高層建筑結構設計要點范文

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第1篇

【關鍵詞】高層；建筑；結構；設計； 要點

但是就目前來說，在其結構設計中還具有一定的問題。下面本文分析高層建筑結構設計中存在的問題和對策，并探討其改進措施。

1 高層建筑結構設計中存在的問題

1.1 高層建筑結構設計不合理，沒有處理好高層建筑結構的均衡關系

在目前一些高層建筑結構設計中，過分地追求美觀度和個性化，從而忽略了其設計的科學性和合理性。同時高層建筑的結構設計是多種多樣的，框架結構體系、剪力墻結構體系、框架剪力墻結構體系、筒體結構體系等等，在選擇過程中存在一定的不合理性。另外在高層建筑的整體結構設計中，要注重考慮水平載荷中的風荷載以及地震作用，做好抗震設防系統，以能夠提高建筑安全性，但是在實際建筑結構設計中，還存在對這些問題不注重問題，考慮不全面問題，從而導致高層建筑存在一定的安全隱患。一個造型完美的高層建筑必須很好地均衡主體、裙房和頂部的尺度關系。高層建筑是城市形態的關鍵因素和重要景點，因此要規劃好城市的結構中高層建筑的位置，以及高層建筑與城市街道的關系，保證高層建筑不能對街道行人和正常活動造成影響，也不能造成視覺上的影響。目前高層建筑在這一方面還具有一定的薄弱性，沒有處理好高層建筑結構的均衡關系。

1.2 高層建筑結構設計對其受力情況和水平荷載的考慮不夠完善

在高層建筑結構設計中，其高度不同，那么其受力情況也就不同，其水平荷載跟豎向荷載共同作用，是對高層建筑整體設計效果進行控制的主要因素。但是隨著建筑高度的不斷增加，其側向位移增加的速度也越來越快，底部彎矩也隨之加大，其側向變形過度會導致其結構在橫向荷載下，附加應力明顯增加，從而引起了填充墻裂縫的出現；導致電梯軌道以及裝修等服務設施，出現變形或者裂縫問題，嚴重危及了高層建筑結構的正常使用和耐久性。

2 高層建筑結構設計要點

2.1 高層建筑基礎設計中注意事項

在高層樓宇根基策劃中要關注的情況劃分為三類：第一類，高層樓宇根基一定要持久耐用，由于高層樓宇根基在地下部分，地下水分含量高，根基大多處在比較潮濕的環境中，因此建筑高層樓宇的根基一定要使用持久耐用的材料，如增加根基中鋼筋混凝土的鋼筋結構；第二類，高層樓宇的根基要足夠厚實，才能夠確保承擔住上層構造傳遞下來的重量，同時勻稱的傳遞到高層樓宇的根基中；第三類，高層樓宇根基計劃一定要進行整體的考慮，不能只想到建筑樓宇自身的高度以及對附近建筑物的作用，還要想到高層樓宇在承受沖擊之后是不是形狀能夠不改變，符合科學、經濟的建筑環境。

2.2 高層樓宇構造策劃中的共振情況

共振形成的環境是，高層樓宇的自震時間以及出現地震位置的特性一致抑或相當，因此能夠使用具有目的性的預測樓宇出現地震時的特點情況，之后加強高層樓宇的自震時間和樓宇所建筑地區地震特點之間的距離，來防止形成共振的可能性。

2.3 高層樓宇構造策劃中的水平挪動情況

高層樓宇構造策劃中水平挪動不能僅以達到高層樓宇建筑標準為基礎，還要結合所建位置的地震周期等情況。如在高層樓宇構造低于地震策劃時，因為抗震情況和構造剛度有關，是正比的關系，所以策劃的構造剛度小，不過出現的挪動在允許的范疇內，構造周期長，抗震力不大，因此這種構造策劃是不科學的。

2.4 選取適宜的設計簡圖

設計簡圖一定要確保有相關的高層樓宇結構技術，并且有對高層樓宇構造的設計方式，設計簡圖如果選取的不適合甚至對高層樓宇構造的安全產生不良影響，所以保證高層建筑構造穩定的關鍵是選取適宜的設計簡圖。還要留意的是設計簡圖存在錯誤是很正常的，不過差錯一定要在高層施工構造策劃準許的范疇內。

2.5 選取科學實用的構造方法

科學的高層樓宇策劃一定憑借經濟實用的構造方法，也就是說在高層樓宇構造策劃中要選取實際可行的構造系統以及構造方式。針對構造系統，在同一個構造單位中最好不要使用不一樣的構造系統結合在一起運用，構造系統一定要簡單便利，受力確定。在對高層樓宇構造策劃程序中，要全面的對各種會存在影響的要素進行解析，和有關部門商定，之后敲定詳細的最科學的高層樓宇構造策劃方案。高層建筑中，由于豎向負荷較大的原因，可能會引起在柱中較大程度上的變形，從而對連續梁、彎矩產生比較大的影響，該影響包括兩個方面：一方面是，會增大端支座負彎矩的數值或者是增大跨中正彎矩的數值，另一方面是，減小連續梁中間支座的負彎矩值。

2.6 準確解析、核實設計結果

在高層樓宇構造策劃程序中大多使用電腦，不過因為現在市場中存在的電腦軟件類型繁多，不一樣的電腦程序設計的結果也是不一樣的，因此這就需要高層樓宇構造設計工作者要全面熟悉電腦的程序所適合使用的范疇，避免在借助電腦設計的過程中，因為程序自身的不足，軟件中的設計方式不適合構造的實際設計狀況因為電腦程序對項目施工構造策劃產生不良影響。還有，要避免電腦協助設計構造策劃中操作者的失誤，在輸入資料時一定要嚴謹仔細，并且操作者在后續作業中，對資料也要嚴格的進行審核，科學解析，做出最正確的判定。高層建筑和低層建筑的區別之一就是：在建筑結構方面，高層建筑的結構較柔和，同時也就保障在地震作用下高層建筑的變形更大。為了避免高層建筑在遭受較大沖擊后，在進入高層建筑塑性變形階段的前提下，高層建筑仍可以具有較強的變形能力，也就是避免高層建筑的倒塌，需要在高層建筑結構設計時采取恰當合理的措施，達到保障高層建筑結構具有應對較大沖擊的延性。

2.7 高層建筑結構設計時盡量減輕自重

在同樣的地基情況下，減輕自重更有利于加大樓層的高度，同時可以獲得更高的經濟效益。減輕自重在一定程度上可以減少地震的破壞性，是提高結構抗震能力的有效辦法。如果高層建筑的質量很大，作用在結構上的地震剪力大，而且高層建筑重心高地震造成的傾覆力矩大，破壞性也就越強。因此，在高層建筑房屋中，結構構件在保證高強度材料的條件下，各種非結構構件和圍護墻體都應當采用輕質材料以減輕房屋自重。這樣有利于減小結構剛度和地震破壞強度，節省材料，降低成本，充分利用有限的土地面積創造更大的建筑面積。

2.8 使結構具有足夠的抵抗側向力和剛度的能力

高層建筑結構設計中，不僅要求整體結構能夠承受足夠的垂直負荷，而且必須使結構具有足夠的抵抗側向力和剛度的能力，不至于因受到側向力時而發生超出允許范圍的側向偏移。如果側向位移太大，會使樓層重心偏移，造成居民的驚慌，影響樓層內居民的正常學習、工作和休息。甚至還會是家居的墻體出現傾斜，裝飾脫落或出現裂紋，整個樓層里的水氣管道、電梯發生異常，框架結構破壞等。

3 結語

隨著社會技術的不斷發展和進步，高層建筑的設計理念和設計技術也在不斷地更新，對其設計風格也進行了積極的探索和改變，這都將推動現代高層建筑的迅速發展。高層建筑的結構設計是一項綜合性的技術工作，是建造建筑物的基礎工，結構設計的優劣對建筑物的安全性、經濟性、實用性有著重要的意義。因此工程技術人員要結合專業知識、施工技術要求、地質情況、開發商設計要求等，合理設計建筑物高度和建筑結構。

參考文獻：

第2篇

關鍵詞：轉換層；高層建筑；梁式；豎向；抗震

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

一、轉換層的功能與設計原則

（一）轉換層的功能

1、建筑功能

利用轉換層結構可以為高層建筑提供寬闊的室內空間和出入口。

2、結構功能

高層建筑利用轉換層可以實現上下部結構的轉換，上部的剪力墻結構更適合于民用住宅結構，而下部框架結構由于可以具有較大的內部空間，更適宜商用。通過轉換層將兩者有效的融合為一體，確保了高層建筑結構的多樣化。

3、軸線及上下層柱網轉換

利用轉換層進行結構設計時，在其不改變上下結構形式的情況下，可以通過對軸線及上下層柱網的改變，實現下部柱距的擴大，以大柱網的形式滿足下部大空間的需求。

4、錯位布置

在進行上下結構轉換時，可以對上部結構和下部結構的軸線和柱網軸線進行錯位布置。

（二）設計原則

高層建筑由于自身重量較大，所以對其穩定性和抗震性具有較高的要求，但在進行轉換層設置時，極易導致豎向剛度突變的發生，從而導致高層建筑結構的抗震性能受到較大的影響，所以在進行轉換層設計時需要遵循利用直接落地的豎向構件、宜低不宜高、宜小不宜大的諸多原則。即在進行轉換層設置時，由于豎向構件會對剛度和結構的抗震性能帶來突變，所以需要選擇直接落地的豎向構件來進行設置；在進行轉換層設置時，盡量選擇高層建筑豎向位置較低的地方；同時為了確保所設置的轉換層結構型式能夠具有更明確的傳力路徑，所以需要對轉換層結構進行優化，這樣對于結構設計和施工都會有一定的益處；在轉換時需要對剛度進行適度的控制，不宜過大，這樣不僅有利于建筑物的安全性，而且也會帶來較好的經濟性。

二、結構轉換層的類型及設計方法論述

高層建筑結構轉換層可以分為四種類型：梁式轉換層、厚板式轉換層、箱式轉換層和桁架式轉換層。

（一）梁式轉換層

特點：梁式轉換層分為托柱形式轉換梁截面設計和托墻形式轉換梁截面設計，這兩者是按功能不同來進行劃分的。

1、托柱形式轉換梁截面設計

當轉換梁承接的是上部的普通框架時，可以按照普通的截面設計進行配筋計算，因為這時的轉換梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一樣的，但是，當轉換梁承受的是上部斜桿框架時，就應該按偏心受拉構件進行截面尺寸設計，因為，此時的轉換面承受的是軸向拉力。

2、托墻形式轉換梁截面設計

在轉換梁的施工過程中，力學問題是一個關鍵問題，必須要予以重視，當轉換梁承受上部的墻體是小墻體時，要采取普通梁的截面設計方法進行配筋計算，且縱向的鋼筋也可以放置在轉換梁的底部，像普通梁那樣布置就可以了；當轉換梁承受的是上部墻體且滿跨不開洞時，轉換梁應采取的截面設計方法是深梁截面設計方法，它的受力特點和破壞形態表現為深梁，不過此時的轉換梁跨中較大范圍的內力較大，所以其縱向的鋼筋就不應該彎曲或者截斷了；當轉換梁承托上部墻體滿跨或者不滿跨時，但是剪力墻長度比較大時，應該采取的轉換梁設計方法是深梁截面設計方法。

（二）箱型轉換結構

當轉換梁的截面較大時，可以在轉換梁的梁頂和梁底同時設置一層樓板，遍布全層，使得整個樓層都構成“箱子”形式，也因此被稱為“箱型轉換層。

箱型轉換結構也是高層建筑設計中較為常用的一種結構形式，在設計過程中主要要注意支撐體系的合理設置，這是保證建筑施工質量的重要前提，主要特點有：層高大、自重大、混凝土強度高、結構受力比較復雜、墻柱模板支設困難等，主要優點是轉換層本身的整體性非常好，但是，它也有其缺點，就是它直接占用了整個樓層的面積，使得這個樓層不能再有其他用途，只能當做設備層使用，還有一個缺點就是上面所提出的自重大、造價高，這也是在實際應用當中很少使用的原因。

（三）厚板式轉換層

這種厚板厚梁式轉換結構主要優點是布置靈活，整體性比較好，當上、下柱網線錯開比較多很難用梁來承托時就需要采取這種形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根據上下的結構以及柱網尺寸而定，但是這種厚板式轉換層的自重很大，地震作用大，耗費材料多，不僅耗費資金而且還容易發生震害，所以這種方法采用的也不是很多。

厚板式轉換層可以采用T B SA 等的三維空間分析程序對整體進行內力分析，主要是轉換板的不規則邊界，這樣一般會采用有效單元法進行內力分析，還可以采用復雜樓板有限元分析軟件進行進一步計算，還可以對板進行在豎向壓力荷載作用下的受彎和局部壓力等的計算。

（四）桁架式轉換層

桁架可以分為兩種，一種是空腹桁架，另一種是實腹桁架，這種桁架式轉換層主要是由梁式轉換層結構轉換而來的，與梁式轉換層相比它的受力更加明確、整體性好、抗震能力強、框支柱柱頂彎矩和剪力更加小一點，這是它主要的優點，但是缺點也比較明顯，施工難度大，更加復雜、節點設計難度大。可以對其進行整體結構的內力分析，當高層建筑的下部為大商場時，需要的空間必須要大，上部則是居住辦公等的小空間，這時就可以采用桁架式轉換層，特別是在需要設置管道時，更要采取這種方式，一般采用桁架式轉換層時應該滿層進行布置，而且上弦節點要與上部密柱中心對齊。桁架式轉換層的重量比較小，所以也減小了下部框架的承重負荷。

三、帶轉換層的高層建筑結構設計要點

（一）轉換層結構布置

據相關研究已經顯示，在底部的轉換層中，如果其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉換層的上下內力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及其他墻體就容易出現裂縫現象，框支柱內力加大，使得轉換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說，轉換層的位置如果過于高，就會對抗震產生不利的影響。按照相關的研究結果顯示，轉換構件能夠運用箱形結構、斜撐、厚板、轉換大梁等形式，在地震區對于一些轉換厚板的使用經驗是比較少的，可以在一些非地震區采用，在一些大空間的地下室中，因為其周圍有著約束的作用，而地震的反應也低于上部的框支結構，所以，在 7 度到 8 度地區的地震設計的一些地下室就能夠采用這種厚板轉換層。

（二）轉換層豎向布置

轉換結構可以根據結構的傳力以及建筑的功能需要，沿著層高的建筑方向靈活布置，也可以符合建筑功能要求的基礎上，能夠在樓層的局部來設置轉換層，而且自身的空間可以作為一種技術設備層，也可以作為一種正常的使用層，但是前提是要保證轉換層的剛度，這樣來防止剛度的過分懸殊。

（三）轉換層抗震設計

為了進一步的保證設計的準確性與安全性，規定在一些框支剪力墻其轉換層的位置如果是設置在第三層以上，那么框支柱以及剪力墻其底部的抗震等級要提高一級，如果已經是特一級就不再需要提高，而對于底部的框架來說，如果其為密柱框架，其抗震等級就不用再提高。轉換層其構件在水平地震作用下的內力要將其調整，如果是八度的抗震設計，就要對豎向地震的影響需要考慮。

（四）轉換層樓板設計

轉換層將框支剪力墻分成上下兩部分，對于這兩者來說，其受力情況是有一定差距的，在上部的樓層中，因為外荷載而產生的水平力，有自己的分配原則，它是根據剪力墻的剛度來進行的。在下部樓層中，框支柱的剛度與落地的剪力墻的剛度也是不同的，后者承擔著水平剪力，也就是說，在轉換層處荷載的分配不是很均勻。轉換層其樓板具有比較重的任務，轉換樓板其自身的變形大、受力大，應該要保持足夠的剛度來完成對于自己任務的支撐。

參考文獻

[1]李多龍. 高層建筑結構設計的基本流程分析[J]. 江西建材. 2013(06)

第3篇

關鍵字：高層建筑；結構設計；要點分析

1高層建筑結構設計的基本原則

1.1結構方案合理化原則。高層建筑結構方案的合理化是指高層建筑結構設計方案必須與結構體系和結構形式的要求保持一致，同時應滿足經濟性的要求，其中結構體系的具體要求為傳力簡單化、受力明確化。針對某些結構單元相同的高層建筑物，其結構體系應相同。1.2計算簡圖合理化原則。高層建筑結構設計的基礎是計算簡圖，計算簡圖的合理性直接關乎高層建筑結構的安全，由此可見高層建筑結構設計必須堅持簡圖合理的原則。高層建筑結構構件及節點的簡化可以有多種選擇，但必須把計算結果的誤差控制在合理的范圍內，以免對建筑結構產生負面的影響，從而影響建筑結構的安全。1.3結果分析精準化原則。伴隨著計算機技術的迅速發展，當前很多領域都開始應用計算機技術，并且發揮著至關重要的作用，而在建筑結構方案設計中，通過應用計算機技術能夠對相關數據進行科學更加科學的分析，不僅能夠有效的降低人工計算存在的失誤，而且還能確保建筑結構方案的準確與合理。

2高層建筑結構設計特點

2.1水平荷載。建筑同時承受豎向荷載和地震及風產生的水平荷載，在多層建筑中，因水平荷載產生的內力和位移相對較小，對建筑建構設計的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載著建筑結構的設計起控制作用。而在高層建筑中，很多時候是水平荷載對建筑結構設計起決定性作用，盡管豎向荷載對結構設計會產生重要的影響，但相對于水平荷載來說，影響相對較小。2.2軸向變形。對于多層建筑軸力項相對于彎矩項來說，對結構設計產生的影響不是很大，結構設計時可只考慮彎矩項而忽略軸力的影響。但是對高樓層建筑結構進行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數、高度對豎向構件軸力值的影響。隨著高度的不斷增加，豎向構件的軸力變形也會變得特別明顯，當豎向構件軸向變形達到一定的程度，會使高層建筑的結構內力數值和分布產生變化。2.3建筑側向位移。隨著建筑樓層及高度的增加，在水平荷載的作用下產生的側向位移也會不斷的增大。高層建筑設計時，需要保證足夠的結構強度，在應對風荷載及地震作用產生的內力作用時，才能有足夠大的力量去抵御。為了能夠將風荷載及地震作用下產生的側移距離控制在一定的限度之內，就必須擁有足夠的抗側剛度能力，才能較好的保障結構安全及正常使用的舒適度。

3高層建筑結構設計存在的問題分析

3.1建筑短肢剪力墻設置存在問題。隨著人們對住宅平面與空間的要求越來越高，高層住宅建筑中短肢剪力墻的運用越來越多。在一般情況下，建筑結構的短肢剪力墻是指墻肢的高度、厚度比例為5-8的墻體。短肢剪力墻與普通剪力墻相比承擔較大軸力與剪力，抗震性能較差，從受力特性及構件的安全儲備有別普通剪力墻，為安全起見，在高層住宅結構中短肢剪力墻布置不宜過多，不應采用全部為短肢剪力墻的結構，在某些情況下還要限制建筑高度。3.2抗震結構設計問題。高層建筑結構設計中很重要的內容是結構抗震設計。受高層建筑高度過高、荷載過大的影響，一旦出現了地震，就會誘發出各種不可估計的問題。現階段我國建筑工程建設要求高層建筑最低要保證五十年的設計基準期，并對高層建筑的抗震設計進行了明確的規定。但是在實際結構設計中，存在設計人員對規范理解不透、概念設計模糊等問題。如果高層建筑結構設計人員沒有充分認識到上述問題，就會給高層建筑留下安全隱患。3.3扭轉問題。質量中心、剛度中心和幾何中心是高層建筑結構設計中的“三心”，“三心合一”也是高層建筑結構設計過程中需要盡量達到的目標。但是在實際設計中存在“三心”偏離較大的問題。在三心偏離較大的情況下，受較大水平力的影響就會出現高層建筑扭轉震動的問題，影響高層建筑的安全。

4高層建筑設計相關假定

4.1彈性假定。當建筑處于一般風力的、正常使用豎向荷載及低于設防烈度的地震的作用時，建筑結構構件一般處于彈性的工作階段，這一假定與實際的工作情況存在的差異不大。但當遭遇強震作用或者強烈的臺風天氣時，建筑產生的位移會比較大，結構構件會轉入彈塑性的工作階段。在這個時候就應當按照彈塑性動力分析方法進行分析，而不能只按照彈性假定的方法計算，否則就不能將結構構件的真實工作狀態反映出來，留下安全隱患。4.2小變形假定。小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學者對幾何非線性問題進行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學者對幾何非線性問題（P-Δ效應）做了一些研究。一般情況下，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效應的影響就不能被忽視了。4.3剛性樓板假定。目前在我國對很多高層建筑結構進行分析時，都是將樓板的平面內剛度設定為無限大，而將樓板平面外的剛度予以忽略。在這種假定下，建筑結構體系的自由度在一定程度上減少，對計算方法進行了簡化。此外通過這種假定，使得在使用薄壁桿件的理論在對筒體體系的結構進行計算時非常方便，但是一般情況下，因為受到計算方式以及其他因素的影響，使得這種假定通常比較適合對建筑的框架以及剪力墻體系的計算。4.4計算圖形的假定。在高層建筑架構體系中，整體分析將采用的計算圖形分為一維、二維協同分析和三維空間分析三種。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節點含有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個自由度。

5高層建筑結構設計要點

5.1建筑的載荷設計。在高層建筑的建筑結構設計中，建筑的安全性以及穩定性是設計的重中之重，而建筑的荷載直接影響著建筑的安全以及穩定，因此在進行建設設計時一定要做好荷載的計算。相對于一般的建筑，高層建筑的荷載及其組合要復雜的多，相關的設計人員在進行建筑的荷載計算時需要考慮的內容也多得多。在進行高層建筑的荷載計算時，最主要的內容是以下兩個方面：建筑的地震荷載以及風荷載。在實際的設計中，復雜的超限高層建筑還應當進行的風洞試驗及振動臺試驗，以確保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的設計。因為高層建筑的高度要比普通建筑高出很多，多以其對應力的承受能力也不一樣，因此當地震時其產生的反應程度也不是一樣的，因此對于高層建筑，在進行設計的時候必須要充分考慮抗震設計。而且抗震設計時，必須要對建筑所處的地形地質條件都進行充分的考慮，通常土地比較堅硬的其抗震強度會比較大，所以要盡量選擇硬度比較大的土層，而避開那些土質疏松的地層，而對土層的變化進行有效的把握成為抗震設計中的一個困難點。5.3高層建筑結構的包絡設計。包絡設計是近年來比較常見的設計方式，可以有效解決工程項目結構設計中存在的各種問題。當前工程設計問題變化比較多，有許多因素都會影響到結構效應，各種問題盤根錯節，使用目前已經掌握的只是或者軟件很難對其進行準確的分析。學術科學和工程的不同點在于后者難以長時間等待。因此要通過優化結構設計的形式，利用最少的經濟投入來獲取最大的經濟效益，并解決工程項目存在的問題。不同的工程條件可以用不同的網絡設計原則來處理，在對待轉換結構轉換層或者連體結構時，也可以用網絡設計，對構件進行分析驗算，取不利值包絡設計。

總之，高層建筑的復雜性不僅要求其設計人員必須具有較高的綜合素質，而且還有掌握足夠的理論知識以及相關的法律知識，而且在對其進行結構設計時也要對對建筑周圍的環境進行綜合的考慮，由此來提高設計的質量，同時降低建造的成本，促進高層建筑的健康發展。

作者:崔惠林 單位:保定市城鄉建筑設計研究院

參考文獻：

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