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高層建筑結構設計范文1
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?？紤]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：
[1] 范小平，高層建筑結構概念設計中相關的幾個問題應用分析[J]福建建材，2010，（12）.
高層建筑結構設計范文2
關鍵詞：高層建筑結構設計 程序
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?；A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。
4.3 雙向板有效高度取值偏大。雙向板在兩個方向均產生彎矩，由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放，短跨方向的跨中鋼筋應放在下面，長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面，計算時應用兩個方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d（d為短向鋼筋的直徑）。有的設計得為圖省事或對板受力認識不足，而取兩上方向的有效高度一致進行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結構構件存在的質量隱患，甚至出現開明縫的現象。
高層建筑結構設計范文3
關鍵詞: 高層建筑；結構設計
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?？v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?？蚣芤患袅Φ挠嬎銠C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。
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。
高層建筑結構設計范文4
關鍵詞：高層建筑；結構體系；剪力墻
我國改革開放之后，由于綜合國力的不斷提高，房地產業迅猛發展，建筑業已成為社會支柱產業之一。由于經濟的發展，加之土地資源寶貴，所以高層建筑更是如雨后春筍般迅速發展，數量劇增。而目前的工程設計領域中，設計人員忙于應付大量的具體工作，往往不夠重視結構經濟性問題，導致同一工程不同人設計，其工程造價可能差別很大，造成不必要的浪費。這對于經濟實力并不發達、尚處于第三世界發展中國家的中國來說是一個亟待解決的問題。
1 高層建筑結構的主要特點
(1)水平荷載對結構的影響大，側移成為結構設計的主要控制目標之一。其根本原因就是高層建筑結構側移和內力隨高度的增加而急劇增加。例如，一豎向懸臂桿件在豎向荷載下產生的軸力僅與高度成正比，但在水平荷載下的彎矩和側移卻分別與高度呈二次方和四次方的曲線關系。所以，在高層建筑結構中，除了像多層或低層房屋一樣進行強度計算外，還必須控制其側移的大小，以保證高層建筑結構具有足夠的剛度，避免因側移過大而造成的結構開裂、破壞、傾覆以及一些次要構件和裝飾的損壞。
(2)多種變形影響大。高層建筑結構由于層數多、高度高、軸力很大，沿高度引起的軸向變形很顯著，中部構件與邊部、角部構件的變形差別大，對結構的內力分配影響大，因而對構件中的軸向變形影響必須加以考慮;另外，在剪力墻結構體系中還應考慮整片墻或墻肢的剪切變形，在筒體結構中還應考慮剪變滯后的影響等。
(3)扭轉效應大。當結構的質量分布、剛度分布不均勻時，高層建筑結構在水平荷載作用下容易產生較大的扭轉作用，扭轉作用會使抗側力構件的側移發生變化，從而影響各個抗側力結構構件(柱、剪力墻或筒體)所受到的剪力，進而影響各個抗側力構件及其他構件的內力與變形。既使在結構的質量和剛度分布均勻的高層建筑結構中，其在水平荷載作用下也仍然存在扭轉效應。
(4)結構延性是度量結構抗震性能的重要指標。相對于較低樓房而言，高層建筑結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。因此，必須運用概念設計方法，對引起結構不安全的各種因素做綜合的、宏觀的、定型的分析并采取相應的措施，以求在總體上降低結構破壞概率。
2 高層建筑結構分析
2．1高層建筑結構分析的基本假定
高層建筑結構是由豎向抗側力構件(框架、剪力墻、筒體等)通過水平樓板連接構成的大型空間結構體系。要完全精確地按照三維空間結構進行分析是十分困難的。實際工程中，對結構分析都需要對計算模型進行不同程度的簡化，其中常見的基本假定有:
(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。在垂直荷載或一般水平荷載作用下，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，高層建筑結構往往會產生較大的位移而出現裂縫，并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則不能反映結構的真實工作狀態，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。據研究統計，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效應的影響不能忽視。
(3)剛性樓板假定。很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筒體結構提供了條件。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，豎向剛度有突變的結構、主要抗側力構件間距過大或是層數較少等三種情況均對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，此時，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以下三種:即一維協同分析、二維協同分析和三維空間分析。其中一維協同分析各抗側力構件只考慮一個位移自由度，計算簡單，主要用于手算方法的計算簡圖;二維協同分析各抗側力構件的位移由三個自由度確定，主要用于中小微型計算機上的桿系結構分析程序;三維空間分析在前兩者的分析基礎上既考慮了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)，又考慮了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筒體結構的影響。三維空間分析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，較前兩者的計算更為精確。
2．2高層建筑結構靜力分析方法
(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，大都采用連續化建立常微分方程的方法?？蚣?剪力墻結構的計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)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。剪力墻結構的計算方法為平面有限單元法，此法較為精確且對各類剪力墻都能適用。
(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。①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。②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進行分析。③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。該方法是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?？臻g梁柱每端節點有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論進行分析，每端節點有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應的內力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但其未知量較多，計算量較大，在不引入其它假定時，每一樓層的總自由度數為6Nc+7Nw(Nc、Nw為柱及墻肢數目)。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣，每一樓層總自由度數即降為3(Nc+Nw)+4，這是目前工程上采用最多的計算模型。
高層建筑結構設計范文5
關鍵詞：高層建筑；結構；設計；
Abstract: With the rapid increase of China's national economic development and people's life. The owner and architect's innovative art of the reinforced concrete high-rise building development is widely used. Structure design of high-rise buildings put forward higher requirements for the engineering design, the face of such situation, should make the high-rise building structure design in the first place to study. Several problems in the structure design should pay attention to.
Key words: high-rise building; structure design;
中圖分類號：TU2
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。
1高層建筑結構受力方面
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。
對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結構體系成為設計的控制因素，其原因有兩個：①較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；②側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。
與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。
2結構選型階段
2.1結構的規則性問題。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。
2.2結構的超高問題?？拐鹨幏杜c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。
2.3嵌固端的設置問題。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。
2.4短肢剪力墻的設置問題。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。且根據實驗資料和實際經驗，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高層建筑結構設計方面的原則
3.1 選用適當的計算簡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。
3.2 選擇合適的基礎方案。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。
3.3 合理選擇構方案。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?？偠灾?，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。 3.4 正確分析計算結果。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。
3.5 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。
4 高層建筑結構設計的特點
4.1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。
4.2 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。
4.3水平荷載成為決定因素：①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；②某一定高度樓房，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變化。
5 高層建筑結構的相關問題分析
5.1 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。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。
5.2 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。
5.3 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。
5.4 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。
高層建筑結構設計范文6
關鍵詞:實例分析；高層建筑；結構設計
Abstract: In this paper, the combination of a high-rise building structure design example, a study on the - conjoined structure design technology, introduce the structure of selection, the choice of connection, seismic force characteristics, bearing design method.Keywords: case study; rise buildings; structural design
中圖分類號:TU972文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
1 概述
高層建筑連體結構是近幾十年發展起來的一種較為新型的結構形式，其結構設計也比一般的單體結構或多塔樓結構顯得更為復雜。本文結合某公寓式酒店連體結構設計實例，對連體結構的結構設計進行了研究，介紹了結構形式確定、連接方式選擇、抗震受力特性、支座設計方法等，并闡述了解決一些具體問題的過程。
2 工程概況
某商業辦公用房項目由1號樓(公寓式酒店、商業) 和 2號樓( 會展中心、公寓式辦公) 組成，地下 1 層 ～ 2 層，地上 7 層 ～ 9 層，總建筑面積92634㎡。公寓式酒店地下 1 層、地上 9 層，現澆剪力墻結構體系，剪力墻為主要抗側力構件，標準層層高 3.25 m，地上建筑面積為23780㎡。公寓式酒店平面布置呈半個回字形，設置兩條抗震縫將結構分為北樓、南樓、連接體 3 個單體。在 8 層、屋頂層處設置連體結構，連體結構平面呈直角梯形。結構平面圖見圖 1。結構剖面圖見圖 2。
圖 1 連體結構平面圖圖 2 連體結構剖面圖
3 結構選型
公寓式酒店的連接體在第 8 層和屋頂層有連接，屬于高規第10 章的復雜高層建筑中的連體結構。連體結構與塔樓的連接方式可以分為強連接和弱連接，本工程連體結構如果采用強連接，在地震荷載作用下將受到很大的軸向力和彎矩，難以協同變形。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，存在最大彈性水平位移( 或層間位移) 大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移) 平均值的1.2 倍等超限情況，給抗震設計帶來諸多不利。根據建筑要求僅在 8 層處要求有樓板連接，連接體層數僅占總層數的11%，跨度相對較大，因此優先考慮弱連接形式，考慮到自身重量和承載力性能的比值，連體結構確定為鋼結構桁架加活動支座的弱連接形式結構體系。結構形式上類似于橋梁，一端采用固定鉸接支座，連接體可繞鉸接支座轉動，另一端采用雙向的滑動支座，來滿足地震作用下的連接體部分的水平滑動作用。
4 設計分析
本結構設計使用年限為 50 年，抗震設防烈度為 7 度，設計基本地震加速度值為 0.10g，抗震設防類別為丙類。設計地震為第一組，場地類別為上海Ⅳ類場地，場地特征周期取0.9 s，各振型阻尼比取 0.05，主體結構采用 SATWE 進行結構整體分析，采用 PM-SAP 進行結構整體分析并進行校核。分析時考慮扭轉耦聯和雙向地震效應，采用振型分解反應譜法和時程法計算結構響應，各振型貢獻按照 CQC 組合。
4.1 結構動力特性( 周期比驗算) 。按照各個單體分別計算其固有振動特性，驗算其周期比，計算結果見表 1。周期比計算結果滿足規范要求。
表 1 動力特性計算結果
4.2 位移比。驗算位移比時，采用單體模型計算(計算模型中的各個單體的各個樓層，采用強制剛性樓板假定)，并按照各單體模型逐層加以驗算。反應譜法結構地震響應位移計算結果如表 2 所示。計算結果滿足規范要求。
表 2 反應譜法結構地震響應位移計算結果
4.3 反應譜法底部結構的剪力、彎矩和有效質量系數計算結果見表 3。
表 3 反應譜法底部結構的計算結果
計算結果滿足規范要求。
4.4 振型數。振型數大于 15，且使振型參與質量不小于總質量的 90%。
4.5 樓板模型。各單體計算分析內力時，軟弱層( 或人為假定的軟弱層) 的樓板在計算模型中按照彈性板處理( 采用殼單元) 。其他區域的樓層考慮為剛性樓板。
5 支座設計
本工程連體結構的支座為固定鉸接支座與雙向滑動支座，設計過程中主要考慮支座的水平滑動量和豎向力的大小，支座型號則根據計算值確定。
5.1抗震縫寬度。根據抗震設計的要求，滑移量( 也就是相應節點的位移量) 是要求在大震作用情況下取得的，且抗震縫的寬度( 主要是與南側單體雙向滑動支座) 要求考慮大震作用下南北單體相應節點滑移量的相互疊加作用。經分別計算得到南側單體在大震作用下四個節點的 X 向與 Y 向的滑移量均為 95 mm，而北側單體相應數值為 X 向為 120 mm，Y 向為 80 mm。由于連體結構北側為固定鉸接支座，不產生實際滑動，位移量僅作為南側抗震縫的疊加參考因子。計算得出北側單移值為 X 向 145 mm，Y向 95 mm，南側單移值為 X 向 110 mm，Y 向 115 mm; 按 CQC方法對北側單元節點位移進行組合得到最大節點位移為175 mm，按照最不利情況南北單元位移疊加 175 +115 =290 mm，故南側抗震縫的寬度取 300 mm。
5.2 支座豎向力?？紤]重力荷載控制作用下，通過計算求得支
座最大豎向力設計值為 800 kN。
5.3 支座鋼限位。根據建筑平面布置，滑動位移量以 Y 向位移控制為主，在 X 向設限位可制另一方向的滑動。在最外側兩個鋼牛腿的外側上翼緣設置呈 90°角的鋼限位，一旦滑動支座限位失效且又產生地震作用的情況下，鋼限位能夠阻止鋼梁產生過大的滑移變形，從而加強了結構的安全性能。根據以上計算和要求完成支座部分的設計，雙向滑動支座的節點詳圖見圖 3，固定鉸接支座的節點詳圖見圖 4，鋼限位的節點詳圖見圖 5。
圖 3 滑動支座剖面
圖 4 鉸接支座剖面圖 5 鋼限位節點詳圖
6 結語
JGJ 3-2002 連接體結構屬于高規第 10 章中所提到的復雜高層建筑，屬于超限高層，設計時需要格外慎重。設計過程中首先要明確結構體系和傳力路徑，如果本工程在設計初始采用剛性連接方案:
6.1 不符合實際情況，僅靠 8 層樓板無法協調兩棟單體變形；
6.2 如果按照剛性連接設計，考慮到協同變形，兩側單體的結構體系甚至是具體構件設計與現在的非剛性連接存在巨大的不同，將造成結構的不安全。采用現行的非剛性連接方案將原本復雜的連接體結構轉化為非超限的普通高層結構 + 鋼結構連接體形式，簡化了設計程序，縮短了設計論證周期，使得結構體系明確，傳力路徑簡潔，構件節點具有通用性，方便選用及施工。
參考文獻:
［1］ JGJ3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程［S］．
