷载基本上为定值，变动幅度不大，而建筑的稳定性是与高层建筑的荷载能力与建筑高的比值度紧密相关的，一般而言，建筑高度与建筑物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为正相关，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩和由此在竖构件中引起的轴力的数值，是与建筑高度的平方成正比，因此竖向荷载大体定值的情况下，可以通过结构特性不同可以改变的水平荷载就成为设计时重点注意的地方，将水平荷载的风荷载和地震作用数值通过合理的结构设计控制在有利于建筑的最完美的状态。
二、高层建筑结构设计的原则
(一)选择合适的计算简图
由于结构计算以计算简图作为基础而进行，计算简图的选择不合适会造成结构安全事故，因此为了保证结构的安全就必须选择合适的计算简图，并且还需要配合相应的构造措施。尽管实际的结构节点不能是纯粹的刚接点或者铰接点，然而我们也要分析判断，将误差设计在合理的范围内。
(二)选择合适的结构方案
选择合适的结构方案即选择可行的结构体系和结构形式。结构体系需要满足传力简捷，受力明确的条件。同一结构单元不能混合使用不一样的结构体系，地震区要尽可能的符合竖向和平面规则。同时要综合分析工程的材料供应、设计要求、施工条件、地理环境等情况，和其他专业进行充分的协商，然后进行结构的选型，以确定好结构方案。在有必要的情况下需要进行多方案的比较，建立模型分析比对，选择最合理的结构方案。
(三)选择恰当的基础方案
要根据上部结构的类型、工程地质条件、施工条件、相邻建筑物影响、载荷分布等因素来选择恰当的基础方案。在设计的时候要尽可能的发挥地基潜力，在必要的时候要做好地基变形的验算。并配合详细的地质报告来做基础设计，以及进行现场的查看或者对临近的建筑资料进行参考。
(四)做好计算结果的分析
目前结构设计多为软件计算，且种类比较多，不同的软件易和不同的计算方法都会导致不同的结果。设计前应全面了解程序的适用条件和范围，熟悉设计规范，让计算机作为辅助设计。设计过程中容易出现错误，如人工输入错误; 软件本身有缺陷; 结构的实际情况和程序的不符等，都会导致计算结果不准确，所以设计师计算完成后，应对电算结果认真分析审核，做出准确的判断。
三、目前在高层建筑结构设计中存在的常见问题分析
由于经济发展原因，我国高层建筑施工相对欧美等发达国家起步较晚，但随着改革开放对经济的巨大促进作用，我国高层建筑施工建设进度加快。但由于施工经验和技术的先天不足，导致我国目前高层建筑结构设计施工中存在诸多问题，而这些问题的直接体现便是高层建筑服务寿命和使用质量远不及欧美等发达国家。通过大量的研究与分析，我们发现我国目前高层建筑结构设计中存在的问题主要有以下几点：
(一)建筑空间布局不当
高层建筑在设计过程中除了考虑建筑的实际使用功能，同时也要照顾到外在的美观和该建筑与周边设施的环境适应性。因此在高层建筑结构设计的实际工作中需要综合考虑建筑高度和建筑高宽比以及建筑与周边设施相对距离。
在某些地区的商品写字楼楼盘建设过程中，常出现各楼盘布局相对集中的现象，彼此间距过小。如某地两栋35层高度楼盘在进行设计时没有充分考虑北侧楼盘采光需要，既没有进行错位布局设计，也没有拉开建筑距离（实际上两栋楼盘南北距离仅仅三十余米），实际上造成了北侧大楼底层常年采光不畅，严重影响了建筑的使用功能。
(二)高层建筑嵌固端的设置不当
一般来说，高层建筑地面以下都附建有地下室，用作地下停车场或者地下商场。在进行地下工程设计时，设计人员常忽视了对建筑物的嵌固端位置设计，这常会影响到嵌固端的楼板设计、嵌固端的上下层刚度比例限制、嵌固端的上下层抗震等级的一致性、建筑整体建构设计与嵌固端位置协调等，并由此引发一系列问题，既不利于工程施工的正常进行，也给建筑使用安全埋下一定的隐患。
(三)建筑材料的选用不当
我国多地属于地震多发地带，根据国外的设计施工经验，一般地震多发地的高层建筑主体结构采用钢结构为主，多种类复合材料为辅的建筑结构。但在我国高层建筑设计中，大多采用钢筋混凝土或者沙石混合结构。一是由于钢结构设计技术过于复杂，国内尚不能完全掌握钢结构高层建筑的设计施工技术，二是由于钢筋混凝土结构已经得到了丰富的研究和实践，更容易控制设计与施工质量。但从实际效果来看，采用钢筋混凝土结构的高层建筑很容易在施工和使用过程中发生钢筋混凝土结构弯曲变形侧移幅度较大的现象，由此不利于建筑的长期正常健康使用。
(四)建筑安全性设计不足
高层建筑不同于一般建筑，人口相对密集，而且不利于紧急状态下的人员快速疏散，因此需要特别注意对建筑安全性的设计，主要包括消防灭火、应急逃生通道、抗震、抗风、防雷电设计等。对于高层建筑来讲，其受力载荷较大，在剧烈的地质运动（如地震）及自然条件（雷雨大风等强对流天气）冲击下极容易发生建筑受力稳定性遭到影响或者破坏、部件结构稳定性下降等现象。高层建筑中的防灭火是高层建筑日常安全管理中的重点，如果结构设计中没有完善的消防灭火设施系统以及应急逃生通道，该高层建筑在事实上存在着严重的安全漏洞，一旦发生火灾事故，后果不堪设想。在我国很多高层建筑结构设计中对消防灭火、应急逃生通道、防风、防震、防雷电设计均有不足，不利于建筑的日常正常使用和管理。
四、高层建筑结构设计问题的解决措施
建筑结构的合理性和科学性直接决定着建筑的整体质量，影响着人们的生命和财产安全，所以在建筑结构设计中为避免以上问题的出现，应注意以下几个方面的问题。
(一)增强高层建筑结构的刚度，尽量减少位移
位移对高层建筑结构的影响非常大，合适的结构体系、平面的体型、立面的改变等方面是探讨减少位移不可缺少的内容，只有综合考虑了上面的方面，才能有效控制位移。另外，在高层建筑的结构进行布置时，要适度地加强高层建筑楼盖的刚度，将各个构建连接好。在高层建筑结构相对薄弱的位置和应力较复杂的位置，要加强重视，不可忽略。对于高层建筑结构体系中的抵御复力矩的宽度、结构宽度，要进行适当有效地加大，减少高层建筑的侧向位移。如今高层建筑结构设计中使用的材料范围越来越广，采用的结构形式也越来越新颖，这也就随之对高层建筑结构设计的影响越来越大。然而随着混凝土材料性能的日趋完善，其在高层建筑结构中的使用也越加广泛。
(二)优化高层建筑的消防结构设计
随着建筑业的发展，高层建筑在城市中的应用越发普遍。除去自然灾害引发的地震以外，还要充分考虑人为因素引起的灾害，比如火灾。高层建筑结构越复杂越高，那么一旦引起了火灾，使用者的人身安全和财产安全就会受到极大的威胁。因此，在高层建筑结构的设计中注意防火是很关键的。首先，防火间距要合理，设计人员在进行设计时，要按照相关规定进行操作，精确地测出建筑物之间的实际距离。然后，对于设计要因地制宜，防火结构一定要符合实际的地形情况。除此之外还有安全疏散通道的设计也很重要。一般而言，安全疏散通道应该进行垂直结构设计，而且尽量多设计几条，利于慌乱人群的疏散。安全疏散通道中一定要设计防烟区，避免烟雾将疏散的人群呛晕。设计人员可以使用分隔式的设计，可以更好地控制火势和烟雾的蔓延。另外，防火门、防火墙以及其他防火设备等也需要设计人员注意。
(三)优化高层建筑的抗震性能
高层建筑结构的设计要保证各个地方的刚度对称且均匀，其平面形状也要尽量的规范和尽量的简单。如果能够保证以上要求达到标准，那么在计算地震应力时就会容易的多，处理起来也会容易很多。比如地震应力扭转和集中地方的处理等等。由此可见，在设计高层建筑的结构时，要尽量可能地将建筑刚度的中心点和地震力作用中心点设计到一起，正常情况下，偏心距e 要比与外力作用线垂直的建筑物边长的5%小。高层建筑物体积庞大，吨位也很大，如果抗震效果不好，那么一旦出现地震或者其他使之震动的因素，造成的损失将是巨大的。为了避免灾难的发生，必须要优化好高层建筑的抗震性能。
(四)优化高层建筑自身的缺陷
高层建筑自身所带有的缺陷也是很多的，比如高层建筑的温度收缩问题、沉降问题等，除此之外，高层建筑因为其体型很庞大宏伟，内外部结构千变万化，十分复杂，所以极其容易对建筑物本身造成不利的影响。如果工作人员想要加强高层建筑物的安全工作，就不能忽略以上其自身的弱点，并且还要根据不同的问题进行不同的设计，妥善处理。现今，建筑行业的结构分析技术和其计算方法得到了更好的提高，在高层建筑的平面设计方面也出现了设计不规范、不对称以及曲线形设计等现象，在高层建筑实际中也应用到了耗能减震技术。
五、结束语
总之，在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
参考文献：
[1]赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土,2012,09:132-133.
