高层建筑结构设计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇高层建筑结构设计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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0 引言

随着我国社会经济的快速发展，高层建筑在城市化建筑中的比例也越来越大。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量日渐增多，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。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

1 高层建筑结构设计的原则

1.1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。

1.2 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。

1.3 合理选择结构方案

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[1]。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。

1.4 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。

1.5 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[2]。此外，还要注意按对称、均匀、规整原则考虑平面和立面的布置；综合考虑抗震的多道防线；尽量避免薄弱层的出现；正常使用极限状态的验算都需要概念设计做指导。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1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；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.2 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。

2.3 水平荷载成为决定因素

一方面，因为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；另一方面，对某一定高度楼房来说，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的变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 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[3]。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。

3.2 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。

3.3 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固端的设置、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。

3.4 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。

4 结语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。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，运用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

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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：

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1　高层建筑结构设计的意义及依据

1.1　概念设计的意义

高层建筑能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。

1.2　概念设计的依据

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

2　高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

2.1　水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向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、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2　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。

2.3　抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2.4　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；还会对预制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；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

2.5　结构延性是重要设计指标。

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。

3　高层建筑结构设计的几个问题

3.1　高层建筑结构受力性能

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。

3.2　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。

3.3　高层建筑结构设计中的侧移和振动周期

建筑结构的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。

(2)共振问题

当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

(3)水平位移特征

水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。

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中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

1我国的高层结构建筑的发展

1.1 钢材的国产化 国内钢铁企业根据我国高层建筑钢结构设计标准的要求，制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准《高层建筑结构用钢板》(YB 4104-2000)，比目前仍在实施的《低合金高强度结构钢》(GB/ T1591-94)又前进了一步，其性能指标优于国外同类产品。

1.2 钢结构设计国产化 国家标准《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)等有关高层建筑最大高度和最大高宽比的规定，在一般情况下，应遵守规范的规定，否则应进行专项论证或试验研究。建设部第111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和建质[2003]46号文《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对加强高层建筑钢结构设计质量控制意义重大，具有可操作性。

1.3 高层及超高层结构体系 对于高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过100m为超高层建筑。

对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。

2高层建筑结构设计分析

2.1高层建筑结构受力性能

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。

2.2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。

2.3高层建筑结构分析的基本假定

2.3.1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。但是在遭受地震或强台风作用时,往往会产生较大的位移,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。

2.3.2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-Δ效应)进行了一些研究。一般认为,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效应的影响就不能忽视了。

2.3.3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。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。

2.3.4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。②二维协同分析。③三维空间分析。三维空间分析的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。

2.4高层建筑结构静力分析方法

2.4.1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,由于采用的未知量和考虑因素的不同,各种方法解答的具体形式亦不相同。框架-剪力墙的机算方法,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。

2.4.2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。

2.4.3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。

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其内力;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杆-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,这是目前工程上采用最多的计算模型。

3 结语

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。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

参考文献：

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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。

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前言：

高层建筑是近代经济发展和科学进步的产物。进入20世纪以来，高层建筑在全球迅猛发展。高层建筑，是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。高层建筑可节约城市用地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。

一． 高层建筑结构设计的意义及依据

1．概念设计的意义

高层建筑能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。

2概念设计的依据

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验

二.高层建筑结构设计体系

．1 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。

．2 结构的超高问题

在抗震规范与高规中，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。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。

．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自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。

．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。

三、结构设计计算与分析阶段存在的问题

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

1、结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

2、是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

3、振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

4、多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而便结构出现不安全的隐患。

5、非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

四、工程实例

1.工程简介

兰花广场兰花商厦位于辽宁省， 总建筑面积6.38万m2，工程由同济大学设计院设计，施工单位为中国二十二冶集团有限公司，地下1层，地上为29层，总建筑高度为102.38米，其中地下一层采用箱形基础，底板厚度800mm，地上29层，钢筋混凝土框架-剪力墙结构， 除地下一层顶板外露部分厚度为 600mm外，其余部分楼板为模壳密肋板结构，厚度为120mm，本高层建筑采用抗震性能好、功能合理的现浇钢骨混凝土框架-剪力墙结构，利用楼、电梯间设置钢筋混凝土剪力墙且连接成筒体作为主要的抗侧力构件。混凝土强度等级为C60，钢筋骨架采用HRB400，框架采用宽扁梁框架以增加楼层净高，宽扁梁截面为800×700，端部加腋为800×650，混凝土强度等级为C40；为抵抗高层建筑的外力影响，在混凝土内筒剪力墙转角处设置十字形钢骨，以改善剪力墙的受力性能、提高剪力墙的延性、减少剪力墙刚度退化，中心筒墙体厚度为600mm，混凝土强度等级为C40。

五．高层建筑结构发展趋势

随着城市人口的不断增加建设可用地的减少,高层建筑继续向着更高发展,结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越来越大。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下,为了进一步节约材料和降低造价,高层建筑结构够构件正在不断更新,设计理念也在不断发展。高层建筑结构也正朝着结构立体化,布置周边化,体型多样化,结构支撑化,体型多样化,材料高强化,建筑轻量化,组合结构化,结构耗能减震化等方向发展。

六、结论

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。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]、《混凝土结构设计规范》．GB 50010―2010．

[2]、行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3― 2002)中国建筑工业出版社，2002。

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一、高层建筑结构设计原则

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. 以承载力、刚度、延性为主导目标，实施多道防线、刚柔结合的结构形式。即应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，随着第一道防线破坏，结构变柔后仍有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大震。

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. .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;还会对预制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;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。

5.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。

6. 应重视上部结构与其支承结构整体共同作用的机理，即传力与受力结构两者之间的共同作用；例如，在高层建筑的箱基和筏基的底板设计中，计算软件无法进行上部结构―－地下室―－地基基础的相互作用分析，计算出来的底板内力远远大于底板实际受到的内力。

二、高层建筑的结构体系

对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：纯框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。1.纯框架体系。纯框架体系是指竖向承重结构全部由框架组成。在水平荷载下，本体系强度低、刚度小、水平位移大，称为柔性结构体系。纯框架体系在高烈度地震区不宜采用。目前主要用于10层左右住宅楼及办公楼。过高则因水平荷载所引起的柱中弯矩加大，使底层柱断面过大而影响使用。框架体系因只有框架柱承重而形成较大的灵活空间，使建筑平面布置不受限制。2.框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系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,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。 3.剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构,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,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。 4.筒体体系。筒体结构由框架或剪力墙围合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架。筒体结构比单片框架或剪力墙的空间刚度大得多，在水平荷载作用下，整个筒体就象一根粗壮的拔地而起的悬臂梁把水平力传至地面。筒体结构不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。另外，筒体结构所构成的内部空间较大，建筑平面布局灵活。筒体结构适用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。三、高层建筑结构概念设计需要关注的几个问题

1．正确认识高层建筑的受力特点。选择合理的结构类型高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构, 垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系; 水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看, 垂直荷载方向不变,随建筑物的增高仅引起量的增加;而水平荷载可来自任何方向, 当为均布荷载时, 弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看, 竖向荷载引起的侧移很小, 而水平荷载当为均布荷载时, 侧移与高度成四次方变化。由此可以看出, 在高层结构中, 水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响, 水平荷载是结构设计的控制因素, 结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外, 同时要求结构要有足够的刚度, 使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

2.正确选择否理的结构体系由于高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾, 因此采用何种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。根据抗侧力结构的不同, 钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架―――剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构等几种结构体系, 这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力,特别是抗震性能等有所不同, 因此具有不同的适用范围。

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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。

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引言

随着社会经济的快速发展以及建筑功能的多元化，城市人口的不断增长和建筑用地的日益紧张以及城市规划的需要，这些都像催化剂一样催促着高层建筑能够快速的发展。除此之外，因为轻质高强度材料的开发和新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论得到了不断的完善，新的施工技术以及设备不断涌现，尤其是计算机的普及应用以及结构的分析手段不断得到优化，为高层建筑的快速发展提供了必要的技术条件。下面我们就对高层建筑的最基本原理进行讨论。

1.选择合理的结构类型正确认识高层建筑的受力特点

高层建筑的本质是一种竖向悬臂式结构。竖向的荷载主要令结构出现轴向力，轴向力和建筑物的高度近似的看成线性关系；水平荷载令结构出现弯矩。从受力的特性来看，竖向荷载的方向不变，随着建筑物高度的增加仅仅会造成量的增加；水平荷载则是可以来自任意方向的结构上作用。结构产生各种效应的原因，统一称作结构上的作用。结构上的作用包括直接性作用和间接性作用。直接性作用通常指的是施加在结构上的集中力或者分布力，比如结构的自重、楼面活荷载以及设备自重等，造成的效应较为直观。间接作用通常指的是造成结构外加变形或者约束变形的作用，比如温度的变化、混凝土的收缩或者徐变、地基的变形以及地震等，这种作用造成的效应较为复杂，比如地震会导致建筑物出现裂缝、倾斜下沉甚至是倒塌，但这些破坏效应不仅仅受到地震震级、烈度影响，还与建筑物所在场地的地基条件、建筑物的基础类型以及上部的结构体系有关。考虑到设计人员的现状和习惯上的衔接，目前还没有将这两类作用进行严格的划分，而是将其简称为荷载。作用在结构上的直接性作用或者间接性作用，将导致结构或者结构构件出现内力和变形（例如挠度、转角、侧移、裂缝等），通常称这些内力和变形为作用效应，其中由直接性作用引起的作用效应称为荷载效应。结构或者结构构件的承受内力和变形能力，称作结构的抗力，如构件的承载能力、刚度的大小以及抗裂缝的能力等。结构抗力和结构构件的截面形式、截面尺寸以及材料强度的等级等因素有关。结构抵抗水平荷载造成的弯矩、剪力、拉应力以及压应力应当有较大的强度以外，同时还要求结构要具备足够的刚度，使随着高度的增加所导致的侧向变形限制在结构允许的范围内。所以，高层建筑使用何种结构形式，应当由其结构体系和材料特性来决定。

2.正确选择合理的结构体系

建筑设计和结构设计是整个建筑设计的过程中两个重要的环节，对于整个建筑物的外观效果、结构稳定都有着至关重要的作用。二者相互协调的同时又相互制约，究竟会以何种关系相处，就在于两者能否能够和谐的工作。建筑设计师经常将结构放在从属地位，要求结构必须要服从于建筑，一切都要以建筑作为先导。通过受力因素的分析，下一步就要考虑究竟要选用什么结构体系，通常有以下几种高层建筑的结构体系可以选择：

钢筋混凝土经常使用的结构形式：

框架结构：平面布置灵活，抗侧刚度小，但在建筑物较高的时候就要使用较大的柱，缩小了有效的使用空间，经济性指标并不理想。

剪力墙结构：刚度大、承载力强，但平面的布置不够灵活，限制了建筑空间。剪力墙结构体系：该体系是将建筑的墙体用作承接竖向荷载、对抗水平荷载的结构体系。墙体作为维护构件的同时又是房间的分隔构件。

框架-剪力墙结构：框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙共同组成。包括了框架结构以及剪力墙结构的优点。

筒体结构：抗侧刚度大，能够用于较高的建筑。它有框架核心筒结构以及筒中筒结构两种表现形式。筒中简结构体系以一个或者多个简体为主来抵抗水平力。

混合结构：钢框架或者型钢混凝土框架和钢筋混凝土筒体。框架的结构体系由梁、柱、基础等构成平面框架，它是主要的承重结构，各平面的框架再使用梁联系起来，形成空间结构体系。

3.选择合理的结构平面布置，协调好建筑与结构的关系

在高层建筑的设计中.结构布置通常要考虑以下几点：

3.1选择合适的结构平面布置，满足建筑功能的要求

结构平面的布置：独立结构单元应当形状简单规则，刚度以及承载力分布匀称，不应当采用严重的不规则平面布置，也就是要满足一下条件：

1）平面要简单、规则、对称，减少偏心。

2）平面的长度不应过长，突出的部分不宜过大。

3）建筑的层高、层数、开间和进深等平面关系以及体型除了要满足使用的需求以外。还要尽肯能的减少类型，尽量统一柱网布置和层高，对标准层进行重复的使用。

3.2高层建筑的结构设计中，结构的布局占据着重要的地位。

现代的高层建筑在进行规划的过程中，每个功能区的设计，都需要以现代人的生活理念作为基础，进行相对合理的布局。高层结构设计在承受力方面，特别是垂直方向的受力，需要受到较大的压力。所以，在进行高层建筑的地基设计时，首要的工作就要保证地基受力结构设计的稳定性。因此，在地基的设计过程中，地基的承载力是最大的，随着楼层数的增加，结构的受力逐渐的变小。这样的设计理念，能够很好的平衡建筑结构的受力情况。

3.3在地震区为了减少地震作用对于建筑结构的整体以及局部的不利影响。

例如扭转和应力的集中效应，建筑平面的形状要规正，防止外伸或者内收过大，沿高度的层问刚度以及层间的屈服强度要尽可能均匀的分布，主要抗侧力的竖向构件，其截面的尺寸、砼强度等级以及配筋量的改变不要集中在相同的楼层内。进行抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设抗震缝。当建筑平面复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置抗震缝将其划分为比较简单的几个结构单元。进行抗震设计时，结构的竖直方向的抗侧力构件应当上下连续贯通。高层建筑要设置地下室。各结构单元的平面形状应力力求简单规则，立面体型要尽可能地避免伸出和收进，防止结构的垂直向刚度出现突变等。

4.结语：

随着地上空间的日益狭窄，如何能够最大限度的利用土地资源已经成为每个国家的建筑领域急需解决的问题，高层建筑的发展已经成为一种主流趋势，更是向着进一步的超高层建筑领域迈进。我国的情况更是如此，这一情况的出现既是机遇同样也是一种挑战。繁多的复杂高层建筑的出现将给结构的设计带来新的的挑战。实际上，我国的高层和超高层建筑具有超高超大、功能繁琐、造型奇特等特点，许多建筑都已突破了我国现行的技术标准以及规范的要求，在未来的发展过程中，要着重于防震防风方面的结构考虑，加快材料和施工技术的进步。如今我国的高层建筑正处在发展阶段，正迈入国际先进水平，有很大的机会发展和进步。

参考文献：

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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：