高层建筑结构概念

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高层建筑结构概念范文第1篇

关键词：高层建筑、结构设计、概念设计

一、概念设计的意义：

在高层建筑结构设计内容中主要包括：结构方案设计也就是本文中提到的概念设计，结构分析计算，施工图设计三个阶段，其中结构概念设计是运用人的思维和判断能力，一般不经数值计算，仅根据建筑物重要性，所在的地点、地质勘探报告、场地类别、高度、层数来确定结构的形式：如框架结构，框架一剪力墙结构，剪力墙结构，框筒结构，筒体结构，高层复杂结构，混合结构。

在确定结构形式之后，根据不同的结构形式的特点和要求，按照或参照《高层规程》JGJ3-2002布置合理结构承重结构体系和受力构件，不是照搬照抄《高层规程》，盲目的布置，盲目的电算。因此，一个成功的概念设计，往往是结构设计的既安全又合理，经济的必要的步骤。

在《高层规程》JGJ3-2002第1.0.5条就规定，高层建筑结构设计应注重的概念设计，《抗震规范》GB50011-2001中第3.4.1条规定，建筑设计应符合抗震概念设计的要求，且以强制性条文形式出现，中国建筑科学研究院PKPM结构设计软件也强调了电算前也要做好结构的概念设计。

二、概念设计的主要内容：

（1）高层结构概念设计主要内容从构件来分为基础选型、剪力墙布置、梁柱的选型及必要尺寸的合理性，板的布置，填充墙的选择以及建筑的细部构件的处理等。

（2）从结构受力体系中分为水平、坚向，地震作用。

（3）从结构的边接上分为基础与上部构件的连接，梁、板、柱、墙、填充墙、细部构件的连接。结构构件与机电设备连接，结构构件自身连接锚固等。

三、概念设计及运用：

本人设计高层建筑结构项目较多，在实际别注重结构的概念，现就某一类高层综合楼项目概念设计的运用加以探讨，如图1~5。

工程概况为：地下二层车库（有设备用房）地上三十层，其中第一~三层为商业用房大空间，二十七层住宅，结构总高度为99.0米，（不包括地下层高层）非抗震设防，建筑物高河道仅15.0米，抗浮设计水位2.0米。

（1）上部结构的概念设计

首先认真阅读建筑方案，在建筑方案成功之前，把结构的概念设计贯彻下去，做到平面布置简单、规则、且足够具有必要的承载能力，刚度和变形能力，从而减少偏心，扭转和薄弱部位，在抗震设计中注意布置多道抗震防线。

（2）剪力墙概念设计

a、从工程实例图2-图4来看，该工程结构形式确定为复杂的带转换层高层结构，剪力墙布置参照《高层规程》JGJ3-2002第10.2.3条，落地剪力墙的间距L不大于20米，小于15.B=48.0米。

b、三个楼梯间及电梯间四周设计落地剪力墙且围成筒体抵抗水平力作用。

c、住宅部分采用纯剪力墙结构体系，非落地剪力墙，经框支梁，框肢柱递至基础，保证结构的合理和安全性。

d、剪力墙布置沿纵横主轴两个方向设计，为满足经济及安全的要求，最大厚度为350mm，最小厚度为200mm，砼强度等为C40~C30，尽量避免刚度突变和出现偏心受拉 ，转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度比re接近1.0，负一层地下室结构顶板为嵌固时，楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

e、剪力墙配筋：首先合理的输入参数，观察电算结果，既满足《高层规程》的要求，也要凭借一定的经验是否安全，是否造成不必要的浪费。

（3）柱概念设计

a、柱在高层建筑结构体系中是最重要的构件，一旦柱构件发生破坏，后果非常严重，甚至整个建筑物就是危房，因此在柱设计中必须高度重视。在带转换层高层复杂结构中柱分：框架柱、框肢柱、剪力墙边缘构件柱，按材料分为：型钢砼柱、钢管砼柱，高强度的砼柱，目前设计中高强度砼使用比较多，其砼强度一般控制在C60以下，根据施工材料的情况，C40砼强度使用较合理，其截面尺寸要从多方向考虑控制：高宽比不大于2.0，截面不小于400，截面不小于梁跨的1/12~1/15，柱轴为N≤fc×A×轴压比限值，柱剪压比要大于2等。

b、柱配筋：根据《高层规程》第6.4条，柱的配筋满足一定的要求，从概念设计入手，避免弱柱、短柱、长柱，再加以输入数据，电算、看结果是否安全、经济，否则，设计要重复以前工作。

c、强调柱配筋的构造要求，其中包括连接与锚固。《高层规程》第5.11.15条，第5.1.16条文中就有明确的规定。

d、柱布置数量大小要满足框肢柱复层承受剪力和达到底层剪力的30%，这是结构设计中“强柱弱梁”的内容，对整个结构安全很重要，还有框肢柱所承受剪力满足无地震作用时V≤0.2fcbho。

（4）梁的概念设计

a、截面选择：一般凭实际工作经验，框架梁高取（1/10~1/15）Lb，框支梁取（1/6~1/8）Lb，Lb梁跨计算跨度，跨高比，高宽比均不要大于4，框支梁最小宽度不少于400.一般框架梁宽不小于200，同时初步结算其承受剪力在无地震作用v≤0.2βcfcbho

b、梁的配筋，尽量做到优化，既不超筋，也不少筋，适应市场“配筋率”也不违反《高层规程》JGJ3-2002第6.3.2条，强制性条文，另外还要察看裂缝配筋的需求。

c、砼强度等级采用C25~C35与楼板相同，与柱砼强度等相差一级，做到既经济又合理便于施工。

（5）板的概念设计

a、板的截面尺寸：根据大小及使用需要确定，最厚的板为300~180cm，如转换层楼板，嵌固层楼板，有降落的直升机的楼板，地下室底板，抗浮板等，最小厚度为100~120mm，如普通的正常使用的住宅楼板，营业厅楼板，屋面板等，同时在确定板厚尺寸验算刚度，承载力及舒适等要求，防止刚度突变，各层楼板厚度须均衡统一布置。

b、楼板的开口控制：在《高层规程》第5.1.5条中，高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应设计时采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度，因此楼板开洞须加以控制，如洞口的大小，位置、上下对齐，平面形状的凹凸等，否则，就不能有效传递水平荷截，从而对结构产生偏心扭转，以致使结构构件梁、板、柱产生裂缝甚至破坏。

c、楼板的砼强度一般同梁设计，便于电算及施工要求。

（6）填充墙的概念设计

a、在设计时尽量采用防火，节能保温，荷载轻的隔墙，如加气砼。

b、保证填充墙的自身的安全稳定性。

c、填充墙与主体结构梁、桩、墙有可靠的柔性连接。

d、防止上下层填充墙刚度变化过大。

（7）基础的概念设计

根据《高层规程》JGJ3-2002第12.1.1条，高层建筑的基础设计应综合考虑建筑物场地的地质状况，上部结构，施工条件，使用条件，确保建筑特不致发生过量的沉降，倾斜，满足建筑物正常使用要求，目前，复杂高层建筑基础有筏形，箱形，桩基础三种类型，在工程实例基础设计时，分析地质状况，地下水位高，负二层地面施工就有相当丰富的水源流入，且抗浮设计水位不少于2.0M，墙桩荷载大，最大独立单柱轴力N≥20000kn，采用筏形基础，箱形基础施工非常困难，且基础施工时间长，对开发商投入不经济，因此，采用了桩基础，但一般桩基础，如人工挖孔桩，冲孔桩，场地也不适宜，甚至无法施工，以上种种原因，在设计采用了大口径机械旋挖桩，直径为800~1800M，此施工设备在房屋建筑使用较少，本地城市第一次使用，《高层规程》无具体条文规定，作者设计时参照

四、结束语

高层建筑结构概念范文第2篇

关键词:高层建筑;结构设计;抗震概念;应用

防震设计是高层建筑结构设计必不可少的一部分，并且地震是一种无法消除的自然灾害。因此，高层建筑结构设计人员应采取科学、合理的措施来降低地震对高层建筑物的危害系数，以提高高层建筑物的稳定性，从而保证人们的生命和财产安全，这同时也是我国高层建筑物结构设计工艺不断优化的必然结果。

1高层建筑结构设计中抗震概念概述

地震的发生是无规律的，因此做好高层建筑物的防震设计是十分必要的。实践证明，只有利用科学、合理的设计措施，整体布局高层建筑的结构细节，才能降低地震对于高层建筑物的危害。一般抗震设计是从抗震值和抗震措施两个方面进行的，其过程是:地震情况统计、数据分析、提出概念。抗震概念设计的主要内容就是保证高层建筑整体的稳固性和细节结构的抗震性。简单地说，抗震概念设计就是基于工程抗震的基本理论和实际的抗震经验总结出的工程抗震概念，是决定建筑物抗震能力的基础。抗震概念设计中包含空间作用、非线性性质、材料时效、阻尼变化等多种不确定的因素。抗震概念设计的原则是建筑结构设计简单性、刚度适宜性、匀称性、整体性。例如在一些地震频发的地区设计高层建筑时，应该考虑都高层建筑上下部分结构性质不同的问题。

2高层建筑架构设计中抗震概念设计的应用策略

2．1合理的场地

高层建筑物的建设地点也是保障建筑工程施工质量的关键因素。选择合理的建筑施工场地，不仅可以减少企业的投入成本，还能提高建筑物的稳固性。因此，施工人员可以利用现代先进科技设施来选择理想的地段。场地的选择应当避开地震危险地段，如地震时会发生崩塌、地裂以及在高强度地震下容易发生地表错位的场地。一般地震危险地段包括断层区、坡度陡峭的山区、存在液化和夹层的坡地以及大面积采空的地区。如发生严重地震的四川北川地区，其区域特点是县境内地形切割强烈，地形起伏大，相对高差超过1000m，沟谷谷坡一般大于25°，部分达40°～50°，甚至陡立。并且地貌类型以侵蚀构造山地、侵蚀溶蚀山地为主。另外在县境内还存在一条断裂带。这也就是北川地区成为汶川地震重灾区的原因，该地区的地震宏观烈度达到了Ⅺ度。因此，建设高层建筑的重点就是选择地势开阔、平坦以及中硬场地土。如我国中部平原地区，其地势平坦，并且属于地震低发区。当然，如果无法避免区域限制，那么也可以选择抗震性比较好的地区，如避免存在孤立山包的区域以及表面覆盖层厚度较小的区域。总之，因地制宜，选择合适的高层建筑建筑建设场地是保证高层建筑物稳定性的最佳途径。

2．2合理布局建筑平面

建筑物的房屋布置和结构布置都是影响高层建筑物稳定性的重要因素。依据抗震的概念，合理布局能够有效提高高层建筑物的抗震能力，延长建筑的使用年限。一般施工人员都会根据地震系数选择适当的建筑物高度和宽度，使高层建筑的抗震能力达到最大值。建筑平面的布置可以从四个方面考虑:一是布置平面时，应当遵循简单、对称的结构特点，以减少偏心;二是应当保证质量和刚度变化均匀，避免楼层错层问题;三是尽量设计合理的平面长度，且建筑物突出的长度也应该符合相关标准;四是尽量避免采用角部重叠的平面图形以及细腰形平面图形。如早前发生在墨西哥的地震，相关人员在地震发生后对房屋的结构进行了分析。据数据表明，建筑物刚度明显不对称会增加15%的地震破坏率，拐角形建筑会增加42%的地震破坏率，因此，高层建筑施工人员应该科学合理的设置建筑平面。此外，现浇钢筋混凝土高层建筑适用高度的确定需要考虑地区的地震烈度，如高层建筑的抗震墙在烈度系数达到6的地区，其最高适宜高度为130米;在烈度系数为7的地区，最高适宜高度为120米。总之，合理的高层建筑物平面布局是保证高层建筑抗震能力的关键。

2．3合理的结构设计

高层建筑的结构设计不仅要满足抗震要求，还要满足经济、功能齐全、施工技术等要求。在设计高层建筑结构时要考虑实际的场地环境和建筑物本身的建设标准。另外，结构的设计还应该满足对称性。总之，对于高层建筑的结构设计应该从各个方面综合考虑。首先，高层建筑结构的设计需要考虑多种影响因素，除材料、施工、地基、防烈度等因素外，还要考虑经济因素，之后才能确定建筑物结构类型。有利于防震的建筑平面设计包括方形、圆形、矩形、正六边形、正八边形等，不利于防震的建筑平面设计包括多塔形、错层、楼板开口等。次外，如果建设的高层建筑属于纯框架高层建筑，那么设计人员应避免出现框架柱倾斜、楼体倾斜等问题。因为如果框架柱倾斜，一旦发生地震就会出现剪切破坏问题，造成高层建筑的严重损坏。其次，更为重要的是结构设计一定要遵循对称原则，避免扭转问题的出现。如果高层建筑结构采取对称的结构，那么当发生地震时，其建筑物只会发生平移震动，建筑物各个部分的受力比较均匀，从而降低地震对高层建筑的破坏程度。

2．4设置多条防震线

设置防震线是为了提高高层建筑结构的抗震系数，提高建筑物体的稳固性。之所以设置多条防震线是因为建筑物中各个部分的结构和功能是不相同的，设计相应的反震线能整体提高高层建筑物的抗震能力。设置多条防震线的优势在于如果发生地震时，第一道防线的抗侧力构件在遭到破坏之后，其地震的冲击力和破坏力就会减弱。这样当地震经过多道防震线之后，地震的破坏力就会降到最低。如尼加拉瓜的马拉瓜市的美洲银行大厦，就是应用多道防震线的典型建筑，其大楼采用的是11.6米*11.6米的钢筋混凝土芯筒作为主要的抗震和防风构件，并且该芯筒又由四个小芯筒组成。相关数据显示，该高层建筑对于地震的反应用数据表示是，当发生地震时，其四个小芯筒的结构底部地震剪力值达到了27000KN，结构底部地震倾覆力矩达到了370000KN•m，其结构顶点位移值为120毫米。总而言之，设置多条防震线提高高层建筑物防震能力的重要手段。尤其是在社会经济快速发展的背景下，重视抗震概念的设计是延长高层建筑物使用年限，提高我国建筑工艺水平的关键。

3总结

综上所述，随着我国经济水平的不断增长，高层建筑物的数量也在迅速增长。因此，做好高层建筑结构设计中的抗震概念设计就凸显的尤为重要。将抗震概念设计应用到高层建筑结构设计中，不仅要考虑高层建筑结构施工的各个方面，还要考虑各种外界因素以及抗震标准。这样才能提高高层建筑的稳定性，降低地震给高层建筑造成的危害程度，从而保证人们生命和财产的安全。

作者:周宝学 单位:浙江华坤建筑设计院有限公司

参考文献:

［1］张念华．抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用［J］．中国新技术新产品，2014，04∶78－79．

［2］李国珍．高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析［J］．江西建材，2014，02∶29．

高层建筑结构概念范文第3篇

一、高层建筑的特点

在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。设计精美的高层建筑还可以为城市增加景观，如马来西亚首都的石油大厦和上海的金茂大厦等。但高层建筑太多、太密集也会对城市带来热岛效应，玻璃幕墙过多的高层建筑群还可能造成光污染现象。

在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。例如在新加坡的新建居住区中，由于建造了高层建筑群，留下了更多地面空间，可以更好地建设城市绿化和人们休闲活动空间。

高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样就会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。

二、高层建筑的风荷载的计算

对一些较柔的高层建筑，风荷载是结构设计的控制因素随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合时往往起控制作用。因此，高层建筑在风荷载作用下的结构分析与设计引起了研究人员和工程师们的重视。

基本风压值wo系以当地比较空旷平坦地面上离地lOm高统计所得的50年一遇10rain平均最大风速vo为标准，按WO　1／2pv确定的风压值。它应根据《荷载规范》中附表D．4采用，但不得小于0．3kN.对一般的高层建筑，用《荷载规范》中所给的wO乘以1．1后采用；对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压值应按年重现期的风压值采用。

风荷载体型系数确定风荷载体型系数us是一个比较复杂的问题，它不但与建筑的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物密集程度及其高低等有关。当风流经建筑物时，对建筑物不同部位会产生不同的效果，即产生压力和吸力。空气流动产生的涡流，对建筑物局部则会产生较大的压力或吸力。

①整个迎风面上均受压力，其值中部最大，向两侧逐渐减小。沿高度方向风压的变化很小，在整个建筑物高度的言一号处稍大，风压分布近似于矩形。②整个背风面上还受吸力，两侧大、中部略小，其平均值约为迎风面风压平均值的75％左右。沿高度方向，风压的变化也很小，更近似于矩形分布。③整个侧面，在正面风力作用下，全部受吸力，约为迎风面风压的80％左右。

风荷载体型系数一般可按下述规定采用：

①圆形和椭圆平面建筑，风荷载体型系数取0．8.②正多边形及截角三角形平面建筑风荷载体型系数US由下式计算：

三、高层建筑结构体系组成部分

随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显着，包括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。

框架结构体系框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，使用较方便。钢筋混凝土框架按施工方法的不同。又可分为：①梁、板、柱全部现场浇筑的现浇框架；②楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架；③　梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架；④梁、板、柱全部预制的全装配式框架等。

随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显着增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制。

框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。

其中一部分是结构弯曲变形，即框架结构产生整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩所引起的水平位移；另一部分是剪切变形，即框架结构整体受剪，层间梁柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。当高宽比H／B≤4时，框架结构以剪切变形为主，弯曲变形较小而可忽略，其整移曲线呈剪切型，特点是结构层间位移随楼层增高而减小。

由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑；抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外　不需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的损坏。

剪力墙结构体系剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。根据施工方法的不同，可以分为：

高层建筑结构概念范文第4篇

关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；结构体系；抗震概念设计

Abstract: In the structure design of high-rise building should pay attention to concept design, attached to the structure type selection of peace, elevation layout rules, merit-based selection of seismic and wind resistance performance is good and the economic and reasonable structural system, strengthen the construction measures. In aseismic design, it should ensure that the overall structure of the seismic performance of the structure has the necessary capacity, stiffness and ductility. Therefore, this paper analyzes the low temperature region in the structure design of high-rise building structure seismic concept design.

Key words: high-rise building; structure design; design features; structural system; seismic concept design

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1、高层建筑结构设计特点

1.1水平荷载成为决定因素

（1）因为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；

（2）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。

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；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。

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、高层建筑的结构体系

2.1 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。

2.2 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。

2.3 简体体系

凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体―框架、筒中筒、多束筒等多种型式。简体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，多应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

3、低温度地区高层建筑结构设计中的结构抗震概念设计

3.1场地条件和场地土的稳定性

根据房屋震害的直接原因，选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。避免因地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂等引起结构的破坏。

3.2建筑设计和建筑结构的规则性

建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。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。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。

3.3结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求

单从抗震角度考虑，作为一种结构材料应轻质、高强、材质均匀；构件间的连接应有良好的整体性、连续性及延性，且能发挥材料的全强度。按照这一原则，不同材料结构的抗震性能优劣排序是：钢结构；型钢混凝土结构；混凝土- 钢混合结构；现浇钢筋混凝土结构；预应力混凝土结构；装配式钢筋混凝土结构；配筋砌体结构。采用哪一种结构材料，什么样的结构体系,经技术经济条件比较综合确定，以保证经济性的情况下使结构具有必要的抗震性能，同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性,尽量降低房屋重心,充分发挥材料的强度,并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。对结构体系及结构分析应符合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001） 中3.5、3.6 条规定，本文不再赘述。我这里重点强调的是结构的整体性和延性。 传统意义上的抗震结构体系，是指依靠结构的整体承载能力和变形能力来吸收和耗散地震能量，从而使建筑物免于倒塌。所谓整体性是指结构在整个承受地震作用的过程中(不论在弹性工作阶段或结构部分进入塑性并形成塑性铰机制阶段) 各结构构件都能协同工作，保持对竖向荷载的支承能力，它是抗倒塌的必要条件。结构的延性是相对于脆性而言，结构的脆性破坏都具有突发性，不可恢复性，而延性破坏往往有一个时间过程，并是可恢复的。延性表现了结构耗散能量的大小，经实验证明结构延性破坏所消耗的能量大于结构脆性破坏所消耗的能量，因此延性结构是有利于抗震的。防倒塌是建筑物抗震设计的最低要求，也是抗震设防最重要的必须得到确实保证的要求。房屋破坏的根本原因是结构的某些构件破坏结构丧失整体性变成了机动构架，因此结构的超静定次数愈多，进入倒塌的时间过程就越长。从耗散地震能量的角度出发，结构每出现一个塑性铰，就可吸收和耗散一定的地震能量，在整个结构变成机动构架之前，若能够出现的塑性铰愈多，耗散地震输入的能量也就愈多，就更能经受住较强的地震而不倒塌。故在选择抗震体系时应尽量采用超静定次数多的结构，并采取一定的构造措施保证合适的塑性铰的形成。选型上框架优于排架，刚接框架优于半刚接或铰接框架；并联的多肢抗震墙优于并列的多片单肢抗震墙；具有交叉腹杆的支撑优于单腹杆支撑；带支撑框架优于单一框架。另外我们可以有选择的提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有效的办法。对于框架和框架筒体,应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载力无明显降低的前提下,控制构件的破坏形态,减小受压构件的轴压比,提高柱的延性。

3.4多道抗震设防体系

无论选用何种材料、何种结构体系的抗震结构，适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。一次地震持续的时间少则几秒，多则十几秒甚至更长。这样长时间的地震动，一个接一个的强脉冲对建筑物产生多次往复式冲击，造成累积式破坏；如果建筑物采用的是单结构体系，仅有一道抗震防线，一旦破坏后接踵而来的持续地震就会使建筑倒塌；而设了多重抗震体系的建筑物，在第一道防线的抗侧力体系遭破坏后，后备的第二道、第三道防线立即接替，抵挡后续的地震冲击，特别是对于因“共振”而引起的破坏，在第一道防线失效后，结构转入第二道、第三道防线工作，此时随着第一道防线破坏塑性铰出现，结构基本周期已发生变化，从而错开了地震动卓越周期，建筑物免遭进一步破坏。这种抗震设计概念是对付高烈度地震的一种经济有效的办法。在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。

高层建筑结构概念范文第5篇

【关键词】高层建筑；结构设计；问题分析

一、高层建筑各专业设计的协调

“建筑、结构、设备”是互相制约的三个有机组成部分，高层建筑设计既是各个专业自我完善的过程，也是各个专业之间互相协调的过程。提高高层建筑设计质量，不但依赖于各个专业设计水平的提高，而且在很大程度上取决于“建筑、结构、设备”的协调。我们认为在方案设计、初步设计阶段一般应以建筑专业牵头进行各专业协调，在施工图设计阶段则应以结构专业为主进行各专业协调。高层建筑结构设计除了采用合理的结构体系，先进的计算技术外，大量的工作是搞好与其它专业的协调，以便保证结构计算简图的实现。

二、高层结构分析设计特点

（1）水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房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向构件中引起的轴力，是与楼房高度的二次方成正比；另一方面，对某一定高度的楼房来讲，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，其数值则随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（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，会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。

（3）侧移成为控制指标。与较低的楼房不同结构侧移已成为高层建筑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。

三、高层建筑的结构体系分析

（1）框架一剪力墙体系。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，因而便形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板与连梁组成协同工作的结构体系。在该体系中，框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架一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，框架一剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

（2）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均比较高，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一剪力墙体系。

（3）筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。简体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层。

四、高层建筑结构设计的问题分析

（1）结构选型①结构的规则性问题。新规范对这方面的内容有了较大的变动，增加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时必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。②高度问题。按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。对结构的总高度均有严格的限制，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。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。③嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有2 层或2 层以上的地下室和人防设施，嵌固端有可能设置在地下室顶板或人防顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由于嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，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。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留下安全隐患。

（2）地基与基础设计。地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，这不仅仅是因为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，同时也因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性。由于我国幅员辽阔，地质条件相当复杂，仅依据GB50007--2002{地基基础设计规范》，无法对全国各地的地基基础均进行详细的描述和规定，而地方性的“地基基础设计规范”则能够将各地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。

（3）结构计算与分析。在这一阶段，如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理，是决定工程设计质量的关键。由于新规范中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，因此对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识①结构整体计算的软件选择。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如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时问和精力，而且有可能使结构存在不安全隐患。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旧规范中均已涉及，只是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。在新规范中增加了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，并决定是否需要调整振型数目的取值。④多塔之间各地震周期的相互干扰，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出现，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，但对某一座塔楼的地震力计算误差仍然较大的情况，从而给结构留下不安全隐患。