高層建筑結構設計匯總十篇
時間：2023-08-12 09:15:39
序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇高層建筑結構設計范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
篇（1）
0 引言
隨著我國社會經濟的快速發展，高層建筑在城市化建筑中的比例也越來越大。隨著對高層建筑使用功能要求的日益嚴格，高層建筑的高度不斷增加，建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數量日漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。面對如此形勢，應該把高層建筑的結構設計放在首位加以研究。
1 高層建筑結構設計的原則
1.1選用適當的計算簡圖
結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
1.2 選擇合適的基礎方案
基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
1.3 合理選擇結構方案
一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系[1]。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優選用。
1.4 正確分析計算結果
在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、 條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
1.5 采取相應的構造措施
結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執行段錨固長度；考慮溫度應力的影響[2]。此外，還要注意按對稱、均勻、規整原則考慮平面和立面的布置；綜合考慮抗震的多道防線；盡量避免薄弱層的出現；正常使用極限狀態的驗算都需要概念設計做指導。
2 高層建筑結構設計的特點
2.1軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；此外還會對預測構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。
2.2 結構延性是重要設計指標
相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力, 避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。
2.3 水平荷載成為決定因素
一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。
3 高層建筑結構的相關問題分析
3.1 結構的超高問題
在抗震規范和高規范中，對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變[3]。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
3.2 短肢剪力墻的設置問題
在新規范中，對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中， 結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
3.3 嵌固端的設置問題
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上， 結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如: 嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.4 結構的規則性問題
新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如: 平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。
4 結語
近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析，運用掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。
參考文獻
篇（2）
中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：
高層建筑的結構設計是一項綜合性的技術工作，也是建筑過程中一個非常重要的環節，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。因此結構設計者對這兩個指標切不可掉以輕心, 更不可認為是無關緊要的。
1 高層建筑結構設計的特點
1.1水平荷載成為決定因素
樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比。
1.2 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大。
1.3側移成為控制指標
與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。
1.4 結構延性是重要的設計指標
相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。
2 高層建筑結構設計的原則
2.1 選擇合理的高層建筑結構計算簡圖
在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結構安發生的事故，基于此，高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應該采用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中，其結構節點不單是鋼節點或者餃節點，保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。
2.2 選擇合理的高層建筑結構基礎設計
在進行基礎設計選擇的時候，需要按照高層建筑的地質條件進行。并且，對高層建筑上部的結構類型與荷載分布進行綜合分析，同時對施工條件以及相鄰建筑物的影響進行全面的考慮，在綜合分析和考慮的基礎上選擇科學合理的基礎方案。需要注意的是，基礎方案的選擇需要使地基的潛力能夠得到最大的發揮，如如果必要的話，可以對地基變形進行檢測。
2.3 選擇合理的高層建筑結構方案
合理的結構方案必須滿足高層建筑設計的結構形式和結構體系的要求，并盡量經濟合理，以最少的花費獲得最佳的結構設計方案。受力在明確、傳力簡單是結構體系的基本要求，在相同的結構單元中，應該選擇相同的結構體系。選擇合理的結構方案的時候，需要分析地理條件、工程設計需求、施工條件、施工材料等等，在對這些指標進行綜合分析的基礎上進行結構選擇，以確定最佳的結構方案。
2.4 對計算結果進行準確的分析
隨著科技的不斷進步，計算機技術被廣泛的應用在建筑結構的設計中。當前市場上存在著形形的計算軟件，采用不同的軟件得到的結果可能不同，所以，建筑結構設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結構的實際情況和計算機程序并不一定完全相符，所以進行計算機輔助設計的時候，出現人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結果不準確的問題，基于此，結構設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結果以后，應該進行校核，進行合理判斷，得出準確結果。
3 高層建筑結構設計中的問題及相應的措施
3.1超高問題
基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定，針對高層建筑的超高問題，在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中，對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。
3.2高層建筑結構的規則性問題
在高層建筑的新的建筑規范中，對高層建筑結構的規則性問題作了很多的限制，例如：對結構嵌固端上層和下層的剛度比進行了規定，對平面規則性進行了規定，等等。此外，在新規范中，還明確規定了高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案。所以，為了使工程建設按照設計依次進行下去，避免在施工后期對結構設計進行改動，在高層建筑結構設計中，必須嚴格按照規范的限制條件進行。
3.3高層建筑結構設計嵌固端的設置
一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。
3.4 高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則 L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。
3.5 軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結構的延性就差，當遭遇地震時， 耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在結構中若能保證強柱弱梁設計， 且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底幾層柱的長細比雖然小于4，但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有專家學者提出現行抗震規范應采用較高軸壓比。但是即使能調整軸壓比限值， 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
4 結束語
隨著社會的發展和科技的進步，建筑結構不斷的發生變化，高層建筑結構形式越來越多，研究高層建筑結構設計有著非常重要的意義。
參考文獻：
篇（3）
1 高層建筑結構設計的意義及依據
1.1 概念設計的意義
高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。
1.2 概念設計的依據
高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗。
2 高層建筑結構設計的特點
高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；
2.1 水平力是設計主要因素
在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。
2.2 側移成為控制指標
與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。
2.3 抗震設計要求更高
有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
2.4 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。
2.5 結構延性是重要設計指標。
相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。
3 高層建筑結構設計的幾個問題
3.1 高層建筑結構受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。
3.2 高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。
3.3 高層建筑結構設計中的側移和振動周期
建筑結構的建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結構自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內：
框架結構：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04—0.10)N
N為結構層數。
結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：
第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。
(2)共振問題
當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。
(3)水平位移特征
水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型。框架結構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。
篇（4）
中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：
1我國的高層結構建筑的發展
1.1 鋼材的國產化 國內鋼鐵企業根據我國高層建筑鋼結構設計標準的要求，制訂我國第一部高層建筑鋼結構的鋼材標準《高層建筑結構用鋼板》(YB 4104-2000)，比目前仍在實施的《低合金高強度結構鋼》(GB/ T1591-94)又前進了一步，其性能指標優于國外同類產品。
1.2 鋼結構設計國產化 國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)等有關高層建筑最大高度和最大高寬比的規定，在一般情況下，應遵守規范的規定，否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》和建質[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，對加強高層建筑鋼結構設計質量控制意義重大，具有可操作性。
1.3 高層及超高層結構體系 對于高層建筑的劃分，建筑設計規范、建筑抗震設計規范、建筑防火設計規范沒有一個統一規定，一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過100m為超高層建筑。
對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。
2高層建筑結構設計分析
2.1高層建筑結構受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。
2.2高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。
2.3高層建筑結構分析的基本假定
2.3.1彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下,結構通常處于彈性工作階段,這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時,往往會產生較大的位移,進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態的,應按彈塑性動力分析方法進行設計。
2.3.2小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-Δ效應)進行了一些研究。一般認為,當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H > 1/500時, P-Δ效應的影響就不能忽視了。
2.3.3剛性樓板假定。許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大,而平面外的剛度則忽略不計。一般來說,對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是,對于豎向剛度有突變的結構,樓板剛度較小,主要抗側力構件間距過大或是層數較少等情況,樓板變形的影響較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。
2.3.4計算圖形的假定。高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形有三種:①一維協同分析。②二維協同分析。③三維空間分析。三維空間分析的普通桿單元每一節點有6個自由度,按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應考慮截面翹曲,有7個自由度。
2.4高層建筑結構靜力分析方法
2.4.1框架-剪力墻結構。框架-剪力墻結構內力與位移計算的方法很多,由于采用的未知量和考慮因素的不同,各種方法解答的具體形式亦不相同。框架-剪力墻的機算方法,通常是將結構轉化為等效壁式框架,采用桿系結構矩陣位移法求解。
2.4.2剪力墻結構。剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。不同類型的剪力墻,其截面應力分布也不同,計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確,而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多,機時耗費較大,目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。
2.4.3筒體結構。筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類:等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。
等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化,以便用連續函數描述其內力;另一種是作幾何和物理上的連續處理,將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板,以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應用有連續化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。
等效離散化方法是將連續的墻體離散為等效的桿件,以便應用適合桿系結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結構法等。具體應用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結構法。
比等效連續化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系,其中應用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結構體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結構,這是目前工程上采用最多的計算模型。
3 結語
高層建筑目前在我們的城市建設當中所占的比例是越來越大，而建筑結構設計方面的變化也越來越多，很多新興的結構設計方案以迅猛的速度呈現在我們的城市建設中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數量口漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。面對如此形勢，應該把高層建筑的結構設計放在首位加以研究。
參考文獻：
篇（5）
一、高層建筑結構設計方面的原則
1、選用適當的計算簡圖：結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
2、選擇合適的基礎方案：基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
3、合理選擇構方案：一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優選用。
4、正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
5、采取相應的構造措施：結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執行段錨固長度；考慮溫度應力的影響力。
二、建筑結構設計的基本內容
1、結構設計的程序
建筑物的設計包括建筑設計、結構設計、給排水設計、暖氣通風設計和電氣設計等。每一部分的設計都應圍繞設計的四個基本要求:即功能要求、美觀要求、經濟要求和環保要求。
建筑結構是一個建筑物發揮其使用功能的基礎,結構設計是建筑物設計的一個重要組成部分,主要包括以下四個過程:方案設計結構分析構件設計繪施工圖。
2.建筑物結構設計的要求
為保證建筑結構的可靠度達到設計要求,在設計中,必須遵循以下要求:(1)計算內容:結構構件應進行承載能力極限狀態的計算和正常使用極限狀態的驗算,如直接承受動力荷載的構件應進行疲勞強度驗算;(2)結構上多種作用效應同時發生時,應通過結構分析分別求出每一種作用下的效應后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設計:我國的抗震設防烈度為6至9度,建筑結構根據所在地區的烈度、結構類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應不同的抗震等級,有不同的計算和構造要求。
三、高層建筑結構設計的幾個問題分析
1、高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。
2、高層建筑結構設計中的側移和振動周期
建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結構自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內：
框架結構：T1=(0.1―0.15)N
框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04―0.10)N
N為結構層數。
結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：
第二周期：T2=(1／3―1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5―1／7)T1。
3、磚混結構房屋中構造柱兼作承重柱用
在磚混結構中，構造不但能夠提高墻體的坑剪能力，而且構造柱與圄梁聯結在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫的開展，維持豎向承載力，提高結構的抗震性能有著重要的作用。
在當前結構設計中，構造柱經常被作為承重柱使用，這種作法將引起以下幾個問題。
3.1 構造柱作為承重柱使用后，使得構造柱提前受力，這不但會降低構造柱對徹底的拉結和約束作和，而且結構一旦遭遇地震作用時，在構造柱位置必然形成應力集中，首先破壞。這樣構造柱不但起不到其應有的作用，反而成為房屋 結構中的一個薄弱的部位。
3.2 構造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設基礎，構造柱兼做承重柱使用后，柱底基礎的抗沖切、抗彎部及局部承壓強度必然不能滿足要求。柱底基礎一旦發生沖切或局部承壓被出現裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應按承重柱設計。若梁 上荷載和跨度都比較小時，構造柱也可布置于梁下，但此時必須按不考慮構造柱作用來驗算下墻體的局部承壓和抗彎強度。經驗算滿足，方可在梁下布置構造柱。
4、樓板設計常見問題
板是建筑工程中的主要承重構件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設計問題必將連帶梁、墻、柱等構件安全。若對整個設計考慮不周，很容易出現設計質量問題，有的還可能存在嚴重的質量隱患。樓板設計中常見如下幾個問題。
4.1 設計時為了計算方便或因對板的受力狀態認識不足，簡單地將雙向板作用單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態不符，導致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構造配筋，造成配筋嚴重不足，致使板出現裂縫。
4.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進行板的配筋計算。但有些設計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變為連續板，支承點上部出現了負彎矩，而在板的設計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現裂縫。
篇（6）
前言：
高層建筑是近代經濟發展和科學進步的產物。進入20世紀以來，高層建筑在全球迅猛發展。高層建筑，是指超過一定高度和層數的多層建筑。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。中國自2005年起規定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑。高層建筑可節約城市用地，縮短公用設施和市政管網的開發周期，從而減少市政投資，加快城市建設。
一． 高層建筑結構設計的意義及依據
1．概念設計的意義
高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計．發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。
2概念設計的依據
高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗
二.高層建筑結構設計體系
．1 結構的規則性問題
新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”。因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。
．2 結構的超高問題
在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A 級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
．3 嵌固端的設置問題
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了自嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計 嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
．4 短肢剪力墻的設置問題
在新規范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
三、結構設計計算與分析階段存在的問題
在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進，因此，結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。
1、結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結構有不安全的隱患存在。
2、是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。
3、振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中，并未提出振型參與系數的概念，或即使有該概念，該參數的限值也未必一定符合新規范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。
4、多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現即使振型參與系數滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結構出現不安全的隱患。
5、非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。
四、工程實例
1.工程簡介
蘭花廣場蘭花商廈位于遼寧省， 總建筑面積6.38萬m2，工程由同濟大學設計院設計，施工單位為中國二十二冶集團有限公司，地下1層，地上為29層，總建筑高度為102.38米，其中地下一層采用箱形基礎，底板厚度800mm，地上29層，鋼筋混凝土框架-剪力墻結構， 除地下一層頂板外露部分厚度為 600mm外，其余部分樓板為模殼密肋板結構，厚度為120mm，本高層建筑采用抗震性能好、功能合理的現澆鋼骨混凝土框架-剪力墻結構，利用樓、電梯間設置鋼筋混凝土剪力墻且連接成筒體作為主要的抗側力構件。混凝土強度等級為C60，鋼筋骨架采用HRB400，框架采用寬扁梁框架以增加樓層凈高，寬扁梁截面為800×700，端部加腋為800×650，混凝土強度等級為C40；為抵抗高層建筑的外力影響，在混凝土內筒剪力墻轉角處設置十字形鋼骨，以改善剪力墻的受力性能、提高剪力墻的延性、減少剪力墻剛度退化，中心筒墻體厚度為600mm，混凝土強度等級為C40。
五．高層建筑結構發展趨勢
隨著城市人口的不斷增加建設可用地的減少,高層建筑繼續向著更高發展,結構所需承擔的荷載和傾覆力矩將越來越大。在確保高層建筑物具有足夠可靠度的前提下,為了進一步節約材料和降低造價,高層建筑結構夠構件正在不斷更新,設計理念也在不斷發展。高層建筑結構也正朝著結構立體化,布置周邊化,體型多樣化,結構支撐化,體型多樣化,材料高強化,建筑輕量化,組合結構化,結構耗能減震化等方向發展。
六、結論
近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。
參考文獻
[1]、《混凝土結構設計規范》．GB 50010―2010．
[2]、行業標準《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3― 2002)中國建筑工業出版社，2002。
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一、高層建筑結構設計原則
1.選用適當的計算簡圖：結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
2. 以承載力、剛度、延性為主導目標，實施多道防線、剛柔結合的結構形式。即應具有一定大的剛度和承載力來抵御風荷載和小震，隨著第一道防線破壞，結構變柔后仍有足夠大的彈塑性變形能力和延性耗能能力來抵御未來可能遭遇的罕遇大震。
3.合理選擇構方案：一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優選用。4. .軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續梁彎矩產生影響,造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大;還會對預制構件的下料長度產生影響,要求根據軸向變形計算值,對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響,與考慮構件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結果。
5.正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
6. 應重視上部結構與其支承結構整體共同作用的機理，即傳力與受力結構兩者之間的共同作用；例如，在高層建筑的箱基和筏基的底板設計中，計算軟件無法進行上部結構―－地下室―－地基基礎的相互作用分析，計算出來的底板內力遠遠大于底板實際受到的內力。
二、高層建筑的結構體系
對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：純框架結構體系、剪力墻結構體系、框架―剪力墻結構體系、框―筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。1.純框架體系。純框架體系是指豎向承重結構全部由框架組成。在水平荷載下，本體系強度低、剛度小、水平位移大，稱為柔性結構體系。純框架體系在高烈度地震區不宜采用。目前主要用于10層左右住宅樓及辦公樓。過高則因水平荷載所引起的柱中彎矩加大，使底層柱斷面過大而影響使用。框架體系因只有框架柱承重而形成較大的靈活空間，使建筑平面布置不受限制。2.框架-剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置,增大了結構的側向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻,所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。 3.剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時,即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構,其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強,是一種良好的結構體系,能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。 4.筒體體系。筒體結構由框架或剪力墻圍合成豎向井筒，并以各層樓板將井筒四壁相互連接起來，形成一個空間構架。筒體結構比單片框架或剪力墻的空間剛度大得多，在水平荷載作用下，整個筒體就象一根粗壯的拔地而起的懸臂梁把水平力傳至地面。筒體結構不僅能承受豎向荷載，而且能承受很大的水平荷載。另外，筒體結構所構成的內部空間較大，建筑平面布局靈活。筒體結構適用于超高層建筑，尤其在地震區更能顯示其優越性。三、高層建筑結構概念設計需要關注的幾個問題
1．正確認識高層建筑的受力特點。選擇合理的結構類型高層建筑從本質上講是一個豎向懸臂結構, 垂直荷載主要使結構產生軸向力與建筑物高度大體為線性關系; 水平荷載使結構產生彎矩。從受力特性看, 垂直荷載方向不變,隨建筑物的增高僅引起量的增加;而水平荷載可來自任何方向, 當為均布荷載時, 彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從側移特性看, 豎向荷載引起的側移很小, 而水平荷載當為均布荷載時, 側移與高度成四次方變化。由此可以看出, 在高層結構中, 水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響, 水平荷載是結構設計的控制因素, 結構抵抗水平荷載產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度外, 同時要求結構要有足夠的剛度, 使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。
2.正確選擇否理的結構體系由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾, 因此采用何種抗側力結構是結構設計的關鍵性問題。根據抗側力結構的不同, 鋼筋砼結構主要可分為框架結構、框架―――剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構等幾種結構體系, 這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力,特別是抗震性能等有所不同, 因此具有不同的適用范圍。
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1. 高層建筑結構的特點：
高層建筑結構常使用框架-剪力墻結構體系、剪力墻結構體系和筒體結構體系。
多、高層建筑結構都要承受豎直荷載和風產生的水平荷載，還要抵抗地震的作用效應。多層結構的水平荷載對結構影響通常較小，但在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著高度的增加，位移增加很快。但是過大的側移會使人感覺不舒服，從而影響建筑的使用，會造成非結構構件和結構構件的損壞。所以控制結構的側移成為高層建筑結構的重點。
1.1 框架-剪力墻結構
框架-剪力墻結構是由框架和剪力墻兩種結構組成的結構體系。高層建筑結構中框架結構的強度和剛度往往不能滿足規范要求，這時候就需要在建筑平面的適當位置（如四周和轉角）設置剪力墻來代替部分框架，以增強整體結構體系的強度和剛度，這樣便形成了框架-剪力墻結構。在這種結構體系中框架結構主要承受垂直荷載，剪力墻結構主要承受水平剪力。框架-剪力墻結構的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻。
1.2 剪力墻結構
鋼筋混凝土剪力墻能夠較好地抵抗水平荷載，在剪力墻結構中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻結構屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系。
1.3 筒體結構
筒體結構的種類很多，有筒中筒結構、框架-核心筒結構、框筒-框架結構、多重筒、成束筒等等新式。筒體結構是空間結構，具有很大的強度和剛度，各構件受力比較合理。其抵抗水平作用的能力很強，因而特別適合在超高層結構中采用。
1.4 其他結構
較為新穎的豎向承重結構有懸掛結構、巨型框架結構、巨型桁架結構、高層鋼結構中的剛性桁架等多種形式。這些結構形式已經在實際工程中得到應用，如香港匯豐銀行大樓采用的是懸掛結構，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架結構，香港中國銀行采用的是巨型桁架結構。
2. 高層建筑結構分析和設計方法：
2.1 結構分析中常用的基本假定
① 彈性假定。
目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。彈性理論的計算方法是基于結構構件在應力和應變成正比的變化關系。在垂直荷載或一般風力作用下．結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。當遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移，出現裂縫．進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。
② 小變形假定。
小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-效應)進行了二階研究。一般認為，當頂點水平位移與建筑物高度H的比值，H>1／500時。P-效應的影響就不能忽視了。
③ 剛性樓板假定
許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大．而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算簡體結構提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或是層數較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。
④ 計算圖形的假定
高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形有三種：
(1)一維協同分析。按一維協同分析時，只考慮各抗側力構件在一個位移自由度方向上的變形協調。在水平力作用下，將結構體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側力構件組成的平面結構。根據剛性樓板假定，同一樓面標高處各榀抗側力構件的側向位移相等，由此即可建立一維協同的基本方程。在扭矩作用下，根據同層樓板上各抗側力構件轉角相等的條件建立基本方程。一維協同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。
（2)二維協同分析。 二維協同分析雖然扔將單榀抗側力構件視為平面結構，但考慮了同層樓板上各榀抗側力構件在樓面內的變形協調。縱橫兩方向的抗側力構件共同工作，扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有3個自由度，樓面內各抗側力構件的位移均由3個自由度確定。二維協同分析主要為中小微型計算機上的桿系結構分析程序采用。
(3)三維空間分析。二維協同分析并沒有考慮抗側力構件的公共節點在樓面外的位移協調(豎向位移和轉角的協調)，而且，忽略抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度對具有明顯空間工作性能的簡體結構也是不妥當的。三維空間分析的普通桿單元每一節點有6個自由度。接符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應考慮截面翹曲，有7個自由度。
3各類結構體系采用的分析方法
① 框架―剪力墻體系
框剪結構在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結構之間為簡支聯系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結構進行分析計算。框架一剪力墻的計算機算，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。
② 剪力墻體系
剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻．小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。
③ 筒體體系
筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續化方法i等效離散化方法和三維空間分析。等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化，以便用連續函數描述內力；另一種是作幾何和物理上的連續處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。
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引言
隨著社會經濟的快速發展以及建筑功能的多元化，城市人口的不斷增長和建筑用地的日益緊張以及城市規劃的需要，這些都像催化劑一樣催促著高層建筑能夠快速的發展。除此之外，因為輕質高強度材料的開發和新的設計計算理論的發展，抗風和抗震理論得到了不斷的完善，新的施工技術以及設備不斷涌現，尤其是計算機的普及應用以及結構的分析手段不斷得到優化，為高層建筑的快速發展提供了必要的技術條件。下面我們就對高層建筑的最基本原理進行討論。
1.選擇合理的結構類型正確認識高層建筑的受力特點
高層建筑的本質是一種豎向懸臂式結構。豎向的荷載主要令結構出現軸向力，軸向力和建筑物的高度近似的看成線性關系；水平荷載令結構出現彎矩。從受力的特性來看，豎向荷載的方向不變，隨著建筑物高度的增加僅僅會造成量的增加；水平荷載則是可以來自任意方向的結構上作用。結構產生各種效應的原因，統一稱作結構上的作用。結構上的作用包括直接性作用和間接性作用。直接性作用通常指的是施加在結構上的集中力或者分布力，比如結構的自重、樓面活荷載以及設備自重等，造成的效應較為直觀。間接作用通常指的是造成結構外加變形或者約束變形的作用，比如溫度的變化、混凝土的收縮或者徐變、地基的變形以及地震等，這種作用造成的效應較為復雜，比如地震會導致建筑物出現裂縫、傾斜下沉甚至是倒塌，但這些破壞效應不僅僅受到地震震級、烈度影響，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎類型以及上部的結構體系有關。考慮到設計人員的現狀和習慣上的銜接，目前還沒有將這兩類作用進行嚴格的劃分，而是將其簡稱為荷載。作用在結構上的直接性作用或者間接性作用，將導致結構或者結構構件出現內力和變形（例如撓度、轉角、側移、裂縫等），通常稱這些內力和變形為作用效應，其中由直接性作用引起的作用效應稱為荷載效應。結構或者結構構件的承受內力和變形能力，稱作結構的抗力，如構件的承載能力、剛度的大小以及抗裂縫的能力等。結構抗力和結構構件的截面形式、截面尺寸以及材料強度的等級等因素有關。結構抵抗水平荷載造成的彎矩、剪力、拉應力以及壓應力應當有較大的強度以外，同時還要求結構要具備足夠的剛度，使隨著高度的增加所導致的側向變形限制在結構允許的范圍內。所以，高層建筑使用何種結構形式，應當由其結構體系和材料特性來決定。
2.正確選擇合理的結構體系
建筑設計和結構設計是整個建筑設計的過程中兩個重要的環節，對于整個建筑物的外觀效果、結構穩定都有著至關重要的作用。二者相互協調的同時又相互制約，究竟會以何種關系相處，就在于兩者能否能夠和諧的工作。建筑設計師經常將結構放在從屬地位，要求結構必須要服從于建筑，一切都要以建筑作為先導。通過受力因素的分析，下一步就要考慮究竟要選用什么結構體系，通常有以下幾種高層建筑的結構體系可以選擇：
鋼筋混凝土經常使用的結構形式：
框架結構：平面布置靈活，抗側剛度小，但在建筑物較高的時候就要使用較大的柱，縮小了有效的使用空間，經濟性指標并不理想。
剪力墻結構：剛度大、承載力強，但平面的布置不夠靈活，限制了建筑空間。剪力墻結構體系：該體系是將建筑的墻體用作承接豎向荷載、對抗水平荷載的結構體系。墻體作為維護構件的同時又是房間的分隔構件。
框架-剪力墻結構：框架一剪力墻結構體系由框架和剪力墻共同組成。包括了框架結構以及剪力墻結構的優點。
筒體結構：抗側剛度大，能夠用于較高的建筑。它有框架核心筒結構以及筒中筒結構兩種表現形式。筒中簡結構體系以一個或者多個簡體為主來抵抗水平力。
混合結構：鋼框架或者型鋼混凝土框架和鋼筋混凝土筒體。框架的結構體系由梁、柱、基礎等構成平面框架，它是主要的承重結構，各平面的框架再使用梁聯系起來，形成空間結構體系。
3.選擇合理的結構平面布置，協調好建筑與結構的關系
在高層建筑的設計中.結構布置通常要考慮以下幾點：
3.1選擇合適的結構平面布置，滿足建筑功能的要求
結構平面的布置：獨立結構單元應當形狀簡單規則，剛度以及承載力分布勻稱，不應當采用嚴重的不規則平面布置，也就是要滿足一下條件：
1）平面要簡單、規則、對稱，減少偏心。
2）平面的長度不應過長，突出的部分不宜過大。
3）建筑的層高、層數、開間和進深等平面關系以及體型除了要滿足使用的需求以外。還要盡肯能的減少類型，盡量統一柱網布置和層高，對標準層進行重復的使用。
3.2高層建筑的結構設計中，結構的布局占據著重要的地位。
現代的高層建筑在進行規劃的過程中，每個功能區的設計，都需要以現代人的生活理念作為基礎，進行相對合理的布局。高層結構設計在承受力方面，特別是垂直方向的受力，需要受到較大的壓力。所以，在進行高層建筑的地基設計時，首要的工作就要保證地基受力結構設計的穩定性。因此，在地基的設計過程中，地基的承載力是最大的，隨著樓層數的增加，結構的受力逐漸的變小。這樣的設計理念，能夠很好的平衡建筑結構的受力情況。
3.3在地震區為了減少地震作用對于建筑結構的整體以及局部的不利影響。
例如扭轉和應力的集中效應，建筑平面的形狀要規正，防止外伸或者內收過大，沿高度的層問剛度以及層間的屈服強度要盡可能均勻的分布，主要抗側力的豎向構件，其截面的尺寸、砼強度等級以及配筋量的改變不要集中在相同的樓層內。進行抗震設計時，高層建筑宜調整平面形狀和結構布置，避免結構不規則，不設抗震縫。當建筑平面復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規則的結構時，宜設置抗震縫將其劃分為比較簡單的幾個結構單元。進行抗震設計時，結構的豎直方向的抗側力構件應當上下連續貫通。高層建筑要設置地下室。各結構單元的平面形狀應力力求簡單規則，立面體型要盡可能地避免伸出和收進，防止結構的垂直向剛度出現突變等。
4.結語：
隨著地上空間的日益狹窄，如何能夠最大限度的利用土地資源已經成為每個國家的建筑領域急需解決的問題，高層建筑的發展已經成為一種主流趨勢，更是向著進一步的超高層建筑領域邁進。我國的情況更是如此，這一情況的出現既是機遇同樣也是一種挑戰。繁多的復雜高層建筑的出現將給結構的設計帶來新的的挑戰。實際上，我國的高層和超高層建筑具有超高超大、功能繁瑣、造型奇特等特點，許多建筑都已突破了我國現行的技術標準以及規范的要求，在未來的發展過程中，要著重于防震防風方面的結構考慮，加快材料和施工技術的進步。如今我國的高層建筑正處在發展階段，正邁入國際先進水平，有很大的機會發展和進步。
參考文獻：
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一、高層建筑結構的特點
在高層建筑結構中，結構承受水平荷載和豎向荷載的共同作用，隨著建筑物高寬比的增大、高度的增加，盡管豎向荷載對結構設計仍產生重要的影響，但水平荷載對結構產生的內力越來越大，成為結構設計時的主要控制因素，成為確定結構體系的關鍵性因素。在水平荷載中，地震作用是動力作用，而風力作用則包含靜力作用和動力作用，其靜力部分稱為穩定風，動力部分稱為脈動風。脈動風的作用會引起高層建筑的振動（簡稱風振），這在高層建筑結構抗風設計中必須加以考慮的。在地震區，高層建筑基本上是受地震作用控制，所以計算地震對結構的作用是高層建筑設計的重要內容。高層建筑結構的設計中，通常采用鋼和鋼筋混凝土兩種材料。
二、高層建筑結構相關問題分析
1、高層建筑結構設計中的消防結構設計
高層建筑結構因其結構本身特點，決定了建筑結構在進行設計時具有一定的繁復性，而為了保證滿足高層建筑結構復雜多樣功能需求，需要在進行功能結構設計時，選用不同的建筑功能材料，其中所選用的材料多為可燃性材料，這一定程度上增加了火災情況發生的可能性，且高層建筑之間空氣流動性較強，風力大，一旦高層建筑發生火災，極有可能在一定程度上造成火災的擴張。另外，高層建筑的層數越多，在進行建筑結構設計時，應將火災線路設計成垂直形態，在這樣的情況下，高層建筑人員在進行火災疏散時可能會耗費更長時間。在消防結構的設計中，對高層建筑進行排煙結構設計也是關于建筑結構相當重要的方面，在進行設計時，應注意將排煙結構進行合理設計，保證煙氣正常排出，降低火災發生時災情的蔓延。
2、高層建筑結構設計中的抗風結構設計
在高層建筑的設計中，其建筑的抗風性是相當重要的。筆者認為實現抗風結構優化四個步驟：第一，進行基礎設計，保證建筑結構的抗風結構，需要建筑結構具有一定的穩定性，在設計選材時，可選用級配高的砂石，保證建筑結構的填充材料密度，同時可有效防止水平方向上產生對結構傾覆性威脅；同時在結構底部進行設置時，使用抗拔錨桿，提高其應用功能，保證地基的穩固，對風力起到一定抵抗性；第二，設計耗能減振系統，在進行高層建筑結構設計時，可采用耗能減振系統，減少風荷載力對建筑物的作用力，系統的構成主要有樓板、梁柱、剪刀墻、耗能支撐等構成，減振系統的設置選材可使用具有較強粘彈性的阻尼材料，可有效提高減振系統的耗能減振作用；第三，高層建筑結構設計時，應對水平力、風荷載力以及可能發生的荷載力疊加問題進行有效解決。第四，抗風結構設計中，同時也應提高建筑物的剛度和建筑物的承載力，根據風荷載的復雜性、多變性，對建筑物的風荷載以及承載力進行精確的計算，嚴格按照相關施工規范，對建筑物的抗風結構進行設計。
3、高層建筑結構設計中的抗震結構設計
在對高層建筑結構進行設計時，其抗震結構始終是整個設計中較難實施也是最為薄弱的環節，因高層建筑本身的復雜特點以及地震發生時會造成的種種不確定影響，而且建筑結構設計人員在進行建筑結構設計過程中，并沒有充分考慮到地震發生所造成的破壞性以及如何有效避震原理。在設計工作中，設計人員沒有對抗震數據進行精確的研究分析。如果在高層建筑進行結構設計時，不能根據相關地震災害發生的原理進行有效設計，對其進行總體的規劃，可能造成建筑結構在抗震設計方面會缺乏其有效可用性，無一定的靈活性，而且不能有效建筑結構的持久耐用性，無法有效保證高層建筑居民的生命健康和財產安全。
4、短肢剪力墻的設置問題
在新規范中，對墻肢截面高厚比為 5：8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
5、結構的優化設計
隨著生產的迅速發展，新興科學技術的不斷涌現，新的設計思想沖擊著傳統的設計觀念，人們對“設計”的理解更加深刻。設計這一概念，從根本上說是和分析不同的。設計常常表現為重復的分析。例如，對于靜定結構，要設計得能滿足一組給定的容許應力，只進行一次分析就已經足夠，設計者選擇的截面就能使結構重量為最輕。設計超靜定結構時，則是先假定截面特性，再進行結構分析，然后用分析結果來選擇一組新的截面特性。通過這樣反復循環的運算，得到一個可行的設計。反復修改設計是傳統設計的特點，對于實際的超靜定結構，這種方法是很繁瑣且需要求解聯立方程。如圖1所示：再者，最后得到一組截面，在很大程度上取決于最初假定的誤差程度。所以只是做到分析結構是遠遠不夠的，而更重要的任務還在于要設計結構。通過設計，不僅要使產品具有良好的性能，同時還要滿足生產的工藝性、使用的可靠性和安全性，且達到費用最省、消耗最低和誤差最小等目的。這就是一切設計活動的最終目的。
過去的結構力學研究，主要著眼于分析和計算各種結構在外界因素作用下的受力和變形等力學反應，現在則邁出一大步，把結構優化設計也作為研究的目標和任務，結構的優化設計與傳統的結構設計有一樣的設計過程，也要經過設計（擬定各部分尺寸）、校核（是否滿足規范等要求），修改設計、再校核，如此反復進行，直到找到理想方案為止。所不同的是，傳統設計過程的安全性、經濟性缺乏衡量的標準，而最優設計是在一個明確特定指標（如結構的體積最小、重量最輕、造價最省）下來說明結構的經濟性與安全性。傳統設計的設計、校核關系是松散的，且一般僅反復進行一兩次即停止，而最優設計則是按一定的數學模式將兩者緊密地聯系在一起，即將設計問題轉化為嚴格的數學規劃問題求解，可利用計算機連續快速做出方案比較，從數百個方案比較中，找到最優設計方案。此外，只要在最優設計的電算程序中稍加補充（增加前后處理功能）就很方便地實現計算、設計繪圖全過程的自動化。從輸入數據到圖形輸出，只需要少量的時間，這是傳統設計所不可比擬的。
結束語
對于高層建筑結構設計的相關問題，要遵循高層建筑的設計原則和設計理念，選擇最為經濟合理的高層建筑結構體系，做好高層建筑的建設工作，同時也保證我國的高層建筑行業得到更健康的發展。
參考文獻：
