高层建筑结构设计原理范文

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近些年来，随着城市化发展进程的不断加快，为了满足人们对建筑功能多样化的需求，高层建筑平面布置与立面体型越来越复杂。其中较为常见的类型就是：下面为商场或者娱乐场所，上部为住宅。下部空间相对自由灵活，大柱网、少墙体，可以达到公共使用标准；上部主要利用墙体进行分隔，达到住宅需求。此种设计，导致上部与下部设计区别较大，违背了常规的竖向布置。所以，在进行实际设计的时候，可以考虑不同结构体系转换的形式，保证建筑结构安全、经济的情况，实现建筑的功能要求。

1.转换层结构设计原则

1.1竖向布置

转换层结构可以结合建筑功能与结构传力需求，沿着高层建筑高度方向一处或者多处进行灵活布置；也可以结合建筑功能需求，在楼层局部位置进行转换层设置，并且在此空间中既可以进行楼层的正常使用，也可以将其当成是设备层，但是，一定要保证其具有足够的刚度，避免沿竖向刚度过于悬殊。对于大底盘多塔楼商住建筑而言，塔楼转换层应设在裙房，并且加大梁尺寸与板的厚度，尽可能防止中间出现刚度过小的楼层，降低震害。

1.2结构布置

通过相关研究表明，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度也就相差越大，转换层上、下内力传递途径也在发生变化；除此之外，转换层越高，落地剪力与筒体也容易出现裂缝，进而导致框支柱内力加大，转换层墙体容易被破坏。总之，转换层位置太高，不利于建筑抗震。底部带有转换层结构，其上部竖向构件不可以直接落地，一定要保证其与转换梁的可靠传力。根据现有工作经验总结，转换层构件可以采用大梁、斜撑、箱形等结构。因为转换层在高烈度区应用较少，在进行设计的时候，一定要予以充分的重视。

1.3抗震设计

为了确保设计的稳定性与安全性，规定一些框支剪力墙结构转换层必须设置在五层以下，其框支柱、剪力墙底部加强区抗震等级一定要按照相应的规范标准进行提高，保证结构的抗震性能。在计算转换层转换构件水平地震作用的时候，需要将其计算内力进行调整，以保证建筑具有足够的抗震性能。

2.梁式转换层结构设计和构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径经过多次转换，受力情况非常复杂。框支主梁除了需要承载其上部剪力墙作用之外，还要承担梁传递的剪力、弯矩、扭矩，非常容易破坏框支主梁。针对具有抗震性能要求的建筑而言，为了有效改善建筑结构的受力情况，增强其抗震性能，在进行平面设置的时候，可以进行剪力墙落地设计，并且贯通基础，形成良好的受力体系，保证建筑的稳定性与安全性。

2.1转换梁设计和构造

转换梁截面尺寸通常是由剪压比计算得到，进而降低其脆性破坏率。在转换梁上不要开洞，如果一定要进行开洞，需要将洞口设置在梁中和轴附近。并且在上下弦杆处一定要采取强化措施，保证箍筋加密，提高结构抗剪能力。在计算上下弦杆箍筋的时候，取放大系数为1.2。当洞口内力比较大的时候，可以利用型钢进行强化。同时，转换梁混凝土的强度等级要求不小于C30。转换梁上下主筋最小配筋率为0.3%(非抗震设计)，转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，并且保证上部纵筋中有50%的钢筋全长贯通。

2.2框支柱设计和构造

框支柱截面尺寸均是由轴压比进行计算决定的。在地震作用下，框支柱内力需要进行一定的调整：在进行抗震设计的时候，一定要将框支柱柱顶弯矩乘以放大系数，同时根据放大之后弯矩进行配筋的计算。剪力调整：在计算框支柱地震剪力值的时候，可以按照以下标准进行：当框支柱数量不超过十根，框支层是1～2层的时候，其剪力为基底剪力的2%；当框支层为3层以及3层以上的时候，其剪力为基底剪力的3%；当框支柱数量超过十根，框支层是1～2层的时候，其剪力为基底剪力的20%；当框支层为3层以及3层以上的时候，其剪力为基底剪力的30%；在完成框支柱剪力调整之后，一定要对框支柱弯矩进行调整。

框支柱纵向全部配筋，抗震等级是一级时，其配筋率不应低于1.15%，二级时不应低于0.95%，非抗震设计时不应低于0.75%。在进行抗震设计的时候，其纵向钢筋间距不宜超过200mm，并且也不应低于80mm，配筋率不宜超过4%。

2.3转换梁截面设计

在设计转换梁截面的时候，一定要对其进行有限元的分析，明确其应力分析情况，为了可以直接利用其分析结果，计算截面配筋，在不考虑混凝土抗拉作用的情况下，全部拉力均由钢筋承担，达到其屈服强度。当转换梁承托上部普通框架的时候，需要在常用截面尺寸内，根据普通梁截面设计形式对配筋进行相应的计算。当转换梁承托上部斜杆框架的时候，转换梁将会承载轴向拉力，并且按照偏心受拉构件对截面进行相应的设计与计算。

2.4托墙形式转换梁截面设计

当转换梁承托上部墙体满跨不开洞的时候，其和上部墙体一同作用，其受力特征和破坏形态为深梁，这时，需要进行深梁截面设计或者是利用应力截面设计，对转换梁进行相应的设计，并且计算纵向钢筋的分布。因为转换梁跨中范围较大，内力也较大，因此，需要保证底部钢筋不弯起与截断，一定要伸入支座。当转换梁承托上部墙体是小墙肢的时候，基本可以根据普通梁截面设计法进行转换梁截面与配筋的计算，保证结构设计的合理性。

3.工程实例应用

3.1工程概况

某建筑工程项目1#楼地上三十层，两层地下车库，1～2层为商业裙楼，转换层设置在裙楼屋面，3～30层为塔楼，屋面以上有一层电梯机房，建筑总宽度是27m，总长度是41m，室内外高差是0.15m，建筑高度是95.9m,总建筑面积是20761，商业面积是1384，住宅19377，此工程设计使用期限是50年，抗震设防烈度是6度，场地类别是Ⅰ1类。

3.2梁式转换层结构设计

在此工程中，梁式转换层结构构件尺寸如表1所示。

表1梁式转换层结构构件尺寸

在此工程中，采用梁式转换层设计，以保证传力更加明确、直接；计算相对比较简单，施工方便。在布置转换梁上，只对少数部分布置二级转换，二级转换传力相对复杂，应该尽量避免。在进行结构布置的时候，尽量使转换梁与墙、柱中心线重合，以减小偏心作用带来的影响。此项目因为所处的位置商业价值高，所以采用了大转（下转第138页）（上接第78页）换，转换剪力墙的比例达到80%。设计的时候采用了加厚落地剪力墙的方式调整转换层上下的刚度比，使其符合规范要求。

4.结束语

总而言之，随着高层建筑项目的不断增多，梁式转换层结构设计得到了广泛的应用。在进行具体设计的时候，一定要结合工程实际情况，选用最佳的转换方案，进而在保证高层建筑功能正常发挥的同时，提高高层建筑工程的质量，保证其具足够的稳定性、安全性与经济性。[科]

【参考文献】

［1］黄襄云，陈建秋，金建敏等.高层建筑转换层结构的研究现状及发展方向[J].四川建筑科学研究，2010（02）.

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中图分类号:TU3文献标识码：A

0.引言

随着我国建筑行业的迅猛发展，新兴建筑不断出现，越来越多的高层建筑逐渐走进人民的视线。通常来说，我们把高层建筑定义为超过一定楼层和一定高度的建筑，当前世界上不同国家对高层建筑的规定都有所不同，我国规定建筑高度高于二十四米或者总共楼层超过十层的多层建筑为高层建筑。在高层建筑建设过程中，结构设计至关重要，这是因为建筑结构设计如果科学性和安全性，那么人们生产生活的需要可以得到满足，同时可以满足抗震、抗洪等需求，为人们的安全提供保障。

1.当前高层建筑结构设计中存在的一些问题

作为影响着高层建筑工程质量的重要组成部分，高层建筑结构设计不仅关系着建筑物实体的实用性，更关系其耐用性和安全性。当前我国建筑行业不断发展，但是越来越多的高层建筑工程质量问题不断见诸报端，而建筑结构设计问题是导致工程质量问题的一个重要原因。

1.1结构设计中消防结构设计存在的问题

由于高层建筑具有不同于一般建筑的特定，因此其在进行结构设计时具有一定的复杂性，不仅要保证高层建筑的功能多元化的要求，同时要兼顾安全稳定性要求。但是，当前在进行高层建筑结构设计时，许多设计单位更为注重高层建筑功能性需求而忽视了安全性，这就导致了设计时往往会选用不同建筑功能的材料，这些材料又大多是可燃性材料，加之高层建筑间空气流动快、风力强劲，一旦出现火灾，可能会助长火灾蔓延。

1.2结构设计中抗震结构设计存在的问题

在对高层建筑进行结构设计时，除了上述消防结构设计需要注意外，抗震结构设计整个设计过程中极为复杂但又容易出现问题的地方。由于高层建筑不同于一般建筑的复杂特征以及地震发生时不确定因素极多，因此在进行建筑结构设计时，设计人员必须要对相关抗震数据进行仔细分析和研究，在实际数据的基础上进行总体规划和设计，而不能只是根据一些书本上的原理进行设计，只有这样才能达到有效避震的目的。但是当前，许多设计人员由于自身能力不足以及专业操守不强在进行抗震结构设计时仅仅根据书籍上的原理进行设计，最终导致抗震结构设计有效性不强、灵活性不高、安全耐用性不足，不能很好地保障人民生命财产安全。

1.3建筑结构设计中抗风结构设计存在的问题

除了消防结构设计以及抗震结构设计，在高层建筑结构设计中，抗风结构设计也是一个重要的组成部分。设计人员在进行抗风结构设计时，应该紧紧围绕建筑结构的抗风压性这一特点。由于高层建筑楼层较多、体积庞大，其本身对风具有良好的阻隔作用，当高层建筑周围的空气由于动力的作用出现改变，则又会对高层建筑产生风压，使得高层建筑物必须承受相当的动力荷载力，此时这种力可能会对高层建筑稳定性造成一定的影响。因此，在进行抗风结构设计时必须要以建筑的抗风压性为中心，综合考虑多种因素,从而保证高层建筑的抗风承载力。由于抗风结构设计也是高层结构设计中的一个重点和难点，因此许多设计人员并不能很好的围绕建筑物抗风压性进行抗风结构设计，导致建筑物实体在遭受风压时主体结构出现毁坏，严重者出现玻璃幕墙碎裂、墙体出现断裂等情况。

2．高层建筑结构设计相关问题的解决路径

2.1消防结构设计相关问题的解决路径

为了保障高层建筑中人民的生命健康和财产安全，消防结构设计必须始终以防为中心，同时辅之以应急应对措施。首先，在进行消防结构设计时必须对防火间距进行科学设计，在进行设计时必须根据行业规范对建筑物间距进行测算，此外根据建筑物所在处的地形因地制宜，以增强消防应急措施的灵活度。其次，在进行安全通道进行设计时，应该根据具体地形情况设计多条安全通道，以避免火灾时电梯出现断电导致人群不能有效疏散。再次，为了在发生火灾时延缓火势蔓延，有效控制烟雾扩散，在进行消防结构设计时，对防护墙、防火门等应该予以设计，这样可以为人们在火灾时争取时间。

2.2抗震结构设计相关问题的解决路径

在进行抗震结构设计时，基于高层建筑的特点，必须对建筑结构的构件、建筑物的地基以及剪力墙进行设计已达到抗震的目的。具体而言，首先，应该对高层建筑结构的构件位置进行科学合理的规划，使不同的构件发挥不同的作用，在地震发生时承载不同力。其次，由于发生地震时如果建筑物地基出现沉降的情况则整个建筑物都极易损毁，因此必须对建筑物地基进行针对性设计，通过地基设计，简化了建筑平面，对建筑物的刚度进行增强。再次，对剪力墙进行设计，兼顾楼板的刚度以及结构侧面的强度，从而最大程度地控制建筑物的位移，有效提升整个高层建筑的抗震性。

2.3抗风结构设计相关问题的解决路径

在整个高层建筑结构设计中，抗风结构设计是一个重要的基础性设计。对高层建筑进行抗风结构设计，增强建筑物的抗风压性，提高其抗风承载力，具体可以从以下方面出发：首先，要对建筑物进行基础性的抗风结构设计，保证高层建筑的稳定性，这表现在选材时要使用级配比较高的砂石，这样不仅可以确保建筑物的一定的填充材料密度，同时还可以杜绝水平方向上出现的对整个建筑结构的倾覆性的威胁。其次，在进行抗风结构设计时必须设计有效的耗能减振系统，其组成部分为楼板、剪刀墙以及梁柱等，其材质一般为粘弹性高的阻尼材料，这种减振系统可以保证建筑结构的稳定性，减小风荷载力对建筑物的作用，增强建筑物抗风压性。再次，在进行抗风结构设计时，为了增强建筑无得稳定性，还可以对高层建筑的高风压处进行补强加固，这就需要在选材时采用高强度的钢筋混凝土，严格控制构件中的钢筋含量。最后，为了增强高层建筑实体的强度和刚度，提高整个建筑物的承载力，设计人员在进行抗风结构设计时必须对高层建筑的风荷载进行分析和计算，按照相关行业规范，高效设计适合该建筑物的抗风结构。

3结论

在对高层建筑结构进行设计时，尤其应该注重三个方面的设计，分别是消防结构设计、抗震结构设计以及抗风结构设计。设计人员在施工设计时，必须充分考虑到这三个方面，保障高层建筑兼具实用性与安全性，保证建筑物内人民的生命财产安全。

参考文献：

[1] 叶至峰.带转换层的高层建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品. 2011(18)

[2] 孙广花.关于高层建筑结构设计问题分析[J]. 中国新技术新产品. 2011(17)

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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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【关键词】高层建筑；结构设计

随着社会的发展，我国城市的用地面积越来越少，城市的建筑也越来越趋于向高层建筑发展，现在大部分楼层都在十几层以上，三四十层高的楼也已经不少见。建筑的体型和功能越来越复杂，结构体系及结构材料也更为多样化，这样的高层建筑，其结构设计也就成为结构工程师的难点和重点。

1 高层建筑结构设计的概念及内容

高层建筑结构设计是指根据高层建筑特性的建筑结构设计，在满足适用、安全、经济、耐久和施工可行的前提下，按有关的设计标准规定，对建筑结构进行技术经济分析、总体布置、计算、构造及制图工作，并寻求优化的过程。简单来说，就是用结构语言表达出工程师们想表达的东西。在建筑结构设计中，就是把建筑物或者建筑结构体系中的墙、柱子、楼梯、梁等用图纸中的结构元素来表示出来，同时还要计算出它的抗力及承重等能力。在结构设计中主要包括结构方案、结构计算及施工图设计三个阶段，每个阶段对于结构设计来说都是很重要的。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 水平力成为结构设计的主要因素

当建筑物高度增加时，水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。我们知道：建筑物楼面的使用荷载和自重在竖向构件产生的弯矩和轴力与其高度的一次方成正比，水平荷载产生的弯矩及轴力与建筑物高度的二次方成正比，水平荷载产生的结构侧向位移与建筑高度的四次方成正比。因此，在高层建筑中，结构要使用更多材料来抵抗水平力，另一方面，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，所以结构的抗侧力设计成为高层建筑结构设计的主要因素。

2.2 高层建筑中的侧移控制

与低层建筑相比，高层建筑结构设计中的另一个关键因素就是侧移，当建筑越高时，结构的侧移变形就会越大。过大的结构侧移会造成显著的重力二阶效应，造成结构内力增大并影响结构稳定，过大的侧移也会造成建筑构件或设备的破坏以及使用者的不适。对于一定的水平作用，结构的抗侧刚度大，那么结构侧移就小。但过刚的结构也会造成结构地震作用不必要的增大，所以结构设计中要控制结构的合理刚度，把侧移控制在合理范围。

2.3 更高的抗震设计要求

抗震设防区的高层建筑必须具有良好的抗震性能，做到小震不坏，中震可修，大震不倒。相对与多层结构，高层结构在地震作用下，具有更大的水平作用及侧移，因此，高层建筑平立面也更讲究规则性，结构要求具有更高的抗震等级。对于一些较高的高层建筑或具有薄弱层的高层建筑，也要求进行弹塑性分析进行补充设计。

2.4 高层建筑竖向压缩变形不容忽视

高层建筑中，竖向构件的轴力往往较大，其产生的压缩变形量往往相当可观，因此结构设计中要考虑到竖向构件的压缩变形。

3 高层建筑结构设计需选择合适的结构体系

在结构设计当中，结构体系的选择是很重要的一步，合理的结构体系不但可满足结构的受力要求，更具有良好的经济性及更高的结构安全富余。常用的结构体系有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架―剪力墙结构体系以及筒体结构体系。

3.1 框架结构体系

框架结构主要由梁柱等杆件单元形成空间的框架结构体系，可以承受竖向荷载及一定的水平力的作用。框架结构的优点是计算理论成熟，杆件受力明确，结构的布置灵活，一定高度内造价较低。缺点是抗侧刚度较弱，在水平力作用下会产生较大的侧移，且大部分侧移发生在内力较大的结构底部部位，破坏后易产生严重后果。因此框架结构常应用于层数较少，高度较低的建筑中。

3.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构是空间盒子式结构，其水平作用和竖向荷载完全由剪力墙体承受，其刚度及空间整体性都比较好。剪力墙结构体系的优点是抗水平作用能力强、整体性好、用钢量较小，可以适用较高的建筑。缺点是因剪力墙布置的要求，不易布置成较大的房间。因此剪力墙结构常应用于住宅及宾馆类建筑中。

3.3 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、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗水平作用的能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

3.4 筒体结构体系

这种体系是在框架结构、剪力墙结构的体系上发展起来，当高层建筑不断地增加层数、高度越来越高时，原来的框架、剪力墙结构就变得不合理和不经济了，简体结构就相应地诞生了，它是将剪力墙围成箱型，构成了一个空间薄壁筒体，可以提供更大的侧向刚度，所以筒体结构可以适用与更高的建筑。

4 高层建筑结构中需要注意的几个问题

4.1 抗震设计中的注意事项

高层建筑结构设计中的抗震设计是非常重要的一部分，它应符合抗震概念设计的要求，选择规则的设计方案，规则结构其刚度、承载能力及变形能力更强，不规则结构一般会破坏整个结构承受风荷载、重力荷载及抗震能力，因此尽量选择设计对称、规则的结构方案。另外，在抗震设计中，还要注意到结构构件本身的刚度、延性、稳定性及承载力等方面性能，且要遵守强剪弱弯、强柱弱梁、强底层柱及弱构件强节点的原则。对于结构的薄弱环节，要采取措施加强其抗震的能力同时要重视整体结构中其他部位的刚度及承载能力，以免薄弱层发生转移。

4.2 高层建筑结构设计中的受力性能

在高层建筑结构的最初设计方案中，注重点不应该在它的具体结构上而是更多地关注它空间组成的特点，这是因为建筑物的空间形式包括水平方向和竖向的稳定性都是依靠建筑物的地面作为支撑的，建筑地面即地基对于建筑物来说是非常重要的，建筑物基本都是由大构件组成的，它们的重量及结构的荷载基本都是向下作用在地面上的，这就要求在建筑结构设计时，首先要搞清楚所选择的结构体系与地面间承载力的关系，然后对承重墙和承重柱的分布及数量作出总体的设想，这是建筑结构设计方案中很重要的一部分，影响着建筑结构设计的整体质量。

4.3 关于建筑结构设计中扭转问题的注意

在高层建筑结构中，建筑结构有个很重要的建筑三心即刚度中心、几何形心和结构重心，在建筑结构设计时要尽量做到三心合一，而建筑结构的扭转问题就是指在高层建筑结构设计时没有做到三心合一，并且在水平荷载的作用下发生结构扭转振动。因此，在建筑结构设计时应尽量选择合理的结构平面布局及形式，使建筑尽量的三心合一，以免因水平荷载的作用使建筑发生扭转破坏。在实际的高层建筑中我们也经常会看到一些不规则的平面形式如T形、L形及十字形等比较复杂的平面，这种结构设计，应该尽量让突出部分的宽度和厚度的比值在规定的范围之内，让它的结构尽量处于对称状态。

4.4 对结构计算阶段的单位面积重度、剪重比及位移限值要注意

在结构计算阶段，单位面积重度是衡量楼层何在数据是否正确及构建截面取值合不合理的重要指标之一，其公式为V=G/A(kN/m2)。在同种性质的建筑中，单位面积重度为层数较多的建筑要大于层数少的建筑，剪力墙多的大于剪力墙少的建筑。其剪重比的大小则反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量结构侧移的重要标准，其数值的大小从侧面反映了结构整体的刚度，刚度的过大或过小会给设计者对结构体系、竖向及平面布置的合理性进行再思考，对于结构计算当中的这些参考数值要给予重视，以便能制定出合理的结构设计。

总结：

建筑结构设计在高层建筑中起着非常重要的作用，同时它又是一项艰巨复杂的工作，需要结构工程师不仅拥有丰富的专业知识及其工作经验还要有很好的耐性，依据高层建筑的设计原理及设计原则，选择合适的结构体系，从而建设出具有世界水平的高层建筑。

参考文献

[1]顾明星.浅谈高层建筑的结构设计[J].大科技・科技天地,2011(4)

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近年来，随着高层建筑的不断增多，许多房地产公司为了把其建筑特征显现的更明显，就不断的增加其楼层数。但是随着楼层数的增加，建筑物的高度过高，使得其建筑在质量以及抗震设防的性能上都有更高的需求，而建筑规范也对建筑物的高度进行了明确的规定，并且提出在高度设计中

定要保障其满足抗震的实际需求。但现如今的建筑中，仍然有许多的企业存在着建筑超高的现象，这使得建筑的质量性与安全性面临着比较严峻的问题。

为解决这一问题，建筑规范将限制高度进行了调整细化，区分了AB级高度，这在一定程度上使得建筑物过高问题有了改善。除此之外，在建筑规范的基础上，各个企业在进行高层建筑结构设计时都应该将建筑物超高现象重视起来，在项目进行施工审核时，发现问题就要及时处理，重新讨论制定科学的设计方案，避免对其建筑工程的施工进度以及整体造价造成不必要的影响及损失。

结构的规则性

近年来，高层建筑结构设计有了新的规范条例，其中对其结构的规则性又提出了很多限制内容。虽然其中明确的采用了强制性条例规定建筑设计中不能采用严重不规则的设计方案，可从目前的情况来看，依旧有很多的企业在高层建筑结构设计中违反了结构的规则性，这会对高层建筑物的质量造成很大的影响，拉低整个工程的质量水平。

对此，我们要采取相应的对策来解决这一问题。为了避免在建筑的后期出现施工图纸被迫做更改的情况出现，我们就需要高层建筑的结构设计者严格的考虑设计工作中的结构规则性问题，要结合建筑的施工要求来计算与分析出合理的结构设计方法，达到高层建筑结构设计规范条例的规定要求，致力于提高整个高层建筑的质量。

注意建筑设计中的轴压比和短柱问题

建筑的设计者为了将柱的轴压比控制住，一般在用钢筋混凝土建造的高层建筑中把柱的横截面做的很大，并且在柱的纵向钢筋之中运用构造配筋。即便是在高层建筑施工中使用高强度的混凝土，建筑柱的断面尺寸也丝毫不会减小。所以为了能使建筑当中的柱体一直处在偏压的一种状态并要避免出现混凝土被砸碎的情况，我们就必须要对柱体的轴压比进行限制。若建筑主体的塑性能力不达标，那么相对的其结构延性也就会很差，这就可能会导致建筑在发生灾害时受到一定程度的损害。

对此，我们在高层建筑的结构设计中，要依据强柱弱梁的原理对建筑进行科学设计，并且要选用延性较好的梁具，这样能够让柱子出现变形破碎的可能性大大降低，也能够放松轴压比的限值。另外要说明的是，并不是底部柱长和直径比都小于4的柱体就定是短柱。短柱的确定依据是柱的剪跨比小于2，只有这时，我们才可以确定其为短柱。

考虑建筑所用材料的选用及结构体系问题

般情况下，工程设计的技术人员都非常重视材料的选用及建筑的结构体系问题，因为这在一些地震多发地区是起到关键性作用的。从我国目前的现状来看，超过150米的建筑物主要是采用筒中筒、框架-支撑以及框架-筒这三种经常使用的结构体系。由于在结构设计中多以钢筋混凝土核心筒为主要结构，因此对于建筑材料的形变控制应该要结合钢筋混凝土结构上的位移来考虑。又因为钢筋混凝土结构其弯曲变形的侧移幅度相对较大，若用刚性度非常小的钢架支撑其减少侧移，并不会有非常明显的作用并且还可能对钢结构的承载能力施加更大压力。有的时候还会采用加大混凝土的内筒，但效果也不明显。

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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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一、高层建筑结构设计的意义及依据 1.1概念设计的意义 高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2概念设计的依据 高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

二、高层建筑结构设计的几个问题及设计方面的原则 2.1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空间组成特点，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土的承载力之间的关系，因此，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作出总体设想。 2.2高层建筑结构设计中的扭转问题 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、圆形、正多边形等简面形式。同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

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中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

我国经济的快速发展加快了城市化进程的脚步，同时带动了建筑业的腾飞，建筑技术随之也有了质的飞跃。高层建筑的发展使有限的土地面积得到了最大化的使用，发展无限的空间，缓解了城市用地紧张和城市人口压力，并且高层建筑一跃成为建筑发展的主流导向，俨然成为城市高度发展的标志。高层建筑结构层数多、复杂难度大、施工困难、管理复杂、工序繁多、建设周期长、质量难以保证等诸多的特殊性，给设计施工带来了许多不便。高层建筑能够做到结构功能与外部条件的一致，设计理念先进，能够充分发挥结构的功能并保持经济性的协调，更好的解决构造问题。高层建筑结构总体系与各个分支体系设计和构造处理的原则、力学性质以及工作原理、力学模型和功能等这些高层建筑概念设计的依据都需要在实践中不断的积累经验。本文从高层建筑结构设计的角度出发，针对高层建筑结构的特点和设计问题，分析总结设计的要点，提出相对的控制措施，以期为相关的结构设计人员提供借鉴和参考。

2 高层建筑结构设计特点

相比低层、多层建筑结构，高层建筑结构中结构专业在各个专业中发挥着更为重要的作用，结构体系的选择直接关系到建筑的平面布置、楼层高度、施工技术、机电管道、施工工期、造价成本等，主要设计特点有以下几点：

1）高层建筑结构设计的主要因素是水平载荷，其也是高层建筑结构设计的决定因素，在低层和多层建筑结构中，一般是以重力为代表的竖向载荷对结构设计起着至关重要的作用。在高层建筑结构设计中，虽然竖向载荷对结构存在着重要的影响作用，但是水平载荷更为重要，之所以这样认为，是因为水平力对高层建筑结构安全稳定性的影响程度要远远超过竖向载荷对结构的影响。建筑结构设计中的竖向载荷包括建筑自重以及建筑楼面的使用载荷，它们在竖向构件中作用的轴力和弯矩的大小与建筑高度的一次方成正比关系，而水平载荷对建筑结构产生的倾覆力矩，和由此在竖向构件中产生的轴力，都与建筑高度的二次方成正比关系，因而，对于一定高度的建筑来说，竖向载荷是定值，而水平载荷主要是风载荷和地震水平分力，它们的数值大小是动态的，具有不确定性，对着结构动力学的不同随之产生较大的变化，而随着建筑高度的增加，较小的水平载荷也会产生较大的倾覆力矩和轴力，因此水平载荷是高层建筑安全性能的主要决定性因素之一。

2）建筑结构中，轴向变形对结构的影响主要表现在连续梁支座的安全和预测构件的下料长度方面。在高层建筑结构中，由于竖向载荷较大，柱中的挠度也较大，这样直接影响了连续梁弯矩，导致中间支座附近的负弯矩减小，而连续梁跨中正弯矩和端支座负弯矩增大，威胁到连续梁的稳定安全性能。同时较大的轴向变形也会对预测构件的下料长度产生影响，因此要根据轴向变形的计算值来调整预测构件的下料长度，避免出现安全隐患。结构构件的剪力值和侧移也会受到轴向变形的影响，考虑到结构构件竖向变形，得到的结果安全度不够。

3）与低层、多层建筑结构几何变形相比，高层建筑结构的侧向位移也成为控制目标，需要在结构设计中认真重视的关键所在。随着建筑高度的不断增加，侧向位移受水平荷载影响也越来越明显，水平荷载越大，侧向位移也就越大，对结构的安全影响就越大。因此，结构侧向位移要规定一个安全的容许范围，设计计算要将其控制在此范围之内，减少其高层建筑结构的安全影响。

4）结构延性是建筑结构的一项非常重要的设计指标，与低层建筑结构相比，高层建筑结构更具有柔韧性和延展性，建筑结构的整体变形相对来说也会更大一些。在风、地震等外力的水平作用下，高层建筑结构由处于弹性状态，在作用力超过弹性极限的前提下，结构就会进入塑性变形阶段，此时的变形无法恢复，如果作用力继续加大，就会达到破坏阶段，因此为保证结构在进入塑性变形阶段后仍然具有较强的变形能力和持久性，避免出现倒塌，就要采取恰当的措施，增加结构的延展性，避免结构损坏。

5）有抗震设防要求的高层建筑结构设计，在考虑竖向载荷、风载荷等的条件下，还要满足抗震设防的要求，保证结构具备良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

3 高层建筑结构设计分析研究

3.1结构的高度

高层建筑结构的总体高度受制于规范标准，主要体现在抗震规范、高层混凝土技术规范中，对高度、超高等进行了严格的划分。高层建筑结构设计中，之前的一些处理方法和措施都有一定的改变，并且随着高度的增高，结构安全影响因素也增多，若忽视这些问题，就会产生非常大的风险。在实际工程中如果忽略这些问题，在施工图的审查过程将受到限制，导致返工重新设计的现象出现，若进行专家论证继而会影响工期、造价等一连串的规划设计施工，给项目造成很大的麻烦。当建筑高度达到一定的程度时，结构会发生质的变化，如安全指标、荷载、材料、力学模型选择等。

3.2 结构的体系

建筑结构体系有很多种，目前主流的结构形式主要有钢结构和钢筋混凝土结构。对结构体系的选择有直接影响的是结构转换层和加强层的设置，在结构体系之间或者柱间距发生变化时，就需要设计转换层，这时结构的刚度突变会直接影响到相邻的柱构件的受力情况，剪力增大导致很难实现转换层与体系连接处的强柱弱梁。因此，高层建筑在需要转换层或者加强层的结构设计中，结构体系的刚度要低，避免刚度出现太大变化，根据我国的建材市场产品性能和品种，可以适当的选择钢骨混结构、钢管混结构、钢结构等。

3.3 结构的细节问题

重视建筑结构细节的设计是为了保证结构的规则性、剪力墙和嵌固端的设置。采用平面规则的建筑结构方便了设计施工，并且规范要求建筑物采用规则的方案，同时在平面规则性做了严格的限制，就是为了避免在后期的施工图设计中造成不必要的麻烦。短肢剪力墙是设计中受到限制最多的，因此在设计中要避免出现短肢剪力墙，如无法避免，则要符合各种要求。嵌固端一般出现在地下室顶板、人防的顶板位置，它的设计也需要按照规范要求进行，如抗震等级一致的要求、嵌固端上下层的刚度比值的选取、嵌固端和抗震缝的相对位置要求，如不满足规范要求，则会对工程产生严重影响，因此也要重视嵌固端的设计。

3.4 结构的抗震性能

高层建筑结构极易出现扭转效应。当受到地震作用时，会加剧结构的破坏，继而影响到邻近建筑物的稳定。在高层建筑中结构抗震是设计中必不可少的环节。结构的应力集中现象会影响结构的安全性能，常出现在凹凸的拐角处，需要引起一定的重视，避免出现或者采取补救措施来减小这种应力集中现象。高层建筑结构在竖向还常出现刚度突变和薄弱层，因此在进行抗震设计时要注意防震缝的设置，同时它也是设计时容易忽视的问题。高层建筑结构要严格按照抗震设防规范的要求进行。

4 结束语

高层建筑结构设计随着建筑的高度变化越发复杂，相关设计人员要针对高层建筑的结构特点以及主要安全影响因素进行重点考虑，在严格遵守规范要求的基础上进行合理的结构体系的选择、高度的控制，重视结构细节的设计问题，按照抗震的安全标准设计，提高高层建筑在设计上的质量和安全性能。

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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。

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1.高层建筑结构设计的意义及依据

1.1 概念设计的意义

高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。

1.2 概念设计的依据

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

2.高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

2.1水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，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。

2.2侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2.4轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制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；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

2.5结构延性是重要设计指标

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3.高层建筑结构设计问题分析及对策

3.1提倡节约

我国是发展中国家，还是要尽量提倡节约，目前我国规范中的构造要求，并非都比国外低，有的已经超过。国外大企业在北京买了按我国规范设计的大楼，说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论，应注意不要引起误导，千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪费。实践已经证明，现行规范安全度是可以接受的。这是重要的经验，不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化，国家经济实力增强和住宅制度改革现状，可以将现行设计可靠度水平适当提高一点。这样投入不大，却对国家总体和长远利益有利。

3.2高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为 A级高度，并且增加了 B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

3.3考虑受力性能

对于一个建筑物最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，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的，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土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与分布作出总体设想。

3.4提倡使用概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚，因此在实际中应考虑长远因素。

3.5 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置

我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在 5～8 的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

3.6 高层建筑结构设计嵌固端的设置

一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

3.7 高层建筑结构的规则性

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Abstract: The industry of high-rise buildings in China with the development of city and area restrictions and vigorous development, in addition to building community increased,form and structure design of main building has become increasingly diversified, enrichment, in which, the structuredesign of high-rise building brought more problems to the engineering designer, is briefly described design features of structure design of high-rise building structure firstly,architectural design of high-rise buildings and high-rise buildings of the problem, introduces the concept of high-rise building structure design.

Keywords: high-rise building; structure design; conceptual design

中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：

我国经济市场的快速发展决定了城市建筑多功能化的趋向，人口数量的急剧增长和建筑用地日趋紧张决定了高层建筑列入城市发展规划的必然趋势，进而促进了相关产业的不断壮大和发展。除此以外，科技技术的进步也为高层建筑提供了更为轻质的高强度材料，设计计算理论方面的发展也为高层建筑结构设计带来了更为夯实的理论基础，而计算机技术的普及应用与建筑结构设计分析相结合，更为高层建筑的发展提供了必要的技术支持。

一、高层建筑的建筑设计状况概述

近些年来，随着我国社会经济的快速发展，市场对于高层建筑的需求也越来越高，伴随着这种社会需求形式，高层建筑在各地如雨后春笋般涌现，这为建筑行业的发展提供了良好地机遇，于此同时，高层建筑的特点为占地面积较小，建筑面积大，建筑造型较为独特，具有高集约性的特点。这些特点能够充分满足城市建筑日益紧张的用地局面，能够占用更少的用地，进而有效节约城市用地，同时能够有着良好地采光，日照以及通风效果。这些优点使得高层建筑在现代化城市中得到了快速的发展。然而随着高层建筑高度的快速增加，如何有效进行建筑的防火防灾，已经成为了城市建筑一个不可避免的难题。正是这些特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展，但是，随着建筑高度的增加，建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。

二、当下高层建筑的结构设计特点

高层建筑的结构设计与多层或底层建筑的设计相比，结构的设计项目比其他工程项目的内容要重要一些，由于建筑结构设计与建筑的平面布置、立体构型、建筑高度、施工技术的标准、水电管道的布设、工程竣工时间的耗费以及工程造价投资等方面有着十分密切的关系，下面，笔者就对高层建筑的结构设计特征进行详细介绍。

2.1水平力是结构设计的重要因素

多层或底层的建筑结构设计中，通常都是将以重力代表的竖向荷载来对整体的房屋结构设计进行控制，而高层建筑的结构设计中，竖向荷载所起到的控制因素占比不大。由于高层建筑的自重和楼面使用所产生的荷载在竖向构件中所产生的弯矩及轴力的数值与建筑高度的一次方呈正比关系；而该荷载在水平构件中所产生的倾覆力矩以及在竖向构件中引起的轴力则与建筑高度的二次方呈正比；从另一个角度来说，若建筑高度到达一定程度时，其竖向荷载的数值为定值，而水平荷载则因为受到各种环境因素的影响，其数值会因为结构动力性的不同而产生较大的变化。

2.2侧移是结构控制的重要指标

结构侧移在多层和底层建筑的结构设计中并没有受到重视，而高层建筑的结构设计中，结构侧移扮演着十分重要的角色，水平荷载结构的侧向形变与建筑高度的四次方成正比，因此其数值会随着建筑高度的增加而增加。除此以外，高层建筑的高强度轻质材料的应用、侧向位移的速增、新型结构设计和建筑形式都会随着建筑高度的突破而一一出现，这样一来，高层建筑的结构设计不仅在强度标准上有所提升，同时结构的抗推刚度也要随之增强，只有这样才能保证在该结构设计下建筑由于水平荷载而产生的侧移量被控制在一定范围内，若超过限定范围，则会出现以下现象：1.附加内力的增强会在侧向位移增大时加剧偏心现象，而附加内力超过了限定大小数值时，就会导致房屋恻塌；2.填充墙或室内装饰产生裂缝或损坏，导致建筑物的机电设备管道受到冲击，会造成电梯轨道变形而停止运行；3.建筑主体结构构件产生裂缝，甚至出现损坏；4.给建筑使用者带来心理上的不适合压力。

2.3对建筑的抗震性能要求更高

风荷载和竖向荷载是高层建筑正常使用时所涉及的基础抗震性能设计的内容之一，具备抗震设防的高层建筑结构设计，除了要考虑到以上正常使用的荷载以外，还要保证建筑结构具备良好的抗震性能，大震不倒、小震不坏是高层建筑抗震性能的表现。

2.4轴向变形重视的加强

现代高层建筑常见的设计结构中，框架体系的应用较为普遍，而在这种建筑结构中，框架的中柱轴压应力会比边柱的轴压应力要大，也就是说中柱的轴向压缩变形会比边柱轴向压缩变形要大。建筑高度越大，中柱和边柱轴向形变的差异就会越大，当超过限定范围时，会导致连续梁中间支座下陷，从而导致连续梁中间支座位置的负弯矩值减小，端支座负弯矩值和跨中正弯矩值变大。

三、高层建筑结构设计中存在的问题

3.1高层建筑结构受力性能设计问题

无论是多层、底层建筑还是高层建筑，在对水平和竖向的结构系统进行设计时，所涉及到的基本原理都一样的，设计思想方面的唯一差异就是，在建筑高度有所增加的状态下，结构设计应该提高对竖向结构体系的重视，原因有两点：1.侧向荷载与竖向荷载相比，其侧向力所产生的倾覆力矩会大很多；2.在垂直荷载比较大的情况下，应该保证结构设计中加入墙、柱或井筒等承受力较大的空间构建。

3.2高层建筑结构扭转问题

刚度中心、结构中心和几何形心是建筑结构的主要内容，统称为结构三心。高层建筑的设计原则之一是要做到三心合一，也就是建筑三心的点尽可能集中在一个点上。所谓结构扭转现象就是指建筑的整体结构设计没有达到这一要求标准，进而使得建筑在水平荷载的作用之下发生结构扭转振动的现象。

四、高层建筑结构概念设计思想

4.1选择有利的抗震场地

应尽量选择有利的地段，避开对建筑抗震不利的地段，实在无法避开时，应尽量使建筑物场地选择建在基岩或薄土层上，或具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。

4.2确保结构的整体性

结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。不开洞或者是开洞较小的现浇钢筋混凝土结构楼盖和钢混凝土组合楼盖具有整体性好、平面内刚度大的优点，增加结构的整体性，有助于结构的协同工作。因此优先选用现浇楼板，且尽量要少开洞或不不开洞。

4.3减轻结构自重，控制结构刚度

地震作用的大小与建筑自重成一定比例，自重越轻，地震效应也就越小，因此附属结构要尽量选用轻质材料。同时结构刚度在满足位移的基础上宜小不宜大。增大结构构件截面，提高了结构刚度和抗力大小，但同时也会招来更大的地震力。因此，不可盲目增大结构的刚

度，而要对其加以控制。

五、结束语

综上所述，高层建筑的结构设计作为一个长期、复杂且往复循环的一个建筑发展过程，其间，负责建筑设计的工程师不仅要按早建筑业内的规范来进行设计规划，更要在设计的过程中结合建筑区域的地质地况来进行结构设计，运用多种设计方案和设计思想，通过对比分析出最佳的设计图纸，从而保证高层建筑结构设计的质量和效率。

参考文献:

[1]天水市建筑勘察设计院 陈龙;浅谈建筑结构设计中的概念设计[N];天水日报;2008年

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中图分类号：TU318文献标识码： A

前 言

1 阐述钢筋混凝土结构的原理和特性

1.1 钢筋混凝土结构的原理

阐述混凝土如果没有杂质比较纯净的话，它的抗压程度将很难与其抗拉程度达成一致，形成正比，这也是素混凝土不会在有拉应力的梁板之间进行使用。但是梁板又是高层建筑中常见的结构，因此，必须在一定程度上对这种纯混凝土进行改造，只有通过合理的加工和改造才能促使混凝土承受拉力的能力大大增强，也就是在这种情况下，钢筋混凝土结构便诞生了。钢筋混凝土承受一定的拉力后，将会出现开裂现象，如果是钢筋混凝土结构，钢筋将会对这种拉力进行承受，使得混凝土的的抗压性能大大增强，同时也将钢筋的抗拉性能也充分发挥了出来。混凝土和钢筋按照一定的比例进行有机结合，才能促使抵抗外力的水平大大提高，这也会在很大程度上使得混凝土结构在高层建筑施工中发挥出应用的作用。

1.2 钢筋混凝土结构的特性阐述

钢筋混凝土具有一定的特性，特别是在混凝土的收缩和蠕变中体现的更为明显。混凝土在出现硬化的过程中会自动的进行收缩，在这期间，钢筋内部将会对其产生很大的影响，混凝土便会在这种情况下出现拉应力，这种压力在混凝土内部钢筋中产生，必须引起相关人员的高度重视是，特别是对钢筋混凝土进行比例分配时更应该着重关注和考虑。对于拉应力来说，混凝土具有较低的压力，尽管对钢筋进行及时的内部配备的情况下，仍然不能对这种情况有所改观。因此，必须适当的对混凝土进行压力施加。

2 阐述钢筋混凝土的结构设计要求

不同的高层建筑师所设计出的钢筋结构是不相同的，这主要是因为高层建筑设计师对于高层建筑结构设计的理念和认识理解不同，有自己独特的设计风格和设计方案，再加上国家也对不同高层建筑具有不同的设计政策和规定，导致高层建筑结构设计存在着较大的差异和不同。尽管高层建筑设计师所设计的钢筋混凝土结构存在着一定的差异，但是这些钢筋混凝土结构都必须能够符合基本的高层建筑结构设计规范和要求，也就是稳定性原则。我国的高层建筑必须具备一定的稳定性，这种稳定性需要进行抗震设计，高层建筑设计人员必须高度重视高层建筑房屋的高度、宽度，保持其宽度和高度能够按照合适的比例进行。另外，在钢筋混凝土结构设计的过程中，还应该妥善处理高层建筑的水平和纵向荷载能力，以便钢筋混凝土能够承受住整栋高层建筑的压力和拉力。

3 钢筋混凝土高层建筑结构选型

3.1 规则性问题

在规则性问题上新规范与旧规范之间的差异较大，新规范在规则性问题上添加了较多的条件限制，例如，嵌固端在上下层的刚度比、平面规则性问题等。另外新规范中对此类问题通过强制性规定进行了明确“不规则的设计方案不能够应用到建筑的结构设计中。”所以，工程师在进行主结构设计的过程中需要对新规范中所限定的条件进行严格把控，避免由于设计初期的问题影响后期施工图。

3.2 结构超高

在相关建筑规范中，针对结构的高度都会进行严格的控制，这种限制在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，在新规范中要求较为明确。在实际工程设计中，会多少忽略某些问题，这种由于结构类型变更而产生的问题会使得结构类型出现变更，从而施工图不能够通过审查，因而造成了需要重新设计以及专家论证等问题，这会极大的影响工程的进度以及工程造价，同时会对工程造成整体影响。

3.3 设置嵌固端

高层建筑由于其建筑结构特点，一般都会在地下有两层或者两层以上的人防结构或者地下室，而地下结构的顶板则可以使用嵌固端，同时在人防顶板处也可以设置嵌固端，所以在嵌固端的设置上，工程师往往会在设计中忽视其设置不当所带来的问题。

4 强化钢筋混凝土结构设计水平的有效措施

4.1 合理选择钢筋混凝土结构

我国是个幅员辽阔的国家，不同地区的经济发展水平和地质条件也存在着很大的差异，这就使得我国不同地区的高层建筑结构设计不尽相同。因此，在对高层建筑结构进行设计的过程中，必须对钢筋混凝土结构进行合理的选择，始终坚持以地区的高层建筑特点为前提和依据。在高层建筑设计中，通常情况下，高层建筑设计师会选择剪力墙结构进行施工。剪力墙能够最大范围的扩大高层建筑的空间和面积，高层建筑房间能够不将梁柱等露出来。而且使用混凝土剪力墙这种结构，不仅具有较好的隔音效果，而且还能够节省很多施工成本和精力，缩短高层建筑施工的周期，加快施工进度，提高对房屋高层建筑的抗震能力。因此，剪力墙结构已经被广泛应用在高层建筑结构设计中去。

4.2 妥善处理钢筋混凝土的刚度

钢筋混凝土的刚度是对高层建筑进行结构设计时必须重视的一个因素。随着经济的不断发展，我国高层建筑取得了很大的发展成效，高层建筑的层数也呈现逐渐上升趋势，高层建筑物的刚度直接关系着高层建筑的施工质量。只有不断控制高层建筑物的位移，才能使得高层建筑物的刚度符合相关设计要求。在对高层建筑结构进行设计时，需要对高层建筑物的刚性和延展性进行良好的控制，这也需要高层建筑设计的密切参与和配合，根据自己的设计理念和设计风格对高层建筑物的刚度和延展性进行适当的调整。随着高楼大厦的不断兴起，在对剪力墙进行布置时，可以适当的增加剪力墙的数量，并确保剪力墙的厚度能够满足相关高层建筑设计要求。

4.3 对钢筋混凝土进行及时加固

对钢筋混凝土进行及时的加固也是高层建筑结构设计的重要环节之一，主要有两种加固方法。第一种加固方法是利用碳纤维对钢筋混凝土进行加固。通过这种方式，可以极大的该混凝土的刚度、强度，并且促进钢筋混凝土抗裂能力的增加。第二中加固方式是通过预应力对钢筋混凝土进行加固，这也可以在一定程度上延长钢筋混凝土的使用寿命，在高层建筑结构设计充分发挥其应用的作用。

5 结束语

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中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0383-01

前言

随着城市化进程的加快，以及国民经济的高速发展，我国城镇人口不断增加，规模也不断增大，使得现代城市住房建设用地较为紧张，所以建设高层或超高层住宅建筑成为城市发展的必然趋势。这也给超高层建筑是设计也带来了更多的挑战和崭新的课题。如何设计出舒适、安全、经济、美观，同时又要符合使用者精神生活要求的建筑，成为建筑设计者必须直面问题。

一、高层建筑结构设计的原则与体系分析

1、设计原则

（1）高层建筑结构设计的重点在于结构的构造与选型，结构体系的选择要把抗风性能和抗震性能放在第一位，然后再考虑经济效益、平立面布置方案以及构件的连接性。相较于建筑的抗风性能，目前国内外更关注高层建筑的抗震性能，并要求高层建筑的抗震设计要保证整个建筑物的结构有足够的承载力延性和刚度。

（2）钢筋混凝土高层建筑的结构设计的重点在于建筑、施工和设备三者之间的配合度，其原则是要保证经济合理、技术先进、安全适用，建议使用新型的材料、工艺和设备。

2、应用范围

目前，我国的高层建筑常用钢筋混凝土结构，其结构体系包括以下几种：

（1）剪力墙结构体系，就是在高层建筑中布置被称作“剪力墙”的钢筋混凝土墙体，其目的是提高高层建筑结构的抗侧力钢度和抗剪强度。另外墙体也可用于维护和分格房间。剪力墙是沿横向和纵向两个方向正交布置，或者沿多轴线进行斜交布置，这样就可以同时承受水平荷载和竖向荷载。剪力墙结构的优点在于荷载承受能力强，布局较为规整，房间造型整齐美观，在经济上可以节省刚材料的开支。另外，经过长期的考察，我们发现剪力墙结构的抗震性能很好。剪力墙结构的特点是以较多的墙体来承受荷载，这也就决定了这种结构不适于大房间的布置，所以为了能够在像会议室和门厅等这些大面积的公共用房也使用剪力墙结构，设计师会在进行结构设计时在建筑物的部分底层或者部分层用框架代替剪力墙，也叫做框支剪力墙结构。但这种结构不适于地震多发区，因为这种结构的底层柱子的刚度比上层小很多，一旦遭遇地震，上下层柱子会发生剧烈的变形。

（2）框架-剪力墙结构体系，将框架结构和剪力墙结构结合起来，综合了两种结构的优点，既有较强的抗震能力和刚度又有布置灵活的特点，被广泛用于高层建筑中的公寓和办公楼等。

（3）框架结构体系，是高层建筑结构最常见的形式之一。这种结构体系的承重构件是基础、梁、柱以及楼板，其中主要承重结构是由梁、柱和基础组成的平面框架，承重原理是将各个平面框架连接起来，形成一个空间结构体系其优点是平面布置灵活性高，立面设置较为简单，建筑自重较轻。

（4）筒体结构体系，这一结构体系弥补了平面工作状态的剪力墙和框架结构在抗震设计方面的缺陷。具体设计方案是用剪力墙来组成空间薄壁筒体，形成竖向悬臂箱形梁，以增加柱子的密度来增强梁的刚度，还可以用一个或者多个筒体作为主要构件承受水平荷载。筒体结构的型式有以下几种：

第一，筒中筒结构，顾名思义，这种结构是由内、外两个筒体构成，内筒是剪力墙簿壁筒，而外筒就是由密柱组成的框筒。外柱的密度较大，其主要作用是抗震和抗风。

第二，巨型结构体系，这种结构体系是将由若干根大面积的实体柱子或者电梯井组成的巨型柱子和巨梁构成的巨型框架作为一级结构，承受所有方向的荷载，而其他楼面的柱子和梁所构成的二级结构，只是把楼面的荷载传递给一级框架结构。因为二级结构的柱梁截面比较小，所以建筑布置的灵活性很高。

第三，框架筒体结构，其设计原理和框架剪力墙结构很相似，主要是承受水平荷载，具体布置情况是在中央设置剪力墙簿壁筒作为主要承受构件，在周边布上大柱距的普通框架作为辅助承受构件

第四，成束筒结构，也就是将多个剪力墙薄壁筒体设置成束，一般这种结构适合于平面形状复杂的建筑。

二、高层建筑结构设计的注意事项

相较于其他建筑结构，高层建筑结构比较复杂，并且计算工作量也较大，同时结构体系的选择会直接影响到高层建筑工程的各个环节，其中包括平面布置、楼层高度、施工技术以及工程造价等，所以在高层建筑结构设计中，要注意以下几个方面：

1、严格控制侧移指标

高层建筑与其其他建筑的不同最直接的表现是楼层多，这也是决定高层建筑结构的根本因素。因为建筑高度越高，水平荷载对结构的侧向形变的影响会越明显，两者之间的关系可以用公式 ？=qH4/8EI表示，解释为变形程度与建筑高度的4次方成正比例的关系。另外，还有很多因素影响着建筑结构，比如在建筑形式、结构体系以及建筑材料等方面的发展，这也就要求设计师们在进行高层建筑结构设计时，不仅要考虑结构的强度，还要注重结构的抗推刚度，以保证水平荷载所产生的侧移在一定范围内，不然会发生一些严峻情况，如会对住户的心理造成恐慌；造成建筑的主体结构构件损坏；侧移产生的较大的附加内力会造成建筑物倒塌； 造成墙体损坏，影响电路运行等。

2、减轻建筑自重

由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的入手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。

3、综合把握概念设计与计算设计

建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事，特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。

4、注重水平力在设计中的影响

与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系；水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。

5、 加强抗震设计

在高层建筑结构设计中，抗震设计一直是一个关注点，抗震设计的水平直接与建筑的安全性能和经济性能挂钩。在进行抗震设计中，有两大因素是应重点考虑的，分别是竖向荷载和风荷载，好的抗震性能的标准是“小震不坏，大震不倒”。

6、紧抓轴向变形问题

框架剪力墙体系和框架体系的特点是框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力大很多，同时在轴向压缩变形这一方面上也是如此如果建筑的高度达到一定高度时，框架中柱与边柱在轴向变形上的差距就会达到一个很大的数值，导致连续梁中间支座沉陷，发生剧烈的变形，最终使建筑物发生倒塌。

三、结束语

城市化发展的加速，促使高层建筑结构体系也在不断地更新，除了文中所述的几种结构，在现实生活中还有很多结构，但不管是哪一种结构体系，建筑设计人员都要对结构进行详细的了解之后，再进行运用，以确保高层建筑设计的安全经济。