高层建筑结构设计原理大全11篇

高层建筑结构设计原理篇（1）

复杂超限超高层连体建筑结构设计非常复杂，只有应用科学的设计，才能提高复杂超限超高层连体建筑结构设计的质量。本次结构针对复杂超限超高层连体建筑结构设计的原理及设计难，提出关键设计的策略。

1复杂超限超高层连体建筑结构设计理论

复杂超限超高层连体建筑就是指建筑结构的高度超过一般建筑的设计标准，设计结构非常复杂的建筑，这类建筑的剪力墙结构设计、梁式转换设计等都与仅仅只是高度超限的建筑有很大的区别。这类建筑结构常有错层、跃层、中空层等。要设计复杂超限超高层连体建筑时，要强化物理力学的应用，巧妙的应用物理受力平衡这一要点进行物理设计。复杂超限超高层连体建筑不仅外观设计复杂，抗震设计更为复杂，因为复杂超限超高层连体建筑外观及结构与普通常规超高层建筑不同，较为常用的建筑防震理论难以应用到这类建筑上，如果要强化复杂超限超高层连体建筑的防震计能，就要既满足复杂超限超高层连体建筑的独特审美设计，又要提高建筑的抗风性能、防震性能、刚度性能。

2复杂超限超高层连体建筑结构特点分析

超限认定，普通的超高建筑不能称为复杂超限超高层连体建筑，复杂超限超高层连体建筑的特点为以空间的标准来说，复杂超限超高层连体建筑对空间结构有极高的要求；从建筑功能来说，它要求建筑内部突出大跨度、大容量的空g；从建筑层的转换来说，它的有多个转换层，比如建筑结构内部会应用梁式转换、双塔结构转换等。

错层，复杂超限超高层连体建筑的功能有很高的要求，为了突出建筑结构的功能，它提出跃层、错层的建筑要求，复杂的错层带来建筑设计的难度。

平面不规划，复杂超限超高层连体建筑的功能要求非常复杂，这就带来建筑结构参数计算的难度。比如部分复杂超限超高层连体建筑要求建筑左右两端建设两个塔楼，这就意味着不能应用普通的建筑结构设计方式来设计建筑，施工单位只能把抗侧力构分布在两个端部；假如建筑的底层要求呈现大空间、大跨度、高空间的结构，那么建筑空间内就不能设置剪力强、柱子隔开空间，施工单位就只能依靠裙房建筑物两端来承担建筑荷载；假如建筑中间层要出现大空间、大跨度、高空间的建筑结构，施工单位就不能应用连续楼层的方式设计楼层荷载。

3复杂超限超高层连体建筑结构关键技术

3.1抗风设计

在复杂超限超高层连体建筑结构设计中，必须重视抗风的设计。这是因为复杂超限超高层连体建筑结构的体积大、建筑结构较为复杂，这类建筑极易受到风力的影响，抗风设计是复杂超限超高层连体建筑结构设计的重点之一。建筑施工单位要把风产生的动力效应结合风振系数来计算，变成建筑结构设计中的拟静力计算。施工单位要做好模型风洞实验、结构动力分析、计算校核等工作。施工单位除了要做好建筑整体抗风设计外，还要注意到细节设计对主体设计的影响。比如在风力的影响下，建筑墙体开裂、玻璃墙体开裂都会对建筑主体带来重要的影响，施工单位要注意风力对建筑结构设计带来的综合影响，把风力对建筑结构群体的影响列入到参数计算中，强化建筑结构的抗风性。

3.2抗震设计

抗震设计是复杂超限超高层连体建筑结构设计的难点。这是因为这类建筑的特点带来抗震设计的困难。如果在满足复杂超限超高层连体建筑结构设计特点的前提下，要加强抗震设计，就要做好以下几个方面的工作。第一，优化复杂超限超高层连体建筑结构地理的位置。地理位置对于复杂超限超高层连体建筑结构的影响非常大。部分地区较多软弱地基、周边的环境较为复杂，这类地基极易受地震的影响，不利于复杂超限超高层连体建筑结构设计。为此，施工单位要优化复杂超限超高层连体建筑地理位置设计，为复杂超限超高层连体建筑结构的抗震性打好基础。第二，施工单位要从建筑整体的角度做好抗震设计。从整体的角度设计，是指施工单位要从宏观的角度看待复杂超限超高层连体建筑结构抗震设计，使影响抗震效果的因素及因素之间产生良性互动的关系，最大限度的发挥建筑的抗震性。比如施工单位要从建筑结构设计的整体施计优化建筑抗震设计，尽量应用对称设计等方式加强建筑结构的整体抗震性；施工单位要优化施工材料的应用，优化建筑的抗震性；应用抗震设计与隔震设计相结构的方式强化建筑的抗震性。应用提高建筑结构整体抗震性的方式可以取得1+1>2的抗震效果。第三，在做好整体抗震布局的基础上，施工单位要做好界面大小、应力分布等计算工作，做好建筑结构的定量分析，优化施工参数设置，为施工技术的应用提出理论依据。

3.3刚度设计

刚度设计决定复杂超限超高层连体建筑结构设计是否能实施，如果复杂超限超高层连体建筑结构设计刚度设计不合理，不能以施工的角度实现，刚度设计就失去意义，施工项目就难以完成。施工刚度设计的重点是建筑整体结构的重心点、建筑结构几何开关的中心点、建筑结构整体刚度的中心点。只有科学的设计这三项参数，建筑施工才能实现。当前施工单位以应用预应力混凝土材料来实现三点设计。预应力混凝土是指混凝土的整体刚度并不强于同类型的混凝土，然而它的自重量、体积轻于同预应力的混凝土，它以强化混凝土材料局部预应力的方式加强混凝土抗负荷的能力。这样的混凝土材料适用于复杂超限超高层连体建筑结构设计。在应用预应力混凝土时，施工单位要结合三点设计这一重点优化空间几何构造，有效的应用预应力混凝土材料，应用空间几何布局与预应力混凝土材料的特点强化建筑结构的刚度设计。

4总结

随着社会向前发展，人们需要一些复杂超限超高层连体建筑，这类建筑具有结构特殊性，它们的结构设计较为困难。本次研究说明了复杂超限超高层连体建筑结构设计的原理、设计难点，结合它的设计原理说明了抗风设计、抗震设计、刚度设计这三项设计的要点，建筑施工单位可应用这一理论优化复杂超限超高层连体建筑结构设计。

参考文献：

高层建筑结构设计原理篇（2）

中图分类号： TU208 文献标识码： A

一、高层建筑结构设计

近年来，高层建筑的迅速发展，高层建筑是一个复杂的结构模型。但建筑结构设计效果不理想，从而在结构设计过程中，建筑结构设计人员应根据建筑结构特点，认真研究建筑实践，合理设计，保证建筑的安全性和稳定性，发挥施工效率，以满足建设的使用要求。对高层建筑超高的问题，高层建筑结构的高度有严格的规定，不仅有限制规定的高度，并增加了对高层建筑结构设计的方法和措施，为了避免施工设计阶段后的更改，高层建筑结构设计必须遵循严格的约束规范。在高层建筑结构的设计，工程结构设计人员应考虑固定端设置，考虑嵌入地板端的设计，必须尽量减少或避免剪力的应用。与此同时随着建筑物高度的增加，高层建筑结构载荷不仅承担水平方向的受力，而且也承受着垂直方向上的载荷，这也是抗震的一种要求。在高层建筑结构设计过程中，不仅要考虑竖向荷载，同时还要考虑水平荷载作用。此外，在外力的情况下，建筑结构有一定的位移，包括弯曲，轴向变形和剪切变形。高层建筑轴向力较大，轴向变形产生显著，在建筑结构设计中要充分考虑轴向变形。

二、高层建筑结构设计过程存在问题分析

在一般情况下，高层建筑结构需要体现建筑结构水平，高层建筑结构设计是延性设计的重要指标，由于高层建筑具有楼层高的特点，从而高层建筑更容易发生变形，因此，在施工过程中，必须充分考虑如何保证高层建筑的延性，应该在建筑设计阶段采取相应的措施保证结构延性。所以从高层建筑结构设计过程的影响因素来分析，影响高层建筑结构设计过程的问题主要有：一方面是只注重优化结构尺寸。在高层建筑结构设计过程中，往往只注重几何结构最优截面约束条件的优化，而忽视整体结构的优化，但是有时形状优化比尺寸优化更有意义，尺寸优化根本无法接近最优的结果，因而为了改善应力状态，增加材料消耗，但是增加构件截面没有明显改善所存在的状况。在工程设计中，忽略了对高层建筑超高和建筑类型结构变化的问题，导致建筑方案审批不予采用，在这种情况下，整个建筑成本好项目建设期会受到很大的影响。另一方面是结构设计优化存在薄弱环节。由于实际结构往往是很复杂的，有许多设计变量和约束条件等因素的制约，甚至不确定因素使目标函数在成立后只能是相对最优解。目前高层建筑实际优化没有软件分析，因此这种优化方法的实现更加困难。许多高层建筑方案设计，结构和布局合理，同类型的结构构件截面也是常用的尺寸，但结果仍然存在一些薄弱环节。

三、提升高层建筑结构设计水平的措施

（一）合理设计高层建筑计算图

高层建筑设计计算需要基于结构计算图，才能确保高层建筑结构设计合理，如果计算图的选择不科学，那么就比较容易导致高层建筑出现意外事故，所以在一定程度上，高层建筑结构计算简图是确保高层建筑理性选择的安全设计。同时，建立相应的高层建筑计算图方法应保证建筑安全性设计。另外，高层建筑结构设计的原则是强剪弱弯，合理分配强弱压力，根据高层建筑工艺设计原则和结构要求，加强薄弱环节的加固，并把重点放在对构件的延伸性能和温度应力的要求上。

（二）确保高层建筑地基基础设计

高层建筑的地基基础设计是高层建筑的基本设计选择之一，根据高层建筑的地质条件进行合理选择，对高层建筑的结构类型和荷载分布进行综合分析，并综合考虑高层建筑的施工条件，研究相邻建筑物的影响因素，最终确定科学、合理的基础设计方案。基于程序的选择可以充分保障高层建筑地基基础设计的有效性，能够满足路基变形的检验要求。此外，在对高层建筑设计中需要进行详细的地质调查，确保高层建筑地基的基础设计。

（三）合理选择高层建筑整体结构

高层建筑的合理结构设计必须满足经济要求，并满足系统的结构形式要求。高层建筑的整体要求是受力明确，传力简单。在同一个建筑结构单元，应选择相同的系统结构，建设高层建筑需要符合当地的地理地形条件，满足工程设计要求，并且充分考虑施工条件，对建筑材料进行综合分析，实现整体结构的相协调，以确定该方案的结构合理科学。

（四）准确分析高层建筑结构计算结果

随着科学技术的不断进步，计算机技术已广泛应用于建筑结构设计之中，但是在目前的市场上，有许多形形的结构设计计算软件，通过使用不同的软件得到的结果可能不同，因此，高层建筑结构设计中应采取相应的施工措施，需要全面了解建筑设计软件的使用前提条件和建筑结构的设计范围是否相互匹配，科学合理的选择计算软件，同时由于高层建筑实际情况和建筑结构的计算机程序不一致，所以需要结合计算机进行辅助设计，避免软件本身所导致的缺陷，对计算机软件工程的结构设计应进行检查，确保得到高层建筑结构计算的精确结果。

四、结语

社会经济的迅速发展促进了高层建筑的迅速发展。高层建筑结构设计在建筑设计中起着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑结构设计要求越来越高，本文对高层建筑的结构特征分析，探讨了高层建筑结构的设计原则，阐述了高层建筑结构体系的选择，并着重对高层建筑结构设计存在的问题及对策分析，可为建筑结构的顶层设计提供参考和依据。

参考文献：

[1]吴大炜.高层建筑的结构优化设计研究[J].四川建筑科学研究,2006(04):127-130.

高层建筑结构设计原理篇（3）

引言

高层建筑最大的特征在于，面积大、楼层多，且功能系统复杂，这也意味着高层建筑在结构设计上具有多项挑战，也相应的容易出现较多问题。对于高层建筑结构来说，高层建筑结构不仅需要承受水平方向的荷载，同时也因楼层过高需承受垂直荷载，因此，在高层建筑结构设计中，其需要加强对高层建筑抗震能力设计的重视，使其更符合高层建筑的实际体积，提高楼层的荷载力与抗震能力。

1.高层建筑结构设计存在的问题分析

1.1高层建筑高度设计存在问题

由于高层建筑与普通建筑的差异所在，高层建筑在设计高度上往往是结构设计中的难点。譬如，若设计人员在设计一个高层较高的建筑物时，该建筑物不仅需要具备完善与其匹配的建筑结构，还需要具备完善的施工体系以及施工方式，综合施工环节来进行合理设计，若在设计过程中出现了设计内容与高层建筑施工不相符的问题，则会给施工环节带来难题，使得高层建筑建设无法按照原本图纸来进行建设，对施工环节造成了严重的影响[1]。

1.2高层建筑负荷设计存在问题

高层建筑结构设计最常出现的就是负荷设计问题。高层建筑在进入施工环节时，其建筑楼层的负荷力并不是固定的，其会根据建筑楼层所需功能或其它建设而改变原本的负荷力，因此高层建筑的负荷力具备动态特点。譬如，高层建筑在最初设计时，其结构设计根据原本所需负荷力进行了规范设计，但在建筑物的实际施工过程中，其建筑常常需建设消防空间、通道空间、仓库空间等，而这些空间在建设过程中往往会需在建筑物上钻孔或施工，而一旦出现钻孔现象，该高层建筑的负荷力就无法保持原本能力，其建筑结构受到破坏，负荷力也会相应的发生变化。因此，在高层建筑结构设计中，若没将楼层动态负荷力纳入设计条件当中，则会导致高层建筑的结构负荷力出现超负荷现象，对高层建筑的整体有着极大的影响[2]。

1.3高层建筑结构材料设计存在问题

为了确保高层建筑负荷能力得到保障，高层建筑结构在设计时普遍会使用中筒结构、框筒结构等，这些结构的组成材料主要以钢筋混凝土组成。而在实际建设过程中，钢结构常常会出现难以预料的位移问题以及负荷力大所导致的钢筋弯曲等问题，若无法有效完善建设材料问题，那么高层建筑的结构设计也只能停留在纸上谈兵的阶段，无法进入施工阶段[3]。

1.4高层建筑抗震设计存在问题

根据我国目前高层建筑的安全期限来看，其有效期为50年，并针对高层建筑的抗震设计作出了严格要求；。譬如，我国在50年期限内，小型震烈被超越率需达到62.4%，中型震烈被超越率达到9%，大型震烈被超越率达到2%。但是，伴随我国城市环境的不断变化，我国的地震强度正在呈现越来越强的趋势，若高层建筑没有严格做好抗震设计，那么建筑结构设计将无法满足人们的要求。

2.高层建筑结构设计的完善策略

2.1对高层建筑设计作出明确限制

为了确保高层建筑的整体质量符合建设要求，设计人员在设计高层建筑时需严格遵循我国的高层建筑的高度限制要求，对高层建筑高度设计作出明确规定。譬如，我国在不同地区对高层建筑建设有不同要求，限制高层建筑高度设计需控制在A级范围内，少数建筑高度设计需控制在B级范围内。这种规定能够有效提高我国高层建筑的安全系数，使其具有安全保障。因此，高层建筑结构设计人员在设计建筑高度时，需严格控制高度参数，将其控制在国家规范标准内，使其能够符合施工需求，符合高层建筑的高度建设标准。

2.2遵循稳定原则设计高层建筑结构

由于施工材料因素，高层建筑在建设短肢剪力墙时常常会对建筑自身的稳定性造成影响，带来极大的安全隐患。为了确保高层建筑承载力控制在合理范围内，设计人员在设计高层建筑时，需避免使用短肢剪力墙结构。并在设计高层建筑结构时，对建筑内墙的开孔数量、开孔位置以及方式都作出明确的限制规范，避免高层建筑的稳定性出现问题。同时，在设计建筑结构时，设计人员还需对建设材料规格作出明确使用标准，避免因建设材料问题所引起的安全隐患问题，使高层建筑结构具备较高的稳定系数，减少安全隐患。

2.3设计明确的高层建筑参数

为了预防高层建筑结构出现位移问题，高层建筑在结构设计时需明确规定施工参数，使问题得到有效控制。譬如，在高层建筑设计环节中，针对高层建筑的上下刚度比一级平面规则等参数做好设定，尽量避免应用其它不规则参数，若在施工环节中需更改施工参数，则需要根据现场考察来科学分析合理参数。

2.4合理设计高层建筑结构抗震建设

高层建筑由于功能不同，普遍会建设一至两层地下室，并且在其中会设计相应的防空空间，这些空间对高层建筑的整体抗震都会产生影响，因此，为了加强高层建筑的防震效果，设计人员在设计结构时需结合建筑嵌固端的上下刚性比例与抗震等级来合理设计，使高层建筑的上下抗震等级能够符合我国的抗震规范，同时，在设计高层建筑的抗震建设时，还需考虑抗震缝的设计，避免抗震缝会影响整栋建筑的延性。

3.结束语

综上所述，高层建筑结构与普通建筑的结构设计相比更具有挑战性，其在设计环节不仅需要具备较高的精密度，还需要具备一定的可行性。当前，我国高层建筑结构在设计上主要存在高度设计、负荷设计、材料设计、抗震设计等问题，这些问题是高层建筑结构设计中十分常见的问题，因此，为了完善这些问题，高层建筑在结构设计时需作出明确限制、遵循稳定原则、设计明确的高层建筑参数、合理设计结构抗震建设，从而降低高层建筑的风险系数，避免高层建筑结构存在安全隐患，使人民安全具有较高保障。

参考文献：

高层建筑结构设计原理篇（4）

Abstract: with the rapid development of China's economy, the demand of social development,more and more of the building, the type and function of architecture is more and morediversified. In China, the contradiction between people and land has prompted the building had to vertical growth, high-rise buildings is increasingly popular, the structure design of high-rise building has become more and more difficult and key points of engineering structure design of high-rise building work. In this case, we have to attach importance to the structure design of high-rise building. In this paper from the aspects of structure design of high-rise buildingcharacteristics and principles of simple exposition.

Keywords: features of high-rise building structure design principle

中图分类号：[TU355] 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

一、高层建筑结构自身的特点

1、框架结构

这里所说的框架结构体系主要是应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由建筑物的若干梁、柱连接节点组成承载结构，框架形成之后便可产生一定的建筑空间，主要是室内空间较大，为使用者提供便利。然而，框架梁柱截面却比较小，这也就造成其自身的抗震性能较差、刚度较低的后果，最终使得整体的建筑高度受限。所以，框架结构也就用于一些忽略抗震性能，普通的高层建筑当中，如该地区建筑对抗震性能要求较高则不能使用该框架结构。

2、巨型结构

巨型结构主要包括两部分，第一部分受楼层限制比较少，通常是用于几层楼层之间的形状较大的梁、柱或衍架杆件，用这样的强大结构来承担各个方向的压力；第二部分是指楼面，它只承担纵向的压力并且还能将由压力转化的内力转移到巨型框架结构中。一般情况下我们所说的巨型结构包括有巨型框架结构和巨型桁架结构两种形式，不同类型的结构拥有的强度和刚度也是不同的，换句话说，这些结构所适用的高层建筑物也是不同的。众所周知，框架结构往往应用于楼层比较少，抗震防裂要求不高的建筑物；如果建筑物楼层比较大，对防震防裂有较高的要求则可选用筒体结构。

3剪力墙结构

剪力墙结构属于钢筋混凝土结构的一种，该结构的水平作用主要由墙体承受，因此该结构的具有较强的整体性，不仅刚度十分理想，而且在水平荷载作用的影响下也不会有较大的侧向变形，简单来说，该结构的可较好地满足承载力的高水平要求。由于剪力墙的间距受限制，因此在运用该结构进行平面布置的时候缺乏灵活性，这也是该结构不足的主要方面，这就使得剪力墙结构的应用范围极大的缩小，尤其在公共建筑方面难以发挥其优势，因而，该结构通常用于住宅建筑或旅馆建筑当中，或者说，该结构更多的应用于高层建筑的建造过程中。

4框架——筒体结构

剪力墙结构是以剪力墙这一种结构为主，而框架——筒体结构则是以框架结构和剪力墙结构两种结构为主，将两种结构结合实际建筑情况而进行合理的结合，最终组成有效负担水平荷载的建筑结构。相较于剪力墙结构，框架——筒体不仅在刚度上有所提高，而且在承载能力上也有了一定的改进。该结构在地震的作用之下，层与层之间的变形得到了一定的限制，不仅隔墙的损坏程度减小，而且外墙的损坏程度也有一定程度的降低，这也就使得该结构适用于地震地区与非地震地区两个地区的同时，还适用于高层建筑与地层建筑两种建筑类型，在应用范围上十分广泛，在我国十分受欢迎。

二、高层建筑结构设计特点

1、重视轴向变形

在楼层比较高的建筑物中，竖向荷载的数值通常都比较大，其结果就是引起轴向变形，同时还会对连续梁弯矩有一定的影响，这时，连续梁内部的负弯矩数值变小，而跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；竖向荷载数值的增大对预制构件的下料长度也有比较大的影响。而且轴向变形还对构件剪力等有着不可忽视的影响，和竖向变形比较之后得出的结果也是不可靠的，会直接影响建筑物的安全建设。

2、侧移的重要作用

楼层较高的建筑物和其他高度较低的建筑物不同，其结构设计的关键因素是结构侧移，这已经成为当代建筑行业人士公认的真理。楼层高度越高，水平荷载下结构的侧移变形也会迅猛增大，所以，在高层建筑的设计过程中要把结构侧移控制在适度的范围之内。

3、结构延性是设计的重要因素

高层建筑物在地震作用的影响下与地层建筑不同，高层建筑的结构显得更加柔和，结构变形也会较大。要想使高层建筑在变形时拥有较强的适应能力，防止坍塌，这就需要在框架结构上采用科学合理的举措，从而使得框架结构拥有足够的延续性。

三、高层建筑设计过程中遵循的基本原则

1、平面设计的基本原则

高层建筑的平面设计一般都需遵循形状简单、规则，质心和钢心重合的基本原则。偏心较大的结构扭转效应大，这就会造成端部构件较大程度的位移，其结果是应力集中。平面设计过程中的突出部分要适度，不应过长。为了高层建筑施工及使用的安全，切忌使用不规则的结构布置，如果是建筑物使用方向和建筑物其他特殊要求采用结构平面布置严重不规则时，必须进行分割，使其成为几个相对简单、规则单独结构。尤其是在地震比较频繁的地区，简单、规则、对称的原则对于高层建筑物来讲极其重要。

2、结构立体设计的基本原则

结构竖向的设计需要遵循的基本原则是规则、均匀。规则，也就是说设计的结构竖向比较规则，即使有一些变化也必须是有章可循的逐渐变化。如果高层建筑的体型沿竖向的猛烈变化会让高层建筑物在地震过程中的某些变化比较集中，这也就会造成高层建筑物在地震中极易坍塌。均匀是指高层建筑结构立体设计过程中需要注意上下体型、刚度、承载力及质量的均匀，而且其变化也需要均匀。高层建筑物的设计者在结构设计的过程中必须注重其结构刚度成塔形。如果设计中下层刚度比较小，这就会使结构变形主要在下部，高层建筑往往会因此形成薄弱层，一旦问题严重便会引起高层建筑物的全部坍塌。即使设计体型有一点变化，也必须遵循下大上小的规律性变化，切忌突兀的、快速的变化。

伴随着我国近年来社会经济的迅速发展，经济的发展对建筑尤其是高层建筑的功能要求也越来越严格。我国城市化趋势的不断加强也使得城市人口迅猛增加，人多地少的矛盾在城市日益凸显，为了使城市的规划更加科学、合理，就促进了高层建筑的发展和完善。

结语

我国经济的迅猛发展，城市化程度不断的加剧，促进了我国高层建筑设计的不断发展，使得高层建筑物的设计更加科学、合理，这对我国经济的繁荣发展有着重大的意义。科学合理的高层建筑设计是保证建筑项目安全施工及建筑寿命的关键，因此必须受到广泛的重视。

参考文献：

高层建筑结构设计原理篇（5）

随着大中城市的发展以及人口的聚集，建设用地日趋紧张，这就为高层建筑的出现提供了广阔的发展舞台。随着建筑业的日渐成熟，高层建筑的结构越来越复杂多样化，外形的不规则性、建筑内部空间的尽可能宽敞及灵活性、竖向或低层的不规则和不均匀性，这些情况的出现往往难以满足《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（下称《高规》）的条款，针对这样的问题必须采用一些特殊的方法来处理。

一、高层建筑结构设计的原则

（一）高层建筑结构计算简图的合理化原则。计算高层建筑结构设计的基础是计算简图，则计算简图的合理性直接关乎到高层建筑的结构安全。由此可见，高层建筑结构设计必须坚持计算简图合理化原则。此外，必须把计算简图的误差控制到规范范围内，理由是高层建筑实际结构的节点并不单一。

（二）高层建筑结构基础方案的合理化原则。一般而言，选择高层建筑结构基础方案的参考依据为高层建筑的地质条件。高层建筑结构基础方案的合理化要求对高层建筑的结构类型、施工条件、荷载分布情况、与邻近既有建筑物的关联性等因素予以综合考虑。高层建筑结构设计基础方案通常应确保最大化发挥地基的潜力。此外，高层建筑结构设计必须具备相应的地质勘查报告。

（三）高层建筑结构方案的合理化原则。高层建筑结构方案的合理化是指高层建筑结构设计方案必须与结构体系和结构形式的要求保持一致，同时应满足经济性的要求，其中结构体系的具体要求为传力简单化、受力明确化。针对某些结构单元相同的高层建筑物，其结构体系也应该相同。

一般而言，高层建筑结构方案的合理化要求综合考虑工程设计需求、地理条件、施工材料、施工条件等因素，同时要求建筑的暖气、水、电等相互协调。

二、高层建筑结构设计中存在的问题

（一）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上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做出总体设想。

（二）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。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、矩形涠形、正多边形等简面形式。

（三）高层建筑结构设计中抗震的问题。对一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位控制轴压比，并设置约束边缘构件，是《高规》为保证剪力墙的延性，新增加的要求。在剪力墙约束边缘构件配箍特征值为λv/2的区段，规范允许配置箍筋或拉筋。所设拉筋应同时钩住墙体的水平分布筋（或箍筋）和竖向分布筋，而不能有一部分拉筋仅钩住墙体的竖向分布筋。当此区段的体积配箍率或拉筋的竖向间距不能满足规范要求时，应同时设置箍筋。

三、高层建筑结构设计解决对策

针对于在高层建筑结构设计中，存在着的高层建筑本身的原因以及连梁超筋现象、地下室外墙设计存在着的问题，设计人员应该根据建筑的实际情况，根据自身的设计经验，采取有效的措施进行解决，才能够不断的促进高层建筑结构设计的顺利进行，促进高层建筑顺利的施工和竣工。下面就针对于具体的措施进行分析。

（一）配合专业了解工程。首先，设计人员需要进行全面的分析，充分的了解工程以及情况，不是拿到图纸盲目的建模计算或者是上机绘图，需要理解透彻建筑图的含义及意义，明确各个专业注意和配合，并且做统一的标准，确定原则和方案，必要的时候要组织各个专业的协调和相关的管理，使各个专业的条件图真正成为条件图，避免出图后出现调整引起的返工，浪费时间和精力。

（二）建模处理。建模计算之前要处理好荷载计算，不要估算不精确的同时还存在着误差，要完整的准确的根据建筑做法和要求来输入，考虑是否施工活荷载的不利影响，楼梯口的输入局部开洞口，飘窗部分的处理地方，要\用专业知识来计算或处理，这样减少误差，也减少计算工作量。

（三）收集数据资料。准确的计算出建设工程所处的地理位置的制约条件，以及设计要涉及的所有数据和资料，都要提前收集好，等要用到的时候能够很快的查阅到，方便工作的需要，而且对于一些特殊的建筑还要根据经验来确定各种数值的参数取值，收集设计所需要的资料和规范，根据不同地域工程类型准确计算参数，可以使设计计算更加的可靠。

高层建筑结构设计原理篇（6）

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

1高层建筑结构特征

高层建筑的结构体系作为抵抗来自垂直和水平方向荷载的传力途径，它主要是利用抗侧力体系和相关的水平构件与竖向构件将荷载传到基础部分。

高层建筑的整体结构除了要承受来自于垂直方向上的荷载之外，还要承受着来自于水平方向上的荷载（由风力产生），同时它在抗震功能方面也有一定的标准。高层建筑与普通建筑相比，外界的地震和风对其所产生的影响要更为严重。建筑物的位移速度会随着其高度的增加而逐渐加快，而且高层建筑的侧移影响的不只是内部人员的舒适度，还会对建筑物的使用寿命造成影响，极易对结构和非结构构件造成破坏。所以在进行高层建筑的结构设计时，抗侧力设计是其中的核心问题。

高层建筑结构体系按照建筑材料可以分为钢、混凝土组合结构，钢、混凝土混合结构，钢结构。这其中钢筋混凝土结构体系因为其成本低、耐火耐久等优良的性能而广泛应用于各类工程中，但是它本身仍旧存在一些如施工慢、自重大等缺点。而钢结构体系除了具有施工方便、抗震性能好、强度高等优点外，同时还有着例如防火性差、成本高等缺点。钢、混凝土组合结构虽然继承了二者的优点，但是其节点部分的构造复杂，所以并不能被广泛应用。同样地，钢、混凝土混合结构一样结合了两者的优点，但是在两种材料的连接方面仍旧存在技术问题。高层建筑结构体系按照结构形式可以分为框架、剪力墙结构，框架结构，剪力墙结构。框架结构因为是利用柱、梁等结构来承重的，所以这种结构体系的侧向位移相对较大，一般适用于低于50m的建筑。剪力墙结构因为是靠高层建筑的墙体来承重的，所以这种结构的整体性能相对较好，不易产生水平方向的变形，一般多应用于高层建筑，但是因为其在平面上的布置不够灵活，所以很少在公共建筑设计中使用。而框架、剪力墙组合结构则是结合了两者的优点、改善了其中的缺点，所以被广泛应用于高层建筑的结构设计中。

2.高层建筑结构设计要求

1) 刚度要求。高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。

2) 侧向力。目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。

3.高层建筑结构设计原则

（1）高层建筑结构设计的原则，首先一点就是要选择出合理的结构计算简图，因为如果所选择的计算简图不合理的话，那就有可能因为安全问题而出现事故。所以，选择合理的计算简图是高层建筑结构设计的前提。除此之外，因为在建筑的结构节点除了饺节点和钢节点外还有其他的节点，所以应选择与计算简图相适应的构造方法，将两者间的误差控制在一定的范围内，这样才能保证高层建筑在安全上不会出问题。

（2）高层建筑结构设计原则的第二点就是要选用合适的基础设计，即根据高层建筑所处位置的地质条件来选择基础设计。这一点的要求是要对高层建筑的结构类型、施工情况、荷载分布等问题进行综合性的分析，然后以此为依据选择出最合理的基础设计方案。基础设计方案的选择是以该处的地质勘查报告为依据的，它要求能够在最大限度上发挥地基的潜力，相关的地基变形检验是必不可少的。

（3）高层建筑结构设计原则第三点就是要对结构方案进行合理的选择，这一点要求结构设计方案要在满足结构的体系与形式的同时，还要满足高层建筑的经济性要求。这需要对地理条件、施工条件、建材、供水、供暖以及供电等等问题进行综合的分析，使各个方面都协调在一起，最终确定出最合理的结构设计方案。

4高层建筑结构设计难点

高层建筑在结构设计上主要的难点有三个：

（1）防风结构的设计。因为风振作用对高层建筑的影响较大，所以抗风问题在结构设计中是很重要的一部分。因为高度问题，高层建筑对风会造成阻隔和扰动，而风的动力效应在因此而改变后，会对高层建筑产生一个振动的作用力，而受此影响最大的就是高层建筑的动力荷载，风压很有可能会损坏到高层建筑的主体结构，严重的可能会发生玻璃幕墙爆裂、墙体开裂等情况。

（2）难点是高层建筑的抗震结构设计。高层建筑在抗震结构方面向来最为薄弱，那是因为在地震发生时很难确定会产生哪些后果以及高层建筑本身的结构过于复杂，再加上相关的设计人员在设计过程中分析的不够全面，所以经常会出现高层建筑抗震结构的设计在安全性和耐久性有所缺失等问题。

5高层建筑结构的优化设计

（1）抗风结构优化设计

在基础设计上，要使用配比较高的砂石来保证地基的密实度，同时还要设置抗拔锚杆，以此来提高建筑基础的抗拔强度。在减振系统设计上，要多利用耗能支撑、剪力墙、楼板等组成的耗能减振系统来减少风荷载对高层建筑的影响。对于风荷载与水平力的问题，要对高风压区进行加固。这主要是从水平压力、水平荷载内力等方面进行综合考虑，来为高层建筑进行加固设计。

（2）抗震结构优化设计

①提高结构设计的整体规则性，以此确保承载力体系分布的合理性。②改善地基的抗震设计，即在简化建筑平面、提高地基的强度与高度的同时，将上部结构的重点和群桩设置在同一直线之上。③在剪力墙的设计方面，要提高高层建筑承重结构的抗侧力，以此来满足承载力的耗能与延续性，这样可以有效地提高高层建筑的抗震能力。

6.结语

高层建筑结构设计上的问题并不只有上文所提到的这些，而解决的对策也同样不只如此，它关系到的问题是多方面的，本文所提到的只是其中较为主要的问题。作为设计人员，在进行高层建筑的结构设计时，要时刻保持严谨的工作态度来面对设计中的每一个细节，让高层建筑的结构设计真正的兼备安全性、合理性与科学性。

参考文献：

高层建筑结构设计原理篇（7）

随着我国改革开放的不断深入，我国的综合国力获得巨大的提升，各个产业都有了长足的发展，特别是因房地产业繁荣的建筑业更是得到极大的发展。我国人口大约占世界人口五分之一，人均土地的拥有量很低，加之我国有西部大片的山地、高原和沙漠，这些因素进一步加剧了我国的人地矛盾，这也间接的为高层建筑在我国城市化工程中大放异彩提供了条件。所以，我们需要加大对高层建筑结构设计的新技术的研究，对促进高层建筑的结构设计的进一步优化，促进高层建筑的建设做出一些总结性的努力。下面我们将针对高层建筑的结构设计的主要特点进行较为简要的分析。

1 高层建筑结构设计的相关特点

众所周知，高层建筑的结构设计工作远比单层和多层建筑的结构设计要复杂的多得多，合理的结构设计方案直接关系到高层建筑的建设质量、安全性。我们要做好高层建筑的结构设计工作就要首先了解相关设计工作的自身的特点。高层建筑结构设计的特点如下：

1.1 水平力是设计的主要因素。我们都知道，在单层或者多层建筑中竖向载荷是其主要的结构设计。但在此方面，高层建筑的结构设计却有着其自身独特的特点，竖向载荷虽然在此仍占据着较为重要的作用，但水平载荷在高层建筑的结构设计中却具有决定性的作用。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。

1.2 侧移成成为设计的主要指标。高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生不良的后果。

1.3 抗震设计要求更高，延性成为结构设计的重要指标。一般的高层建筑都有较高的抗震性要求，所以具有其他的建筑的结构设计中所不具有的特点，即要求结构高的延性和抗震性，使其做到“小震不坏，大震不倒”。

1.4 高层建筑结构设计中的概念和理论设计同样重要。随着当代科学技术的不断发展，虽然我们有很多的手段在假想的条件下对高层建筑在地震条件下的抗震性能进行较为准确的分析，但由于地震的各种要素的不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，使得专家们的实际测量与真实的实际情况常常有较大的出入，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，各种的复杂因素交织在一起，这就为常规的理论性计算带来了很大的难度。所以，高层建筑的结构设计是离不开概念设计的。

以上就是高层建筑的结构设计中的自身独特点。正是对这些特点较为系统的论述，才能对高层建筑的结构设计的相关技术有较好的把握，才能有对其具有更为透彻的理解和解读。下面我们从高层建筑结构设计的原则出发进行较为简略的论述。

2 高层建筑结构设计的原则

2.1 选择合理的高层建筑基础结构设计。在施工前，我们应该提前勘察好当地的地质条件、施工条件等，并分析好高层建筑上部的载荷分布情况和结构类型，并在较为充分的准备的情况下，进行合理的高层建筑的结构基础设计。

2.2 合理、准确分析计算结果。当今，计算机信息技术获得飞速发展，呈现日新月异之势。在高层建筑的结构设计中，计算机信息技术也得到大规模的应用，极大的提高了结构设计等相关工作的工作效率。它已经成为建筑专家进行设计计算等相关工作的重要技术工具。但往往实际情况与计算结果有出入，所以需要相关的建筑专家对计算结果运用相关的专业知识进行进一步的较为精确的分析和加工，形成更为正确的针对高层建筑结构设计的计算结果。

3 高层建筑结构设计的新技术

由于高层建筑的上部载荷和地基的基础性压力都很大，所以我们应该采用整体性良好和具有较大的承载能力的基础设计形式。根据此情况我们可以采用桩基或复合地基。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。它有两种的做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。

现阶段，应用较为广泛的另一种高层建筑结构设计的设计体系的技术是框架结构体系技术。它的侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移和柱的轴向变形产生的侧移。它具有较多的其他结构设计技术说没有的优越性因素：空间布置的灵活性、计算理论的相对成熟性、结构自重轻、一定范围内造价的低廉性等。

我要说的另一个高层建筑结构设计的结构设计体系新技术是剪力墙结构体系。剪力墙结构采用现浇钢筋混凝土，墙体沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好。合理设计的延性剪力墙具有良好的抗震性能。该结构体系创新性的运用了剪力墙这一特殊结构作为抵消载荷和侧向力主要结构，是一种性能优越的抗震墙结构，在高层建筑的结构设计中具有极大的应用前景。过往的历史也证明该结构极佳的抗震性能。但我们要知道的是它也具有灵活性差、应用范围较窄和自重大等缺点，所以在具体的施工应用中，我们应该严格遵循因地制宜的原则来选择合适的结构设计的结构体系。

我要说的最后一个是框架―剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架―剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、延性好的特点，又有剪力墙结构刚度大，承载力大的特点。框架―剪力墙结构是一种双重抗侧力结构。这种混合型的结构设计新技术也反映了高层建筑结构设计领域的综合技术化趋势。

4 结语

我国经济的迅速腾飞带来的是建筑业的快速发展，特别是高层建筑方面的发展，这也反过来推动了该领域研究工作的进一步的深入。作为高层建筑建设的基础性工作的结构设计，也急需新技术的支撑，才能获得较大的市场竞争力。总之，钢筋混凝土高层建筑结构设计，是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，作为这一系统的任意环节出现差错，都会产生系统性的灾难性的后果。所以，高层建筑结构设计相关技术的重中之重是其安全性和合理性以及可推广性。

参考文献

[1] 赵国，周伟.浅谈对高层建筑结构设计的几点认识[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（04）：212-213.

[2] 钟勇华.浅谈高层建筑结构设计[J].中国高新技术企业，2009（24）： 100-102.

[3] 王平，张南.浅谈高层建筑结构设计[J].中国建设信息，2002（16）：23-26.

高层建筑结构设计原理篇（8）

中图分类号：TU97文献标识码： A

前言

建筑工程的抗震性能取决于抗震结构的设计，这就对抗震结构的设计提出了更高的要求。建筑单位需要不断分析预见地震灾害中可能会遇到的各种问题，探讨如何在设计过程中有效规避这些问题，不断优化抗震结构，尽量减小地震造成的建筑损失。另外，在研究建筑工程的抗震结构设计过程中，建筑单位必须明确抗震结构的设计目标，利用最有效的设计方式，提高建筑工程的安全能力，保障建筑工程的稳定性，发挥建筑工程的最大效益。

一、建筑抗震性能的主要影响因素

影响建筑工程抗震结构安全性的因素是多方面的，建筑地基和建筑高度是其中的两个重要因素，直接关系到建筑的抗震性能。首先，建筑地基。地基是抗震结构设计重点考虑的内容，建筑工程的地基稳定程度直接影响其抗震性能，良好的地基建设能够为建筑抗震提供稳定的基础。科学的抗震结构设计必须要深入研究地基问题。其次，建筑高度。我国对建筑高度与抗震烈度之间的关系有明确的规定，建筑高度必须与抗震烈度相匹配，然而部分建筑没有遵循此原则，无法达到相应的抗震烈度，为建筑抗震埋下安全隐患。

二、建筑抗震结构设计的基本原则

建筑工程抗震结构需要遵循一定的设计原则，以此保障抗震结构设计的安全性，提高工程质量。(1)协同原则，建筑工程的抗震结构并不是单一个体，而是由多个独立的单元模块组成，建筑单位必须确保协同作用，才能发挥抗震结构的优势，提升建筑的抗震性能；(2)多防线原则，地震产生的波动不局限于一次，建筑抗震设计需考虑地震的连锁危害，不能仅靠一条防线，根据建筑的实际情况，设置多防线保护，最大程度的保护建筑工程；(3)刚性原则，抗震结构的建设材料，必须达到刚性标准，确保抗震材料的坚韧度；(4)平衡原则，建筑抗震结构需具备平衡的数据参数，各项抗震结构保持在统一水平，避免作用力突然转移，发挥建筑工程动态抗震的优势；(5)整体原则，抗震结构需以整体为出发点，不能单纯考虑单方面的防震。

三、抗震概念在高层建筑结构设计中的应用

1.选择有利的地基和场地

根据我国以往发生的多次发地震造成的建筑损害情况分析，表明了地震对建筑物的破坏程度受建筑物所在场地地形以及地基的影响较大。一般情况下，建筑场地条件包括局部地形、断层、地基土层、沙土液化等。在场地和地基的选择方面，表层覆盖层的厚度越小、土质硬，所以其承载力就高，稳定性也越好，在发生地震时地基不易失效；但是表层覆盖层的厚度越大，土质越软，那么对地震的效果作用也就会加大倍数的放大。另外，场地周围如果有突出的山梁或者是孤立的山包，那么也会对地震效果放大。地震中，在断层处常会出现地基失效、地层错位、滑坡、土体变形等现象。因此，在高层建筑抗震设计时，要选择硬质场地，尽可能避免不利因素的场地选择，当实在无法避免时，就要采取必要的措施，减少地震效果的输出。

2.对建筑平面以及立面科学的布局

在进行建筑结构的设计中，应该保证建筑平面和立面的规整性。在建筑抗震设计中，使结构的刚度中心与质量中心相重合，以达到建筑平面与立面规则、简洁的效果。那些建筑平面不规则建筑物的质量中心和刚度中心一般情况下不能够重合，这样在地震中建筑结构会发生扭曲，增加了地震的破坏力。对于建筑的立面设计，要避免有突变的阶梯立面出现，降低建筑的重心，并且保证凸出建筑主体的建筑部分高度，避免在地震中出现鞭梢效应。建筑物的高度与地震造成的损害成正比，所以，在高层建筑建设过程中层数和高度都要有一定的限值。在保证建筑平面与立面的平整要求后，还应该考虑建筑的外观造型设计上美观、大方。这样既能达到抗震效果，又能符合建筑的使用条件。

3.对建筑结构合理的选择和布置

在建筑结构的选型上要根据许多综合因素考虑，这此因素包括建筑的高度、建筑用途、设防烈度、基础、地基、材料、施工、场地等，还要在经济技术和经济条件进行比较以后确定建筑选型。对于建筑结构的布置方面，应该遵循“平面对称、竖面均匀”的原则。还应该注意的是，纯框架高层建筑中，要尽量防止出现框架柱和楼梯斜梁或平台梁直接连接的情况，因为这样会将框架柱变为短柱，发生地震就容易产生剪切破坏。

4.保障建筑结构的整体性

只有保证建筑结构的整体性，在发生地震时建筑结构的各个部件才能相互协同工作，使建筑结构的抗震效果更加显著。建筑结构的抗震力是由结构整体刚度以及整体的稳定性决定的，在高层建筑施工中使用型钢混凝土结构或现浇钢筋混凝土结构，可以实现结构整体稳定性效果，这两种钢筋混凝土结构具有整体性好、水平刚度大等优点，使用这两种钢筋混凝土结构不但可以解决滑移问题，还可以增强楼板刚度，达到抗震效果更好。

5.对于其他非结构部件的处理

建筑物中非结构部件对抗震有影响的有:框架填充墙、墙板、楼梯踏步板、内隔墙等。在地震中，这些结构也会在不同程度上参与抗震工作，改变这些结构的承载力以及刚度，或者是改变整个结构，或许在地震中这些结构会起到意外的效果。所以说，对其他非建筑结构部件进行合理的处理，能更好的提高建筑物的抗震能力，减少地震给其造成的损害。

结语

随着我国经济水平的快速提升，人口迅速的增加，城市土地资源严重匾乏，为了解决这一难题，中高层建筑乃至于超高层建筑在城市建设的过程中越来越多。众所周知，建筑物层数越多，高度越高，它的抗震效果就越差，在地震发生时对其的损害程度也就越多，这严重威胁着人民生命财产安全。所以在高层建筑结构设计中应用抗震概念设计，在建筑结构施工的各个方面，对建筑结构抗震设计进行完善，消除建设过程中出现的不利于建筑结构抗震的操作。在高层建筑结构设计中应用抗震概念设计，有效的提高了建筑物的抗震能力，能有效减少地震对建筑物的损害，从而保证人民生命财产安全。

参考文献：

[1]华颖.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居.2013.

[2]刘华新，孙志屏，孙荣书.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].工程技术.2007.

高层建筑结构设计原理篇（9）

高层建筑是随着社会生产力和现代科学技术的发展在一定的技术经济和社会条件下出现的一种建筑物类型。它有利于节约和集约化地利用土地资源，解决住房紧张，减少市政基础设施和美化城市空间环境。可以说高层建筑的发展开创了整个建筑业的新纪元。

1 高层建筑结构选型决策的必要性

建造高层建筑有其不经济的一面。例如：按单位建筑面积计算高层建筑的造价和管理费用都远远超过多层建筑，高层建筑中结构设备占去更多的空间，便有效使用的建筑面积减少。高层建筑的供热通风系统消耗更多的能量等等。但在另一方面，几十层乃至上百层的建筑集中了成千上万的人在一起工作生活，极大地提高了土地的利用率，可节省土地资源，增加绿化面积改善城市环境。而在高层建筑的设计中，结构设计占有重要的地位。如果说建筑设计决定了建筑物的造型和功能，那么结构设计就是赋予建筑物一个支撑骨架。这个骨架的型式及其空间关系的合理性，不仅直接关系到建筑物的安全，而且关系到建筑物能否实现其预定的功能和能否达到预期的经济效益。所以，正确进行高层建筑结构体系的选型是结构设计的一个关键环节。根据工程实践经验，如果高层建筑结构体系选型不当，那么任凭用再先进的结构理论和精确的计算方法也难以做出安全可靠经济合理的高层建筑。结构设计正确处理高层建筑结构体系的选型问题，对于高层建筑的设计施工乃至使用维护而言都具有至关重要的意义。

2 高层建筑结构选型决策的特点

高层建筑结构的选型决策，就是针对某一幢建筑在建筑方案已经确定的情况下通过比较分析确定一个满足建筑功能要求的，结构受力合理的，综合经济效应最佳的结构型式。结构选型决策具有以下特点：所选结构类型应对建筑的功能有较大的适应性、工程造价和投资能力、施工条件技术条件和施工工期的要求、建筑材料和能源的供应、建筑的美学要求包括建筑群及其与环境的配合、建设场地的地形地貌和自然灾害的特点。

无疑，结构选型有赖于先进的结构设计理论和计算手段与技术，同时要具备一定的相关学科的知识。但由于结构选型决策工作中包含大量随机性、模糊性和未确知性信息，使得决策中较多地是对判断性问题，而非分析性、非技术问题进行处理。这种决策判断是基于理论的积累规则的应用，启发式思维和对工程的直观感觉。

面对结构选型中的复杂问题，普通设计人员缺乏从总体把握，彼此有连锁反应的各种制约因素，常顾此失彼或仅从一些能够量化的指标上作简化处理。这将导致决策结果失效，只有具备大量的工程设计经验的各方面专家（包括结构理论、结构工程、建筑经济、建筑美学、施工管理和工程企业经营等方面的专家）发挥各自优势，共同配合协商解决选型决策问题，这是选型决策有别于其它设计决策的一大特色。

高层建筑结构选型决策的自身特点，表明它同时具有确定型决策和非确定型决策的一些特征。所以，在具体的决策工作中，既要考虑确定性的因素，又要考虑不确定性因素的影响，既要善于运用数学计算等技术手段，又要重视专家的经验和直觉判断才能得出正确的决策。

3 高层建筑结构选型决策的原则

从以上分析可知，高层结构的选型是一个综合性很强的决策过程。它与众多的不确定性因素有关，这些不确定性因素错综复杂，相互影响。大大增加了决策工作的难度，但这并不是说高层建筑结构的选型是不可把握无章可循的。相反，从设计施工建材等角度考虑，为了选出经济合理的结构体系，使建筑物的综合经济效益最佳至少应考虑以下基本原则：建筑设计原则、结构设计原则、建筑施工原则、建筑设备原则、建筑材料原则、经济角度原则等。

结构选型决策在高层建筑结构设计的三阶段决策中占有很重要的地位。它既有一般决策的基本特点。同时还具有自身的特殊性。诸如，综合性强与各种非技术因素关联性强等。故选型时需要从设计施工建材经济性等方面遵循一定的基本原则，在这些基本原则的指导下，决策者首先应全面了解决策中的全部备选方案，不同备选方案所采用的结构体系的特点、使用范围和对建筑物综合经济社会效益的影响等方面。因此，要有效地进行高层建筑结构选型决策，决策者必须首先对各种高层建筑结构体系进行比较分析。

4 高层建筑结构选型方法

高层建筑结构选型决策受诸多确定性因素和不确定性因素的影响。这些因素中有的能直接量化为定量指标，而另有相当一部分要凭经验做出主观判断。做好调查研究，掌握大量的数据资料是进行结构方案的定性分析和定量分析的共同前提，只有这样，才能使分析结果更充实、更可靠、更科学。重视定性分析，要避免主观臆断；重视定量分析，要避免单纯依靠数学方法，更要倾听专家意见。两者必须做到有机结合，才能使决策结果、结论符合实际。

在结构选型的决策工作中，根据具体问题，可以只考虑可定量化的影响因素，忽略那些本身及其产生的经济效益不易转换成计量单位供评估比较的因素，只采用定量方法进行结构选型。只要控制好结构方案的比选范围，把握好影响因素“取舍”的“度”，则选型决策的结果还是可信的。例如，同济大学李国强教授就曾对上海地区高层建筑采用钢结构还是钢筋混凝土结构进行了综合经济效益比较分析。高层建筑采用钢结构或钢-混凝土混合结构的结构占用面积比采用混凝土结构的结构占用面积小，建筑的有效使用面积相对增加，在销售上就能体现出其经济效益，可以抵消一部分因采用钢结构而增加的费用。施工工期对整体成本的影响主要体现在“时间即是成本”的关系上。

高层建筑采用钢结构或钢-混凝土结构与采用混凝土结构相比，在建筑有效使用面积与施工工期方面具有一定的优势，能取得较可观的经济收益，从而可抵消一部分因采用钢结构而增加的费用，进而使得工程的整体成本明显降低。因各工程的总建筑面积不同，为统一比较标准，在整体成本分析时以每平方米建筑面积的等效造价为标准进行比较分析。

5 结语

高层建筑结构设计原理篇（10）

引言

我国改革开放之后，由于综合国力的不断提高，房地产业迅猛发展，高层建筑在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，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。随着建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，因此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。

一、 高层建筑结构设计方面的原则

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事故发生，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：高层建筑基础如果设计方法不对或者选型不当，将严重影响建筑物的安全性。不恰当的基础设计，可能因承载力不足引起建筑物的不均匀沉降，导致建筑物开裂或倾斜，引起难以修复的工程质量问题。 选择合理的基础形式是降低工程造价的一个有效措施。基础工程在建筑工程造价中占有很大的比重，通常情况下可以达到25%左右，在结构复杂或者地质情况复杂时，所占比重还会有所增加。因此选择合理的基础形式能够有效降低工程造价。同时合理选择基础形式对缩短施工工期具有重要意义。 经过工程技术人员多年的实践与研究，高层建筑地基、基础共同作用的事实已被人们所认同。目前,最理想的分析方法是上部结构与地基、基础共同作用的分析方法。在这种方法中，地基、基础、上部结构之间，同时满足接触点的静力平衡和接触点的变形协调两个条件，即将上部结构、基础和地基三者看成是一个彼此协调的整体进行分析。基础选型的依据。在一般情况下，高层建筑基础设计选型时应考虑以下因素的影响： ①地质条件的影响。②上部建筑结构形式的影响。③要根据建筑结构的特点，荷载大小，建筑物层数，高度、跨度大小等因素来选择最佳的基础形式。④高层建筑基础设计应满足建筑物使用上的具体要求。

1.3 合理选择构方案：对高层建筑的结构布置，应该充分重视结构布置规则性的意义,制定合理的结构方案,这样会大大减轻计算调整的工作, 也为最终取得安全、合理、经济的设计成果打好了基础。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。高层建筑结构设计不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度和足够的延性。规范要求同一结构单元不宜混用不同结构体系。选择合理的结构方案还应考虑材料供应、地理环境、施工条件等其他因素的影响。

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。实际上《抗震规范》第3.6.6条《混凝土规范》第5.1.6条及《高规》第5.1.16条均规定，对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理，有效后方可作为工程设计的依据。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概念设计与理论计算同样重要：抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二 高层建筑结构设计的特点

2.1轴向形变不容忽视

通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。由于结构所受的竖向荷载并不是在结构完成之后一次施加的。特别是，占竖向荷载绝大部分的结构自重是在施工过程中逐层施加的，轴向压缩变形已在施工过程中分阶段完成因此在考虑轴向变形时，要考虑施工过程中分层施加竖向荷载这一因素，不能简单的按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果，如邻近剪力墙和筒体的上层框架柱，在竖向荷载作用下出现拉力;上层框架梁出现过大弯矩和剪力等。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。

2.2结构延性是高层建筑设计重要性质

延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。对于受弯构件来说，随着荷载增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服，受压区高度减小，受压区混凝土压碎，构件最终破坏。从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎，是构件的破坏过程。在这过程中，构件的承载能力没有多大变化，但其变形的大小却决定了破坏的性质。是钢筋砼受弯构件的M－Δ（Φ）曲线，Δy是屈服变形，Δu是极限变形。提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力。高层建筑相对低层结构而言，结构设计更柔一些，如果遇到地震，震动作用下的建筑结构变形更大一些。为了做好防震设计，避免倒塌，建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，特别需要在构造上采以适当的设计，确保建筑设计具有很好的延性。

2.3侧移成为重要设计指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。否则会产生以下情况：

1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。当高楼在阵风作用下发生振动的频率f为一定值时，结构振动加速度a与结构侧移幅值A成正比：a=A（2πf）。因而控制侧移幅值的大小成为保证高楼良好的居住和工作条件的关键因素。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

三、建筑结构经济性分析

建筑结构经济性包括内容注重经济性的建筑设计包含非常广泛的内容。传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。

建筑结构的经济性就是只以较少的成本来获得最大的效用。其中由美国建筑师、工程师R•B•富勒提出的“少费多用”原则是较常用普通的原则。“少费多用（more withless）”原则的含义是，凭借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、资源来投资，目的在于获得尽可能大的发展效益。“少费多用”原则，顺应目前的发展形势，在建筑坚持可续费发展的思路上，该原则是一条重要的、有效的、节约型的设计方式。

高层建筑结构设计原理篇（11）

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