高层建筑结构设计原理大全11篇

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Abstract: the author architectural design experience, introduces the high-rise building now shear wall structure design, and the shear wall structure calculation principle and the shear wall structure reinforcement of the wall are discussed in this paper.

Keywords: high building, structure calculation, the shear wall structure design, calculation principle

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1 高层建筑的概念设计

《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）规定：高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置简体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与简体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，简体和一般剪力墙所承受的第一振型底部地震倾覆力矩不能小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。一般认为，短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的30%～50%时属短肢剪力墙结构。短肢剪力墙结构抗震性能都是比较差，经济指标也是不好，所以在实际工程中尤其是地震区尽可能避免采用。设计中应体现使其结构竖向和水平向具有合理的刚度及承载力的分布，尽量将剪力墙的墙肢截面高度（至少要保证一肢）做成大于8 倍墙厚才能符合一般的剪力墙。剪力墙也不用按开间布置，两间合并布置为大开间剪力墙，同时也就可以满足竖向荷载传递的要求。剪力墙尽可能设计成“L”形，有利于剪力墙结构的稳定性，同时能够形成较好的侧向刚度。在满足同样规范的每项指标的情况下，更能减轻结构的自重，减小结构构件，有利于降低工程投资。根据工程经验，对于“L”形、“T”形剪力墙，当一个方向的墙符合一般墙的要求时，另一个方向的墙肢也不能过短，较小的墙肢常常都会出现较大的配筋，一般应控制在1 m 左右，使墙端暗柱配筋接近构造配筋为宜。

2 剪力墙结构计算的基本假定

剪力墙的结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构。剪力墙承受竖向和水平荷载作用。在竖向荷载作用下，各片剪力墙受力分析都较简单，但在水平荷载作用下则不相同，为简化计算，做以下基本假定：

（1）楼盖的自身平面抗弯刚度视为“无限大”，所以在水平荷载作用下，只产生刚体运动，并将水平荷载分配给每片剪力墙，而不发生水平方向的弯曲与变形；而在平面外，因为刚度很小，可忽略不计。按此假定，当结构不发生扭转时，每片剪力墙在水平荷载作用下侧向位移相等。这样，整个建筑上所承受的水平荷载就可以按每片剪力墙的等效抗弯刚度的大小，按比例来进行分配，然后再进行内力及位移计算。

（2）有效抗弯刚度应按剪力墙中的顶点侧移相等，应考虑弯曲变形和剪切变形后，所折算为竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。对于沿竖向刚度较均匀的结构，每片剪力墙都能按下式之一计算其等效刚度。均布荷载、倒三角形的荷载、顶点集中荷载。

3 剪力墙结构设计计算原则

剪力墙结构设计时，应按照规范要求综合来考察结构是否合理，下面是对结构设计中须重点关注的几种技术指标的调整原则的浅析，若有不对之处，请广大同行指正。

3.1 楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则

在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过30%的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值（不小于限值）。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。

3.2 楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则

规范规定多遇地震作用标准值所以产生楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可以不用扣除结构整体的弯曲变形，应计入扭转变形。由此可见，对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形和扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少决定的，竖向构件足够多（剪重比偏大）但如果布置也不合理，就会造成扭转变形过大，同样也就无法满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽量使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。

3.3 结构扭转为主的第一自振周期

根据《高规》第3.4.5条规定，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T1 之比，A级高层建筑不应大于0.90。限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应。在实际工程设计中，应把结构竖向构件尽量沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样就可以提高结构的侧向刚度，同时还能较大幅度的提高结构的整体刚度。

3.4 剪力墙连梁超限的调整原则

剪力墙连梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5 的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5 的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5 的连梁刚度不应折减。而跨高比在5～6 之间时，若连梁刚度不折减则也易出现剪力或弯矩超限。作者认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，将对节省工程造价有着非常明显的影响，如跨高比不大于5 的连梁（刚度需折减），通过减小剪力墙墙肢长度或减小梁高，使连梁跨高比变为大于6 的框架梁（刚度不折减），这样，后者的钢筋及混凝土用量将会均小于前者，这对于节省工程投资具有很重要的意义。

4 剪力墙结构的墙体配筋

对于剪力墙结构来说，剪力墙面面积大，因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。剪力墙墙体配筋一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。但地下部分墙体配筋都是通过计算来确定。因为地下部分墙体的配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下应增大墙体厚度，增加有效计算高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6 条规定：迎水面保护层应大于50 mm。

5 剪力墙设计

剪力墙要承受竖向荷载，一般都是结构自重和楼面荷载，通过楼面才传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁（门窗洞口上的梁）内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。在水平荷载作用下，剪力墙受力分析实际上是二维平面问题，精确计算应按照平面问题进行求解。可借助于计算机，来用有限元方法进行计算。计算精度高，但工作量也是非常大。在工程设计中，可以根据不同类型剪力墙的受力特点，进行简化计算。 整体墙和小开口整体墙：在水平力的作用下，整体墙类似于一悬臂柱，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力。小开口的整体墙，因为洞口的影响，墙肢间应力分布也就不再是直线，但偏离也不大。可以在整体墙计算方法的基础上加以修正。联肢墙：联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢所组成，可采用连续化的方法近似计算。壁式框架：壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法来进行计算。框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙：此两类剪力墙都是相当复杂，最好能使用有限元法借助于计算机进行计算。框架结构和剪力墙结构，两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。在结构的底部，框架能将剪力墙右拉；在结构顶部，框架也能把剪力墙向左推。因此，框架剪力墙结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移就正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，两者之间也能保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。

6 结束语

随着现代商品住宅建筑在各大城市建设中的发展，高层住宅建筑也将会大量采用剪力墙结构。因为具有较好的抗震性能，且结构布置灵活、造价低、经济性好等各种优点，使我们在设计中更加注重各方面的优化设计，方可使结构在整体上安全合理，确保高层建筑的安全性。

参考文献

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前言

由于土地资源的利用越来越紧张，为了缓解这种情况，高层建筑成为城市建设的重点，并且具有各种各样的建筑结构设计的高层建筑方案层出不穷。在这个过程中，既出现了优秀的新型结构设计，为以后的高层建筑设计提供了参考，同时也有一些不符合建筑原理的设计方案，造成了人、物、财三个方面的损失。所以在当前高层建筑结构设计复杂的情势下，我们有必要对高层建筑结构设计问题进行深入地研究，以提高我国城市发展的进度和质量。

1 高层建筑结构设计的现状分析

目前，高层建筑的结构材料主要是钢筋混凝土和钢材这两种。钢筋混凝土材料的原材料丰富，制作成本低，并且在使用时效上、耐火性上以及承重能力上都有很好的效果，如果能够使用在合理的、科学的结构设计方案上，可以提高建筑物的抗震能力，但不足的是，钢筋混凝土材料本身质量过大，而且构件断面也很大，这对运输和施工增加了困难。相比较钢筋混凝土材料而言，钢材的材质很轻，也具有很好的韧性和强度，施工工艺比较简单，抗震性较好，但钢材的制作成本很高，而且耐火性很差，如果在对防火工程有要求的建筑物上使用，还要涂上大量的防火涂料，这样一来，工程造价会大幅度增长，并且严重影响施工进度。当今，在发达国家，大多数的高层建筑是钢结构的，而我国只有少部分高层建筑是钢结构的。综合考虑钢结构和钢筋混凝土的优缺点，把两者在高层建筑结构设计中组合起来才会取到更好的效果。

2 高层建筑结构设计过程中存在的主要问题

高层建筑的结构设计要考虑的因素有很多，往往很多设计师会忽略掉一些因素，结果导致方案在现实中无法进行施工或是在使用过程中建筑物的功能不能满足居民的要求，具体主要的问题有：没有考虑到地震和超大强风的情况，导致在这种情况下高层建筑产生水平侧向力；高和宽的比例没有拿捏准确，导致建筑物不够稳定；没有注重薄弱环节的设计，导致建筑物在体型、刚度及其立面的质量等方面出现问题；变形缝的设置不够合理，变形节点处的构造没有处理好，没有考虑到因温度、风力以及基础沉降等方面对建筑物造成影响的可能性；没有考虑到在基础比较深、重量比较大等比较特殊的地质条件下的设计和施工问题等等。

在上述的主要问题的基础上，我们可以总结出，在高层建筑的结构设计过程中，要综合考虑抗震和抗风、消防以及扭转四个方面的结构问题。

（1）抗震结构：抗震结构一直是高层建筑结构设计的重点和难点，因为高层建筑的结构比较复杂，在加上有的设计人员不能灵活地利用设计原理，抗震结果的计算不够准确，最终导致抗震结构设计方案不够完善，使高层建筑在使用中的抗震效果不是很好。

（2）抗风结构：高层建筑由于高度太高，很容易改变风在建筑表层的流动性以及空气的动力效应，使高层建筑的薄弱环节产生震动，破坏高层建筑的外部造型以及稳定性。为了提高高层建筑的稳定性，我们有必要完善高层建筑物的抗风设计。

（3）消防设计：对于人群集中的高层建筑，消防设计是一个重点，并且我国相关的建筑规章制度中明确提出，高层建筑必须要有科学的消防设计。但消防设计中遇到的难点有：使用的材料具有较高的易燃性、排烟比较难、居住人口较多、不易疏散等。

（4）扭转问题：在高层建筑结构设计之中，要达到三心合一的要求，即建筑结构的结构中心、几何形心和刚度中心要尽量重合。因为如果三心没有合一，会导致建筑物发生扭转的现象，严重破坏建筑结构。

3 高层建筑结构设计的应对措施

3.1 不断完善抗震结构的设计方案

要想完善高层建筑的抗震结构设计，必须从以下几个方面入手：一是合理设置抗侧力结构，以加强建筑结构的稳定性和连续性；二是提高剪力墙的性能，因为剪力墙的性能关乎到建筑物在地震的情况下能否较好地减轻地震对建筑物结构的损害；三是加大桩基础的埋置深度，以加固建筑物的基础；四是简化建筑物的结构，保持对称，除此之外，还可以对建筑物进行一体化设计，提高整体结构的连续性，加强抗震效果。

3.2 不断完善抗风结构的设计方案

完善抗风结构设计方案可以从加固基础和减小风力的影响这两个方面进行，要想做到前者，就要加大桩基础的埋置深度，而达到后者的做法是增设耗能结构，这样一来可以减小风力效应对建筑物的损坏。除此之外，还要加大高层建筑的抗风能力和结构承载力。

3.3 不断完善消防设计

对于高层建筑物来说，消防设计是非常重要的。消防设计的水平不仅决定了高层建筑的使用性能，还牵扯到群众的生命安全问题，所以在这个问题上，我们必须严肃对待，尽量做到最好。在消防设计上，我们首先要关注消防结构的距离，要按照相关规定进行严格地控制。为了提高建筑物的防火性能，我们可以适当地加大耐火和防火材料的使用量，尽可能地降低易燃材料的使用量。另外，疏散系统也是完善消防设计的一个途径，因为很多建筑都是因为疏散系统不够完善最终造成悲剧的。疏散系统的最好设计是让其呈垂直状态，这样一来，就可以保证疏散的效率。除此之外，还可以适当地添加避难层、耐火区等具有特殊防火功能的区域，全面提高高层建筑的消防能力。同时，还可以在高层建筑中设置独立的隔离结构，是为了在火势较大的情况下，为无法逃生的人员提供隔离区域，控制火势的蔓延，以争取救援的时间。

3.4 合理的进行平面布局

三心合一是高层建筑的结构要求之一，这个标准的提出是为了避免高层建筑因发生扭转问题对建筑整体造成损害，所以在设计过程中要谨遵这个要求，具体做法是在高层建筑中尽可能地选用比较规则、分布比较均衡和简单的平面图形，比如矩形、正方形、正多边形、圆形等，要极力避免使用十字形、T型、L型等比较复杂的平面图形。如果出现特殊情况，要根据现有的相关规范对其进行合理的设计，但仍要保持一个结构原则，那就是“保持对称”，因为一旦有某个结构过于突出，会影响到其他结构的稳定性。

4 结语

虽然近年来，我国高层建筑的发展速度很快，但在质量上来说，其情势不容乐观。所以，迫在眉睫的是提高高层建筑结构设计的水平，不管是抗震结构设计，还是消防结构设计，或是基础的加固，设计人员都要综合考虑到各种因素，并切实掌握现实情况，及时掌握国内外高层建筑结构设计的最新动态，做到能够灵活利用设计知识，不断地在实践中积累经验，设计出合理科学的结构方案，使高层建筑安全舒适。

参考文献：

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中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

一、高层建筑结构设计的特点

（一）水平荷载起着决定性作用

在高层建筑中水平荷载成为结构设计考虑的决定性因素。一方面，高层建筑物多在十五层之上，其自身重量会与使用荷载会导致结构中竖向构件产生轴力。而高层楼房自重与楼面使用荷载在竖向构件中引起的轴力与弯矩的数值和楼房高度只是呈一次方正比。另一方面，根据力学原理，风荷载、地震作用等水平荷载的大小与结构的动力特性有密切关系，对结构产生倾覆力矩在构件中引发的轴力与楼房高度则呈二次方正比。对此，高层建筑结构设计过程中应注重水平荷载问题，以保证高层建筑整体高度与弯矩值成正比。

（二）结构侧移是重要控制指标

在高层建筑结构在设计中，结构的侧向位移会在水平荷载作用下以及新材料、新建筑形式的应用下随着建筑物高度的增加而不断增大，出现侧向变形的几率也会增加。如果结构的侧向位移控制不好，很可能会使填充墙等建筑装饰出现开裂，甚至会发生房屋侧塌而危害人民的生命财产安全，所以高层建筑结构设计中应注重将高层建筑结构的侧向位移控制在合理的限度内，以保证建筑物质量安全。

（三）结构延性尤其重要

由于高层建筑物结构相对更柔和，在发生地震或者地基不规则沉降时会增加结构变形的几率，也会使结构变形更大。对此，高层建筑单位应在结构设计过程中应注重对构造采取适当的措施，以保证结构能够具有足够的延性，从而有利于使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍能够具有较强的变形能力。同时，高层建筑结构设计还应考虑地震荷载，注意加强抗震设计，以保证高层建筑结构具备良好的抗震性能。

二、现阶段高层建筑结构设计应注意的问题

（一）高层建筑结构超高现象严重

我国高层建筑结构设计的高度具有严格的控制，且抗震规范与高层规程已制定了新的限制高度与设计方法要求，分为A级高度与B级高度两个标准。但目前高层建筑结构设计过程中超高问题比较普遍，存在不少高层建筑结构设计没能严格遵守国家规定的结构体系最大适用高度，而是忽视抗震规范高度限制与高层建筑处理措施和设计方法的要求变更，使施工图纸审查没能得以通过，从而导致建筑工程工期与造价等造成巨大的影响。

（二）短肢剪力墙的设置问题

目前我国高层建筑设计规范对于短肢剪力墙已经作出明确的定义与新的规定，对于短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用也提出了具体的要求。但现实中，存在不少高层建筑单位在结构设计过程中没有注重减少采用或者不用短肢剪力墙，造成建筑工程后期设计工作出现麻烦，也为建筑工程竣工质量检验造成问题。此外，我国现行高层建筑结构设计中的抗震设防标准相对较低，具体的抗震计算方法不够精确、构造安全度也不够高，使得结构失效损失加大。

（三）地基与基础设计不标准

高层建筑结构设计的地基与基础阶段的设计好坏对工程后期设计以及整体设计工作的进行产生重要的影响，也是高层建筑工程造价的决定性因素。倘若高层建筑没有做好地基与基础设计，所造成的问题很可能会导致巨大的损失。地基与基础设计需要根据高层建筑结构设计所在地形、地质条件以及当地的经济状况等，但在实际工作中，有的高层建筑结构设计单位没有对施工当地进行深入调查与了解，不能熟练掌握各种地基基础类型与设计处理方法，使得地基与基础设计不能达到国家规定的标准，从而很容易导致后期工作难以顺利进行。

三、提高高层建筑结构设计水平的措施

（一）进行科学的概念设计

在高层建筑结构设计过程中应注重考虑结构的平面布置与刚强度，应根据建筑具体情况使高层建筑的平面布置简单而规则，尽量减少凸出或凹进等复杂结构。同时，可以通过进行科学、合理的概念设计促进设计方案更合理化与人性化，增加结构自身抵抗扭转的性能与减少因为地震作用引发的建筑结构扭转问题，从而使结构设计工作更完善。

（二）建立合理的结构体系

在高层建筑结构设计工作中选择合理的结构体系很重要，设计师应根据建筑工程的实际要求与当地人文环境等进行科学、合理的结构体系选型。现阶段我国高层建筑结构设计体系多采用简体结构体系、框架结构体系、抗震墙结构体系、板柱—抗震墙结构体系、框架—抗震墙结构体系等，每一种结构体系都有优缺点，其适用环境也不相同，设计师应在建筑工程具体要求与理论和计算方法的基础上，进行科学、合理的结构体系，以保证高层建筑结构的安全性、经济性以及可靠性，从而有效提高建筑工程的质量与安全。

（三）加强结构构件设计

首先，高层建筑结构设计单位应注重合理增加抗弯结构体系的有效宽度，调整结构的抗侧刚度。通过增加抗弯结构的宽度可以增大抵抗力度，有利于减小抗倾覆力，从而有效提高整个建筑结构的抗侧刚强度。其次，可以根据高层建筑工程实际情况采用框架与剪力墙组合而成的结构体系，即框架—剪力墙结构体系，这样不仅可以承受更高的水平负载力，而且经济实用、布局灵活多样，从而有利于延长高层建筑的使用寿命。

（四）进行科学计算

在进行高层建筑结构设计过程中，设计师科学、准确地进行各类数据的计算是不可避免的。设计师应注重结合高层建筑结构的实际具体情况选取合适的计算模型，并注意在进行概念设计时尽量简化计算过程，从而有利于保证设计工作的时效性。随着各种专业计算机软件与工具的广泛应用，设计师需要熟悉掌握其操作流程，从而可以在将各种实地测量数据输入到系统后短时间内计算出所需的各种专业数据，不仅可以提高设计师的工作效率，而且增强了设计方案的准确性。

四、结束语

总之，随着我国高层建筑事业的快速发展，高层建筑结构设计要求越来越高。在结构设计过程中不仅需要考虑建筑工程的具体情况，而且还得需要考虑建筑的安全性、抗震性、经济性等。对此，设计师应不断应用新的理念与方法、积累良好的经验，以最大限度提高高层建筑结构设计的合理性、安全性、经济性与可行性。

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中图分类号：TU208 文献标识码： A

引言

我国向城镇化迈进的同时，高层建筑开始了快速的发展，建筑的类型，规模与功能更加复杂化，在建筑的结构设计中，充分体现出了多样化、理想化的发展优势。建筑结构设计的多样化，不单单是和建筑物的审美价值、功能价值不可分割，还与建筑物本身的安全可靠与舒适性能等各方面性能紧密相关。对建筑结构的设计进行优化、完善等工作，在高层建筑的建设中起到重要作用，对于建筑的综合性能也具有深远影响。

一、高层建筑结构的特点

高层建筑结构在自然的作用下，受到许多因素的影响和考验。高层建筑物最显著的特点就是楼层多，建筑物本身较高。因此，在高层建筑的结构设计中，水平力是决定性因素，侧移是重要的控制指标。高层建筑物在承受垂直方向产生的重力荷载的同时，还要受到自然风引起的水平方向的压力和自然灾害的影响，比如地震。地震对高层建筑的影响一般较大，对高层建筑结构的承载力有较高的要求。低、多层建筑结构受风荷载的影响较小，但是风荷载对高层建筑的影响很大。对高层建筑产生影响的外界因素主要包括地震灾害和自然风引起的水平方向的荷载。当建筑物增加高度的时候，高层建筑上部将会发生不同程度的摆动位移，并且随建筑高度增加而加大，过大的侧向位移不但影响居住者的舒适度，还会使建筑物的使用寿命与信誉受到影响，甚至对建筑的地基和结构造成破坏。因此，在进行高层建筑结构的设计工作时，设计人员要考虑到建筑由于水平方向载荷引起的侧移，并控制侧移在规定的限度之内。

二、高层建筑结构设计中存在的问题

1、结构设计的侧移变形问题

目前，为了节约有限的土地资源，高层建筑已经成为现代建筑发展的一种趋势。高层建筑的水平荷载比较大，并随着建筑高度的增加而增加，在一些因素的作用下，高层建筑就会发生一定的变形，使建筑的安全性大大降低。因此，在建筑结构设计的时候，我们要提高建筑的强度，使它具有良好的强度和刚度，有效控制侧移变形的发生。

2、高层建筑结构设计中的抗震方面的问题

因为抗震结构的设计是整个高层建筑设计中较难实施且相对薄弱的部分，而高层建筑本身具有的复杂性，使得地震一旦发生，就会出现许多不确定因素的影响，和不和估量的破坏，因此建筑结构的设计人员在进行建筑结构设计过程中，绝对不能忽视地震发生所带来的巨大破坏性，必须掌握一定的减震、避震的原理。不仅如此，设计人员在设计过程中必须对抗震参数进行精确的核算分析，确保抗震结构设计的数据无误。高层建筑进行结构设计如忽略地震结构的重要性，将造成建筑结构在抗震设计方面失效，并且降低建筑结构的使用寿命，甚至威胁到高层建筑居民的人身安全和财产安全。

3、高层建筑消防结构设计不够规范合理

高层建筑的结构设计是非常复杂的，因为其功能的多样化，就要求其内部结构设计的多样化。不同的结构设计又会需要不同性质的材料，这也给高层建筑的设计带来了障碍。换言之，材料的可燃性会加大火灾的风险，特别是在风力较大的高层建筑中，一旦发生了火灾，就会迅速扩张火势，对高层建筑的安全性造成了极大的威胁。此外，高层建筑的层数越多，越应该充分考虑到高层建筑材料的特性。

三、高层建筑结构设计问题的解决措施

1、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。

2、于地震方面的设计，主要是要优化抗震结构

抗震问题，在高层建筑结构设计中的地位是不可小觑的。高层建筑本身的高度，使得其建筑要求较高，要优化设计建筑结构的构件位置，使得结构压力均匀分给每个构件，不会出现承压不均而导致地震时的严重破坏。对于非结构构件也要考虑其材料的安全性能。高层建筑的地震结构设计，最重要的是对地基的选择与设计，地基是建筑的根本，一旦发生破坏，上部结构将无所依靠。因此在进行结构设计时，必须重视地基的设计，优化其抗震能力，设计出既节省材料又安全可靠的地基。以确保建筑物有足够的强度和刚度抵抗地震的危害。在确保地基的强度后，还要考虑剪应力的问题，采取强柱弱梁、加强梁柱节点抗震构造措施、设置抗震墙等措施来抵抗水平剪力。建筑物在此基础上还要考虑对称性和稳定性，尽量减少地震灾难的影响。

3、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。

4、抗风方面的问题，对策是优化抗风结构

抗风结构设计要综合考虑多种因素，确保建筑物的抗风能力。抗风结构中对其结构进行基础的设计时要保证在风荷载作用下的稳定性。确保地基稳固的重要性不仅在抗震中有所体现，对抗风载也起到重要作用。减振体系在高层建筑中的应用受到广泛欢迎，减震系统可以减少风荷载对建筑物的影响，减振系统的选材将起到巨大作用，因为有些阻尼材料的应用将大大提高高层建筑的抗风能力。要严格按照规范设计抗风结构，采取措施减小风力在建筑物上的叠加和增强，优化结构设计，以减小普遍且危害颇多的风压破坏，为建筑物的安全性能提供安全保证。

5、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。

结束语

高层建筑相对于其他建筑而言更加复杂，所以在设计过程中，设计人员考虑问题时应更加的全面、系统。另外，设计人员应该充分了解高层建筑的结构设计特点，熟悉并遵循其设计原则，还要善于发现问题，及时提出解决措施，有效地规避风险。高层建筑的安全性是十分重要的，因此，设计人员除了要加强自身的专业技能外，还要积累经验，不断地进行创新和突破。只有这样，我国的建筑行业才会稳步发展，才会有利于我国社会主义的发展。

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Abstract: with China's rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems.

Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis

中图分类号 : TU3文献标识码： A 文章编号：

引言

随着我国经济的快速增长，城市规划用地日趋紧张，发展高层建筑是城市未来的趋势。高层建筑坚实的物质基础是随着科学技术进步和经济发展带来的。如今建筑功能的的多样化使人们提出了更多和更复杂的要求，出现了许多复杂的不规则的高层。在建筑行业内部有些人员忽略了其结构设计的根本所在，有些设计人员过分依靠设计软件，盲目的生搬硬套，造成建筑结构设计无法一次性完成。所以，本文对建筑结构设计、计算分析等问题深入的进行一次分析探讨，希望能对建筑结构设计的同行起到积极的作用。

1、高层结构方案的设计

现在许多建筑结构工程师太多依赖结构设计软件，对设计软件的结果盲目的生搬硬套，结构工程师对结构的体系、结构的布置符不符合规范，或者算出的信息和实际的情况是不是一致，是不是真实可靠都只是用结构计算软件来设计和计算，虽然能设计和计算出一个结果，但是这些的结构设计结果是需要设计师来判断正确与否的，这就需要结构工程师自身有较高的结构水平、对软件的深入了解以及对规范的熟悉程度。

在实践中，设计人员的建筑设计方案和结构设计是相互协调、相互影响的，在初步设计之前做的工程项目来设定一个总体方案是概念设计的目的，根据使用功能、设计意图、现场的建筑条件、材料的来源以及业主对项目资金的使用等许多方面因素的要求，这样对下一步的设计、施工和维护使用能做到又快又省力。根据高层建筑结构的自身特点，比如设计施工比较复杂或者对施工技术要求比较高，投入资金又很大，加上地基结构的特殊性，这样结构的优化设计并不能带来综合经济效果的最优化，例如在高层建筑的深基坑支护设计施工过程中，直接放坡不需要用支护来设计的结构方案是比较经济的的方法，但是后果可能会出现深基坑变形和变大，造成施工工期延长导致资金回报慢一些因素，第二，选择一个适合的结构设计体系也是要在建筑结构概念设计过程中解决好的问题。目前来说，高层建筑结构体系分几种类型：①剪力墙结构；②框架结构；③框架剪力墙结构④框架核芯筒结构；⑤筒中筒结构；在这么多的结构体系中，让设计师们可供选择一种或几种结构体系用来备选，在建筑结构概念设计时确定。透过建筑结构的计算和各个方面的技术经济比较确定最为经济合理的结构设计体系。

2、高层建筑结构设计分析

2.1、模型的计算

建筑结构设计的重要内容之一是结构分析，通过计算来确定结构在各种作用下的效应，研究的结论要能说明和评估真实结构在预设作用下的效应。结构的安全性、经济学和实用性是否科学合理都是通过结构分析来确定的。结构分析的重中之重都是在于通过模型的计算分析来确定的，它包含理论的计算、合理的选择计算简图，这是研究分析结构的基础和重点。

在实际中，不管模型分析是哪种，都无法完全精确的描述其真实的结构，都是在实际的结构中取一定程度的近似值。通常情况下，建立模型结构分析时，都会用一些假定，比如结构材料均质连续都是假设的，这样的假定对结构宏观力学性能不会产出明显的误差，整体的性能的效应都是主要结构构件参与的。但是次要构件与非结构构件对性能的影响都是假定忽略了，就是说忽略了结构中作用较小构件的刚度，通过假定，根据构件在结构整体性能中应发挥的作用来进行确定是否能忽略，可以忽略相对和对主体影响较小的变形。

2.2、理论计算

建模是计算理论的一个重要组成部分，对建筑结构设计的研究理论计算分为两种：①线性理论；②非线性理论。其中以第一种线性理论比较成熟，是目前结构工程师们对建筑结构设计时普遍运用的一种计算理论。在结构设计的承载力状态中，极限和正常使用极限状态都是普遍常用其中。非线性计算理论又分为两种：①材料非线性；②几何非线性；第一种是材料、构件以及截面的本构关系。比如荷载与位移，弯短与曲率，应力与应变等等都是非线性的，对于几何非线性，通常都是结构变形产生内力的二阶效应造成荷载效应与荷载之间出现的这种关系。

在选择两种计算理论的分析时还是要根据项目的具体情况而定，通常采用线性计算理论分析，因为在一般建筑结构设计时，使用其分析比较简便。不过在遇到建筑结构跨度大，或者超高层建筑结构设计时，二阶效应会使结构变形比较大，所以还是要采用非线性计算分析。

2.3、建筑结构设计的方法

在建筑结构设计时，解析和数值是结构分析时采用的两种数学方法，通常简单的结构模型求解中适用于此方法，但是遇到建筑结构复杂，一个数学模型不能被很多建筑结构抽象成一个可以用连续函数表达，并且边界条件也无法用连续函数表达的情形下，这样就不能选择运用这个方法，所以在此情形下就要用数值法求解，数值法又分为有限条，有限单元，有限差分等方法，就目前来看，应用较为广泛是有限单元法，方法原理是将建筑结构拆分一个有限单元组合体，这样方便剖析真实的建筑结构和模拟，一般情形下可以模拟几何形状复杂结构解析，单元可以按照不同的连接方式组合在一起，但其本身有可以有不同的几何形状。在建筑设计时，结构工程师对于有限单元结构分析的常用软件有ETABS，PKPM，SAP，ANSYS等系列。

2.4、建筑结构概念设计

建筑概念设计是在研究设计方案过程时，通过我们自身具备的经验基础，选择和布置好结构体系，能准确把握好其结构特性，能保证在预期的范围内把结构在预设的各项作用下控制住，其中的内容包含：①结构选型，②结构平面，③竖向布置，④结构侧向刚度控制，⑤温度作用考虑等。概念设计是结构工程师必须掌握也是很难完全掌握的能力之一，在普遍运用计算机设计的今天，概念设计理念对于判断结构设计的计算结果的合理性，正确性有很大的作用。

2.5、建筑结构总体布置

我们通过选择合理的结构体系以及较好的结构布置，使建筑结构设计更加合理科学。往往完美的建筑设计方案的效果也都是需要结构不断的想办法去实现的，但是有很多的建筑方案有时候会要求结构牺牲安全性和经济性去达到建筑的美观效果，我们应该深入去分析结构的安全性，原则性的问题绝对不能迁就建筑，以防止造成结构功能和安全上的问题。结构布置要全面考虑以下几个因素方面:

⑴、控制结构的侧向变形

建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。

⑵、平面布置

平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。

⑶、竖向布置

为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。

⑷、缝的设置和构造

建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缠把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。

三、小结

高层建筑混凝土结构设计是一个复杂、漫长、重复的过程，如果不想让整个设计过程中变得更复杂或者设计出的结果造成不安全的因素都必须要仔细和有耐心，不能出现遗漏和错误。总之，作为结构工程师，我们要从自身做起，要求自己严格按照规范规定进行设计，有时候也要拒绝和不能妥协业主方、投资方提出的无理要求而进行违规操作设计，负责任、认真的工作态度加上日积月累的设计经验都是成为优秀设计师的结构工程师，只有在不断学习，不断总结经验，对我们自己设计的每一个项目做到负责任的精益求精，才能真正把结构设计做好，成为一个优秀的结构工程师。

参考文献：

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中图分类号：TU208文献标识码： A

前言

城市建设步伐的加快同时增加了高层建筑的发展，高层建筑具有层数高、高度高的特点，在实际施工的过程中，需要综合对其结构设计进行考虑，因为结构设计的科学与否直接影响到日后高层建筑物的养护与维护，高层建筑物的结构设计要本着科学、合理、安全、高效等原则，不仅能够为人们提供使用上的便利，而且也要体现出一定的安全性能，发挥抗震、抵风等方面功能与作用，只有这样才能体现出高层建筑物的优势和优点，才能有效发挥其功能和作用。

1.高层建筑结构设计的特点

和一般建筑结构设计来说，高层建筑结构设计要求的专业性更强，对于不同的结构的体系，影响建筑平面的布置、楼层高度和立体的面积等，而且还可以影响建筑工程造价的高度，其结构的设计特点主要包括：

1.1、水平力设计

在一般的建筑结构设计的过程中，以重力为代表的竖向荷载控制着建筑结构的设计，但是在高层建筑结构设计的过程中，竖向荷载对结构设计有着很重要的影响，而水平荷载起到了决定性的作用。这主要是因为楼面和建筑结构的自重在结构竖向构件中的轴力和弯矩数据，仅仅与建筑结构的高度有关，成正比例关系；与建筑结构的倾覆力矩、竖向构件上的轴力等，与建筑的高度的二次方成正比。另一方面，对于一定高度的建筑物来说，竖向荷载一般为定值，而水平荷载中的风荷载和地震作用，随着结构动力性的变化而变化。

1.2、抗震设计

高层建筑结构在设计的过程中，往往需要考虑的是结构的抗震设计，而抗震设计除了需要考虑正常使用状态之下竖向荷载恶化风荷载之外，还需要使得结构具有良好的抗震的性能，在发生地震的时候，可以将建筑受损降低到最低。

1.3、轴向变形设计

高层建筑物的轴向变形设计常常需要采取框架体系和框架，也就是说剪力墙体系。在高层建筑结构中，框架中柱的轴压应力一般比边柱的轴压应力还大，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当楼层比较高时，这种轴向变形的差距将会拉大，其后果相当于连续梁中间的支座下沉。

2.高层建筑结构设计中存在的问题

2.1、楼层平面刚度的问题

当前的高层建筑结构设计中的一个常见问题便是楼层平面刚度的问题。一些高层建筑结构设计人员缺乏必要的结构观念或者在布置建筑结构时，没有采取必要的措施，采用的是楼板变形计算程序。我们知道，程序变成在数学力学模型上尽管是成立而，有时甚至是准确无误的，但作为计算的前提是，无法确保计算结果的准确，其程序计算也就不再具有意义了。因此，按照这种结构设计的方式进行结构的设计，肯定会存在这样或者那样的问题，导致结构的不安全或者某些构件的不安全因素增多。

2.2、建筑结构超高层的问题

高层建筑在建设施工过程中容易出现高度超标的问题，凡是超过规定科学标准的高层建筑，无论在结构稳定性、建筑安全度，还是抵御自然灾害能力方面都会受到负面影响，一些建筑施工企业无视高层建筑超高问题，对高层建筑实行无限度增高，面对这一问题，相关部门必须须出台一套科学的法规制度，科学规范高层建筑的高度，当前的高层建筑高度从起初的A级上升到了B级，而且对应的高层建筑的设计模式也得到了发展和更新，当前的高层建筑高度设计必须严格依照国家相关法律法规规定进行科学控制，同时也要将其抗震性能"防火性能等纳入考虑范围。

2.3、连梁超筋的问题

在框剪结构和剪力墙结构中连梁超筋非常普遍，造成连梁超筋的原因是计算剪力不能够达到减压比的要求，一般来讲剪力墙的墙肢通过连梁组成一个整体，从而让剪力墙拥有比较大的抗侧刚度。在剪力墙发生形变的时候，连梁此时就会承担很大的弯矩和剪力。连梁会最先开裂，这也正是连梁在地震时起到的保护，连梁超筋会造成连梁不能把保护作用发挥到极致，连梁超筋一般都分为几种情况；平面中的墙段过长，其中容易发生连梁超筋和墙面的强制平面长度大小均匀。

3.提高高层建筑结构设计的措施

3.1、平面和立面的选择

（1）在结构设计的过程中，尽可能的把结构的刚度、几何恶化结构中心设计在一个点上，如果不能达到这个要求，那么就会影响后期的施工，最主要的还是扭转问题。扭转问题是指由于水平荷载力的因素，结构发生振动扭转效用，可能会对结构产生危害。

（2）在对平面和立面选择的时候，平面应该避免复杂、尽可能的做到对称、规则和简单。相关的数据结果显示出来，结构如果不对称，则可能影响其稳定性，在结构的凹凸拐角处，可能产生比较大的损害。

（3）对于完全对称的高层建筑结构，同样需要注意凸起部分的比例问题，比例一定要符合设计的要求，不能够太大，也不能够太小，在发生问题时，可允许采取一定的补救措施。而在竖向布置方面，刚度应当连续而且均匀，不能出现结构上的软弱刚度突变的情况。这主要是因为刚度突变是剪力墙被切断导致的。总的来说，不能一味追求建筑的新颖设计，而忽略建筑的安全设计。

3.2耐久性的优化设计

在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证高层建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常使用要求但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降；对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高和在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。

3.3、准确设置参数

现代建筑建模基本都使用计算机设计软件来进行，软件进行建模方面快捷，但是有一点非常的重要，那就是对于参数的设计，参数的正确与否直接会影响到最后建模的正确。一般来说不要随意地修改系统参数，在对参数进行修改时一定要注意参数的准确性，有些参数在同一系统里可能并不是所有地方都使用，例如在砖混结构里正确的参可能就不用于框架结构的计算，在参数进行设置的时候，一定要注意不同结构里参数的不同。对于使用计算机建模，必须要求使用者对计算机运行的情况和软件的工作原理非常了解，一方面可以使使用者更好地利用计算机解决问题，另一方面有时候计算机也可能会出现错误，设计人员一定要能够自己进行手动的核算，对结果进行仔细地检查，避免设计出现较大的错误。

结束语

对于高层建筑的结构设计，首先要考虑的是其与多层建筑设计的不同。在高层建筑中起到控制作用的是风和地震作用的水平荷载，已不再是竖向荷载，设计者在进行设计的时候要遵循高层建筑的设计原则，充分考虑到影响施工各方面的因素，然后根据具体的情况，进行建筑结构选型等操作，在建立初步的设计方案之后，要根据整体的情况进行分析，最终确定最合理的方案。

参考文献

[1]杨军科,王小军.有关高层建筑结构设计问题及对策的探讨[J].山西建筑,2014,02:43-44.

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0、引言

随着城市化进程的加快，高层和超高层建筑数量不断增加，在满足城市发展需要的同时，也在一定程度上对建筑结构的可靠性、安全性、持久性以及安全性提出了更高的要求。由于建筑结构直接关系到高层建筑的整体性能及使用功能，因此在设计过程中必须对之予以重视。在实际的设计过程中必须通过多种技术手段，从多个途径突出混凝土建筑结构施工的整体效果。

1、复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制因素

建筑载荷的选取是建筑结构设计的首要工作，对于大多数高层建筑而言，可以根据建筑结构设计载荷规范中的相关要求予以确定。其次则需要对其他的建筑结构设计影响因素进行分析，确定对应的结构设计措施。

1.1 风载荷

对于复杂高层与超高层建筑结构的设计，由于其高层容易受到风载荷的影响，尤其是一些超高层建筑，其主要控制的因素就是风载荷。例如，台北的101大楼设计过程中，不但参考了当地的相关设计规范，而且还委托加拿大相关设计公司进行了相关的风洞试验，以提高该建筑的抗风载能力。在试验过程中，设计了一个以1：500为比例的模型在半径为600m的风场环境中进行试验，验证建筑在不同风况下的受力情况。

1.2 地震力

对于地震力的预测，当前的技术条件存在一定的限制，难以对之进行准确预算。即使对地震有深入研究的日本，以无法准确的预算地震的发生时间、地点。所以，高层建筑设计过程中尤其要注意抗地震力的设计。同时，还需要考虑建筑主楼、裙楼在地震力作用下的不同反应。

1.3 地基基础

对于复杂高层建筑与超高层建筑，地基基础发挥了十分重要的作用。在实际的施工过程中药根据不同的地基形态采取稳定性强的地基结构。例如，对于深厚的软地基，高层建筑地基必须选择使用桩筏基础或者桩箱基础。同时，可以根据实际的地质情况采取对应的基础措施：使用深度不大的年轻岩基，通过将现浇混凝土桩基深入岩层中的方式为建筑提供基础支撑；对于深度较大的岩层，例如在地面100m以下，可以利用岩层上层常见的层状冲积土，使用框格式的地下连续墙为建筑提供基础支撑；对于地下基层条件较好的地层，可以采用筏形基础即可。在地基设计过程中，应该根据不同的地质情况选择对应的组合式基础方案，最终确定一个技术经济性最高的方案。

1.4 建筑功能使用需求

所有的建筑都是以满足其使用功能需要而建设的，因此建筑结构设计必须以此条件为基础，这是一个不能忽视的问题。在设计过程中，需要考虑到建筑的艺术性、使用功能需要以及经济性等多个方面的要求。同时，在设计时还必须保证所设计的结构能够在既有施工技术条件下实现，而且保证当前的建筑材料必须达到设计使用需求，这是建筑结构设计需要控制的一个重要因素。

3、复杂高层与超高层建筑结构设计策略

3.1 合理减小框架中的柱距与梁距

（1） 减小柱距

建筑框架是将梁、柱通过刚性连接的方式组合而成的刚性体系，整个结构体系的抗推刚度受梁、柱截面与数量的直接影响，通过减小柱距能够有效的提高整个结构体系的刚度。

（2） 减小粱距

通过增加框架中梁的数量，不但可以减小框架在载荷作用下的总变形，而且还可以增加柱子在轴力作用下形成的力偶，使得其能够更好的抵抗结构体系的总力矩。

3.2 充分发挥梁柱的组合效果

通过简单的减小柱距、梁距，虽然能够在一定程度上达到提高框架体系抗推刚度的目的，但是不能从根本上改善框架的整体效能。这时结合增加梁、柱数量的方式，不但能有效增加框架的整体抗推刚度，而且还能够提高框架的抗风载荷能力。

3.3 采用弯一剪双重结构体系

弯一剪双重抗侧力结构体系，就是指通过采用弯曲型与剪切型两种不同变形性质的构件形成一个完整的结构体系。两种不同类型的构建通过在各个不同楼板中联系起来进行协同工作，明显减小了整个建筑结构的顶点位移与下部各楼层的层间位移。

（1） 框一墙体系

在水平力的作用下，单独的框架整体变形是典型的剪切变形，其上部层间侧移相对较小，而下部的层间侧移则较大。而单独的剪力墙则是弯曲型变形，其层间侧移为上部大、下部小。在采用框一剪双重体系之后，可以将各楼层楼板联系起来，使得框架与剪力墙能够协同承受载荷，从而确保了框架与剪力墙变形的一致性，提高了结构的抗载荷能力了。

（2） 框一撑体系

合理设计的框架一支撑体系同样可以收到与框一墙体系相当的效果，即最终达到减小结构顶点侧移与最大层间位移的目的。

（3） 筒中筒体系

筒中筒体系的构建原理与上述两种结构体系类似，但是其起到的结构增强效果更好。

3.4 合理设置刚臂

对于建筑平面是方形布置的高楼，当采用芯筒一框架体系时，因为大部分的侧向力是由芯筒来承担的，这使得整栋建筑的侧移曲线基本上是由芯筒的变形直接控制的。在水平载荷的作用下，芯筒以弯曲变形为主。同时，由于芯筒的平面尺寸还受到建筑的竖向服务性设施面积影响，直接造成了芯筒的高度与宽度比值较大的问题。为了达到减小建筑结构侧移的目的，可以在高层建筑中每相隔十来层布置一个设备层，在其中添加桁架，形成刚臂。这样将能够使得芯筒与的框架柱连接为一体，使得结构的外柱也可以参与到结构的整体抗弯体系中，有效的一直了芯筒各个水平截面，尤其是顶部截面的倾斜，有效减少了建筑各个岛层建筑结构的侧向位移。

结语

复杂高层与超高层建筑设计过程中，结构设计是影响综合性极强的工作，尤其是在满足建筑使用功能需求的同时，还要满足高层建筑的建设环境需要，通过全盘考虑的方式采取严格的设计措施和设计途径，基于建筑混凝土整体结构设计的多项要求，提高建筑结构的整体稳定性。除此之外，还必须重视施工过程中的材料选择控制，例如钢筋的合理配置等。另外，还必须考虑施工现场的运输条件以及养护作业技术水平等，确保施工条件能够有效的支撑起建筑的结构设计体系，使得建筑结构体系达到对应的要求。

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一、高层建筑结构设计的原则

1、计算简图的选择要适宜

在高层建筑的计算简图中有大家公认的一个原则，在各种方案选取的时候必须除去个人的主观意见，综合各方面因素来选择一个最为合适的设计方案，方案的选取与工程的整体机构安全有着直接的联系。无论对于哪一项工程来讲，只有在计算简图的基础上才能进行建筑结构的初步计算，因此我们可以看出对于选取合适的计算简图是极为重要的。众所周知，再精准的计算与设计，误差在施工的过程中都是不可避免的。实际上，在工作中误差是可以存在的，只要我们把误差的范围合理的控制在一定的标准之内，那么误差对于工程的整体质量就不会产生很大的影响，因此需要我们更加精确的来计算简图，保证与实际误差相差较小。

2、基础方案的选择

不能因为工程的需要而使周围的环境遭到破坏，以至于周边环境的生态平衡遭到破坏，是现在设计的一个环保性特点。任何一个工程都必须以环境为中心来进行设计和施工，使工程能够很好地融入到自然中，使生态环境平衡和谐共存。在进行基础方案的设计时，首先要把各个方面的相关因素每一项都要进行考虑，把每一方面的因素都要综合起来，然后对工程的整体进行一系列的评估来考虑其经济性，接着进行对设计方案的正式审核，最后再进行施工，在施工过程中始终要以可持续发展为中心的理念进行施工，那么工程的质量定会有一定的保障。

3、结构方案的选择

由于高层建筑的结构特点是很复杂的，在施工时我们要对各个方面的问题进行考虑，例如线路的安排，供水问题等每一方面我们都必须要考虑周全。在结构设计方案中有一些重点考虑的部分，例如：周围的施工环境、材料的选择要求、抗击自然灾害的能力。我们必须要严格遵守原则：水平和竖直。结构方案不只是施工单位一方面的事情，使用方和施工单位要意见达成统一，在设计中和以后的发展方向上要仔细详细的展望，为了选择更合理的结构设计方案，能够最大限度的达到预期的目的。

4、对计算结果准确的分析

现在，计算机技术的进步使得计算机技术在高层建筑的结构设计中能够进行应用，但是不同的计算机软件有可能导致计算结果出现一定的偏差，因此对计算机软件的计算结果需要我们进行准确分析和把握。那么进行建筑结构设计的人员必须在结构设计方面有充分实际的技能，还要充分的了解所应用的计算机软件，因此才能对计算机结果进行客观而准确的分析。基于计算机软件的不完善性，软件可能存在缺陷，计算结果有可能会使得计算结构与实际情况存在一定的偏差，出现偏差时要求结构设计人员对计算结果进行判断，在设计中做出一定程度的调整，来适应结构设计的要求。

二、当前高层建筑结构设计中出现的问题

随着高层建筑的不断兴建，我国很多高层建筑的结构设计中都暴露出了一些问题，对高层建筑的建设带来了不利的影响。

1、对高层建筑抗侧力结构的设计

与多层建筑相比，高层建筑在高度和层数上都有一个明显的突破。从结构设计的角度，高层建筑与多层建筑在设计方法以及设计原理上基本是一致的。两者的区别主要体现在水平荷载作用，高层建筑的结构材料必须能够抵抗更大的水平荷载，对于高层建筑特别是带高位转换层、多塔楼和大底盘的高层建筑，都很容易在抗侧力结构上出现问题。

2、高层建筑地基基础设计的问题

高层建筑的地基基础设计要求很高，有很多高层建筑的地基基础设计没有对荷载进行全面的考虑，在进行局部填土、隔墙设置等都没有对荷载偏心的影响进行考虑。在地基基础设计中，没有进行冲切、抗剪和抗弯的处理。

3、高层建筑在轴压比的控制上的问题

轴压比的限制比在高层建筑中有着严格的规定，很多高层建筑的设计难以满足轴压比的规范要求，很多构件的截面受到了限制。轴压比的限制对高层建筑的质量会产生很大的影响。

4、高层建筑对连梁的结构设计

高层建筑的连梁设计包括截面的尺寸、剪压比的限制、连梁的剪力设计取值等等。如果高层建筑中对连梁的设计不准确，截面高度过大，跨度过小，就会影响高层建筑的抗震效果。一旦发生地震，连梁的剪力和弯矩过大，难以达到相应的抗震规范，影响高层建筑的使用安全。

5、高层建筑结构设计中对结构计算的结果难以判断

对结构计算结果进行判断并不容易，高层建筑结构计算所要考虑的因素众多，不仅要对结构自振周期、振型曲线、水平位移特征等因素进行考虑，还要考虑其抗震设计的合理性。因此，很多高层建筑的设计中难以对结构计算的结果进行准确的判断，往往遗漏一些影响因素，造成结构计算的不合理。

三、解决高层建筑结构设计问题的具体措施

1、如何对高层建筑结构地基基础进行设计

当高层建筑的设计中有地下室这一内容时，要对荷载进行全面的考虑，地下室的外挑部分、局部填土、停车、水池等都会受到荷载偏向的影响。

在对筏基和箱基的梁板配筋进行计算时，必须对底板上直接作用的梁板自重和荷载进行相应的扣除，当箱筏的四边边区格和四角的地基反应力过大的时候要对其进行加强配筋。

如果高层建筑的地面有中庭设计，就必须对基础底沿的轴线上进行基础梁的设置。在使用倒梁法进行内力分析时，注意不到顶的中间柱是不能够作为支点的，在进行集中荷载计算时必须同时计算柱底反力。

在对箱基进行结构设计时，要注意对洞口上下的连梁进行考虑，验算其截面面积，如果洞口的大小或者位置出现修改，要对连梁抗剪强度和抗弯进行复核。

如果采用的整体筏基和箱基的设计，就要对其桩土进行考虑，桩土的共同工作会产生一定的影响。在对基础底板进行计算时，要对桩同作用的状态或桩沉降状态下的地基反力进行考虑。

2、如何对高层建筑的轴压比进行控制

一般来说提高混凝土的强度是对高层建筑轴压比进行控制的直接方法。如果还不能达到相关标准，则还可以使用其他方法来对轴压比进行控制。

混凝土的变形能力受到柱的箍筋的影响，因此可以通过对混凝土的横向变形进行约束，来对裂缝的扩展进行延缓，并对截面抗剪能力进行提高。增大配箍率、使用合适的配箍形式都可以实现结构延性的提高。在设计时，如果采用井字复合箍进行沿柱全高，且保持箍筋的直径、间距和肢距，一般来说直径在8毫米以上，间距在100毫米以内，肢距在100毫米以内。如果采用复合螺旋箍进行沿柱全高，则要保证8毫米以上的箍筋直径，100毫米以内的螺距和100毫米以内的肢距。

在弹性模量方面，钢筋的弹性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了较多的纵向钢筋在柱中，有余轴向压力的影响，钢筋会承担更多的压力，从而降低混凝土承担的压力。在设计中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%都必须加入纵向钢筋。

提高混凝土强度等级对轴压比的控制有直接的效果，但混凝土的强度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土强度等级不超过C60。

3、如何进行连梁设计

在《高层建筑混凝土结构设计规程》以及《建筑抗震设计规范》等相关设计规范当中都明确的规定了连梁的截面尺寸、剪压比限制以及剪力设计取值等内容。在具体的工程设计过程当中，因为连梁具有较小的跨度以及高度较大的截面，因此在地震的作用下，弯矩和剪力在经过内力的计算之后都比较大，因此无法使规范的要求得到充分的满足，在对其进行设计的时候必须要以不同的情况为根据从而采取不同的措施。在地震作用下，为了对连梁的延性进行保障，并对剪力和弯矩进行有效的传递，刚度折减的系数就要高于0.55；在风荷载的作用下，为了将连梁的裂缝控制在正常的适用范围内，就要使刚度折减的系数高于0.80。此外，如果调整刚度折减系数后连梁仍然难以满足要求，则可以采用内调幅，并配置足够的箍筋。若连梁的超筋较多时，可以对连梁的高度进行减小，以减小剪力和弯矩。

四、结构设计中应注意的问题

在建筑行业我们要不断的提升自己，主要从以下几方面：技术领域，先进的技术是提高我们自身能力的保障，只有不断的学习先进的技术，才能够紧跟科学的脚步，也要鼓励员工学习先进的科学技术发展创新；在设备方面，我们应该加大对先进的设备的投入力度，要做到我们的技术与世界接轨，对于那些新的高科技的设备一定要严格按照说明书的指导步骤进行使用。这样不但能够提高我们的能力而且能够更好的运用这些高端的设备，从而大大的提高使用寿命；只有这样我们才会更好的壮大自己，保证我们的工程质量，让人们能够更加安心的生活，提高生活质量。

五、结束语

为了充分的保证高层建筑结构设计的安全性和可靠性，我们应对其结构设计中的若干问题进行深入的研究和分析，针对这些问题选择最具针对性并且科学合理的设计对策，在高层建筑结构的设计和施工过程中，相关人员应具备清晰的概念设思路，同时选择最有效的设计措施和施工方法，从而促进我国高层建筑的健康发展。

参考文献：

[1]汤兰.试论高层建筑结构设计中的若干问题[J].黑龙江科技信息,2014,25:198.

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引言

一直以来，支撑和满足建筑空间嘴重要的一个体系就是建筑结构，结构设计它是一门非常具有学问的学科，随着科学技术不断发展，和新技术的不断进步，建筑结构设计也在不断地进步着。即便如此，它的基本原理却是一成不变的，因此，结构设计最根本的理论依据就非这些基本原理构莫属了。虽然我们并不会经常在工程师的图纸上看到这些基本原理，但是有一点我们不能否认，那就是始终指导与贯穿着结构设计全过程的正是这些基本原理。在实际操作之中, 因为不同的原因, 结构设计人员容易在砌体结构设计、屋面梁与配筋、高层建筑结构的设计等等环节出现一些问题，导致失误。主要问题有以下几点:

1 砌体结构的设计

1.1 多层砌体房屋的建筑局部尺寸都不能满足抗震要求，此部位没有设构造筋。国家有关条例规定，抗震设防烈度为6度、7度时，承重窗间墙最小宽度、承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、内墙阳角至门窗洞边的最小距离不应当小于lm。结构破坏最容易的地方就是这些局部部位，在这些部位不能满足要求的条件下，结构设计应采取一定的弥补措施，例如：采取加强的构造柱、增加横向配筋等措施。

1.2 房屋四角与其余部位构造柱采用一样的配筋。建筑抗震有关规定，房屋四角构造柱可适当加大配筋和截面。有些设计人员不论什么部位，都采用一样的设置，这种做法会导致各种柱体的作用得不到充分发挥，还会造成浪费。比如房屋外墙最容易损坏的部位就是它的四个角，在构造柱的设计上面，应当适当的加强。

1.3 砌体结构布置方式可以有几下分析：横墙共同承重的结构布置。对于空间较大的，设有沿进深方向的梁支承于纵墙上，就让纵墙来承担其重量。楼板沿纵向搁置, 就会形成横墙承担重量，横墙间距不入,一般就能满足抗震的需求，,同时纵墙因为存在轴压力，所以就提高了抗剪的能力。另一方案就是纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置，但是此种方案在实际操作中使用的并不多见。纵墙承重的结构布置方案，横墙间距大、数量小，并且轴压力较小,所以对抗震极其不利，纵墙多容易引起弯曲破坏所以在选用的时候要小心谨慎才是。混合承重结构布置的方式较为各异 ，,比如内框架砌体结构、底层框架砌体结构和局部框架砌体结构等等。此结构体系由两种结构体系组成，弹性模量以及动力性能两种，这两个组成部分相差较大，所以抗震结构形式并不是很好。但它能满足建筑使用的要求。使用空间也很大。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节，应当从抗震的概念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面来正确选择。

2 屋面梁和配筋

2.1 屋面梁配筋太少。结构建模时，设计人员为了方便，屋面梁直接使用和层梁一样的尺寸。因为屋面梁荷载很小，计算结果配筋很少，因此屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低导致裂缝宽度较大。

2.2 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。对于一般的梁，为了保持钢筋骨架的刚度，同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，一般构造措施为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋，它的间距要小于200mm，然后拉筋勾连。对于受扭构件有关条例的规定，其纵向受力钢筋的间距应小于200mm与梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在结构设计中误等同一般梁，未按受扭构件设计配筋。

2.3 楼层平面刚度。一些设计在缺乏基本的结构观念以及结构布置缺乏必要措施的时候，采用楼板变形的计算程序。即使程序的编程在数学力学模型上是成立的，甚至是准确无误的，可是在确定楼板变形程度上却很难做得非常精确。首先计算的大前提都做不到“精确”，就更不要指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不会导致根本性的误差，设计时就要尽量将楼层设计成刚性楼面。

3 高层建筑结构的设计

在高层建筑结构设计中， 高层建筑结构平面和立面形式的选择，要让建筑的三心，即几何形心、刚度中心和结构重心尽量汇于一点，也就是三心合一。加入在结构设计中不能做到这一点，那么就会产生扭转问题。扭转问题就是结构在水平荷载作用下发生的扭转振动效应。 它在风载等水平荷载载荷情况下会对结构产生危害，为避免由此产生的危害，就要求在结构设计的同时，选择合理的结构形式以及平面布局，尽量地让建筑物达到三心合一的效果，因此在选择的时候，平面以及立面形式是极其关键的。高层建筑的平面一般要采用简单、规则和对称的形状，而至于非常复杂的平面形式，是要尽量避免使用的，以往震害的资料表明，高层建筑物容易造成震害的主要原因就在于。平面布置不对称、过多的外凸和内凹等复杂形式。在高层结构的抗震设计中，结构体系的选择、布置和构造措施比软件的计算结果是否精确更能影响结构的安全，不仅要考虑结构安全因素，而且要综合考虑建筑美观、结构合理和便于施工以及工程造价等多方面因素。资料及力学分析表明，在不对称结构中，结构在凹凸拐角等处容易造成应力集中，因此会带来破坏，在实际应用中应尽量避免。至于完全对称的结构，也应注意凸出部分的尺寸比例。对于凸出部分过长的，结构设计中就应采取相应的补救措施。结构的竖向布置要尽力做到刚度均匀并连续，避免结构的刚度突变及出现软弱层。刚度突变和软弱层的出现一般都是由于切断剪力墙造成的，如果在结构设计中要求一定要切断少数剪力墙时，其他剪力墙在该切断层处就要必须加强。总之，标新立异的平面和立面设计是以结构的抗震及安全性能为代价的。

4 总结

建筑结构设计的推动者和执行者就是结构工程师。因此。想要让建筑结构设计更加可靠、经济、安全、适用，就必须充分发挥结构工程师的突破能力。这就需要工程界和教育界直接共同配合。不但要加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究应用，还要推广概念设计思想。相信在我们的共同努力与配合下，我们的设计水平一定会有很大的提高。

参考文献

[1]高长远，马文明，付丽丽等，.结构设计的新思路《大科技》2009年。

[2]刘连江，牛莉，高层结构设计的主要问题 ，《城市建设》2007年。

篇（10）

Abstract: the land for construction is more and more development and the needs of the urban planning, to speed up the pace of the construction of the high-rise buildings in our country. How to efficient and accurate analysis of high-rise building, to ensure reliability of high-rise building structure design. This paper analyzed the characteristics of the high-rise building structure and design principles, this paper expounds the structure design of some common problems and improvement measures, some practical conclusions are drawn.

Key words: high-rise buildings; Structure design; Common problems; The measures

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

随着我国高层建筑的迅速发展，建筑高度也在不断的增加，其建筑类型与功能的越来越复杂化，结构体系也变得更加多样化，对高层建筑结构设计的要求也越来越高，成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。建筑结构设计关系到建设工程的美观实用、保证安全可靠、控制造价以及方便施工等诸多方面，因此控制结构设计的质量是相当有必要的。

1.高层建筑结构设计的原则

1.1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。

1.2选择合理的高层建筑结构基础设计

按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现 场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。

1.3选择合理的高层建筑结构方案

合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

1.4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。

1.5高层建筑的结构设计要采用相应构造措施

高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

2.高层建筑结构设计常见问题分析

2.1高层建筑结构受力方面

在建筑设计的方案阶段，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。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的。但是，随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而是随建筑高度的增高迅速增大。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。

2.2结构选型阶段

对于高层结构，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点：

2.2.1结构的规则性

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，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。

2.2.2结构的超高

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。

2.2.3嵌固端的设置

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，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。

2.2.4短肢剪力墙的设置

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。且根据实验资料和实际经验，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。

2.3地基与基础设计方面

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。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。

2.4结构计算与分析方面

在结构计算与分析阶段，高效准确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。

2.4.1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。

2.4.2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。

2.4.3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。

2.4.4多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算

大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，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。

2.4.5非结构构件的计算与设计

高层建筑中，存在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。

3.提高高层建筑结构设计质量的措施

3.1运用结构设计概念，进行结构优化

概念设计是结构工程师一项不可或缺的基本功，正确的概念设计好比是选择了一条正确的道路，是结构设计合理、安全、经济的前提，它贯穿于工程设计的全过程。概念设计必须通过深厚的基础理论、对结构原理和力学性质的深刻理解和长期而丰富的工程经验积淀而成。结构工程师只有具备高水平的概念设计，才能完成高水平的设计成果。

对于高层建筑，起控制作用的已不再是竖向荷载，而主要是风和地震作用的水平荷载。这时在建筑初步设计阶段就应该开始介入探讨其平面和竖向布置的合理性。各个受力构件的布置要全面考虑它可能承受的各种荷载。竖向承重构件不仅是将竖向荷载传递到基础上，同时还要承受风和地震等水平荷载，有时还有温度应力。因此，布置时还要注意将它放在有利于承受水平荷载和温度应力的位置。除此之外，还要考虑楼板刚度是否满足整体工作的要求，对剪力墙间距进行限制。水平承重构件的布置同样也要考虑多方面的因素，力求传力路径简洁，以最快的方式将楼面上的荷载传递到主梁上，再由柱、剪力墙等传递到基础、地基。地基基础中地基土的不确定性很强，至今还没有哪个模型能够对其作精确的描述。因此，在地基基础的设计中，更需要根据基本理论知识以及丰富的实践经验，分析、预见可出现的各种问题，从而找到最合理的处理方案。

3.2加强抗震设计的理念

高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。比如，我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。

3.3正确运用计算机辅助设计

篇（11）

高层建筑结构设计课程的教学内容涉及混凝土结构、结构力学、结构抗震等知识的综合应用，作为培养从事土木工程设计、施工、预算、招投标工作的高级工程技术人才的土木工程专业，一般将高层建筑结构设计课程设置为一门专业限选课。土木工程专业毕业生的就业方向主要有结构设计、工程施工技术管理、预算和招投标等岗位，这些工作岗位都与高层建筑结构设计具有密切联系。土木工程结构设计岗位的主要工作内容已由多层建筑设计转变为高层建筑设计；从事土木工程施工管理工作，必须掌握高层建筑结构的识图与读图等知识，清楚高层建筑中哪些是主要受力构件，哪些是构造构件，在施工过程中遇到一些简单的高层事故应如何处理，等等，这些都有赖于该课程的学习；土木工程预算和招投标管理工作中大量的分析计算都要靠计算机来完成，要求工作人员要在看懂图纸（很多是高层建筑图纸）的基础上建立分析模型，做到不多算、不漏算，这也有赖于该课程的学习。工程专业开设该课程的意义由此可见。但是，由于种种因素的影响，目前该课程教学中还存在不少现实问题。鉴于此，本文拟从教学内容、教学模式、教学方法、教学过程等方面探讨高层建筑结构课程的教学改革问题，希望能为该课程教学质量的提高提供参考。

一、课程教学内容规划

随着我国经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算，教学内容十分丰富，但该课程的学时往往十分有限，因此，合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期，主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等，与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系，也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性，教师处理与已开设课程重复的内容时，应做到“重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点”[1]。例如：荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似，按照相似的内容讲典型的原则，对该部分内容，教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算（考虑风震系数），而活荷载计算可不考虑不利布置；框架结构设计部分的一些内容，与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，对该部分内容，教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数；高层建筑结构基础设计部分的一些内容，与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。

二、课程教学模式

在开设高层建筑结构设计课程时，学生已具备一定的专业技能，但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点，教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合，着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程，有利于处理“懂”与“会”的关系，学生可以先懂后会，也可以先会后懂或边懂边会。此外，教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所，广泛开展直观教学，实现课堂教学与实习实训的一体化，从而有效提升学生的综合能力。

三、课程教学方法与教学手段

高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。

(一)课堂教学

课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主；要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；要注意培养学生终身学习的观念，力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中，还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论学习与实践环节相结合[3]。第一，课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点，并向学生指定课外自学的内容和思考题，以培养学生的自学能力，化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二，开展课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强，思维灵活，喜欢独立思考问题。因此，在全班或小组内围绕一个问题开展讨论，让学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生学习的积极性和主动性，充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中，可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论，让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲，教师可先提出问题，让学生在小组讨论的基础上，选出代表到黑板前陈述意见，这样既可活跃课堂气氛，提高教学效果，也可提高学生的表达能力。第三，课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容，教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组（宜以宿舍为单位）讨论。教师还可结合单元教学内容，组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动，如PKPM建模大赛等，以锻炼提高学生的知识运用能力。第四，理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明，很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解，难以联系具体工程实例；结构设计只是停留在单个构件上，不明确结构整体设计的思路。因此，教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例，通过对工程实例的详细讲解，使学生加深对理论知识的理解，提高应用能力。比如，对高层建筑常用的三种结构，即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，教师可借助实际工程项目，依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制，通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路，加深对规范条文的理解。需要说明的是，教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践，也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践（包括结构选择、结构建模、施工图绘制等），是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。

(二)PKPM软件应用教学

PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程，主要有以下三个教学步骤：(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中，要通过讲解和练习，使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧，理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31；结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中，应要求学生按照相关要求，结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数，并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中，应指导学生通过对计算结果的分析，判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求，并对不满足要求的参数进行调整。

(三)工程设计实践教学

开展高层建筑结构设计课程实践教学，有利于学生强化工程概念和感性认识，激发学习主动性，提高创新能力。在工程设计实践教学中，教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑，了解其构型、结构体系、存在的施工问题等；可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模，如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模，20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模，20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。

(四)课程考核

高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合，但笔试成绩一般占总成绩的80%，这容易导致学生只重视理论而忽视实践，不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力，可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中，笔试成绩占总成绩的50%，试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试；上机操作成绩占总成绩的20%，可以给定房屋建筑平面图和立面图，让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模；实践环节成绩占总成绩的30%，内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。

四、教学过程的组织

如前所述，在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题，其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构，调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等，并形成文字。导入新课时，教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况，并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中，教师应突出重点，把握难点，可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时，可先分述每种结构体系的概念，再举例分析典型的结构体系布置，然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构，最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式，而在安排有小组前期调研的情况下，应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外，教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，以实现学以致用，不断提高学生的实践应用能力。例如，为了提高应用型技术人才培养质量，黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地，为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台，教师引导学生到这里结合教学内容参观实践，无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。

作者:邵莲芬 单位:黄淮学院

参考文献：

[1]牛海成，徐海宾．面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．

[2]刘圆圆．浅谈《高层建筑设计》课程改革方案[J]．城市建设理论研究：电子版，2014(36)：8119―8120．