高層建筑結構設計原理精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇高層建筑結構設計原理，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；結構設計；設計原理；原理應用

改革開來以來，我國城鎮化建設腳步一直在不停加快，城市人口也在快速增長，使得城市土地變得寸土寸金。于是，為了有效利用有限的城市土地資源，提高城市土地利用率，近幾年來，在城市建筑中，建筑結構逐漸向高層建筑發展。并且，這種趨勢現在已經變得越來越明顯，城市高層建筑高度越來越高，結構越來越復雜，同時，高層建筑的使用功能也逐漸呈現出功能多樣化的發展趨勢。比如，在同一棟高層建筑內，將建筑分成上中下三個不同的組成部分，上層為住宅功能區，中層為辦公功能區，下層為購物、餐飲功能區，徹底改變了以往一棟建筑只提供一種使用功能的結構特點。而由于在同一棟建筑內同時實現了多種不同使用功能，每一種使用功能對建筑物建筑結構和建筑空間的要求都不一樣，因此，為了能夠更好的實現不同功能的轉換，需要在建筑物施工結構設計中設置轉換層。目前，在建筑結構設計中應用最廣泛的就是設計、計算以及施工都比較簡單的梁式轉換層結構。

1 梁式轉換層結構設計在國內發展歷程

我國最早是在上世紀七十年代開始在高層建筑結構設計中應用梁式轉換層結構，最開始的時候，我國在高層建筑中應用梁式轉換層結構的主要目的是為了實現建筑物底層大開間的建筑結構設計，并沒有從根本上實現對建筑功能的轉換。不過，梁式轉換層結構在我國發展的極為迅速，到了上世紀九十年代，梁式轉換層結構設計就已經列入了我國建筑結構體系和設計的相關規定中，并且政府部門對該種結構設計也比較重視，一直在通過不斷的摸索和總結來完善梁式轉換層結構設計原理和流程[1]。

我國最先應用梁式轉換層結構的建筑是在上世紀七十年代末落成于上海，這座最早的應用梁式轉換層結構的建筑高度為十三層，為底層大空間結構建筑，但是，當時這座建筑的功能依舊比較單一；接著，在1983年，在大連建成了另一座高度為十五層的應用了梁式轉換層結構，并實現多功能的高層建筑，這座建筑，下三層為大空間結構，提供購物、餐飲功能，上十二層為提供住宅功能的住宅區。自此之后，我國應用梁式轉換層結構的多功能高層建筑開始逐漸興起，并迅速成為我國建筑群組成的一部分。

進而二十一世紀，在經濟快速發展的推動下，我國城鎮化建設腳步也在不斷加快，我國多功能高層建筑也開始快速發展，其中，絕大多數建筑在實現功能轉換的過程中應用的都是梁式轉換層結構。

2 梁式轉換層結構在高層建筑中應用的設計原則

2.1 減少高層建筑的豎向構件

在高層建筑的梁式轉換層結構設計中，要最大限度的減少建筑物的豎向構件。因為在建筑結構中，應用的豎向構件越多，所需要進行轉換的功能結構就越少，梁式轉換層結構設計中的剛性就會越小，最終就會影響整個建筑的抗震結構設計，造成安全隱患[2]。

2.2 對稱布置轉換柱和剪力墻

在對轉換柱和剪力墻的位置進行布置的過程中，盡可能保證剪力墻和轉換柱的對稱性，轉換梁上面的轉換柱最好甚至在轉換梁的正中位置，這樣當轉換梁發生變形的時候，轉換柱的柱腳就不會受到太大的影響，轉換柱也不會發生太大的形變，導致轉換柱發生剪切和彎曲變形，影響梁式轉換層結構的安全性。

2.3 保證梁式轉換層的結構剛度

轉換層的剛度達不到要求會影響建筑物的抗震效果，因此，在梁式轉換層的結構設計中，一定要保證梁式轉換層的剛度。在梁式轉換層結構設計過程中，通常要求梁的高度要比跨度大至少12%，并且施工所使用的混凝土要是性能最高的混凝土，這樣才能夠保證轉換層的剛度，在滿足建筑物安全性要求的基礎上實現建筑物功能的轉換[3]。另外，在對剪力墻和轉換柱進行設計的過程中，也要充分考慮兩者的受力情況，對兩者性能進行合理設計，只有這樣，才能夠起到良好的轉換作用。

2.4 轉換層結構位置不能過高

在對梁式轉換層結構進行設計的過程中，一定要注意控制轉換層位置的高度，保證其在合理的范圍內，否則，一旦轉換層高度超過建筑物的標準要求，就會導致轉換層的剛度降低、轉換柱和轉換梁的受力增大，容易發生變形和超筋現象，影響建筑物的抗震效果。如果因為建筑物功能轉換需求，就要將轉換層的高度升高，則需要根據具體要求適當增加轉換層的剛度以及轉換柱和轉換梁的性能，同時，嚴格限制落地剪力墻的間距。

2.5 對梁式轉換層的結構進行嚴格計算

梁式轉換層結構設計是整個建筑結構設計中比較重要的一個部分，對整個建筑結構的安全性和實用性有著比較重要的影響。因此，在對梁式轉換層結構進行設計的過程中，為了保證梁式轉換層結構設計的合理性和準確性，一定要對在相關數據進行嚴格計算。在根據建筑物的實際受力變形狀態構建計算模型的時候，應該通過三維空間的整體結構對模型進行整體分析，應用有限元的方法來對轉換結構實施局部的補充和計算，務必確保設計計算的準確性。

3 梁式轉換層結構設計

3.1 結構形式

梁式轉換層結構也被稱為是梁式框支剪力墻結構，它是利用下部的轉換大梁，將上部剪力墻落在框支梁上，再由框支柱支撐框支梁，形成一種獨特的支撐體系，達到轉換建筑功能結構的目的。梁式轉換層結構是以剪力墻到轉換梁，再到轉換柱為力量傳導途徑，由于這種傳力途徑的表現形式直接、明確，計算、分析和設計都比較方便，而且施工也比較簡單，所以在高層建筑功能轉化結構設計中，經常使用梁式轉換層結構。但是，梁式轉換層結構缺點在于，如果建筑物的上下軸線的位置布置錯位，在結構設計中就需要增加轉換梁的數量，導致建筑物的空間受力情況變得更加復雜，不利于建筑施工[4]。而在實際設計過程中，可以根據梁式轉換結構根據建筑物轉換功能的具體要求，將轉換層分為如圖1所示的幾種不同結構形式。

3.2 受力機理和設計分析

梁式轉換層結構是以剪力墻到轉換梁，再到轉換柱為力量傳導途徑，這種傳力途徑的表現形式直接、明確，比較方便設計的計算和分析。其中，轉換梁的受力情況主要受到傳導力量的剪力墻的剛度、轉換梁自身的剛度以及支撐轉換梁的轉換柱的剛度影響。因此，為了明確梁式轉換層的受力機理，相關研究人員以轉換梁所承托的層數對轉換梁受力的影響為例，應用了有限元程序對其進行了分析。分析結果表示，當轉換梁的跨度不大于十二米時，轉換梁承托的層數標準為三層，但是以承托層數為四層或者是五層進行計算時，偏差也沒有超過5%，在可承受范圍之內。因此，在對承托層數為三到五層的梁式轉換層結構進行設計時，就可以直接以三層為標準進行計算。導致這種情況出現的原因主要有兩點：其一，是因為轉換梁正好處于結構整體彎曲的受拉區，應力積分后在轉換大梁中就會出現軸向拉力；其二，是因為剪力墻體豎向力作用于轉換梁時，傳力方式就會由豎向傳遞變成了拱式傳遞，力量不會直接作用在轉換梁上，從而導致轉換梁中間位置出現拉力，支座出現軸向壓力。

3.3 梁式轉換層設計要求

梁式轉換層結構設計應該根據建筑物具體功能轉換以及轉換層力量傳到的具體需要，依照建筑物轉換層的設計高度要求，在規定高度范圍內在一個位置或者是多個位置靈活布置轉換結構，同時，在對轉換層進行設計過程中，還要充分考慮建筑物的抗震要求，對轉換層的剛度進行嚴格設計[5]。在對大底盤多塔樓的商住高層建筑的轉換層進行設計的過程中，塔樓的轉換層應該設置在裙房的屋面層，并對屋面轉換梁、轉換層板的尺寸和厚度進行加大加厚處理，以避免中間出現剛度特別小的樓層，影響建筑物抗震效果。在對普通多功能高層建筑的轉換層結構進行設計的過程中，要嚴格控制轉換層的位置高度，地震烈度為7度的地區，轉換層高度不能超過5層，地震烈度為8度的地區不能超過3層。

4 結束語

現在，在城市建筑中，高層建筑數量越來越過，其中還有很大一部分是屬于多功能高層建筑，這些建筑結構復雜，不同功能區對建筑空間的需求也不一樣，需要通過轉換層來實現功能轉換，增加了高層建筑結構設計難度。當前，在轉換層結構設計過程中，應用最廣泛的就是計算、分析和設計都比較簡單的梁式轉換層結構設計，通過其設計，更好的實現高層建筑的功能轉換需求。

參考文獻

[1]謝曉峰.高層建筑轉換層結構形式的應用現狀及問題[J].廣東土木與建筑，2010（2）.

[2]何若全.高層建筑中轉換層結構的現狀和發展[J].蘇州城建環保學院學報，2011（9）.

[3]舒贛平.高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計[J].建筑結構，2011（6）.

[4]唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

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【關鍵詞】高層建筑；梁式轉換層結構設計；應用

近些年來，隨著城市化發展進程的不斷加快，為了滿足人們對建筑功能多樣化的需求，高層建筑平面布置與立面體型越來越復雜。其中較為常見的類型就是：下面為商場或者娛樂場所，上部為住宅。下部空間相對自由靈活，大柱網、少墻體，可以達到公共使用標準；上部主要利用墻體進行分隔，達到住宅需求。此種設計，導致上部與下部設計區別較大，違背了常規的豎向布置。所以，在進行實際設計的時候，可以考慮不同結構體系轉換的形式，保證建筑結構安全、經濟的情況，實現建筑的功能要求。

1.轉換層結構設計原則

1.1豎向布置

轉換層結構可以結合建筑功能與結構傳力需求，沿著高層建筑高度方向一處或者多處進行靈活布置；也可以結合建筑功能需求，在樓層局部位置進行轉換層設置，并且在此空間中既可以進行樓層的正常使用，也可以將其當成是設備層，但是，一定要保證其具有足夠的剛度，避免沿豎向剛度過于懸殊。對于大底盤多塔樓商住建筑而言，塔樓轉換層應設在裙房，并且加大梁尺寸與板的厚度，盡可能防止中間出現剛度過小的樓層，降低震害。

1.2結構布置

通過相關研究表明，底部轉換層位置越高，轉換層上、下剛度也就相差越大，轉換層上、下內力傳遞途徑也在發生變化；除此之外，轉換層越高，落地剪力與筒體也容易出現裂縫，進而導致框支柱內力加大，轉換層墻體容易被破壞。總之，轉換層位置太高，不利于建筑抗震。底部帶有轉換層結構，其上部豎向構件不可以直接落地，一定要保證其與轉換梁的可靠傳力。根據現有工作經驗總結，轉換層構件可以采用大梁、斜撐、箱形等結構。因為轉換層在高烈度區應用較少，在進行設計的時候，一定要予以充分的重視。

1.3抗震設計

為了確保設計的穩定性與安全性，規定一些框支剪力墻結構轉換層必須設置在五層以下，其框支柱、剪力墻底部加強區抗震等級一定要按照相應的規范標準進行提高，保證結構的抗震性能。在計算轉換層轉換構件水平地震作用的時候，需要將其計算內力進行調整，以保證建筑具有足夠的抗震性能。

2.梁式轉換層結構設計和構造

由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑經過多次轉換，受力情況非常復雜。框支主梁除了需要承載其上部剪力墻作用之外，還要承擔梁傳遞的剪力、彎矩、扭矩，非常容易破壞框支主梁。針對具有抗震性能要求的建筑而言，為了有效改善建筑結構的受力情況，增強其抗震性能，在進行平面設置的時候，可以進行剪力墻落地設計，并且貫通基礎，形成良好的受力體系，保證建筑的穩定性與安全性。

2.1轉換梁設計和構造

轉換梁截面尺寸通常是由剪壓比計算得到，進而降低其脆性破壞率。在轉換梁上不要開洞，如果一定要進行開洞，需要將洞口設置在梁中和軸附近。并且在上下弦桿處一定要采取強化措施，保證箍筋加密，提高結構抗剪能力。在計算上下弦桿箍筋的時候，取放大系數為1.2。當洞口內力比較大的時候，可以利用型鋼進行強化。同時，轉換梁混凝土的強度等級要求不小于C30。轉換梁上下主筋最小配筋率為0.3%(非抗震設計)，轉換梁縱向鋼筋接頭宜采用機械連接，同一連接區段內接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，并且保證上部縱筋中有50%的鋼筋全長貫通。

2.2框支柱設計和構造

框支柱截面尺寸均是由軸壓比進行計算決定的。在地震作用下，框支柱內力需要進行一定的調整：在進行抗震設計的時候，一定要將框支柱柱頂彎矩乘以放大系數，同時根據放大之后彎矩進行配筋的計算。剪力調整：在計算框支柱地震剪力值的時候，可以按照以下標準進行：當框支柱數量不超過十根，框支層是1～2層的時候，其剪力為基底剪力的2%；當框支層為3層以及3層以上的時候，其剪力為基底剪力的3%；當框支柱數量超過十根，框支層是1～2層的時候，其剪力為基底剪力的20%；當框支層為3層以及3層以上的時候，其剪力為基底剪力的30%；在完成框支柱剪力調整之后，一定要對框支柱彎矩進行調整。

框支柱縱向全部配筋，抗震等級是一級時，其配筋率不應低于1.15%，二級時不應低于0.95%，非抗震設計時不應低于0.75%。在進行抗震設計的時候，其縱向鋼筋間距不宜超過200mm，并且也不應低于80mm，配筋率不宜超過4%。

2.3轉換梁截面設計

在設計轉換梁截面的時候，一定要對其進行有限元的分析，明確其應力分析情況，為了可以直接利用其分析結果，計算截面配筋，在不考慮混凝土抗拉作用的情況下，全部拉力均由鋼筋承擔，達到其屈服強度。當轉換梁承托上部普通框架的時候，需要在常用截面尺寸內，根據普通梁截面設計形式對配筋進行相應的計算。當轉換梁承托上部斜桿框架的時候，轉換梁將會承載軸向拉力，并且按照偏心受拉構件對截面進行相應的設計與計算。

2.4托墻形式轉換梁截面設計

當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞的時候，其和上部墻體一同作用，其受力特征和破壞形態為深梁，這時，需要進行深梁截面設計或者是利用應力截面設計，對轉換梁進行相應的設計，并且計算縱向鋼筋的分布。因為轉換梁跨中范圍較大，內力也較大，因此，需要保證底部鋼筋不彎起與截斷，一定要伸入支座。當轉換梁承托上部墻體是小墻肢的時候，基本可以根據普通梁截面設計法進行轉換梁截面與配筋的計算，保證結構設計的合理性。

3.工程實例應用

3.1工程概況

某建筑工程項目1#樓地上三十層，兩層地下車庫，1～2層為商業裙樓，轉換層設置在裙樓屋面，3～30層為塔樓，屋面以上有一層電梯機房，建筑總寬度是27m，總長度是41m，室內外高差是0.15m，建筑高度是95.9m,總建筑面積是20761，商業面積是1384，住宅19377，此工程設計使用期限是50年，抗震設防烈度是6度，場地類別是Ⅰ1類。

3.2梁式轉換層結構設計

在此工程中，梁式轉換層結構構件尺寸如表1所示。

表1梁式轉換層結構構件尺寸

在此工程中，采用梁式轉換層設計，以保證傳力更加明確、直接；計算相對比較簡單，施工方便。在布置轉換梁上，只對少數部分布置二級轉換，二級轉換傳力相對復雜，應該盡量避免。在進行結構布置的時候，盡量使轉換梁與墻、柱中心線重合，以減小偏心作用帶來的影響。此項目因為所處的位置商業價值高，所以采用了大轉（下轉第138頁）（上接第78頁）換，轉換剪力墻的比例達到80%。設計的時候采用了加厚落地剪力墻的方式調整轉換層上下的剛度比，使其符合規范要求。

4.結束語

總而言之，隨著高層建筑項目的不斷增多，梁式轉換層結構設計得到了廣泛的應用。在進行具體設計的時候，一定要結合工程實際情況，選用最佳的轉換方案，進而在保證高層建筑功能正常發揮的同時，提高高層建筑工程的質量，保證其具足夠的穩定性、安全性與經濟性。[科]

【參考文獻】

［1］黃襄云，陳建秋，金建敏等.高層建筑轉換層結構的研究現狀及發展方向[J].四川建筑科學研究，2010（02）.

［2］魏劍俠，王景枝，薛全超.高層建筑梁式轉換層結構設計的要點[A].現代建設工程應用技術學術交流會論文集[C].2009.

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關鍵詞:高層建筑;結構設計;問題;概念設計

隨著經濟的迅速發展，受城市化人口的增長與土地使用環境的矛盾，高層建筑逐漸成為了建筑發展一種趨勢。房屋結構形式的改變，也使得高層建筑的結構形式也日益復雜。高層建筑的結構形式常采用框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、筒體結構或者框筒結構等不同的結構形式來滿足不同類型及不同高層建筑的設計需求，不同類型建筑采用的結構形式也不盡相同。正由于這種多樣性，就突出了結構設計中概念設計的重要性。下面就高層建筑在結構設計過程中的概念設計來分析一些在高層建筑結構設計中需要注意的問題。

1高層建筑的定義

通常在建筑結構設計中，我們常把10層及10層以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高層民用建筑統稱為高層建筑。高層建筑在結構設計中與低層建筑、多層建筑相比較而言，其豎向和水平結構體系設計的基本原理還是相同的。但較于低層多層建筑不同的是，在低層多層建筑結構設計中，豎向荷載一般是影響結構體系的主要控制因素，但在高層建筑結構設計過程中，隨著建筑高度的增加，雖然豎向荷載仍會對結構設計產生影響，但由于高層建筑整體結構體系會較低層多層建筑而言整體結構剛度偏柔，受到水平力作用如風荷載作用影響較為強烈，在這種情況下，豎向結構體系的設計就成為整個結構實際的主控因素，在高層建筑設計里要注重水平力的作用，保證整體建筑結構的剛性。

2結構設計中概念設計的主要內容

隨著社會的發展，建筑空間的使用功能也有些各種類型的需求變化。在高層建筑結構設計中，對于不同類型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的與之相對應的適合的結構體系，使得建筑達到安全可靠且較為經濟的目的。為了達到這一目的，就需要概念設計先行。在高層建筑結構設計的過程中，概念設計其實是結構工程師根據個人工程經驗，在對整體建筑使用功能情況、建筑總高度和建筑所處的地理環境、地質環境有一種較為宏觀的把握下提出的與之相對應的較為經濟合適的結構體系設計。簡而言之，就是根據工程經驗對現有建筑環境、地理環境等前提下擬定大致的結構體系布置，為接下來的深化建模后續的設計計算等提供大致思路，起一個指導性的作用。

3結構設計中的注意問題

(1)高層建筑建筑材料選取及建筑平面設計:高層建筑材料建議采用較為輕質的砌體材料作為填充墻的材質，避免因墻體材料荷載過大，對結構構件和基礎造成較大的負荷。在建筑設計過程中，也盡量避免平面過于不規則和豎向剛度突變的情況;

(2)結構體系的選取:高層建筑的結構體系與多層、低層建筑的結構體系較為不同。多層低層建筑在建筑結構設計過程中，主要受豎向荷載作用，由于層高較矮，風壓對于建筑物結構的影響較小。但高層建筑則不同，由于建筑物高度較高，受水平力影響作用較大。而且，由于現在高層建筑的使用功能五花八門，有時候為了不影響建筑物功能的正常使用，會對結構構件例如柱墻的尺寸有限制，這也為高層建筑結構設計增加了難點，而且高層建筑結構的整體剛性本就相對于多層低層建筑結構偏柔，所以，在高層建筑結構設計中，結構體系的選擇顯得尤為重要。在高層建筑結構設計的概念設計之初，應根據建筑需求，優先選擇結構體系較為規則的，結構平面布置最好是簡單規則，減少偏心，且需考慮結構的抗風性以及抗震性，盡量避免剛性突變易產生薄弱層的結構體系。對于有特殊需求的部分在設計中進行調整。由于高層建筑在其正常使用過程中，常伴隨著水平力(例如風荷載)的作用，所以在設計之初就要考慮水平力作用對高層建筑結構的影響。在高層建筑結構設計中，盡量保證建筑結構的質量、剛度和承載力的均勻分布，避免因水平力作用而扭轉產生扭轉振動，使建筑結構遭到破壞，且不宜采用嚴重不規則的結構平面布置。所以考慮水平力對高層建筑結構的影響，在高層建筑結構設計過程中，盡量將建筑結構的幾何形心、剛度中心和結構重心保持一致，結構均勻布置;

(3)對高層建筑結構設計中各構件的要求:

①高層建筑由于高度高，其整體結構的自重也較為笨重，上部結構重力荷載的上升使得整個建設項目中對于建筑基礎的要求也更為嚴苛。這就要求在高層建筑結構設計過程中對于基礎的設計選型有著更嚴格的把控。高層建筑結構設計中對于基礎的選型要根據甲方提供的地質勘察報告書結合上部建筑結構的具體柱底軸力及其地質條件，施工條件來選擇恰當的基礎類型，不能死搬硬套，遇到不同類型的地質條件或施工條件限制，可選用不同的基礎類型;

②高層建筑在隨著高度的增加，地震作用與風壓作用對整體結構體系的影響也越來越大，剛度過于柔的結構體系在水平地震作用或風作用下，位移過大，容易產生側向變形。一般而言，過大的側向變形會引起搖晃，不僅會讓居住在建筑物上的人們的舒適度降低，影響正常生活質量，還會使建筑的填充墻因產生側向剪切導致開裂影響建筑物正常使用，嚴重時甚至會導致結構主體出現裂縫，導致結構主體破壞。在高層建筑設計規范中也明確注明了對于不同建筑結構類型的位移的要求。因此高層建筑位移的控制或成為高層建筑結構設計中的主要矛盾，適當加大建筑結構的剛度，保證按規范里的嚴格控制;

③在當今高層建筑發展的今天，高層建筑的結構形式一般常采用框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、筒體結構或者框架—剪力墻結構等不同的結構體系。建筑正常使用過程中各類荷載的傳導過程中，不管經過了多少次多么復雜的傳導過程，最終都是各項荷載從水平傳導轉為豎向傳導，框架柱或者剪力墻作為豎向結構構件，在高層建筑結構中有著不可忽視的決定性作用。按理說，低層由于承受上部傳導的較為巨大的荷載，理性適當加大柱截面，但由于建筑功能的多樣化，很多框架柱或剪力墻的截面都有受到限制，這就要求結構設計師在框架柱或剪力墻截面及其布置的選擇上應在保證安全的情況下考慮其實用性。故不宜做過大的框架柱或者剪力墻，適當提高柱墻的混凝土等級以降低柱子或剪力墻的軸壓比。在高層建筑設計過程中，豎向構件的壓軸比是一個及其需要重視的內容。各種模擬實驗數據和地震震害調查表明，當框架柱或剪力墻的軸壓比過大的時候，當構件遇到水平作用(如地震作用)時的延性變形能力就會大大減弱，極易產生脆性的剪切破壞，而一旦豎向構件產生了破壞，往往使整體結構遭到破壞。所以在高層建筑結構設計時應控制柱的軸壓比，用以提高或保證框架柱或者剪力墻的延性，保證結構的安全性。

4結束語

隨著經濟的發展，城市化建設的進程加快，高層建筑日益增多，對于高層建筑結構質量也較為嚴苛，為保證高層建筑結構的安全性和可靠性，對于結構設計師而言，高層建筑結構設計的要求也增多了。總之，高層建筑結構設計是一個較為復雜的長期的甚至可能是往復循環推敲的過程，任何遺漏或者錯誤都可能使整個結構設計過程變得復雜。高層建筑的結構設計比較靈活，結構體系也比較多，為了保證建筑質量和減少往復的工作量，在設計之初就需要先擬定高層建筑結構概念設計，并在計算推敲過程中把握解決對于高層建筑結構設計中容易出現的問題，更有效率地完成高層建筑結構設計。

參考文獻

［1］方正．某高層建筑結構設計探討［J］．四川建材，2011，37(3):52－53．

［2］趙東曉．高層建筑結構設計的問題與對策研究［J］．商品混凝土，2012，9(9)

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關鍵詞:高層建筑 建筑結構 設計要點

中圖分類號：TU97文獻標識碼： A 文章編號：

隨著社會經濟的迅速發展和建筑功能的多樣化, 城市人口的不斷增多及建設用地日趨緊張和城市規劃的需要, 促使高層建筑得以快速發展。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求, 作為一個龐大復雜的系統，高層建筑的結構設計，一方面要滿足包括抗震，抗風等在內的安全性能的要求，另一方面，也要滿足高層建筑結構的科學性和合理性。

一、高層建筑結構設計的意義及依據

1.概念設計的意義

高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

2.概念設計的依據

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗。

二、高層建筑結構設計的原則

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. 選擇合理的高層建筑結構基礎設計

按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個因素，在此基礎上選擇科學合理的基礎方案。基礎方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮，必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告，如果缺失，那么應該進行現場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下，相同結構單元應該采用相同的類型。

3. 選擇合理的高層建筑結構方案

合理的結構設計方案必須滿足經濟性的要求，并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結構單元當中，應該選擇相同結構體系，如果高層建筑處于地震區，那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件，工程設計需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎上，并和建筑包括水，暖，電等各個專業的相協調的情況下，選擇合理的結構，從而確定結構的方案。

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。

5. 高層建筑的結構設計要采用相應構造措

施高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變，強壓力弱拉力，強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則，加強薄弱部位，對鋼筋的執行段錨固長度給予重視，并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。

三、高層建筑結構設計問題分析

1. 高層建筑結構受力性能

對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。

2. 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. 高層建筑結構存在著超高的問題

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。

4. 高層建筑結構設計短肢剪力墻設置

我國建筑新規范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墻，按照實際經驗以及數據，高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結構設計中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

5. 高層建筑結構設計嵌固端的設置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。

6. 高層建筑結構的規則性

在關于高層建筑的新規范中，對于高層建筑結構的規則性做出了很多限制，比如規定了結構嵌固端上層和下層的剛度比，平面規則性等等，并且硬性規定了“高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案。”因此，為了避免后期施工設計階段的改動，高層建筑結構的設計必須嚴格遵循規范的限制條件。

結束語：

隨著高層建筑進一步的發展，高層結構的設計越發重要起來，結構設計是一項集結構分析，數學優化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作，是一項對國家建設有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強的工作。為了革新高層建筑，體現其魅力，追求新的結構形式和更加合理的力學模型將是土木工程師們的目標和方向。

參考文獻：

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[2]田龍.淺談高層建筑的結構設計[J].價值工程,2011.1:99.

篇5

【摘要】高層建筑已成為我國樓房建筑中的主流，隨著人們生活水平的提高，人們對樓房的要求也越來越高，高層建筑不僅要舒適，還要具有安全性、經濟性等，本文就針對高層建筑結構設計進行簡單的探討。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計

隨著社會的發展，我國城市的用地面積越來越少，城市的建筑也越來越趨于向高層建筑發展，現在大部分樓層都在十幾層以上，三四十層高的樓也已經不少見。建筑的體型和功能越來越復雜，結構體系及結構材料也更為多樣化，這樣的高層建筑，其結構設計也就成為結構工程師的難點和重點。

1 高層建筑結構設計的概念及內容

高層建筑結構設計是指根據高層建筑特性的建筑結構設計，在滿足適用、安全、經濟、耐久和施工可行的前提下，按有關的設計標準規定，對建筑結構進行技術經濟分析、總體布置、計算、構造及制圖工作，并尋求優化的過程。簡單來說，就是用結構語言表達出工程師們想表達的東西。在建筑結構設計中，就是把建筑物或者建筑結構體系中的墻、柱子、樓梯、梁等用圖紙中的結構元素來表示出來，同時還要計算出它的抗力及承重等能力。在結構設計中主要包括結構方案、結構計算及施工圖設計三個階段，每個階段對于結構設計來說都是很重要的。

2 高層建筑結構設計的特點

2.1 水平力成為結構設計的主要因素

當建筑物高度增加時，水平荷載(風荷載及地震作用)對結構起的作用將愈來愈大。除了結構內力將明顯加大外，結構側向位移增加更快。我們知道：建筑物樓面的使用荷載和自重在豎向構件產生的彎矩和軸力與其高度的一次方成正比，水平荷載產生的彎矩及軸力與建筑物高度的二次方成正比，水平荷載產生的結構側向位移與建筑高度的四次方成正比。因此，在高層建筑中，結構要使用更多材料來抵抗水平力，另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化，所以結構的抗側力設計成為高層建筑結構設計的主要因素。

2.2 高層建筑中的側移控制

與低層建筑相比，高層建筑結構設計中的另一個關鍵因素就是側移，當建筑越高時，結構的側移變形就會越大。過大的結構側移會造成顯著的重力二階效應，造成結構內力增大并影響結構穩定，過大的側移也會造成建筑構件或設備的破壞以及使用者的不適。對于一定的水平作用，結構的抗側剛度大，那么結構側移就小。但過剛的結構也會造成結構地震作用不必要的增大，所以結構設計中要控制結構的合理剛度，把側移控制在合理范圍。

2.3 更高的抗震設計要求

抗震設防區的高層建筑必須具有良好的抗震性能，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。相對與多層結構，高層結構在地震作用下，具有更大的水平作用及側移，因此，高層建筑平立面也更講究規則性，結構要求具有更高的抗震等級。對于一些較高的高層建筑或具有薄弱層的高層建筑，也要求進行彈塑性分析進行補充設計。

2.4 高層建筑豎向壓縮變形不容忽視

高層建筑中，豎向構件的軸力往往較大，其產生的壓縮變形量往往相當可觀，因此結構設計中要考慮到豎向構件的壓縮變形。

3 高層建筑結構設計需選擇合適的結構體系

在結構設計當中，結構體系的選擇是很重要的一步，合理的結構體系不但可滿足結構的受力要求，更具有良好的經濟性及更高的結構安全富余。常用的結構體系有框架結構體系，剪力墻結構體系，框架―剪力墻結構體系以及筒體結構體系。

3.1 框架結構體系

框架結構主要由梁柱等桿件單元形成空間的框架結構體系，可以承受豎向荷載及一定的水平力的作用。框架結構的優點是計算理論成熟，桿件受力明確，結構的布置靈活，一定高度內造價較低。缺點是抗側剛度較弱，在水平力作用下會產生較大的側移，且大部分側移發生在內力較大的結構底部部位，破壞后易產生嚴重后果。因此框架結構常應用于層數較少，高度較低的建筑中。

3.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構是空間盒子式結構，其水平作用和豎向荷載完全由剪力墻體承受，其剛度及空間整體性都比較好。剪力墻結構體系的優點是抗水平作用能力強、整體性好、用鋼量較小，可以適用較高的建筑。缺點是因剪力墻布置的要求，不易布置成較大的房間。因此剪力墻結構常應用于住宅及賓館類建筑中。

3.3 框架―剪力墻結構體系

在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架―剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗水平作用的能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

3.4 筒體結構體系

這種體系是在框架結構、剪力墻結構的體系上發展起來，當高層建筑不斷地增加層數、高度越來越高時，原來的框架、剪力墻結構就變得不合理和不經濟了，簡體結構就相應地誕生了，它是將剪力墻圍成箱型，構成了一個空間薄壁筒體，可以提供更大的側向剛度，所以筒體結構可以適用與更高的建筑。

4 高層建筑結構中需要注意的幾個問題

4.1 抗震設計中的注意事項

高層建筑結構設計中的抗震設計是非常重要的一部分，它應符合抗震概念設計的要求，選擇規則的設計方案，規則結構其剛度、承載能力及變形能力更強，不規則結構一般會破壞整個結構承受風荷載、重力荷載及抗震能力，因此盡量選擇設計對稱、規則的結構方案。另外，在抗震設計中，還要注意到結構構件本身的剛度、延性、穩定性及承載力等方面性能，且要遵守強剪弱彎、強柱弱梁、強底層柱及弱構件強節點的原則。對于結構的薄弱環節，要采取措施加強其抗震的能力同時要重視整體結構中其他部位的剛度及承載能力，以免薄弱層發生轉移。

4.2 高層建筑結構設計中的受力性能

在高層建筑結構的最初設計方案中，注重點不應該在它的具體結構上而是更多地關注它空間組成的特點，這是因為建筑物的空間形式包括水平方向和豎向的穩定性都是依靠建筑物的地面作為支撐的，建筑地面即地基對于建筑物來說是非常重要的，建筑物基本都是由大構件組成的，它們的重量及結構的荷載基本都是向下作用在地面上的，這就要求在建筑結構設計時，首先要搞清楚所選擇的結構體系與地面間承載力的關系，然后對承重墻和承重柱的分布及數量作出總體的設想，這是建筑結構設計方案中很重要的一部分，影響著建筑結構設計的整體質量。

4.3 關于建筑結構設計中扭轉問題的注意

在高層建筑結構中，建筑結構有個很重要的建筑三心即剛度中心、幾何形心和結構重心，在建筑結構設計時要盡量做到三心合一，而建筑結構的扭轉問題就是指在高層建筑結構設計時沒有做到三心合一，并且在水平荷載的作用下發生結構扭轉振動。因此，在建筑結構設計時應盡量選擇合理的結構平面布局及形式，使建筑盡量的三心合一，以免因水平荷載的作用使建筑發生扭轉破壞。在實際的高層建筑中我們也經常會看到一些不規則的平面形式如T形、L形及十字形等比較復雜的平面，這種結構設計，應該盡量讓突出部分的寬度和厚度的比值在規定的范圍之內，讓它的結構盡量處于對稱狀態。

4.4 對結構計算階段的單位面積重度、剪重比及位移限值要注意

在結構計算階段，單位面積重度是衡量樓層何在數據是否正確及構建截面取值合不合理的重要指標之一，其公式為V=G/A(kN/m2)。在同種性質的建筑中，單位面積重度為層數較多的建筑要大于層數少的建筑，剪力墻多的大于剪力墻少的建筑。其剪重比的大小則反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量結構側移的重要標準，其數值的大小從側面反映了結構整體的剛度，剛度的過大或過小會給設計者對結構體系、豎向及平面布置的合理性進行再思考，對于結構計算當中的這些參考數值要給予重視，以便能制定出合理的結構設計。

總結：

建筑結構設計在高層建筑中起著非常重要的作用，同時它又是一項艱巨復雜的工作，需要結構工程師不僅擁有豐富的專業知識及其工作經驗還要有很好的耐性，依據高層建筑的設計原理及設計原則，選擇合適的結構體系，從而建設出具有世界水平的高層建筑。

參考文獻

[1]顧明星.淺談高層建筑的結構設計[J].大科技?科技天地,2011(4)

[2]傅慧華.淺談高層建筑的結構設計[J].城市建設理論研究（電子版）,2011(13)