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Key words: high-rise building; structure design; engineering rules; multiple protections

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

一個建筑工程的結構設計首先要明確抗震設防情況、場地情況等。結構方案是結構設計的關鍵，只有正確選擇結構方案，才能在設計中貫徹執行國家的技術經濟政策，做到安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工，保證質量。應根據材料性能、結構型式、受力特點和建筑使用要求及施工條件等因素合理選擇結構方案[1]。作為一個合理的結構方案，其技術經濟效果應當是好的或比較好的，因為它是結構方案的綜合評價。本文以馬那瓜美洲銀行大樓實例為據圍繞在設計和構造上利用多道設防的思想，如框架結構采用強柱弱梁設計，梁屈服后柱仍能保持穩定；框架—剪力墻結構設計成連梁首先屈服，然后是墻肢，框架作為第三道防線；剪力墻結構能過構造措施保證連梁先屈服，并通過空間整體性形成高次超靜定等的工程抗震設計應用。

一、工程規則性與多道設防的實際工程對比應用

馬那瓜地處太平洋火山地震帶東側，近100年來已遭受4次強烈地震的襲擊。1972年12月22日夜至23日凌晨的一次突發性強烈地震和震后的大火，使城市幾乎全部被毀（市區92%的建筑被摧毀），地面下沉12英寸，死傷數萬人（5000--10000人死亡），損失達10多億美元，至今仍然可以看到地震的遺跡。 震級6.2，烈度估計8度，該次地震，地面加速度為0.35g，幾乎是設計地震0.06g的6倍。大地震后，高18層，1963年設計的馬那瓜美洲銀行大樓（當時最高）只是出現了一些裂縫，而同位于市區的15層的馬拉瓜中央銀行卻嚴重受損（震后拆除），周圍建筑物也發生大規模倒塌，5000多人死亡。當時，這個消息幾乎傳遍了整個尼加拉瓜，相距如此近（培訓四P11：毗鄰）的建筑，為何有這般差別？人們發現，馬那瓜美洲銀行大樓之所以輕微受損，是由于它的形狀非常規則、對稱，且運用了多道設防設計思想。而中央銀行平面和豎向上都不規則。

（1）中央銀行平面不規則：四個樓梯間，偏置塔樓西側，再加上西端有填充墻，地震時產生較大的扭轉偏心效應。四層以上的樓板僅50mm厚，擱置在14m長的小梁上，小梁的全高僅450mm，這樣一個樓面體系是十分柔弱的，抗側力的剛度很差，在水平地震作用下產生很大的樓板水平變形和豎向變形。

豎向不規則：塔樓的上部（四層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在四樓板水平處的過渡大當人上，大梁又支承在其下面的10根1mx1.55m柱子上（間距9.4m），形成上下兩部分嚴重不均勻、不連續的結構系統。主要破壞：A、第四層與第五層之間，周圍柱子嚴重開裂，柱鋼筋壓屈（豎向剛度和承載力突變）。B、橫向裂縫貫穿三層以上的所有樓板（有的寬達10mm），直至電梯井的東側。C、塔樓的西立面、其他立面的窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其他非結構構件均嚴重破壞或倒塌。美國加州大學伯克萊分校在震后對其計算分析表明：A、結構存在十分嚴重的扭轉效應；B、塔樓三層以上北面和南面的大多數柱子抗剪能力大大不足，率先破壞；C、在水平地震作用下，柔而長的樓板產生可觀的豎向運動等。（2）美洲銀行

結構系統平面豎向均勻對稱。概念設計思想為多道防線、剛柔結合。先由4個4.6m等邊的L形柔性筒（H/b=13.3>>7），通過每層的連梁組成一個11.6mx11.6m的正方形核心筒用為主要抗震結構。在風荷載和抗震設防烈度的地震作用下具有很大的抗彎剛度（H/b≈5），為了預防罕遇強烈地震，有意識地在連梁的中部開了較大的孔洞，一方面可以用來穿越通風管道，減小樓層結構高度；另一方面是有意地形成結構總體系（第一道防線）中的預定薄弱環節，在未來遭遇強烈地震時，通過控制首先在連梁處開裂、屈服、出現塑性鉸，從而變成具有延性和耗能能力的結構體系（第二道防線），即各分體系（L形筒）作為獨立的抗震單元，則整體結構變柔，周期變長，阻尼增加，地震動力反應將大大地減小，從而可以繼續保持結構的穩定性和良好的受力性能。即使在超出彈性極限的情況下，仍具有塑性強度，可以做到較大幅度的搖擺而不倒塌。為確保每一L形柔筒都可以作為有效的獨立抗震單元，林在L形筒的每面墻內的配筋幾乎都是一樣的。

震后調查正如設計所預料那樣，核心筒的連梁發生剪切破壞，是整個結構能觀察到的主要破壞。連梁混凝土保護層剝落、開裂，這較易修復。墻體沒有開裂，只是在核心筒的墻面上掉下了幾塊大理石飾面。這充分說明，雖然主體結構沒有開裂，但剪力墻內已具有很高的應力[2]。也就是說在地震的剪力和彎矩作用下，墻仍處于彈性階段。伯克利大學的教授V．Bertero在震后對該建筑作了動力分析，見下表。

可見，當核心筒連梁破壞后，四個L形角筒獨立作用時，結構的自振周期和頂部位移明顯加大，而基底剪力和傾覆力矩卻明顯減小。在正常工狀態下，即在風荷載或設防烈度的地震作用下，設計所選擇的結構圖的自振周期T=1.3s，相當于0.72n，頂部側移12cm，相當于1/500樓高。美洲銀行大樓的抗震實例說明了以承載力、剛度和延性為主導目標，設計抗議風和抗震都比較理想的高層建筑是完全可能的。在風荷載作用下結構的整體剛度大，有較高的自振頻率；而在罕遇的強烈地震作用下，可通過發揮延性（其中包括結構延性、構件延性或截面延性）與耗能能力使結構仍具有足夠的承載力。二、高層建筑結構設計的應用體會

高層建筑結構至關重要的就是使結構承載力、剛度、能量耗散和延性等多種性能得到最佳組合。選擇有利的建筑體型，是減少高層建筑結構風載效應、地震作用效應和側移的重要手段之一。建筑體型又與建筑平面形狀、建筑立面形狀和房屋的高度等因素密切相關。與H，H/B，L/B，突出和收進尺寸，細部尺寸等有關。

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。建筑和結構設計者在高層建筑設計中應特別重視規程中有關結構概念設計的各項規定,設計中不能陷入只憑計算的誤區。若結構嚴重不規則、整體性差，則僅按目前的結構設計計算水平，難以保證結構的抗震、抗風性能，尤其是抗震性能。抗震概念設計時應充分考慮結構簡單、規則和均勻性、整體性、鋼度和抗震能力等準則。

1．結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑，結構的計算模型、內力和位移分析以及限制薄弱層部位出現都易于把握，對結構抗震性能的估計也比較可靠。

2．結構的規則和均勻性。沿豎向建筑造型和結構布置比較均勻，避免剛度、承載力和傳力途徑的突變，以限制豎向出現薄弱部位。建筑平面比較規則，平面內結構布置比較均勻，使建筑物分布質量產生的慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量和剛度之間的偏心。

3．結構的剛度和抗震能力。可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力。結構的抗震能力是結構承載力及延性的綜合反映。結構剛度選擇時注意控制結構變形的增大，過大的變形也會因效應過大而導致結構破壞[3]。結構除需要滿足水平方向的剛度和變形能力外，還應具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力。4．結構的整體性。高層建筑結構中，樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的面內剛度的抗力，并與豎向各子結構有效連接。高層建筑基礎的整體性以及基礎與上部結構的可靠連接是結構整體性的重要保證。

參考文獻：

[1] 吳育武.談談高層建筑結構概念設計的若干問題[J].中國科技縱橫,2010,(15):143,85.

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一、前言

在當前建筑設計過程中，無論是多層建筑還是高層建筑，結構的設計是至關重要的，合理的結構設計對整個建筑工程的質量都有重要的影響。在多高層建筑結構設計的過程中基礎的合理設計、縱橫剛度與主梁受扭問題、桿件軸向變形、次彎矩問題的影響問題都是設計的重點，我們在設計的過程中要根據相關的標準進行設計。

二、高層建筑結構設計原則

1.選擇合理的結構方案

在當前建筑結構設計的過程中，方案的選擇是至關重要的，不同的建筑，在選擇方案時也會有不同，在選擇方案時要遵守經濟合理、安全實用、節能環保等原則。在不同的地域對施工材料、施工工藝、施工技術有著不同的要求這就要求方案的設計者和施工者要對當地的具體施工情況進行詳細的了解，通過論證選擇出最佳的結構設計方案，滿足工程建設的需要。

2.選擇合適的基礎方案

對建筑進行結構設計，要充分考慮建筑所在地的周邊環境，要對工程的地質條件以及周圍建筑的施工及特點做好調研，充分保證后續建筑過程與周邊環境的和諧統一。建筑結構設計中要選擇合適的基礎方案，基礎方案要體現結構設計的方方面面，要盡量顯示建筑的全貌。同時，要考慮建筑的經濟成本和效益，最大限度發揮建筑周邊條件的作用，保證建筑的正常實施。

3.選擇合適的計算簡圖

高層建筑的結構設計要選擇適當的設計簡圖，由此可以防止由于計算簡圖選擇不當，導致建筑安全隱患的發生概率增大。建筑結構計算是以計算簡圖為基礎，所以結構設計中要特別注重計算簡圖選取問題，從而可以保證后續結構計算的準確性和建筑設計的安全性。當然，建筑實際結構與選取的計算簡圖之間允許存在合理誤差，但是要盡量把工程實際控制在計算簡圖精度要求范圍內。

4.分析所得到的計算結果

當下，信息技術飛速發展，由此也帶動了建筑結構設計對計算機軟件的應用。由于不同計算機軟件會產生不同的計算結果，所以要對不同結果進行分析處理。由此，建筑結構設計人員就要具備專業的建筑結構設計理念和知識，更要對計算機軟件有充分詳細地了解，便于對計算機計算結果進行客觀分析。由于操作人員自身的問題或者計算機軟件具有的自身誤差，使得計算結果與實際情況出現一定的差異，這時就要求結構設計人員客觀判斷，并予以糾正。

三、常見的問題分析

1、縱橫剛度與主梁受扭問題

在大跨度多高層建筑結構設計的過程中，要有預應力次梁的設計，一般情況下預應力次梁設計在大跨度方向，主梁設計一般放在開間方向，要根據具體的情況考慮是否在主梁上施加預應力，這樣就將在框架設計過程中的習慣改變，由于設計習慣的影響，總覺得橫向剛度存在一定的問題。但是通過計算能滿足相關標準的要求，在結構設計的過程中只要能滿足相關標準的要求就能滿足設計的要求，在使用的過程中也不會出現文藝問題。

2、次彎矩問題

超靜定結構張拉時,在次反力作用下產生的截面彎矩稱為次彎矩。在靜定構件中,驗算跨中截面抗裂性時,計算混凝土應力只是把混凝土取為脫離體。而計算跨中強度時,是把混凝土和鋼筋共同取為脫離體,計算彎矩就等于荷載彎矩。若左端鉸支不變,右端為兩跨連續梁的中間支座,就成為超靜定結構。兩跨連續梁配筋,張拉鋼筋時梁的變形將受到約束,中間支座處有一個力要把拱起的梁拉回原來的位置。左端支座產生的次應力在跨度各截面上產生次彎矩。在進行跨中截面混凝土抗裂驗算和截面強度計算時,所取的脫離體完全與前述靜定構件相同,只是按連續梁計算的支反力和荷載彎矩值將有所不同。

3、桿件軸向變形的影響問題

施加預應力的桿件要產生軸向變形,其中的徐變收縮變形很難準確計算,差別可能很大,但一般考慮長期變形為短期變形的2倍,人們往往能夠接受。種種條件有利時,長期變形值可以再少取一些。桿件軸向變形引起整個超靜定結構的內力變化,要認真分析。當軸向變形很大時,一般是在施工時采取讓桿件可以自由變形的措施。張拉后,等一段時間再做成整體連接,但這樣處理比較麻煩。

四、高層建筑結構設計問題與策略

1、高層建筑結構設計高度問題及解決。

我國有關部門對于高層建筑結構體系的最大高度問題，出臺了一系列的規章制度，對其進行了嚴格的規定與規范，其中之一便是《高層建筑混凝土結構技術規程》。該《高層建筑混凝土結構技術規程》對于高層建筑結構體系的高度問題規定，主要是從經濟性以及適用性等方面進行規范的。《規程》適宜高度，不僅僅與我國建筑施工技術水平以及建筑水平相關，而且還與我國國民經濟發展水平，與建筑工程規范體系相協調。但是在實際的高層建筑結構設計以及施工中，出現了許多與《高層建筑混凝土結構技術規程》規定相違背的高度。舉例來講，在有些建筑物設計以及施工過程中，甚至出現了高達四百多米的組合機構大廈以及三百多米的混凝土結構體系的廣場。尤其是近幾年來，建筑物的高度不斷增加，建筑物自身的參考系數已經超出了《高層建筑混凝土結構技術規程》的規定，例如在安全指標、荷載取值以及延性要求、材料性能、力學模型選擇等方面。為此，對于這些高層建筑結構設計高度問題，設計單位需要嚴格根據高層建筑混凝土結構技術規程》等有關規定，對設計高度保持科學嚴謹的態度。

2、鋼筋混凝土梁承載力問題及解決。

一般來講，城市高層建筑主要是以寫字樓以及其他辦公場所為主，因此，在實際的高層建筑結構設計過程中，設計單位需要著重考慮到空調、消防等設備。這些設備不同于其他設備，它們往往是布置于樓層的梁底之下的，如果沒有梁底開洞，就沒有辦法進行設備的安裝。因此，在設備安裝之前，設計單位需要對梁的承載力進行分析以及計算，避免出現由于梁底承載力不足而出現安全結構問題。對于梁底開洞之后的承載力，設計單位可以通過孔洞周邊補強筋以及開孔梁撓度、裂縫寬度等數據進行分析。對于鋼筋混凝土梁腹部開孔，國家出臺了有關政策，例如《高層建筑混凝土結構技術規程》《混凝土結構構造手冊》等，對于鋼筋混凝土梁腹部開孔的位置、流程、環節以及大小等進行了科學的規范。設計單位在進行鋼筋混凝土梁承載力計算時，還需要參考不同種類腹部開孔方式，提高鋼筋混凝土梁承載力計算的精確度，這對于提高建筑物的穩定性以及安全性意義重大。除此之外，還可以對鋼筋混凝土梁承載力進行有效地計算。我們在對鋼筋混凝土承載力進行計算的過程中還要對腹部的開孔方式進行考慮，不同的開孔方式對鋼筋混凝土的承載了是不同的，例如，在南京國際會展中心工程設計的過程中，橫向和縱向的長度分別我292米和158米，橫縱向都沒有設置縫，這就不能滿足承載力的需要，在不同的工程建設過程中，我們要根據工程設計的特點和需要對承載力進行計算，可見承載力的計算對建筑結構設計有著十分重要的作用和意義。

五、結束語

在大開閘大跨度多高層建筑結構設計的過程中要根據建筑的實際情況，采取相關的措施，保證建筑的結構設計能符合相關標準的要求，提升建筑結構設計的水平，促進大開閘大跨度多高層建筑結構設計的快速發展。

參考文獻

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一、高層建筑結構設計的原則

1.1 高層建筑結構計算簡圖的合理化原則

計算高層建筑結構設計的基礎是計算簡圖，則計算簡圖的合理性直接關乎到高層建筑的結構安全。由此可見，高層建筑結構設計必須堅持計算簡圖合理化原則。此外，必須把計算簡圖的誤差控制到規范范圍內，理由是高層建筑實際結構的節點并不單一。

1.2 高層建筑結構基礎方案的合理化原則

一般而言，選擇高層建筑結構基礎方案的參考依據為高層建筑的地質條件。高層建筑結構基礎方案的合理化要求對高層建筑的結構類型、施工條件、荷載分布情況、與鄰近既有建筑物的關聯性等因素予以綜合考慮。高層建筑結構設計基礎方案通常應確保最大化發揮地基的潛力。此外，高層建筑結構設計必須具備相應的地質勘查報告。

1.3 高層建筑結構方案的合理化原則

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，其結構體系也應該相同。

一般而言，高層建筑結構方案的合理化要求綜合考慮工程設計需求、地理條件、施工材料、施工條件等因素，同時要求建筑的暖氣、水、電等相互協調。

二、高層建筑結構設計中存在的問題

2.1、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上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做出總體設想。

2.2、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。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、矩形潿形、正多邊形等簡面形式。

2.3、高層建筑結構設計中抗震的問題

對一、二級抗震等級的剪力墻底部加強部位控制軸壓比，并設置約束邊緣構件，是《高規》為保證剪力墻的延性，新增加的要求。在剪力墻約束邊緣構件配箍特征值為λv/2的區段，規范允許配置箍筋或拉筋。所設拉筋應同時鉤住墻體的水平分布筋（或箍筋）和豎向分布筋，而不能有一部分拉筋僅鉤住墻體的豎向分布筋。當此區段的體積配箍率或拉筋的豎向間距不能滿足規范要求時，應同時設置箍筋。

三、高層建筑結構設計解決對策

針對于在高層建筑結構設計中，存在著的高層建筑本身的原因以及連梁超筋現象、地下室外墻設計存在著的問題，設計人員應該根據建筑的實際情況，根據自身的設計經驗，采取有效的措施進行解決，才能夠不斷的促進高層建筑結構設計的順利進行，促進高層建筑順利的施工和竣工。下面就針對于具體的措施進行分析。

3.1、配合專業了解工程

首先，設計人員需要進行全面的分析，充分的了解工程以及情況，不是拿到圖紙盲目的建模計算或者是上機繪圖，需要理解透徹建筑圖的含義及意義，明確各個專業注意和配合，并且做統一的標準，確定原則和方案，必要的時候要組織各個專業的協調和相關的管理，使各個專業的條件圖真正成為條件圖，避免出圖后出現調整引起的返工，浪費時間和精力。

3.2、建模處理

建模計算之前要處理好荷載計算，不要估算不精確的同時還存在著誤差，要完整的準確的根據建筑做法和要求來輸入，考慮是否施工活荷載的不利影響，樓梯口的輸入局部開洞口，飄窗部分的處理地方，要運用專業知識來計算或處理，這樣減少誤差，也減少計算工作量。

3.3、收集數據資料

準確的計算出建設工程所處的地理位置的制約條件，以及設計要涉及的所有數據和資料，都要提前收集好，等要用到的時候能夠很快的查閱到，方便工作的需要，而且對于一些特殊的建筑還要根據經驗來確定各種數值的參數取值，收集設計所需要的資料和規范，根據不同地域工程類型準確計算參數，可以使設計計算更加的可靠。

3.4、保護裝置

為了確保安全，要在電源處安裝與進戶線連接，形成保護接零系統，引用各個插座的接地和不帶電的金屬外殼，總配電箱的熔絲和分支熔絲應該相配得當，用電設備發生故障時應得到保護，高層房屋住宅應該安裝防雷保護裝置，確保使用者的安全，有計算機房的要設計屏蔽網，防外漏干擾。

四、結束語

綜上所述，高層建筑結構設計是高層建筑的靈魂，關系到整個建筑的安全及可行性，同時高層建筑行業與高層建筑結構設計是一個彼此影響、相互關聯的整體，高層建筑行業的深入發展需要高層建筑結構設計的支撐，直接關乎到高層建筑行業的可持續發展。

參考文獻：

[1]黎藜，李志 高層建筑結構設計淺析[J]-中華民居2010（9）

[2]陶忠，張耀春，韓林海，王光遠. 關于高層建筑結構選型設計的初步探討[J]-哈爾濱建筑大學學報2012（1）.

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1.1 建筑結構設計中對地基埋設所進行的設計不夠合理

建筑物的地基設計要根據《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》中的具體要就進行合理設計，然而在現實的基礎地基設計中高層建筑基礎有效埋置深度不足的問題非常普遍，建筑地基作為承受建筑結構物荷載的巖體埋設深度不符合建設標準，將嚴重影響到地基的有效承載能力，當地基上部的建筑結構荷載超過地基可承受的荷載范圍時，地基會受到破壞甚至產生變形，地基質量一旦出現問題，將嚴重威脅建筑結構的安全性能，對居民的正常使用造成威脅。

1.2 地基設計過程中忽視了地基沉降問題

在具體的設計過程中設計工作人員應針對施工的具體環境，對天然地基與人工的地基的沉降量進行科學的估算，并在施工過程中對建筑地基的沉降量實施嚴格的控制，并采取有效措施保證建筑結構中不同部位的地基沉降要基本保持一致，不可存在較大的差異。只有這樣才不至于因地基沉降問題導致建筑物上部結構出現裂痕，影響建筑的使用性能。然而在具體的地基設計中，設計人員往往忽視了對地基沉降問題的綜合分析與研究，最終導致地基變形，難以維持建筑物的正常使用，給建筑單外以及用戶造成巨大的經濟損失。

2 鋼筋混凝土結構體系選型、布置及構造方面存在的常見問題

2.1 房屋高度、高寬比超過現行規范、規程的限值

現行的規范、規程給出了房屋的最大適用高度和高寬比限值。審查中發現某些高層建筑房屋高度超過最大適用高度或高寬比超出規定限值，個別高層建筑房屋高度和高寬比均超出規定限值，且既無可靠的設計依據。在抗震設防區也沒有采取有效的抗震加強措施，給結構抗震帶來一定的隱患。根據建設部第59 號令，對于房屋高度、高寬比和體型復雜程度超過現行規范、規程的高層建筑，應按超限高層建筑進行設計，并按有關規定進行抗震設計專項審查。

另外還有一點常被設計人員所忽視的是，房屋適用高度除與結構體系類型及抗震設防烈度有關外，尚與場地類別和結構是否規則等因素有關，當位于Ⅳ類場地或結構平面與豎向布置不規則時，其最大適用高度應適當降低。

2.2 建筑結構的布置缺乏合理性，結構布置不規則

建筑結構的布置是否合理對建筑結構的抗震效果有著非常重要的影響。建筑結構的規則布置主要是指對建筑結構平面、立面的外型尺寸進行合理布置，同時還要兼顧建筑結構的質量分布以及建筑結構中抗側力構建的具體分布情況，將影響建筑結構安全使用性能的各主要建筑結構進行有機整合，合理布置。在建筑結構設計中不規則的結構布置問題非常普遍，而且這一問題的存在很難用簡單的定量指標來加以規范，為此解決建筑結構中的不合理布局具有一定的難度。

建筑結構設計人員在對建筑結構進行布置時由于缺乏標準規范的有效指導，同時由于缺乏對結構抗震的理念的足夠認識，在進行具體結構布置時主觀隨意性非常大，有的設計人員甚至盲目服從業主的喜好以及建筑工程師的要求，導致建筑結構布置缺乏規則性，建筑結構的抗震效果受到極大的破壞，為建筑的安全使用埋下隱患。建筑結構設計中布置不規范的例子比比皆是，下面簡單列舉幾個比較常見的例子：高層建筑中存在樓層錯層問題，樓層錯層問題主要是因樓層內部樓板缺乏連續性，樓板結構不是統一的整體，這一問題的存在極大地削弱了建筑結構的抗震能力；高層建筑中建筑結構設計不統一，不同的建筑結構設計無法形成合力來抵御外部作用力對建筑物所造成的影響；在高層建筑結構內，水暖與用電安裝工作需要對樓板進行開洞，這些工作的進行往往導致樓板開洞率過高，有的甚至近乎于30%左右，嚴重影響了樓板的整體性與承重效果，不利于維護建筑結構的穩定性與安全使用性。在具體的建筑結構設計中，設計人員與施工人員應采取有效措施，盡量避免這些問題的存在，使建筑結構盡量趨近于規則，保障建筑物的安全性與穩定性。

2.3 建筑結構中樓板、樓柱等主要承重結構設計存在的問題

樓板是建筑上部結構的主要承重結構，樓板的設計要求設計人員對樓板的實際承重情況有清醒的認識，并對樓板的具體設計進行認真地計算，同時還要根據樓板內雙向板的長短跨向的不同來對樓板配筋進行科學的計算，只有這樣才能保證樓板在遭受外力作用時能夠保持穩定，避免房倒屋塌的慘劇發生。同時還要在設計時保證樓板與房梁、樓柱等主要承重結構之間相互連接，渾然一體，只有這樣才能夠保障建筑機構整體的安全性與穩固性。然而設計人員在進行建筑物內承重結構設計時，沒有堅持建筑機構設計的基本原則進行，此外建筑結構設計人員在執行具體設計任務時還帶有極大的隨意性與盲目性。

2.4 異形柱結構設計中存在的問題

近年來，我國在進行住宅建設中，特別是高層或小高層住宅，有些采用了異形柱結構。由于缺少相應的設計依據和規定，目前在異形柱結構設計中存在的問題很多，也比較突出，主要表現在異形柱結構房屋的高度超高、體型不規則、結構布置不合理、抗震構造措施不當等方面。

應當說，目前國內對異形柱的受剪承載力、節點承載力和結構延性等方面的試驗研究還不多，對異形柱結構抗震性能的認識還不夠充分。在這種情況下，設計異形柱結構時，對房屋高度、結構規則性及抗震措施等方面宜從嚴掌握。

2.5 結構縫設置不合理，縫寬度不足

對于超長建筑物，為減少溫度變化對結構的不利影響，合理地設置伸縮縫是必要的。有些設計人員提出用后澆帶代替伸縮縫，筆者認為此種做法并不一定妥當。因為后澆帶僅能減少混凝土材料干縮的影響，不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后，若結構再受溫度變化的影響，后澆帶就不能再起任何作用了。對于不能或不便設置溫度伸縮縫的超長結構，除留設施工后澆帶外，還應采取其它構造加強措施，如加強頂層屋面的保溫隔熱措施，對受溫度變化影響較大的部位適當配置直徑較小、間距較密的溫度筋，或采用預應力混凝土結構等。

2.6 采取的結構抗震等級有誤

對建筑結構抗震等級經常做出錯誤的判斷，例如：異形柱結構抗震等級的劃分不同于普通框架；框- 剪結構中框架部分抗震等級的劃分常常出現差錯；裙房結構的抗震等級劃分常常有誤。當裙房與主樓分開時，應按裙房本身確定抗震等級；但當裙房與主樓相連時，裙房抗震等級不應低于主樓的抗震等級；超限高層建筑結構抗震等級的劃分不能再以現行規范、規程為依據。根據建設部第59 號令，應采取比現行規范、規程更嚴的抗震措施，因此超限高層建筑結構的抗震等級應適當提高，滿足建筑結構抗震的基本需求。

3 總結

建筑結構設計對建筑物的使用性能以及建筑結構的安全性有著非常重要的影響，針對建筑結構設計中存在各種問題，作為建筑結構設計工作人員要在執行具體設計工作任務時認真貫徹落實建筑結構設計的基本原則，同時還要不斷提高自身的理論素養和設計技能，吸取國內外建筑結構設計中的經驗教訓，提高自身的設計水平，為我國建筑工程事業的發展設計出質量好、安全性高的建筑結構，最大限度的滿足廣大用戶的根本要求。

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Keywords: structure design, high building, quality, management

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：

伴隨著我國社會經濟的突飛猛進，高層建筑業也獲得了迅猛發展。高層建筑結構的設計階段大體劃分成三部分：擬定結構方案階段、結構計算階段與施工圖設計階段。其中結構方案階段的內容是：依照高層建筑的重要性，工程地質勘查報告，高層建筑所在地的抗震設防裂度，高層建筑的高度以及樓層的層數和高層建筑場地的類型來決定高層建筑的結構形態。一旦擬定了高層建筑結構的形態，就應該依照不一樣的結構形態的需求以及特點來布置結構的受力構件以及承重體系。

1 高層建筑結構設計的思想基礎

高層建筑結構設計指的是從事高層建筑結構設計的工作者對將要進行施工的高層建筑工程予以表達。把高層建筑當成產品的話，如果無優秀的質量，產品就無銷售市場，而唯有高品質的產品，在市場競爭環境中才能穩操勝券，高層建筑設計亦是這樣。唯有在高層建筑設計質量的優化管理上下功夫，才可以產出高品質的高層建筑設計作品。高層建筑設計，就某些意義層面上來說，能夠與高層建筑產品類似，它是藝術創作以及科技的結晶。它不可以通過工業流程化、工廠生產化、程序設計化的過程得以生產，對于不一樣的功用、屬性的高層建筑從內里到外形上看都是不一樣的。高層建筑設計質量的好壞，精準地講是擬定一個目標的范圍，高層建筑規程、標準以及規范是高層建筑設計是否合格的最基礎標準。高層建筑設計精品是在高層建筑設計的實施過程中取長補短，盡善盡美。所以，對高層建筑設計質量進行優化管理值得倍加關注。高層建筑設計質量的優化管理，就在于著重強調了高層建筑設計的全局管理，這屬于動態管理。它也替代了之前簡易的結果管理淘汰制度。從而防止了時間的浪費以及經濟損失的促成。高層建筑設計運行過程要善始善終，由監管到強化，由方案到施工圖，由局部到全局、，這些工作程序均要予以細細分化、甄選以及提高。它是積極主動、極具挑戰性的動態管理。

2實施高層建筑結構設計之前的準備工作

依照投資方所提出來的要求，高層建筑結構設計單位開始成立結構設計項目組，統籌安排實施結構設計的各個階段和環節的專業設計人員、設計圖標相關的校對工作人員、設計專業負責人、設計質量審核人員并且依據一定原則規定相對應的設計完成期限，形成高層建筑結構設計進程記錄表。在進行設計合同的簽訂之前通過設計人員去弄清楚高層建筑工程投資者對該高層建筑的確切需求以及含蓄需求，向投資方派選的投資法人代表求取設計相關的資料，涉及到高層建筑及其周邊環境評價報告、高層建筑施工地段地質勘察報告、高層建筑設計立項文件、高層建筑設計委托書等等。

3高層建筑設計過程的中期檢查

高層建筑各專業在各階段設計過程中該相互提供設計相關的基礎資料，形成資料相互提供表，用這個表來規范各專業設計人員的設計行為。結構設計者必須做到積極同高層建筑各專業進行交流溝通，努力做到設計嚴密、沒有疏漏。在初步的設計工作完成之后，施工圖設計中可以依照工作狀況，通過各級設計相關主要負責人實施設計進程中間環節的檢查工作，形成設計中期檢查表。各級相關負責人理應主動迅速地找到問題并且立刻將問題予以解決，以防止最后進行設計的校對以及審核的時侯更改太大，從而嚴重影響到設計的整體進程。設計人員必須嚴格遵循設計進程，一旦碰到特殊狀況以致不能夠在規定的時間內完成任務，應該盡快把狀況向專業負責人予以反映，通過專業負責人另外設置設計人員協同工作，確保工作準時完成。在各個階段設計完成之后實施設計校對以及審核，同時形成校對記錄表以及審核記錄表。

4高層建筑設計完成以后的質量維護

依照高層建筑設計圖審核中心給的意見迅速實施更正，設計人員一旦遇到不明白的地方，應該早日積極同設計圖的審核人員進行溝通更改，并且依照設計圖審核中心提出的要求交付更正后的設計文件，力爭盡早審核通過，交給投資方使用。根據投資方的需求實行技術交底，努力充當好投資方同高層建筑施工單位之間的交流橋梁。對于施工過程中反饋的問題假如關系到設計的更改，要準時做好設計更改，根據設計單位的相關需求作出相對應的處理后形成設計更改通知書遞交施工單位加以利用。主體工程驗收完畢以后，設計者要將整個設計過程的文本文檔、設計圖紙、表格等設計相關的資料進行存檔保管并且完成好設計文件的相關記錄。依據上面提到的對高層建筑結構設計全面質量管理的敘述，能夠形成以下組織結構表進行歸納：上面的組織結構表顯示可以知道，利用部分規范化的表格以及文本文檔是實施高層建筑結構設計的全面質量管理的核心，此過程可以是清晰可見的，在執行過程中會條理比較清楚，非常易于被人接納并且予以執行。與此同時，我們觀察到高層建筑結構設計的全面質量管理可以精確地遵循全面質量管理的八項原則，也就是以顧客就是上帝、領導作用、全體設計相關人員參加、過程方法、高層建筑管理的系統方法、高層建筑設計持續完善、以事實為基礎的決策方法、互惠互利的供方聯系。

總結

綜上所述，高層建筑結構設計的任務非常復雜，高層建筑工程相關的設計人員理應努力地研習各種類目的業務規范，不斷提升自身的理論知識基本水平，依據高層建筑工程項目的具體情況，與自己的實踐工作經驗結合起來，準確把握高層建筑工程設計的關鍵要點，對所獲得的結果實施科學的分析以及合理的考量，采取適宜的處理措施進行調整以及完善，只有如此，才能夠設計出質量優秀的高層建筑。

篇6

1 高層建筑結構設計的基本要求

基礎設計在設計的時候應當最大限度地發揮出建筑地基的潛力，在必要的時候還可以對地基變形進行驗算。基礎設計應該有詳盡的地質勘探報告，在一般情況來說，同一個結構單元最好不要采取兩種不同的基礎類型。

在高層建筑構造設計中，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境以及施工條件等情況進行整體分析，并且要與建筑、水、電、暖等專業進行充分協調，同時在此基礎之上對建筑結構進行選型，確定結構方案，在必要的時候還應該對多方案進行比較、擇優。

在高層建筑構造設計中，為了保證建筑結構安全應當選擇恰當的計算簡圖。計算簡圖中應當有相應的建筑構造措施作保證。實際的建筑構造節點一般不可能只是純粹的鉸接點或剛接點，但是必須要與計算簡圖的誤差在構造設計的許可范圍之內。

在高層建筑構造設計中，要堅持“強剪弱彎、強柱弱梁、強壓弱拉”的原則；要注意構件的延性；注意鋼筋的錨固長度；加強薄弱部位；把溫度應力的影響考慮在內。

在高層建筑構造設計中，考慮均勻、規整、對稱的原則；考慮抗震的多道防線；避免出現薄弱層。

2 高層建筑結構設計的特點

隨著我國經濟社會的發展，城市化的速度逐漸加快，隨之而來的問題也越來越多，建筑用地面積的缺乏就是一個重要的問題，因此在有限的土地面積上的建設高層建筑來增加住房面積。城市中高層建筑的數量不斷增加，高層建筑的結構也是趨于多樣化，因此高層建筑的結構設計也逐漸成為高層建筑結構工程設計工作的重點和難點。

2.1高層建筑結構設計中的水平力

在多層建筑的結構設計里，通常是以重力為主要代表的豎向荷載來控制結構設計。但是，對于高層建筑來說，即使豎向的荷載依然是建筑結構設計中的一個非常重要的因素，但是起著決定性作用的卻是水平荷載。這是由于建筑的自身重量與樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力與彎矩的數值，其值的大小僅與建筑高度大小成正比；而水平荷載對建筑結構產生的傾覆力矩，以及在豎向構件中所造成的軸力，與建筑物的高度大小的平方成正比。并且對于一定高度的建筑而言，豎向荷載的大小基本上是一個定值，而水平荷載的數值是隨著結構動力性的不同而有一定的差異的。

2.2結構側移是結構設計的控制指標

在高層建筑結構設計中結構側移是其關鍵因素，這一點是與多層建筑不同的。隨著建筑物層數的增加，水平荷載下結構的側移變形問題變得越來越嚴重，對于水平荷載作用下的側移應當控制在一個特定的限度里。

2.3抗震設計要求高

高層建筑結構設計的抗震設防設計除了需要考慮豎向荷載和風荷載以外，建筑結構還必須具備較好的抗震能力，在結構設計中應當做到小震不壞、大震不倒。

2.4軸向變形

在高層建筑中，由于豎向的荷載數值非常大，可以在柱中產生非常大的軸向變形，因而會使連續梁中間支座處的負彎矩值的大小變小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值的大小增大；還會在一定程度上影響預制構件的下料長度，根據軸向變形的計算值的大小，對下料長度進行相應的調整；另外還會影響到構件剪力和側移。

2.5結構延性

與低層建筑與多層建筑相比，高層建筑的結構更柔一些，當出現地震的情況，高層建筑的變形會更大一些。為了使高層建筑在進入塑形變形階段以后仍然具備較強的變形能力，為了避免建筑倒塌，應該特別需要在建筑構造中采用恰當的方法，以保證高層建筑的結構具有一定的延性。

3 高層建筑結構設計的問題及對策

3.1結構的超高問題

在有關抗震規范以及高層規程中，對于建筑結構的總高度有著明確、嚴格的限制，特別是在新出臺的規范中，針對以前的超高問題，不僅僅將原來的高度限制采用A級高度之外，還增加了B級高度，無論是處理措施還是設計方法都有了不少改變。而在實際的建筑工程設計中，有過由于未考慮結構類型轉變的問題，致使施工圖在審查時沒有通過，要求必須重新調整結構設計或者召開專家會議進行進一步論證的案例，這對建筑工程的工期、造價等方面的影響非常大。因此，在高層建筑構造設計時必須嚴格按照相關規定，控制建筑總高度，以避免不必要的損失。

3.2短肢剪力墻的設置

根據新規范的相關規定，把墻肢截面的高厚比在4到8之間的墻定義為短肢剪力墻，經過大量的實驗數據以及實際工程經驗，對于短肢剪力墻在高層建筑中的應用添加了非常多的限制，所以，在高層建筑構造設計中，結構設計工程師應當盡可能少地采用最好是不采用短肢剪力墻。

3.3嵌固端的設置

現在的高層建筑通常都配置兩層或者兩層以上的地下室和人防，嵌固端一般會設置在地下室的頂板上，也有可能是設置在人防的頂板上，所以，在嵌固端的設置位置這個問題上，結構設計工程師通常會忽視由于嵌固端的設置問題所帶來一些需要注意的地方，例如：嵌固端樓板的設計、在結構整體計算時的嵌固端的設置、嵌固端上下層的剛度比的限制、結構抗震縫的設置與嵌固端位置的協調性、嵌固端上下層的抗震等級的一致性等問題，如果忽視其中一個方面就極有可能導致在后期設計時的工作量全部放在結構設計的修改上，甚至是為建筑的安全埋下伏筆。因此，在高層建筑結構設計中應當把與嵌固端的設置相關的問題考慮進去，以免設計后期的麻煩。

3.4高層建筑結構的規則性

新出臺的規范在高層建筑結構的規則性上與以前的規則有較大的不同，新規則在這方面增加了比較多的限制條件，不像以前那么寬松，例如：嵌固端上下層的剛度比信息、平面規則性信息等內容，并且，新的規范還采用了強制性的條文明確規定：高層建筑不應當采取嚴重不規則的結構體系。所以，結構設計工程師必須嚴格注意新規范中的這些限制，以避免在后期施工圖的設計工作中形成被動的局面。

4 結束語

近幾年來，隨著人們對住房面積和建筑審美的需求，城市中的高層建筑越來越多，其結構越來越多樣化，相應的高層建筑設計也就越做越復雜。高層建筑結構設計與多層建筑結構相比較，結構設計與建筑施工的其他工作相比占有更重要的地位，不同結構體系在細節設計中都有不同的設計特點。一個合格的高層建筑結構設計不僅僅是要保證高層建筑的安全，而且還要保證建筑結構的合理性和經濟性。在高層建筑結構設計中，高層建筑應該做到結構功能同外部條件相一致，結構的功能要與經濟性相協調。為了更好地做好結構設計，應當用概念設計來檢測計算設計的合理性。其中結構計算的主要指標有周期、周期的扭平比、剪重比、位移比等，這些指標都應當滿足高層建筑結構設計的規范要求，還要注意高層建筑構造設計的細節問題。

參考文獻：

[1] 胡麗榮.概念設計在建筑結構設計中的應用意義[J].黑龍江科技信息,2010,(07).

[2] 包樂琪 郭玉霞 陳緒坤.概念設計在建筑結構設計中的應用[J].科技致富向導,2011,(14).

[3] 劉建立 王禮輝 郭松立.概念設計在建筑結構設計中的應用探究[J].建材與裝飾,2012,(03).

篇7

前言

近幾年來，隨著人們對住房面積和建筑審美的需求，城市中的高層建筑越來越多，其結構越來越多樣化，相應的高層建筑設計也就越做越復雜。高層建筑結構設計與多層建筑結構相比較，結構設計與建筑施工的其他工作相比占有更重要的地位，不同結構體系在細節設計中都有不同的設計特點。一個合格的高層建筑結構設計不僅僅是要保證高層建筑的安全，而且還要保證建筑結構的合理性和經濟性。在高層建筑結構設計中，高層建筑應該做到結構功能同外部條件相一致，結構的功能要與經濟性相協調。為了更好地做好結構設計，應當用概念設計來檢測計算設計的合理性。其中結構計算的主要指標有周期、周期的扭平比、剪重比、位移比等，這些指標都應當滿足高層建筑結構設計的規范要求，還要注意高層建筑構造設計的細節問題。

高層建筑結構設計的特點

2.1高層建筑結構設計中的水平力

在多層建筑的結構設計里，通常是以重力為主要代表的豎向荷載來控制結構設計。但是，對于高層建筑來說，即使豎向的荷載依然是建筑結構設計中的一個非常重要的因素，但是起著決定性作用的卻是水平荷載。這是由于建筑的自身重量與樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力與彎矩的數值，其值的大小僅與建筑高度大小成正比；而水平荷載對建筑結構產生的傾覆力矩，以及在豎向構件中所造成的軸力，與建筑物的高度大小的平方成正比。并且對于一定高度的建筑而言，豎向荷載的大小基本上是一個定值，而水平荷載的數值是隨著結構動力性的不同而有一定的差異的。

2.2結構側移是結構設計的控制指標

在高層建筑結構設計中結構側移是其關鍵因素，這一點是與多層建筑不同的。隨著建筑物層數的增加，水平荷載下結構的側移變形問題變得越來越嚴重，對于水平荷載作用下的側移應當控制在一個特定的限度里。

2.3抗震設計要求高

高層建筑結構設計的抗震設防設計除了需要考慮豎向荷載和風荷載以外，建筑結構還必須具備較好的抗震能力，在結構設計中應當做到小震不壞、大震不倒。

2.4軸向變形

在高層建筑中，由于豎向的荷載數值非常大，可以在柱中產生非常大的軸向變形，因而會使連續梁中間支座處的負彎矩值的大小變小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值的大小增大；還會在一定程度上影響預制構件的下料長度，根據軸向變形的計算值的大小，對下料長度進行相應的調整；另外還會影響到構件剪力和側移。

2.5結構延性

與低層建筑與多層建筑相比，高層建筑的結構更柔一些，當出現地震的情況，高層建筑的變形會更大一些。為了使高層建筑在進入塑形變形階段以后仍然具備較強的變形能力，為了避免建筑倒塌，應該特別需要在建筑構造中采用恰當的方法，以保證高層建筑的結構具有一定的延性。

高層建筑結構設計的基本要求

基礎設計在設計的時候應當最大限度地發揮出建筑地基的潛力，在必要的時候還可以對地基變形進行驗算。基礎設計應該有詳盡的地質勘探報告，在一般情況來說，同一個結構單元最好不要采取兩種不同的基礎類型。

在高層建筑構造設計中，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境以及施工條件等情況進行整體分析，并且要與建筑、水、電、暖等專業進行充分協調，同時在此基礎之上對建筑結構進行選型，確定結構方案，在必要的時候還應該對多方案進行比較、擇優。

在高層建筑構造設計中，為了保證建筑結構安全應當選擇恰當的計算簡圖。計算簡圖中應當有相應的建筑構造措施作保證。實際的建筑構造節點一般不可能只是純粹的鉸接點或剛接點，但是必須要與計算簡圖的誤差在構造設計的許可范圍之內。

在高層建筑構造設計中，要堅持“強剪弱彎、強柱弱梁、強壓弱拉”的原則；要注意構件的延性；注意鋼筋的錨固長度；加強薄弱部位；把溫度應力的影響考慮在內。

在高層建筑構造設計中，考慮均勻、規整、對稱的原則；考慮抗震的多道防線；避免出現薄弱層。

高層建筑結構設計的問題及對策

4.1結構的超高問題

在有關抗震規范以及高層規程中，對于建筑結構的總高度有著明確、嚴格的限制，特別是在新出臺的規范中，針對以前的超高問題，不僅僅將原來的高度限制采用A級高度之外，還增加了B級高度，無論是處理措施還是設計方法都有了不少改變。而在實際的建筑工程設計中，有過由于未考慮結構類型轉變的問題，致使施工圖在審查時沒有通過，要求必須重新調整結構設計或者召開專家會議進行進一步論證的案例，這對建筑工程的工期、造價等方面的影響非常大。因此，在高層建筑構造設計時必須嚴格按照相關規定，控制建筑總高度，以避免不必要的損失。

4.2短肢剪力墻的設置

根據新規范的相關規定，把墻肢截面的高厚比在4到8之間的墻定義為短肢剪力墻，經過大量的實驗數據以及實際工程經驗，對于短肢剪力墻在高層建筑中的應用添加了非常多的限制，所以，在高層建筑構造設計中，結構設計工程師應當盡可能少地采用最好是不采用短肢剪力墻。

4.3嵌固端的設置

現在的高層建筑通常都配置兩層或者兩層以上的地下室和人防，嵌固端一般會設置在地下室的頂板上，也有可能是設置在人防的頂板上，所以，在嵌固端的設置位置這個問題上，結構設計工程師通常會忽視由于嵌固端的設置問題所帶來一些需要注意的地方，例如：嵌固端樓板的設計、在結構整體計算時的嵌固端的設置、嵌固端上下層的剛度比的限制、結構抗震縫的設置與嵌固端位置的協調性、嵌固端上下層的抗震等級的一致性等問題，如果忽視其中一個方面就極有可能導致在后期設計時的工作量全部放在結構設計的修改上，甚至是為建筑的安全埋下伏筆。因此，在高層建筑結構設計中應當把與嵌固端的設置相關的問題考慮進去，以免設計后期的麻煩。

4.4高層建筑結構的規則性

新出臺的規范在高層建筑結構的規則性上與以前的規則有較大的不同，新規則在這方面增加了比較多的限制條件，不像以前那么寬松，例如：嵌固端上下層的剛度比信息、平面規則性信息等內容，并且，新的規范還采用了強制性的條文明確規定：高層建筑不應當采取嚴重不規則的結構體系。所以，結構設計工程師必須嚴格注意新規范中的這些限制，以避免在后期施工圖的設計工作中形成被動的局面。

總結

近幾年來，我國的高層建筑的建設步伐越來越快。為提高結構設計的質量，結構設計人員應當不斷地學習，提高自身能力，吸取以往設計失敗的教訓，結合建筑施工實踐，通過工程經驗的積累，并精心設計才能做出安全、先進、經濟的高層建筑的結構設計。

【參考文獻】

[1]胡麗榮.概念設計在建筑結構設計中的應用意義[J].黑龍江科技信息,2010,6(27):90-92.

篇8

前言

一個合格的高層建筑結構設計不僅僅是要保證高層建筑的安全，而且還要保證建筑結構的合理性和經濟性。在高層建筑結構設計中，高層建筑應該做到結構功能同外部條件相一致，結構的功能要與經濟性相協調。為了更好地做好結構設計，應當用概念設計來檢測計算設計的合理性。其中結構計算的主要指標有周期、周期的扭平比、剪重比、位移比等，這些指標都應當滿足高層建筑結構設計的規范要求，還要注意高層建筑構造設計的細節問題。

一、高層建筑結構設計的特點

1高層建筑結構設計中的水平力

在多層建筑的結構設計里，通常是以重力為主要代表的豎向荷載來控制結構設計。但是，對于高層建筑來說，即使豎向的荷載依然是建筑結構設計中的一個非常重要的因素，但是起著決定性作用的卻是水平荷載。這是由于建筑的自身重量與樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力與彎矩的數值，其值的大小僅與建筑高度大小成正比；而水平荷載對建筑結構產生的傾覆力矩，以及在豎向構件中所造成的軸力，與建筑物的高度大小的平方成正比。并且對于一定高度的建筑而言，豎向荷載的大小基本上是一個定值，而水平荷載的數值是隨著結構動力性的不同而有一定的差異的。

2結構側移是結構設計的控制指標

在高層建筑結構設計中結構側移是其關鍵因素，這一點是與多層建筑不同的。隨著建筑物層數的增加，水平荷載下結構的側移變形問題變得越來越嚴重，對于水平荷載作用下的側移應當控制在一個特定的限度里。

3抗震設計要求高

高層建筑結構設計的抗震設防設計除了需要考慮豎向荷載和風荷載以外，建筑結構還必須具備較好的抗震能力，在結構設計中應當做到小震不壞、大震不倒。

4軸向變形

在高層建筑中，由于豎向的荷載數值非常大，可以在柱中產生非常大的軸向變形，因而會使連續梁中間支座處的負彎矩值的大小變小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值的大小增大；還會在一定程度上影響預制構件的下料長度，根據軸向變形的計算值的大小，對下料長度進行相應的調整；另外還會影響到構件剪力和側移。

5結構延性

與低層建筑與多層建筑相比，高層建筑的結構更柔一些，當出現地震的情況，高層建筑的變形會更大一些。為了使高層建筑在進入塑形變形階段以后仍然具備較強的變形能力，為了避免建筑倒塌，應該特別需要在建筑構造中采用恰當的方法，以保證高層建筑的結構具有一定的延性。

二、高層建筑結構設計的基本要求

基礎設計在設計的時候應當最大限度地發揮出建筑地基的潛力，在必要的時候還可以對地基變形進行驗算。基礎設計應該有詳盡的地質勘探報告，在一般情況來說，同一個結構單元最好不要采取兩種不同的基礎類型。

在高層建筑構造設計中，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境以及施工條件等情況進行整體分析，并且要與建筑、水、電、暖等專業進行充分協調，同時在此基礎之上對建筑結構進行選型，確定結構方案，在必要的時候還應該對多方案進行比較、擇優。

在高層建筑構造設計中，為了保證建筑結構安全應當選擇恰當的計算簡圖。計算簡圖中應當有相應的建筑構造措施作保證。實際的建筑構造節點一般不可能只是純粹的鉸接點或剛接點，但是必須要與計算簡圖的誤差在構造設計的許可范圍之內。

在高層建筑構造設計中，要堅持“強剪弱彎、強柱弱梁、強壓弱拉”的原則；要注意構件的延性；注意鋼筋的錨固長度；加強薄弱部位；把溫度應力的影響考慮在內。

在高層建筑構造設計中，考慮均勻、規整、對稱的原則；考慮抗震的多道防線；避免出現薄弱層。

三、高層建筑結構設計的問題及對策

1結構的超高問題

在有關抗震規范以及高層規程中，對于建筑結構的總高度有著明確、嚴格的限制，特別是在新出臺的規范中，針對以前的超高問題，不僅僅將原來的高度限制采用A級高度之外，還增加了B級高度，無論是處理措施還是設計方法都有了不少改變。而在實際的建筑工程設計中，有過由于未考慮結構類型轉變的問題，致使施工圖在審查時沒有通過，要求必須重新調整結構設計或者召開專家會議進行進一步論證的案例，這對建筑工程的工期、造價等方面的影響非常大。因此，在高層建筑構造設計時必須嚴格按照相關規定，控制建筑總高度，以避免不必要的損失。

2短肢剪力墻的設置

根據新規范的相關規定，把墻肢截面的高厚比在4到8之間的墻定義為短肢剪力墻，經過大量的實驗數據以及實際工程經驗，對于短肢剪力墻在高層建筑中的應用添加了非常多的限制，所以，在高層建筑構造設計中，結構設計工程師應當盡可能少地采用最好是不采用短肢剪力墻。

3嵌固端的設置

現在的高層建筑通常都配置兩層或者兩層以上的地下室和人防，嵌固端一般會設置在地下室的頂板上，也有可能是設置在人防的頂板上，所以，在嵌固端的設置位置這個問題上，結構設計工程師通常會忽視由于嵌固端的設置問題所帶來一些需要注意的地方，例如：嵌固端樓板的設計、在結構整體計算時的嵌固端的設置、嵌固端上下層的剛度比的限制、結構抗震縫的設置與嵌固端位置的協調性、嵌固端上下層的抗震等級的一致性等問題，如果忽視其中一個方面就極有可能導致在后期設計時的工作量全部放在結構設計的修改上，甚至是為建筑的安全埋下伏筆。因此，在高層建筑結構設計中應當把與嵌固端的設置相關的問題考慮進去，以免設計后期的麻煩。

4高層建筑結構的規則性

新出臺的規范在高層建筑結構的規則性上與以前的規則有較大的不同，新規則在這方面增加了比較多的限制條件，不像以前那么寬松，例如：嵌固端上下層的剛度比信息、平面規則性信息等內容，并且，新的規范還采用了強制性的條文明確規定：高層建筑不應當采取嚴重不規則的結構體系。所以，結構設計工程師必須嚴格注意新規范中的這些限制，以避免在后期施工圖的設計工作中形成被動的局面。

四、總結

近幾年來，我國的高層建筑的建設步伐越來越快。為提高結構設計的質量，結構設計人員應當不斷地學習，提高自身能力，吸取以往設計失敗的教訓，結合建筑施工實踐，通過工程經驗的積累，并精心設計才能做出安全、先進、經濟的高層建筑的結構設計。

【參考文獻】

[1]胡麗榮.概念設計在建筑結構設計中的應用意義[J].黑龍江科技信息,2010,6(27):90-92.

篇9

前 言：

高層建筑是相對于多層建筑而言的，評判一棟建筑是否為高層建筑通常以建筑的高度和層數作為兩個主要指標。多少層數以上或多少高度以上的建筑為高層建筑，全世界至今還沒有一個統一的劃分標準。在不同國家和各國家的不同時期，其規定也有差異，這與一個國家當時的社會經濟發展水平是密切相關的。

我國《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）規定，10 層及10層以上或房屋高度大于28m 的住宅建筑以及高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結構為高層建筑。在結構設計時，高層建筑的高度一般是指從室外地面至檐口或主要屋面的距離，不包括局部突出屋面的樓電梯間、水箱間、構架等高度。

隨著社會經濟的發展和人口的不斷增長，我國城市化水平不斷提高，人口密度越來越大，可被利用的建筑用地越來越少，高層建筑的發展順應了這種趨勢，它至少具有三個方面的意義：一是節約用地；二是節省城市基礎設施費用；三是改善城市市容。

1高層建筑的結構特點

高層建筑結構設計是針對高層建筑特性的建筑結構設計（Design of building structures):在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，并尋求優化的過程，有以下幾個特點：

1．1應重視軸向變形

在采用框架——剪力墻或是框架體系的高層建筑中，邊柱的軸壓應力是要小于中柱的軸壓應力的，所以邊柱的軸向壓縮變形也是要更小的。房屋越高，這種軸向變形的差異值就會越大，這樣就會導致連續梁中間支座沉陷，其負彎矩值就會很小，而相對的跨中正彎矩值以及端支座負彎矩值就會很大。在高層建筑中，豎向載荷通常較大，就會引起較大的軸向變形，連續梁中間支座的負彎矩就會變小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值就增大了。同時也會對預測構件的下料長度以及構件側移和剪力產生一定的影響，所以必須充分的考慮到結構的軸向變形值。

1．2結構延性是設計時重要參考參數

和樓層較低的結構相比，高層建筑的結構具有更好的柔和度，地震時所發生的變形也會更大。所以怎樣才能保證結構具有更好的延性呢?當其進入塑性變形階段后，結構不會坍塌，就必須要有很強的變形力，在構造上就應制定一些相對的措施。

1．3水平荷載是決定性的因素

在多層以及低層的房屋結構中，通常都是以重力為代表的豎向荷載決定著結構設計。但是在高層建筑結構設計中，豎向荷載也會對結構設計產生影響，而起著決定性作用的還是水平荷載。主要原因是高層建筑的自重以及在豎向構件上使用的荷載所引起彎矩和軸力的數值，都只是與建筑高度的一次方成正比，然而因水平荷載所產生的傾覆力以及軸力，都是與樓房高度的平方成正比的；另外對一個高層建筑來說，豎向荷載基本上是固定的，而包括了地震作用和風荷載的水平荷載，卻是隨著結構動力特性的變化而變化的。

2選擇合理的高層建筑結構體系及分析

2．1剪力墻結構體系

所謂的剪力墻結構體系就是指采用建筑物墻體作為抵抗水平荷載以及承受豎向荷載的體系。一般這種結構體系都是系于鋼筋混凝土結構中的，這樣水平的和豎向的荷載就全由墻體來承受了，剪力墻的開洞情況是影響其變形狀態與受力特陛的最重要的因素。一般情況下，根據其受力特性的差異，一般可將單片剪力墻分為單肢墻、聯肢墻、框支墻、小開口整體墻以及特殊開洞墻等類型。一般我們采用平面有限單元法對剪力墻的結構進行計算，這種方法不但適用于多種類型的剪力墻的結構計算，同時其計算的準確度也更高.

2．2框架結構體系

一般情況下，框架結構體系主要是用于鋼筋混凝土結構和鋼結構中，梁和柱通過節點組成了承載結構，框架所形成的建筑空間布置的十分靈活，并且還有很大的室內空間，使用起來更為方便。計算框架一剪力墻結構體系的位移和內力的方法有很多，而我們通常還是采用連梁連續化假定這種方法的。通過框架與剪力墻水平進行位移以及轉角相等的位移協調，我們就可以建立相關的微分方程了。當然我們所采用的未知量以及考慮的因素都是差異的，解答的具體形式就也是有差異的了。而計算框架一剪力墻結構時，我們首先還是應將這種結構轉化成等效的壁式框架結構，從而更好的利用桿系結構矩陣位移的方法進行求解。

2. 3筒體結構。

通常我們可將單個簡體分為框筒、實腹筒以及桁筒。框筒就是框架通過減小肢距，從而形成的空間薄壁筒體；而實腹筒就是由平面剪力墻所形成的空間薄壁簡體；如果是由桁架組成的筒壁，那么就是桁筒了。對于簡體結構進行結構分析的方法一般有三大類：等效離散化方法、等效連續化方法以及三維空間分析，其中主要的等效離散化和等效連續化兩種方法。等效離散化這種方法就是把連續的墻體離散成為等效的桿件，這樣就能更好的采用適合桿系結構的方法進行分析了，核心筒的構架分析法以及平面構架子結構法構成了這種方法；而等效連續化這種方法就是把結構中的離散桿件進行等效的連續化處理的方法。主要有兩種處理方法：首先應只在幾何分布上對其連續化，這樣能更好的使用連續函數描述它的應力，其次就是要在物理和幾何上對其連續處理，將離散桿件看作是等效的正交異性彈性薄板，這樣就能很好的應用分析彈性薄板的種種方法了。

3高層建筑結構相關的問題分析

3．1結構的規則性問題

我國的新版的結構設計規范與舊版的是有一定的差異的，最主要就是體現在新規范中增加了更多的限制條件。如果建筑結構的周期比和位移比超規范規定時，那么結構的抗側剛度就是要大于結構的抗扭剛度的，結構就會有較大的扭轉效應。對一些高層建筑結構來說，由于功能上的需求，下部基層的空間都是較大的，而上部又都是客房或是辦公室，有很多的隔墻，這就導致了上下層的剛度有較大的差異，而在這個剛度發生變化下一層的位置處就應為薄弱層，并且要進行內力放大的處理。

3．2結構的高度問題

在我國的《高層建筑混凝土結構技術規程》中明確的規定了，設計時必須要充分的考慮到適用性與經濟性的原則，同時也明確了幾種較為常見的結構體系最大的適用高度。而這個適用高度也是現階段我國的科研水平、施工水平以及經濟發展水平所能達到的，與整個土木工程行業中的規范體系是較為協調的。但是在實際的施工建設中，還是有很多高層建筑的高度超過了這個適用高度。在相關的各類規范中，對于結構高度的要求還是較為嚴格的，所以也經常出現因為結構變更而導致了施工圖紙審查不合格，從而大大的增加了工程的施工工期，并且也浪費了很多的人力、物力和財力。

3．3短肢剪力墻的設置問題

在我國新的《高層建筑混凝土結構技術規程》中，把截面厚度不大于300mm、各墻肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻定義為短肢剪力墻了，并且根據過往的實際的施工經驗以及現階段所進行的實驗數據，在高層建筑結構設計中應用這種短肢剪力墻結構還是有很多的限制和要求的。因此，在進行高層建筑的結構設計時，應盡量的少采用甚至是不采用這種短肢剪力墻結構，避免為后續的設計工作帶來不必要的麻煩，同時保證整個項目工程的施工質量。

4 結語

通過以上的論述，我們對高層建筑的結構特點、選擇合理的高層建筑的結構體系及分析以及高層建筑結構相關的問題分析三個方面的內容進行了詳細的分析和探討。我國高層建筑的建設工作的發展是十分迅速，然而高層建筑結構設計的質量卻并不十分理想。在高層建筑結構設計的過程中，設計師們往往更重視結構計算的準確性，同時卻也忽略了結構方案的實際情況，所以最后選擇的結構方法不一定是最合理的。在今后的發展過程中，我們要遵循高層建筑的設計原則和設計理念，選擇最為經濟合理的高層建筑結構體系，做好高層建筑的建設工作，同時也保證我國的高層建筑行業得到更健康的發展。

參考文獻

[1]蘇英．高層建筑結構設計中的幾個問題[J]．科技信息，2007．

[2]李淑彥．淺談高層建筑結構設計要點[J]．商品混凝土．2012．

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1 高層建筑結構設計中抗震概念設計的意義

“概念設計”理論是理論設計同試驗研究的結合，概念設計思想中融入了大量的工程實際經驗，從而形成了概念設計的基本原則，根據這些基本原則來進行建筑結構設計以及整體布局的構建。高層建筑結構非常復雜，當發生地震時具有動力不確定性特點，人們對地震時對結構認識的局限性，再加上材料性能和施工安裝的變易性、模擬地震波的模糊性等因素，導致計算結果和實際之間具有很大的差異。簡單的依賴數值計算獲得結構并不能有效的解決高層建筑的實際抗震問題，尤其是地質特征的差異性原因，導致許多國家甚至是地區指定的抗震規范都有明顯的差異。高層建筑結構抗震概念設計在依據數值計算的基礎上，還增加了實踐經驗元素，并且結構概念設計甚至比分析計算更重要，使得這一抗震設計理念能夠滿足區域差別下從事高層建筑結構設計的實際需求。強調高層建筑結構設計中抗震概念設計的重要性，其目的是為了引起高層建筑結構工程是在進行建筑結構設計時，特別重視相應的結構規程以及抗震概念設計中的相關規定，從而擺脫傳統的結構設計中只重視計算結果的誤區，要求結構工程師嚴格的按照結構設計計算原則，再結合地區的抗震規范，以此保證高層建筑結構的抗震性能。

2 高層建筑結構設計中抗震概念設計的原則

2.1 結構的整體性

在高層建筑結構中，樓蓋的整體性對高層建筑結構的整體性起到十分重要的作用，其相當于水平隔板，不僅要求聚集和傳遞慣性力至各個豎向抗側力的子結構，還要求這些子結構具有較強的抗震能力，能夠抵抗地震作用，尤其是當豎向抗側力子結構的分布不均勻、結構布置復雜以及抗側力子結構的水平變形特征存在差異時，整個高層建筑就依靠樓蓋使抗側力子結構進行協同工作。

2.2 結構的簡單性

結構的簡單性指的是結構在地震作用下具有明確、直接的傳力途徑。在高層建筑抗震設計規范中明確規定“結構體系應該有明確的計算簡圖與合理的地震作用傳遞途徑”，只有結構簡單，才能對結構的位移、內力以及模型進行分析，準確的分析出高層建筑抗震的薄弱環節，然后采取相應的措施，避免薄弱環節的出現。

2.3 結構的剛度

結構的剛度和抗震能力水平在地震作用下是雙向的，確定結構的剛度，然后合理的布置結構能夠抵抗任意方向上的地震作用。通常狀況下，地結構沿著平面上兩個主軸方向都應該具有足夠的剛度與抗震能力，結構的剛度不僅僅應該控制結構的變形，還應該盡可能降低地震作用對高層建筑結構的沖擊，如果結構發生較大的變形，將會產生重力二階效應，導致結構失衡而被破壞，降低高層建筑的抗震可靠性，因此，在抗震概念設計中，應該重視結構的剛度設計。

2.4 結構的規則性與均勻性

高層建筑的豎向和立面的剖面布置應該規則，結構側向剛度的變化應該巨暈，避免側向剛度以及抗側力結構承載力的突變。沿著建筑物的豎向，機構布置和建筑造型應該規則和相對均勻，避免傳力途徑、剛度以及承載力的突變，防止結構在豎向上的某一樓或者少數樓層之間出現薄弱的環節。

3 抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用

3.1 抗震概念設計應該重視高層建筑的結構規律

在高層建筑的抗震概念設計應用中，應該對高層建筑的體型設計進行科學的修正，保證在質量、剛度、對稱、規則上分布均勻，保證設計的整體性，避免局部出現剛度過大的問題。高層建筑的結構布局對抗震概念設計具有十分重要的作用，簡單、對稱的建筑在地震中的應力分析和實際反映很容易做到，并且能夠達到相一致，但是在凹凸的立面與錯層設計的高層建筑中，當地震發生時將會產生復雜的地震效應，很難做到對高層建筑抗震效果的最佳分析。因此，高層建筑的抗震概念設計應該重視結構的規律性。

3.2 抗震概念設計在結構體系上的應用

高層建筑抗震結構體系是抗震概念設計的關鍵，抗震概念設計在結構體系上的應用依據高層建筑物的高度以及抗震等級選擇合適的抗側力體系，通過概念近似手算確定結構設計方案的可行性以及主要構件的基本尺寸。抗震結構方案選擇的合理性，直接影響建筑抗震概念設計的經濟性與安全性。合理的選擇建筑結構體系，應該注意以下三個方面： 其一，選擇建筑結構體系時，應該對因為部分結構或者部分構件的破壞而導致整體建筑結構體系喪失對抗震能力或者重力荷載的承載能力，應該堅持抗震設計原則中的贅余度功能和內力重分配功能，這一原則的重要性在許多建筑物地震后的實際狀況中都得到了很好的印證； 其二，選擇建筑結構體系時，不僅僅應該要求建筑體系的受力明確、傳力合理以及傳力路線，還應該有合理的地震作用傳遞途徑和明確的計算簡圖，這些都應該和不間斷的抗震分析相符合； 其三，其中延性是建筑結構中的重要特性之一，結構體系的變形能力取決于組成結構的構件和連接的延性水平，提高結構構件的延性水平，是提高高層建筑抗震設計概念在建筑結構設計應用中的重點問題，通過采用豎向和水平向混凝土構件，能夠增強對砌體結構的約束，當配筋砌體在地震中即使產生裂縫也不會倒塌或者散落，保證高層建筑早地震中不至于喪失對重力荷載的承載能力。

3.3 抗震概念設計在結構構件上的應用

高層建筑抗震的實現需要各個構件的支撐，因此，抗震結構體系中的各個構件都必須具有一定的剛度與強度，并且還應該具有可靠的連接性。高層建筑的結構體系是一個多層次超靜定結構，因此其抗震結構也應該設置多道抗震防線，這樣在地震作用下，即使一部分構件先被破壞，剩余的構件依然具備支撐的作用，形成獨立的抗震結構，承受地震力與豎向荷載。因此，合理的預見高層建筑結構先屈服或者破壞的位置，適當的調整構件的強弱關系，形成多道抗震防線，實現對高層建筑結構體系的合理控制，這是結構抗震耗能的一種有效措施，是建筑抗震結構概念設計的重要內容。

4 結束語

總而言之，抗震概念設計是高層建筑結構設計中的重要組成部分，通過合理的抗震概念設計，能夠有效的提高高層建筑的抗震可靠性。因此，相關設計人員應該熟練的掌握和運用抗震概念設計，全面的考慮各項因素，從而為社會建造出更多精品高層建筑工程。

參考文獻：

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中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

Key words：High-rise building；structure design；Problems; Control; Axial compression ratio

引言

隨著現代科技技術的快速發展以及我國城市建設用地的日趨緊張，城市建筑逐漸向中高層方向發展，越來越多的高層建筑和超高層建筑出現在各大城市中。伴隨著高層建筑理念的發展，多種多樣的新興結構設計方案也迅速地發展起來。現在，一些高層建筑的種類與功能開始變得多樣化和復雜化。因此，高層建筑結構設計也成為了高層建筑結構工程工作中的重點和難點。縱觀當前形勢,我們應該將高層建筑的結構設計放在首要位置加以研究和探討。而在高層建筑結構設計中出現的問題，也必將成為設計師們要面對解決的首要問題。

1、高層建筑結構設計理念分析

高層建筑結構設計過程中，應當著重注意三個設計原則：整體性原則、經濟性原則、規則性原則。

1.1整體性原則

理論上，由不同的小型結構及若干組成構件組成的空間結構體系被稱為建筑結構系統。高層建筑的抗震能力不僅取決于各組小型結構及相應構件強度、剛度及其受力狀態，而且取決于各種小型結構以及建筑相應組件的協同工作的能力或空間整體性能。

1.2經濟性原則

高層建筑結構設計過程中，施工的方便性以及設計質量的好壞在一定程度上影響著高層建筑的施工工藝和工期。另一方面，建筑材料的選擇會直接影響到高層建筑的總體造價。因此，在建筑結構設計中要注重勞動力以及材料的經濟實用性，防止設計與實際建造脫節。

1.3規則性原則

在建筑結構的規則性方面,應該注意絕不采用一些特別不規則的建筑結構體系。在設計過程中應當盡量使用符合要求的建筑結構體系。例如對建筑承載能力、抗變形能力以及建筑剛度的要求等因素，一定要符合基本規則。另外，在建筑結構設計過程中，要注重結構體系上的薄弱部位，注意采取相應的措施進行防護。

總之，我們要重視概念設計。除了要根據建筑結構高度和使用要求選擇合理的結構體系外，還要恰當地設計和選擇建筑物的平面、立面形狀和體型。對于高層建筑，很多結構部位通常無法進行精確的計算，因而，安全、經濟、合理的結構設計必須注重概念設計的方法。

2、高層建筑設計中的問題及控制

2.1材料的選用和結構體系問題

例如建筑即將建設在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理就成為了工程技術人員非常重視的問題。在我國，一百五十米以上的建筑，一般采用三種主要的建筑結構體系： “框一筒”、“筒中筒”和“框架一支撐”。這些體系也是其他國家高層建筑經常采用的主要結構體系。但是其他國家在地震多發區，主要采用鋼結構，而在我國，鋼筋混凝土結構及混合結構占了百分之九十。這樣的鋼筋混凝土結構及混合結構，在國內外都還沒有經受較大地震作用的考驗。混合結構的鋼筋混凝土一般要承受80%以上的地震作用剪力，有的地區甚至高達90%以上。因為這些結構要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要將鋼筋混凝土結構的位移限值作為基準，但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不但增大了鋼結構的負擔，而且不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值。另一方面，在結構體系中柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，通常會導致與加強層及轉換層相鄰的柱構件剪力突然增大，同時加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處難以實現“強柱弱梁”。因此在高層建筑設計過程中設置加強層以及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量降低其本身剛度，以減少不利影響。

根據我國現有建筑鋼材的類型、種類和鋼結構的加工制造能力，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土(柱)結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。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。

2.2“嵌固端”的設置問題

由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防系統，“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問題，例如：“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、結構抗震設置與“嵌固端”位置的協調等問題。在結構設計過程中，忽略其中任何一個問題都有可能導致后期設計工作的大量修改，也有可能為建筑埋下安全隱患。

2.3結構的超高問題

現行的各種常見結構體系的最大適用高度是根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3 －2010) 規定給出的。在抗震規范中，除了將原來的限制高度設定為A級高度以外，增加了B 級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。綜合考慮經濟性與合理性的原則，產生了各種常見結構體系的最大適用高度。鑒于我國目前建筑科研水平、經濟發展水平和施工技術水平的關系，這個適用高度更加穩妥。同時，這個高度也能與目前整個土木工程規范體系相協調。但是在實際的建設過程中，已經有很多混凝土結構的高層建筑超過了這個高度范圍。對于超高建筑物，我們更應當采取科學謹慎的態度進行建設。因為在地震力作用下，超高建筑物的變形破壞型態會發生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素都會產生巨大的變化，有些參數本身超出了現有規范的適用范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。所以，在實際的結構設計中，若出現過由于結構類型的變更而忽略高度問題，導致施工圖審查時沒有通過，必須重新進行設計或進行專家會議論證等工作。

2.4 “ 軸壓比”、“剪重比”、“剛重比”的問題

在鋼筋混凝土高層建筑結構中，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，柱斷面也不會因為略微增大“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。現在的設計中，仍舊應該限制結構的“軸壓比”，通過這種控制達到建筑結構的延性要求。當不滿足規范要求時就應該通過增大柱截面或提高樓層墻面、柱混凝土強度的辦法進行調整。在控制“剪重比”方面，要限制各樓層的最小水平地震剪力，保證周期較長的結構體系的安全。如果比例偏小并與規范限值相差較大，要增強豎向構件，利用加強墻、柱等豎向構件的剛度的辦法進行調整。而在“剛重比”方面，當不滿足規范下限要求時，也可以采用相同辦法進行調整。

2.5剪力墻的設置問題

目前，根據大量的實驗數據和實際操作經驗，短肢剪力墻在高層建筑設計中的應用開始增加了很多的限制。因此，在高層建筑結構設計中，結構工程師需要盡量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。

結束語

這些年以來，我國的建筑技術日新月異，快速發展。但是建筑設計的總體水平一直無法達到要求。建筑設計的質量問題屢見不鮮。設計上缺乏創造性，同時在經濟適用性以及安全合理性方面無法令人滿意。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅關注結構計算的準確性，也不能將結構方案的具體實施狀況忽略掉，在設計時要給出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析，能夠使用自身掌握的知識解決實際建筑設計中遇到的各種問題。因此，結構工程師要對設計階段比較常見的一些問題有自己的認識，能夠清晰地分析問題原因，同時找到有效的解決方案，做好高層建筑結構設計的問題控制。

參考文獻

[1] 周云波,趙巖.淺談高層建筑結構設計原則[J].黑龍江科技信息,2009,(01).

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1.1　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。

1.2　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。

2　高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；

2.1　水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向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、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。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。

2.2　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。

2.3　抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

2.4　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；還會對預制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；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。

2.5　結構延性是重要設計指標。

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。

3　高層建筑結構設計的幾個問題

3.1　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。

3.2　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。

3.3　高層建筑結構設計中的側移和振動周期

建筑結構的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。

(2)共振問題

當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。

(3)水平位移特征

水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型。框架結構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。

篇13

復雜高層與超高層與普通的高層建筑有所不同，必須引起設計人員的注意。隨著超高建筑物的不斷增加，雖然逐漸地暴露出一些設計方面存在的不足，但這些問題為人們在日后的超高建筑建設方面積累了一定的經驗。為此，本文首先對復雜高層與超高層建筑與普通高層的差異進行比較，然后對復雜高層與超高層建筑的結構設計進行論述。

1 復雜高層與超高層建筑和普通高層建筑在結構設計上的區別

復雜高層與超高層建筑和普通建筑在結構設計上存在明顯的差異，一般普通高層的高度基本都建立在200m以內，而復雜高層與超高層建筑的高度基本都在200米以上乃至上千米。對于普通高層，人們大多采用的是混凝土的結構設計，但復雜高層與超高層建筑在結構設計方面還可以選擇全鋼結構或者混合的結構設計。同時由于復雜高層與超高層建筑對消防以及機電設備的要求要更高一些，因此要考慮到避難層與機電設備層的設計。為避免地震等自然災害對建筑物的破壞，復雜高層與超高層建筑在平面形狀的選擇上較普通的高層建筑要少得多，并且要滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》的抗震要求。另外復雜高層與超高層建筑需要考慮風載荷作用下舒適度的問題，而普通高層建筑無需考慮。

2 復雜高層與超高層建筑結構設計需要考慮的問題

2.1 抗震設防烈度

對于超過100m以上的建筑物，在不同強度的抗震設防烈度下，對于建筑物的高度要求也是不盡相同的。一般情況下，抗震設防烈度在8度的區域不適宜建設300m以上的建筑物，復雜高層與超高層建筑適合建設在抗震設防烈度在6度的地區。

2.2 結構方案

對于一個優秀的建筑設計師來說，在設計中首先就要考慮到建筑物的結構方案問題，尤其對于復雜高層與超高層建筑來說，如果結構方案選擇不當，將會引起整個方案的調整，因此，在設計單位進行建筑方案設計時，需要有結構專業參與到設計當中。

2.3 結構類型

在復雜高層與超高層建筑結構類型的選擇上，人們不但要充分考慮到擬建方案所在地的巖土工程地質條件，同時要考慮到該區域的抗震度要求。另外，為了節約建筑成本，人們還需要充分考慮到在工程造價問題以及施工的合理性問題，同等條件下選擇造價較低的合理的結構類型。

2.4 關注舒適度和施工過程

2.4.1 高層建筑水平振動舒適度

復雜高層與超高層建筑因其結構較柔，設計時，除保證結構安全外，還需滿足室內居住人群的舒適度要求，高層混凝土規程、高鋼規程均提出了明確的設計要求，需對高層建筑物在順風向和橫風向頂點最大加速度進行控制。復雜高層建筑需講行舒適度分析，對混凝土結構阻尼比宜取0.02，對混合結構、鋼結構阻尼比可根據情況取0.01～0.02舒適度驗算時，可取10年重現期下風壓值進行。高層混凝土規程和高鋼規對舒適度驗算的要求，公寓類建筑（如住宅、公寓）和公共建筑（如辦公、旅館）因功能不同，其水平振動指標限值也有所不同。當水平振動舒適度不滿足或為進一步提高舒適度水平時，可采用增設TMD（可調質量阻尼器），TLD（可調液體阻尼器）等方法實現。

2.4.2 大跨、懸挑柔性樓蓋豎向振動舒適度控制

復雜高層建筑設計中常設計大跨度樓板、空中連橋、大跨懸挑等復雜建筑特征，此類部位由干結構豎向自振頻率較低，與行人激勵頻率相近，彼時需對樓蓋設計時的舒適度問題予以關注。高層混凝土規程要求樓蓋結構的豎向振動頻率不宜小于3Hz，且對不同豎向自振頻率下的樓蓋豎向振動舒適度峰值也提出了控制要求。因適用對象不同，住宅、辦公建筑、商場及走廊建筑的豎向振動峰值加速度限值亦不相同。

2.4.3 設計時應考慮施工建造過程的可實施性

設計人員在結構設計時，應注意復雜節點部位鋼筋及鋼材傳力的可靠性以及現場施工的可實施性。型鋼混凝土梁柱節點中主筋與型鋼相交時常用四種處理方法：①鋼筋繞討型鋼；②型鋼表面焊接鋼筋連接套筒；③鋼板上開洞穿鋼筋；④鋼筋與型鋼表面加勁板相焊接。復雜高層建筑施工方法會采取一些特殊工藝，如某塔采用“內理型混凝土施工、造型中部增設水平臨時支撐桁架”見圖1。

3 復雜高層與超高層建筑的結構設計

3.1 風載荷

在復雜高層與超高層建筑的結構當中，由于建筑結構的第一自振周期與其所在地面卓越周期相差很大，隨著建筑物高度的不斷增加，風載荷的影響要遠遠大于地震對建筑物的影響，特別是對于一些比較柔的復雜高層與超高層建筑，風載荷是它結構設計中的控制因素。因此，人們有必要對風載荷進行專業的研究。一般情況下，我國規定風載荷的計算公式為Wk=βzμsμzW0，其中μz為風壓高度的變化系數。其中A類地面：μz=0.794Z0.24；B類地面：μz=0.479Z0.52；C類地面：μz=0.284Z0.40。在《建筑結構荷載規范》當中，對200m以上的復雜高層與超高層建筑也進行了相應的規范，其中就包括在對復雜高層與超高層建筑確定非圓形截面橫風向風振等效風荷載情況時，要求必須進行風洞試驗。它的主要目的在于通過試驗對建筑外形的空氣動力進行進一步優化，同時確定圍護結構以及主體結構的風載荷的標準值，對設計整體進行優化。

3.2 重力載荷

對于復雜高層與超高層建筑，在設計時要考慮到重力載荷的傳力情況，實現合理的傳力途徑，因此在設計時對于重力載荷的途徑要盡可能地直接明了，同時要充分考慮到因建筑外圈框架和核心筒之間軸壓比之間的差異而造成的變形差對水平構件產生的影響。一般采用一些施工的處理方法連接框架與核心筒。

3.3 混合結構的設計

在復雜高層與超高層的建筑當中，很多時候都會采用混合結構設計，混合結構分為三種，而在實際中常用的是圓鋼管或者是矩形鋼管的混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒的混合結構，以及型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒（內外框梁為鋼梁或型鋼混凝土梁）的混合結構兩種。每種結構類型在設計上對鋼材用量的需要也不盡相同。在設計中，要考慮到對型鋼、圓鋼管混凝土中柱鋼骨的含鋼量，嚴格按照技術規程的要求進行控制，同時，在鋼筋混凝土的核心筒要設置型鋼柱，這樣就可以確保型鋼混凝土、筒體延性相同，從而促使它們兩者之間的豎向變形減小。對于結構抗側剛度無法滿足變形需要的混合結構，人們采取相應措施進行彌補。比如，設置水平伸臂桁架的加強層，或利用避難層或設備層在外框或外框筒周邊設置環狀桁架。

4 復雜高層與超高層建筑結構設計的關鍵點

4.1 構造設計要合理

在對復雜高層與超高層建筑物進行設計時，必須保證構造的設計謹慎并合理，重點要注意對一些薄弱的部位進行加強，避免出現薄弱層，充分考慮到溫度應力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力，注意構件的延性以及鋼筋的錨固長度，在對平面和立面進行布置時要確保平整均勻。

4.2 計算簡圖要合適

計算簡圖是對建筑物結構進行計算的基礎，它直接關系到復雜高層與超高層建筑的結構安全。為了保證結構的安全性，人們必須從計算簡圖抓起，慎重研究，合理選擇，對于存在于計算簡圖中的誤差，要保證其值控制在技術規程允許的范圍內。

4.3 結構方案選擇要合理

建筑方案的合理性取決于結構方案是否合理，因此，在選擇結構方案時不但要充分考慮到經濟因素，還要充分考慮方案的結構形式和結構體系，同時能夠充分結合設計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結構方案，確保結構方案的合理性。

4.4 基礎方案選擇要合理

在進行基礎方案的設計中，設計師要考慮到載荷的分布情況，工程所在的自然因素、地質條件，施工方的施工條件，周圍建筑物對所設計建筑物造成的影響等各方面因素，以此來確保基礎方案的選擇既經濟又合理，達到最優效果。

5 結束語

復雜高層與超高層建筑是社會發展的必然結果，隨著科技進步，越來越多的復雜高層與超高層建筑將會逐漸亮相于城市之中，我們雖然在復雜高層與超高層建筑當中取得了一定的成績，但仍需我們不斷研究與改進，使復雜高層與超高層建筑的結構設計更加完美，發展更為迅速。

參考文獻