高层建筑结构设计原理精选(九篇)

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第1篇：高层建筑结构设计原理范文

关键词:高层建筑;结构设计;问题;概念设计

随着经济的迅速发展，受城市化人口的增长与土地使用环境的矛盾，高层建筑逐渐成为了建筑发展一种趋势。房屋结构形式的改变，也使得高层建筑的结构形式也日益复杂。高层建筑的结构形式常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框筒结构等不同的结构形式来满足不同类型及不同高层建筑的设计需求，不同类型建筑采用的结构形式也不尽相同。正由于这种多样性，就突出了结构设计中概念设计的重要性。下面就高层建筑在结构设计过程中的概念设计来分析一些在高层建筑结构设计中需要注意的问题。

1高层建筑的定义

通常在建筑结构设计中，我们常把10层及10层以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高层民用建筑统称为高层建筑。高层建筑在结构设计中与低层建筑、多层建筑相比较而言，其竖向和水平结构体系设计的基本原理还是相同的。但较于低层多层建筑不同的是，在低层多层建筑结构设计中，竖向荷载一般是影响结构体系的主要控制因素，但在高层建筑结构设计过程中，随着建筑高度的增加，虽然竖向荷载仍会对结构设计产生影响，但由于高层建筑整体结构体系会较低层多层建筑而言整体结构刚度偏柔，受到水平力作用如风荷载作用影响较为强烈，在这种情况下，竖向结构体系的设计就成为整个结构实际的主控因素，在高层建筑设计里要注重水平力的作用，保证整体建筑结构的刚性。

2结构设计中概念设计的主要内容

随着社会的发展，建筑空间的使用功能也有些各种类型的需求变化。在高层建筑结构设计中，对于不同类型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的与之相对应的适合的结构体系，使得建筑达到安全可靠且较为经济的目的。为了达到这一目的，就需要概念设计先行。在高层建筑结构设计的过程中，概念设计其实是结构工程师根据个人工程经验，在对整体建筑使用功能情况、建筑总高度和建筑所处的地理环境、地质环境有一种较为宏观的把握下提出的与之相对应的较为经济合适的结构体系设计。简而言之，就是根据工程经验对现有建筑环境、地理环境等前提下拟定大致的结构体系布置，为接下来的深化建模后续的设计计算等提供大致思路，起一个指导性的作用。

3结构设计中的注意问题

(1)高层建筑建筑材料选取及建筑平面设计:高层建筑材料建议采用较为轻质的砌体材料作为填充墙的材质，避免因墙体材料荷载过大，对结构构件和基础造成较大的负荷。在建筑设计过程中，也尽量避免平面过于不规则和竖向刚度突变的情况;

(2)结构体系的选取:高层建筑的结构体系与多层、低层建筑的结构体系较为不同。多层低层建筑在建筑结构设计过程中，主要受竖向荷载作用，由于层高较矮，风压对于建筑物结构的影响较小。但高层建筑则不同，由于建筑物高度较高，受水平力影响作用较大。而且，由于现在高层建筑的使用功能五花八门，有时候为了不影响建筑物功能的正常使用，会对结构构件例如柱墙的尺寸有限制，这也为高层建筑结构设计增加了难点，而且高层建筑结构的整体刚性本就相对于多层低层建筑结构偏柔，所以，在高层建筑结构设计中，结构体系的选择显得尤为重要。在高层建筑结构设计的概念设计之初，应根据建筑需求，优先选择结构体系较为规则的，结构平面布置最好是简单规则，减少偏心，且需考虑结构的抗风性以及抗震性，尽量避免刚性突变易产生薄弱层的结构体系。对于有特殊需求的部分在设计中进行调整。由于高层建筑在其正常使用过程中，常伴随着水平力(例如风荷载)的作用，所以在设计之初就要考虑水平力作用对高层建筑结构的影响。在高层建筑结构设计中，尽量保证建筑结构的质量、刚度和承载力的均匀分布，避免因水平力作用而扭转产生扭转振动，使建筑结构遭到破坏，且不宜采用严重不规则的结构平面布置。所以考虑水平力对高层建筑结构的影响，在高层建筑结构设计过程中，尽量将建筑结构的几何形心、刚度中心和结构重心保持一致，结构均匀布置;

(3)对高层建筑结构设计中各构件的要求:

①高层建筑由于高度高，其整体结构的自重也较为笨重，上部结构重力荷载的上升使得整个建设项目中对于建筑基础的要求也更为严苛。这就要求在高层建筑结构设计过程中对于基础的设计选型有着更严格的把控。高层建筑结构设计中对于基础的选型要根据甲方提供的地质勘察报告书结合上部建筑结构的具体柱底轴力及其地质条件，施工条件来选择恰当的基础类型，不能死搬硬套，遇到不同类型的地质条件或施工条件限制，可选用不同的基础类型;

②高层建筑在随着高度的增加，地震作用与风压作用对整体结构体系的影响也越来越大，刚度过于柔的结构体系在水平地震作用或风作用下，位移过大，容易产生侧向变形。一般而言，过大的侧向变形会引起摇晃，不仅会让居住在建筑物上的人们的舒适度降低，影响正常生活质量，还会使建筑的填充墙因产生侧向剪切导致开裂影响建筑物正常使用，严重时甚至会导致结构主体出现裂缝，导致结构主体破坏。在高层建筑设计规范中也明确注明了对于不同建筑结构类型的位移的要求。因此高层建筑位移的控制或成为高层建筑结构设计中的主要矛盾，适当加大建筑结构的刚度，保证按规范里的严格控制;

③在当今高层建筑发展的今天，高层建筑的结构形式一般常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框架—剪力墙结构等不同的结构体系。建筑正常使用过程中各类荷载的传导过程中，不管经过了多少次多么复杂的传导过程，最终都是各项荷载从水平传导转为竖向传导，框架柱或者剪力墙作为竖向结构构件，在高层建筑结构中有着不可忽视的决定性作用。按理说，低层由于承受上部传导的较为巨大的荷载，理性适当加大柱截面，但由于建筑功能的多样化，很多框架柱或剪力墙的截面都有受到限制，这就要求结构设计师在框架柱或剪力墙截面及其布置的选择上应在保证安全的情况下考虑其实用性。故不宜做过大的框架柱或者剪力墙，适当提高柱墙的混凝土等级以降低柱子或剪力墙的轴压比。在高层建筑设计过程中，竖向构件的压轴比是一个及其需要重视的内容。各种模拟实验数据和地震震害调查表明，当框架柱或剪力墙的轴压比过大的时候，当构件遇到水平作用(如地震作用)时的延性变形能力就会大大减弱，极易产生脆性的剪切破坏，而一旦竖向构件产生了破坏，往往使整体结构遭到破坏。所以在高层建筑结构设计时应控制柱的轴压比，用以提高或保证框架柱或者剪力墙的延性，保证结构的安全性。

4结束语

随着经济的发展，城市化建设的进程加快，高层建筑日益增多，对于高层建筑结构质量也较为严苛，为保证高层建筑结构的安全性和可靠性，对于结构设计师而言，高层建筑结构设计的要求也增多了。总之，高层建筑结构设计是一个较为复杂的长期的甚至可能是往复循环推敲的过程，任何遗漏或者错误都可能使整个结构设计过程变得复杂。高层建筑的结构设计比较灵活，结构体系也比较多，为了保证建筑质量和减少往复的工作量，在设计之初就需要先拟定高层建筑结构概念设计，并在计算推敲过程中把握解决对于高层建筑结构设计中容易出现的问题，更有效率地完成高层建筑结构设计。

参考文献

［1］方正．某高层建筑结构设计探讨［J］．四川建材，2011，37(3):52－53．

［2］赵东晓．高层建筑结构设计的问题与对策研究［J］．商品混凝土，2012，9(9)

第2篇：高层建筑结构设计原理范文

关键词：高层建筑；高层建筑结构设计；问题

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高层建筑结构体系的选型

建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小偏心受压构件。

根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。

4高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1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。

4.2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。

4.3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。

4.4高层建筑结构的规则性

在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

5结束语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，分析了高层建筑的结构特征，高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策，可以为高层建筑结构设计提供参考和依据。

参考文献：

[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

第3篇：高层建筑结构设计原理范文

[关键词]高层建筑结构设计建议

中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0163-01

随着社会的不断进步和科技的不断发展，高层建筑越来越广泛的出现在城市建设中。高层建筑的结构设计已经成为了高层建筑设计的重点内容，因此，研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。在对高层建筑进行结构设计时，必须以高层建筑结构设计理论为基础，对影响高层建筑结构的主要因素进行深入的分析研究，做到精心设计，确保质量、安全。

1、高层建筑结构设计的特点

相对多层建筑而言，高层建筑结构设计所占的地位要重要得多，这是由于高层结构形式的选择将直接关系到建筑物的平面、立面、层高、设备安装、施工技术以及工程造价等多方面因素。不当的结构形式不仅会影响使用功能和造价，严重的还会影响其抗震性能，危害建筑物安全。其特点主要有：

1.1 水平荷载成为决定因素

在多层房屋的结构设计中，由结构自重产生的重力决定着结构设计，而在高层建筑中，水平荷载却起着决定性作用。其原因一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而另一方面根据力学原理，由水平荷载对结构产生的倾覆力矩在构件中引起的轴力，则与楼房高度的两次方成正比。水平荷载主要包括风荷载和地震作用，其大小与结构的动力特性有关，是高层结构设计的重点。

1.2 结构侧移是高层结构设计中的关键指标

随着楼房高度的增加，水平荷载作用下结构的侧向位移随着建筑物高度的增加而迅速增大，与建筑高度的 4次方成正比，并且由于新材料及新的建筑形式的应用， 其侧向位移也迅速增大。如果侧向位移控制不好，轻则使居住人员有着不安全的感或使填充墙等建筑装饰开裂，重则导致房屋侧塌， 影响结构安全，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。

1.3 抗震性能是重要因素

小震不坏、大震不倒是高层建筑抗震设计的基本要求。高层建筑结构的抗震设计，除了要考虑常规设计中的竖向荷载、风荷载外，还必须考虑地震载荷，使结构具有良好的抗震性能。

2、目前高层建筑结构设计的常见问题

2.1 高度问题

按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。

2.2 抗争性能问题

由于国家财力物力有限，我国建筑结构我国现行抗震设防标准比较低，另外具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外；在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同，其中的8度区，我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，

2.3 材料的选用和结构体系问题

在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大。

3、提高高层建筑结构设计质量的建议

3.1 合理选择建筑结构的材料和形式

根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构系。根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。

3.2 优化结构构件设计

（1）增加抗弯结构体系的有效宽度，以调整结构的抗侧刚度。这样做，是非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力。从材料力学的基本知识可以知道，同样面积、抗倾覆力同结构宽度的关系不同形状，可以获得不同的其几何特征。例如：相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。

（2）剪力墙超筋的情况。剪力墙暗柱超筋。软件中设定的暗柱最大配筋率是4%，而各规范以边缘构件方式给出了剪力墙主筋的配筋面积，没有最大配筋率。所以当程序给出剪力墙超筋的警告信息时，可以酌情考虑；当剪力墙连梁超筋时，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承载力不够。

3.3 设置变形缝

（1）沉降缝的设置。在建筑物的下列部位应设置沉降缝：地基土的压缩性有明显差异处；平面形状复杂的建筑物转折部位；高度差异或荷载差异处；建筑结构（或基础）类型不同处；过长的砖石承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；局部地下室的边缘；地基基础处理方法不同处。

（2）伸缩缝的设置排架结构的柱高（从基础顶面算起）低于sm时，宜适当减小伸缩缝间距。

3.4 结构的超高问题

在抗震规范和高规中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以外，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.5 嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.6 结构的规则性问题

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4、结语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，从高层建筑的结构特征来看，在高层建筑结构设计中，结构工程师应从结构的安全、使用功能、建筑美观等方面进行全盘考虑，运用掌握的知识和经验处理实际遇到的各种问题，才能设计出安全合理的高层建筑结构。

参考文献

[1] 王旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010.2.

第4篇：高层建筑结构设计原理范文

【关键词】高层建筑 高层建筑 结构设计问题

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。

一、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：

（一）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。

（二）侧移成为控制指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（=qH4/8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

（三）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。

（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

（五）轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

二、高层建筑结构设计应注意的问题

（一）提倡节约

我国是发展中的国家，还是要尽量提倡节约，目前我国规范中的构造要求，并非都比外国低。有的已经超过。外国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。

（二）考虑受力性能

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，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和分布作出总体设想。

（三）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。

参考文献

[1]黄子云、袁志华：《高层建筑结构设计》，1998年12月第1版.

第5篇：高层建筑结构设计原理范文

关键词：建筑结构设计 安全性

一、 建筑结构设计中存在的安全隐患

1、抗震度不够

前几年的汶川大地震及玉树地震造成的损失足以说明我国一些地方的建筑抗震性很差，未达到我国规定的标准。因此保证建筑物的抗震性能是减少地震发生时人员伤亡及财产损失的重要问题。在建筑结构设计中提高抗震设计水平是提高建筑结构设计水平的一个重要方面。关于建筑物的抗震性能设计，我国颁布了《建筑抗震设计规范 》，为我国的建筑抗震设计提供了依据。《 规范 》中规定：“小震(超越概率6 3％)不坏、中震(超越概率10％)可修、大震(超越概率2％)不倒”。而一些建筑公司领导对建筑物的抗震性能的重视程度不够，导致了公司员工也不重视抗震性，尤其是建筑结构设计人员。有些建筑结构设计人员对抗震设计的认识不透，设计过程中个别忽略抗震性原则，造成了建筑物施工过程仅仅是一个表而工程，而实质是建筑物并不具有真正的抗震性能。这种现象在我国不少地区屡见不鲜。当然我国地域辽阔，各个地区的情况不同，地震几率与地震级别各有不同。不能恪守规则，不了解实际情况进行设计。建筑结构设计者要根据地区的实际状况，选择不同的抗震规范，以免造成不必要的浪费。

2、结构设计中偷工减料，钢材不足导致功能减弱

一方而在结构设计中，一些建筑公司为节省开支，获取高额利润，过度节约钢材等偷工减料，不重视建筑物的质量及安全性，导致建筑物中钢材等材料的性能减弱，进一步导致建筑物的质量不过关，安全性下降。我国对建筑物钢筋的配筋率有明确的规定，建筑物的不同部位，其配筋率是不同的。建筑设计公司的设计人员要高度重视建筑物的配筋率，对施工过程进行实时监督另一方面，一些小的建筑公司为节省开支，使用中小城市现在还任发展的冷轧变形钢筋。这种钢筋强度高，脆性大，韧性小，且对建筑抗震不利，就是因为可以节省钢材，进而节约开支，所以，一些小建筑公司为牟取利益不惜不顾人们的生命安全使用不符合规定的钢材。

3、建筑结构设计不合理

由于建筑结构设计者的知识和经验不足，导致其设计的建筑结构不合理，存在安全隐患或其他问题。(1)建筑方面。①布置竖向交通中心，确定楼梯、电梯的数量和布置方式，不能保证使用效率和防火安全。②内外建筑装修、构造、用料和做法不适应因风力、地震、温度变化等所引起的变形和安全问题。(2)结构方面。①没有考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。②没有严格控制高层建筑体型的高宽比例，不能保证其稳定性。③建筑平面、体型、立面的质量和刚度不能保持对称和匀称，使整体结构出现薄弱环节。④不能妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。(3)设备和电气方面。①设计供暖和给水排水系统时，没有考虑因建筑高度增大的压力，不能保证管道、炉片具有耐压能力。有些设计者安全意识薄弱，只顾建筑设计的美观而不顾建筑质量，或者明知道公司要求的设计形式行不通，为了保住自己的饭碗而不提出异议，纵使悲剧上演。因此设计人员要人人自危，不能只考虑公司利益，也要切身为顾客考虑，学会换位思考。

二、建筑结构设计中安全性的措施

2．1 提高建筑结构设计人员对抗震性能的重视意识

结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识作为基本功，灵活刨新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要精益求精，重视每一个基本构件的设计，并做到知其所以然，并深刻理解规范和章程的含义，密切配合建筑工程，在工作中做到事无巨细，善于反思和总结工作经验和教训，为以后的工作积累经验。

结构设计人员要转换自己的陈旧思想，正确对待抗震性能的重要性，为人们的生命财产负责，发挥自己的主导作用，对工作负责，应用自己的个人才智，控制建筑结构设计的安全性能水平，让自己设计出来的作品体现自己的人本意识，积极配合国家以人为本的政策。

2.2 严格按照国家规定的建筑规范设计建筑结构

随着建筑业进一步的发展，建筑结构越来越被重视。国家也出台了一些相应的规定。而一个国家的规定不仅仅是技术性的，还具有很强的政策性。而且这些规定是与时俱进的，要不断修改，我们不能仅仅满足于过去的设计标准。严格按照国标设计、用料、施工(1)目前设计者应该熟悉和掌握的与高层建筑消防电气有关的设计规范主要有《高层民用建筑设计防火规范》、《火灾自动报警系统设计规范》、《民用建筑电气设计规范》。三部规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报警与消防联动控制系统的设置与要求总体来讲是一致的，但从各自不同角度三部规范也各有侧重，有所区别。对设计者来说，国标是带有强制性的，必需严格遵守，部标或行业标准应服从国标。

2.3开展科研，创新设计软件

工欲善其事，必先利其器，道理是显然的。随着建筑事业的发展，特别是现今建筑行业的快速发展，建筑结构设计的内容越来越复杂，难度越来越大。从另一个角度来说，我国建筑结构设计对设计人员知识的深度和广度有了更多的要求。在此种情况下，现有的结构设计程序已不能满足设计人员的需求。同时计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。有时为了解决生产问题，配合软件的能力，只能把计算过程简化以满足计算程序的能力。所以，提高结构设计中建筑的安全性，首先耍开发出一款高精度软件，这就需要设计者和计算机程序专业人员合作去完成软件开发，推新创新，不安于现状，勇于承担起这个任务。

参考文献：

[1]朱镜清．结构抗震分析原理[M]．地震出版社，2002，l1．

第6篇：高层建筑结构设计原理范文

关键词 ：高层建筑 结构设计 问题 要点

一、高层建筑结构设计特点

1、水平作用是决定因素

首先，因为结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力及弯矩的数值，仅仅和建筑高度的一次方成正比，但是水平作用对结构产生的倾覆力矩和在竖向构件中引起的轴力，与建筑高度的两次方成正比;另外，对一些一定高度的建筑来说，竖向荷载基本上是固定值，但作为水平作用的地震作用和风荷载却是不确定的。

2、侧移是控制指标

和多层建筑不同，高层建筑结构设计中的结构侧移是关键因素。随着建筑高度的不断增长，水平作用下结构的侧移变形也随之迅速增加，结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比。所以结构在水平荷载作用下的侧移必须要控制在一定限度之内。

3、结构延性成为重要设计指标

延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。受弯构件会随着荷载的增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，出现非弹性变形。然后受拉钢筋屈服，受压区高度降低，受压区混凝土被压碎，最后导致构件被破坏。

4、轴向变形也不容轻视

在高层建筑中，竖向荷载数值会较大，会在柱中引起很大的轴向变形，从而导致对连续梁弯矩产生一系列的影响，使连续梁中间支座处的负弯矩值变小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值变大，对预制构件的下料长度也会产生影响，这就要求依据轴向变形计算值，对下料的长短做出相应调整;另外对构件剪力和侧移也会产生影响。不考虑构件竖向变形与考虑构件竖向变形相比较，计算结果会偏于不安全。

二、高层建筑结构设计问题

1、设计人员基础知识薄弱

在部分小型设计公司，有一些设计人员根本不了解施工工艺流程，离开设计图库和计算机作业根本不能设计和画图，缺乏施工现场设计代表的经验，不能以专业知识及经验指导施工技术难题。类似于这样一些纯粹纸上谈兵的建筑图纸，充斥着低成本小型建筑项目市场，比如说拆迁项目返建等，最终导致建筑使用寿命缩短等大量技术隐患问题。

2、结构抗震概念设计不足，标准及规范推广应用落后。

在高层建筑结构设计中，普遍存在结构抗震概念设计不充分的情况。由于我国的地震带分布不一，部分省市对于结构抗震的要求较为忽视，导致结构抗震概念设计处于缓慢发展的状态。比起日本和美国等在结构抗震概念设计领域成果突出的国家，我国的抗震概念设计标准及规范的应用推广相对较为落后。

3、建筑物超高问题

随着建筑物高度的不断加大，在抗震性能和建筑质量方面都面临着更严峻的问题。出于高层建筑抗震性能的较高需要，规范对建筑物的高度作出了严格的规定，超高建筑在设计方面要确保满足抗震的要求。在目前的高层建筑市场中，仍然存在着建筑超高但没采取更严格的措施的问题。

4、短肢剪力墙的设置

短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙。近年兴起的短肢剪力墙结构，虽然有利于住宅建筑布置，也可减轻结构自重，但在高层住宅中，剪力墙肢不宜太短，因为短肢剪力墙的抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

三、高层建筑结构设计要点

1、地基与基础设计

地基与基础设计已经得到结构工程师的重视，这不仅由于该阶段设计过程合理与否将直接影响到后期设计工作的进行，也是整个项目成本的决定性因素。因此，这个阶段，存在的问题可能会很严重，也甚至会造成不可估量的损失。高层建筑应根据整体布局来选可满足承载力和变形的要求、并可以调整不均匀沉降的基础形式。高层建筑宜设置地下室以减小地基的附加应力和沉降量， 有利于满足天然地基的承载力和上部结构的整体稳定性。此外，基础设计应注意本地的规范的重要性。

2、建筑结构受力性能

对于最初的建筑设计，建筑师考虑更多的是建筑的空间组合，而不是详细地确定其具体的结构。建筑物底面建筑空间的形式在水平方向和垂直方向的稳定性是非常重要的，因为一些建筑物是由又大又重的组合物来组成，因此结构必须能将它本身的重量传至基础，结构的荷载总是向下作用于基础面的，而在建筑设计中的一个基本要求是要理清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，因此在建筑设计阶段，就有必要对主要承重柱和承重墙的数量和分布做出整体构想。

3、建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一，这是是结构设计的要求。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中没有做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，要在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转效果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，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。在某些情况下，由于街景与建筑空间的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则T形、L形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将突出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构设计布局时，最大可能使建筑状态的结构是对称的。

4、建筑高度、高宽超限问题

现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规范限值，甚至个别建筑高度和高宽比均超出规范限值。在结构设计过程中，对于建筑的高度、长宽比和尺寸的复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，应按超限高层建筑进行设计。同时，另一点不容忽视的问题是，建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低。

5、抗震设计要求更高

高层建筑结构设计的抗震设防要求，需要正确计算正常使用时的竖向荷载和风荷载，应当具有良好的抗震性能。

6、概念设计和理论计算具有同等重要性

抗震设计有两部分：计算设计、概念设计。虽然分析手段在不断提高，分析的原则在不断完善，但由于抗震设计计算是在一定的假想条件下进行，而地震作用具有很大的复杂性和不确定性，同时地基土影响和结构体系本身都极复杂，因此理论分析计算很有可能会和实际情况相差甚远。特别是结构进入弹塑性阶段后，构件局部可能会开裂甚至破坏，此时就很难用常规的计算原理去分析结构。而高层建筑的概念设计，诸多实践证明，对建筑结构设计有着重要的意义。

结束语

高层建筑在现代经济体系中已经如此发达，结构设计的相关人员追求更加合理的力学模型和更新颖的建筑物结构形式，在这一个方向上经过高素质高知识结构的专业化人才不断探索，我们可以期待，高层建筑在城市中的应用将变得空前广阔。

参考文献：

[1] 孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011（06）.

第7篇：高层建筑结构设计原理范文

自二十世纪八十年代以来，随着我国建筑业的不断发展，高层建筑越来越受青睐，结构形式更是倾向于复杂化、多样化。因此结构设计人员也将面临着高层建筑结构设计的质量问题。高层建筑结构体系在承受自重垂直力的同时，还要更多的承担风荷载和地震力水平力的作用，而随着建筑高度的增高这两种水平力就越大。这将是高层建筑结构存在的严重质量问题，这将足以引起对高层建筑结构设计的质量问题引起足够的重视。本文主要就高层建筑结构设计质量问题的提升相关问题进行探析。

关键字：高层建筑，结构设计，质量通病，提升方案

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

引言

由于我国现代化事业的不断推进，人类对建筑的需求越来越多，而高层建筑在设计中遇到的质量问题严重威胁着我们的安全。这就使得设计人员在设计时严格把握质量相关的问题。首先从高层建筑的定义作为出发点，考虑高层建筑结构的受力特点，来思考设计中存在的质量问题。针对存在的问题，设计提出提出高层建筑结构设计质量相关问题的提升方案。为了拥有一个安全舒适的环境，就意味着设计人员对建筑结构设计时严把质量关。

高层建筑的定义

高层建筑就是指超过一定高度和层数的多层建筑,不同国家对高层建筑的划分也不一样。美国把24.6m或7层以上的视为高层建筑；日本把31m或8层及以上视为高层建筑； 英国把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。而在我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑视为高层建筑。

各国虽然不一样，但是世界各国基本是将高层建筑定位在10层或30m左右。因为,火灾发生时，不超过10层左右的建筑可通过消防车扑救，更高的建筑很难利用消防车扑救，需要更多自救措施。从受力上讲，不超过10层左右的建筑，由竖向荷载产生的内力占主导地位，水平荷载的影响较小。

高层建筑结构的受力特点

因为高层结构建筑的高度使得它与其他一般建筑结构的受力特点有所不同。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑, 竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的, 但随着高度的不断增加,竖向结构体系成为设计的控制因素。

3.高层建筑结构设计中的质量通病及原因分析

3.1部分结构设计不合理,安全隐患比较多

有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,以至于整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的甚至相差一半,更为过分的是一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。

3.2防火设计问题比较突出

一些设计人员对防火规范、规定不熟悉,对建筑物分类有错误,以至于在设计中对防火标准执行有误区,消防处理不当,存在很多安全隐患;一些重要场所的安全疏散出口、疏散门开启方向不对,影响安全疏散;有些设计中的防火分区面积太大,防火间距过长,设计存在随意性;有些消防设施设计不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防设施将不能发挥有效作用。

3.3设计深度达不到规定要求

一些设计人员制作图纸时“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中存在缺详图的现象;一些重要的应该用图纸反映的内容只标注“见图集”、“由设备厂家确定”等,施工图设计表述有歧义,不能反映工程的全貌;一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。这是由于设计人员没有高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;或是设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解;再者就是设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模式,对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。

高层建筑结构设计中的质量相关问题的提升方案

地基与基础设计

基础是建筑物最下面的构件，它与土层相接触，承受建筑物的全部荷载。基础下面承受荷载的土层叫做地基，它承受由基础传来的建筑物的全部荷载。由此可见在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性。 因为我国占地面积较广，地质条件相当复杂，只有一本《地基基础设计规范》根本没有办法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，故作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以免对整个结构设计或后期设计工作造成影响。

4.2 使用计算机辅助设计

目前,建筑设计领域中广泛应用计算机辅助设计系统,工程师在计算机上进行结构分析工作,利用计算机辅助来完成大部分的图纸设计。中国建筑科学研究院pkpmcad 工程部开发的pkpm系列微机建筑工程cad 系统、广东省建筑设计研究院和深圳市广厦科技有限公司联合开发的广厦建筑结构cad等都是比较优秀的建筑设计软件,涉及的内容也是比较全面的。但需要指出的是设计软件都是根据国家现行规范的要求结合不同的结构体系的受力特点加以模拟简化得来得,因而设计软件都有一个有效使用期限和合理适用范围。随着建筑业的发展,建筑物规模越来越大,形式也日趋复杂,使得建筑结构设计的内容增多,难度增大,这也就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围,熟悉和掌握各项参数的选取条件,真正做到计算机为人服务,为工程设计服务。

正确选择材料，加强抗震性能

周所周知建筑越高对抗性也就越差。故在材料选择方面，使用延性加好的高强度的轻质材料来减小地震的作用，例如结构构件采用钢混或纯钢结构，外墙围护采用铝合金或玻璃幕墙，楼屋面采用压型钢板加砼面层等。

4.4 采用正确的结构体系

对于结构设计而言，依据建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，进而选择相应的结构体系，大致可以分为如下几类：框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系、剪力墙结构体系、筒形结构体系、其他结构体系。

4.4.1框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系

这种结构体系能使高层住宅在很大程度上降低自重, 又能使内部空间分隔拥有更大的灵活性, 故在国内广泛使用。

4.4.2剪力墙结构体系

剪力墙是高层住宅最常用的结构体系, 采用剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量, 一般用钢量比框剪结构少, 而且室内无外露梁柱, 用户比较喜欢。

4.4.3筒形结构体系超过30层以上的高层建筑受到较大的侧力, 为一般结构体系所不能承受, 而筒形结构的刚度较大, 中央设有井筒, 设置的柱子形成筒状柱网, 核心井筒与周围框架共同工作, 形成抗侧力极强的结构体系。

 4.4.4其他结构体系高层建筑的新结构体系大部分是探索性的, 如筒中筒结构的发展, 或者束状筒的组合, 外筒桁架交错, 以中心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。

结束语

随着社会经济的快速发展，人们对建筑物结构类型要求也越来越高。近几年我国的房价也是飞跃的上涨，对于我们来说房屋建筑的质量问题也因此而备受关注。房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。由此可知，高层建筑结构设计的责任任道而重远，要通过不断的学习，不断提升理论知识的同时还要与实践更好的结合，准确抓住高层建筑设计的要点，使高层建筑的质量得以提升。希望经过设计人员的不断努力，不断创新，使我国的高层建筑的质量更上一层。

参考文献

[1]禤强，史杰，朱春华．建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析[j]．广西城镇建设．2010（01）

[2]支旭东，范峰，沈世钊．基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究[j]．工程力学．2010（01）

第8篇：高层建筑结构设计原理范文

【关键词】高层建筑；结构设计；剪力墙结构；刚度

0 引言

在高层建筑中，剪力墙结构具有较高的结构刚度、较大的承载能力、良好的结构整体性、较少的钢材用量等特点，它主要由墙肢和连梁两种构件形成承重和抗侧力结构体系。研究发现，对于同一座高层建筑项目，选择不同的结构类型，其结构稳定性能具有较大的差别。而剪力墙结构可以确保高层建筑的安全、稳定、经济、耐久、合理等。因此，剪力墙结构已经广泛应用在高层建筑结构设计中，剪力墙结构优化设计显得尤为重要。

1 高层建筑剪力墙的受力特点

研究发现，高层建筑剪力墙结构可以抵抗较大的水平荷载的作用，因此在较大地震灾害发生时，剪力墙结构可以起到较好的抗震效果。同时，剪力墙结构还有较大的抗侧移能力、结构刚度大、消震能力强等特点。

（1）结构延性。与低层建筑结构相比，高层建筑结构由于高宽比较大而具有较大的柔和性，在较大地震灾害发生后，它会产生较大的侧向变形，而剪力墙结构变形能力相对较差。因此在高层建筑剪力墙结构设计时，需要对结构的延性进行多次测试，并应用合适的建筑材料以及采取相应的措措施使剪力墙结构具有良好的延性以提高结构的抗倒塌能力。

（2）轴向变形。在进行高层建筑轴向结构设计时，要明确高层建筑结构承受荷载的基本情况。研究表明，随着建筑结构高度的增加，其所承受的竖向荷载则会越大，且竖向荷载与高度两者表现出一次线性关系。这样则会增大连接柱的轴向变形，使连续梁的弯矩受到较明显的影响。此外，预制梁结构施工材料也会受到较大的影响。因此，在高层建筑剪力墙结构设计时，要控制结构的轴向变形，并优化剪力墙设计，确保建筑结构的稳定性

（3）水平载荷。建筑结构在承受竖向荷载作用的同时，还承受风荷载、地震作用等水平荷载。当建筑结构的整体高度比较低时，由结构本身的重力引起的竖向荷载对结构的作用比较明显，水平荷载作用在结构上，产生的内力和位移相对比较小，有时在计算中可忽略水平荷载的影响；而较高层建筑的结构设计中，却往往由水平荷载起控制。剪力墙具有强度高和刚度大的特点，不但可以承受结构自重、活载、雪载等竖向荷载，还能很好的抵抗风荷载、地震作用等水平荷载。高层建筑结构设计，既要确保结构的刚度、强度以及充足的抗震性能等关键因素，同时还要设计多道抗震防线，减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能。

（4）结构侧移。研究发现，在低层或多层建筑结构设计时，根据建筑结构所承载的永久荷载和可变荷载进行结构设计时，柱、墙、楼梯或电梯井可以承受大部分的水平荷载的作用。关键在于抗剪的设计，在高度较小的框架结构中，可以用填充墙板的方法增加适当的附加支撑，这就避免了用增大柱的尺寸来确保结构的稳定。可是，高层建筑结构中并不像低层建筑那么简单，因为在高层建筑中，关键问题是抵抗变形和倾覆力矩，而非仅是结构抗剪问题。研究表明，为了使高层建筑剪力墙结构可以抵抗较大的水平荷载和侧向位移，一般需要进行特殊的结构平面布置，增大结构构件的尺寸，如增大梁、柱的截面尺寸和墙、板的厚度等。

2 剪力墙体系结构设计

2.1 剪力墙抗震结构设计。在地震灾害多发地区，高层建筑结构的设计，本质上属于结构抗震概念设计，它是在总结当地地震灾害的发生规律以及工程经验的基础上，以抗震设计理念为主导，正确的选择高层建筑结构的总体方案，选取合适的结构体系，以达到结构的抗震性能。一般在高层建筑选址时，应首先选择抗震有利的地段，然后结构设计时应选用整体性能较好的基础类型及结构体系，结构体系应该具有合理的传递地震作用的途径，结构构件不但应具有很好的强度和刚度，还必须具备较好的延性，并应设置多道抗震设防防线，同时要消除因建筑体型不规则所产生的结构侧移刚度突变现象的发生。

对于任何一座建筑结构的设计，其水平和竖向结构体系设计的基本原理是相似的。但是随着建筑结构高度的增加，高层建筑结构设计的限制因素将发生变化：由于高度的增加，结构的竖向荷载成为结构设计的主要控制因素，较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒尺寸来承担，而地震作用也随之相应增加，从而导致侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形明显增大。所以必须科学严谨的进行设计，确保高层建筑结构的稳定性能。

2.2 剪力墙的布置设计。在进行剪力墙选型布置时，需要根据建筑结构的特点以及建筑使用功能进行合适的设计。剪力墙应尽量布置在建筑物的端部、转角、平面突变处以及荷载较大的部位，如山墙、楼电梯间等。同时剪力墙布置应双向均匀、间距合理（如表1），尽量使平面的刚心和重心重合，这样可以有效地减少地震作用下的扭转效应。截面形式宜采用“I”、“L”、“T”型等组合墙形式，少用一字墙、不宜采用太多短肢墙，确保剪力墙的稳定性和延性。

表1 剪力墙间距

注：B为楼面宽度，单位m。

2.3 剪力墙厚度设计。在高层建筑的剪力墙结构设计时，设计人员要明确剪力墙的厚度要求，确保高层建筑的稳定性，在剪力墙结构设计时需注意以下几点：第一，剪力墙需要有合适的厚度，使得剪力墙的稳定性、刚度和强度得到基本保障。在计算剪力墙厚度时，建筑设计师需要根据结构层高的最小值选取合适的剪力墙结构厚度，并为建筑施工人员提供施工便利；第二，在确定剪力墙结构厚度时，需要确定剪力墙结构的支撑点，例如，剪力墙与剪力墙相交处以及剪力墙与楼板交接处均可以作为支撑点；第三，在高层建筑结构抗震设计时，要根据高层建筑的层数以及施工材料进行底层结构加强设计，若高层建筑处于地震发生频率较大的区域上时，需要加强底部剪力墙结构厚度，这样可以很大程度上提高建筑结构的抗震性能。

2.4 剪力墙的配筋设计。剪力墙的钢筋包括墙身分布筋和边缘构件内的纵筋与箍筋。墙身水平分布筋主要承受水平剪力，其作用相当于箍筋，一般布置在竖向钢筋的外侧。边缘构件内的纵向钢筋主要是抵抗水平力作用下所产生的弯矩，同时，它与箍筋一道压缩墙肢端部的混凝土，大大的提高了剪力墙的抗压变形能力。设计人员在进行剪力墙配筋设计时，必需清晰的了解各种钢筋所起的作用，在满足最小配筋率的基础上根据剪力墙的形状、受力特征以及所处的结构部位进行科学配筋，在满足强度要求的前提下，最大限度的提高剪力墙的延性和耗能能力，确保结构安全。

3 结束语

综上所述，由高层建筑结构特点可知，为了满足结构具有较高刚度与强度以及充足的抗震性能等关键因素，减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能。需要在高层建筑剪力墙结构设计时，加强对剪力墙结构承受结构自重、风荷载、雪荷载、地震作用等设计。

参考文献

第9篇：高层建筑结构设计原理范文

【关键词】：高层建筑；结构设计；措施

Abstract: This paper mainly analyzed on the structure of high-rise building’s characteristics, and put forward improving structure design quality measures, to ensure the construction safety, prolongs the service life of purpose and the relevant reference learning.

Key words: high-rise building; structure design; measures

中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

一、高层建筑结构设计的意义及依据 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。 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。

高层建筑结构的特点

1、框架结构体系。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在70m以下。

2、剪力墙结构体系。利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。

3、筒体结构。单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。

巨型结构。巨型结构一般由两级结构组成。第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型衍架杆件（超级衍架），以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。

三、 提高建筑结构设计质量的措施

1、重视概念设计。所谓的概念设计就是运用清晰的结构概念,不经数值计算,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、实验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑结构实际受力状况与计算假设间的差异，对结构和构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在脑海中进行一个 “优化”过程，运用概念设计方法可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能,，并以此为目标与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，明确总体结构体系与分体结构体系的最优受力方案。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性。同时，这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。概念设计是结构设计的核心和灵魂，它统领结构设计的全过程，贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证了工程师在设计中的主导地位。

2、做好资料收集工作，认真确定计算参数。对于建筑工程来讲，由于其所处的地理位置，决定了在进行结构设计时所涉及的具体参数会存在一定的特殊性。例如，不同地区具有不同的风压、雪压、地震强度、土壤类别等，因此，在进行参数的选取和计算时应充分考虑这些因素。另外，对于比较特殊的建筑，还必须根据试验和以往类似工程的一些经验来确定有关参数的取值。在进行建筑结构设计前，要尽量收集与设计相关的信息，如工程资料、具体规范等，资料收集的越多，参数的确定也就越准确，同时，还可以避免因为参数不合理而导致返工情况的发生。

3、重视结构计算与地基基础设计。建筑结构计算结果是施工图设计的重要依据，并且计算结果是否正确直接关系到建筑结构设计的可靠性和安全性，所以必须引起设计人员的高度重视。例如在楼板计算中应选用正确的计算方法进行楼板计算，对于连续板不能选用单向板的计算方法，对于双向板计算应考虑材料泊松比对其的影响，以避免由于未调整跨中弯矩而造成计算值不准确 ；基于科学技术的不断发展，大多数结构计算均采用计算程序进行计算，这种计算结果虽然精确度很高，但是缺少与必要的设计经验相结合，所以必须对电算结果进行分析、评价，以此判断其正确与否，可否作为建筑结构设计的依据。

地基基础设计是建筑结构设计中的重要环节，该环节的设计质量优劣直接与后期设计工作是否能够顺利开展息息相关。为使地基基础设计更符合建筑所在地的地基基础类型特点 ，设计人员应在熟知国家相关标准的前提下，对地方性的《地基基础设计规范》加以深入学习 ，明确地基基础特点，丰富地基基础设计经验，掌握设计处理的方法，使地基基础设计更符合建筑工程的实际地理情况。

4、互相配合，充分沟通。为了能够确保建筑结构设计的质量，在获得提资图时，要避免盲目的建模计算和上机绘制图纸。应该先进行详细认真的分析，同时还要多和建筑设计师进行相互沟通，详细了解整个工程的概况以及相关情况，尽可能的对建筑图纸的意图和平立剖的关系理解透彻，如有必要可适当组织各个专业一起开展协调会，对各专业之间需要注意和配合的地方进行明确，尽量统一标准和做法，使个专业之间的工作能够充分协调，相互配合，避免出现由于设计图纸和设计方案不一致而出现反复调整的局面，有效地提高建筑结构设计的质量。

四、抗震分析与设计在高层建筑的应用

为了满足地震作用下对结构的功能要求，我们在对高层设计时，有必要计算和研究结构的弹塑性变形能力。现代国内外抗震设计的发展趋势，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分，根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求来进行设计。

在我国高层建筑的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：首先是高度问题，对于高层的建筑物，我们应该采取科学谨慎的态度。随着建筑物高度的不断增加，很多影响因素都会发生质变，即一些参数本身超出现有规范的适宜范围，如延性要求、材料性能、安全指标、荷载取值等，在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。其次是轴压比与短柱问题，在钢筋混凝土的高层建筑结构中，为了控制柱的轴压比而让柱的截面很大，但柱的纵向钢筋却是构造配筋。由于柱的塑性变形能力小，所以结构的延性就差，当遭遇地震时，吸收和耗散地震的能量少，结构就特别容易被破坏。第三是材料选用和结构体系的问题。在高层建筑中，我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%，然而国外特别在地震区，是以钢结构为主。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外也都还没有经受较大地震作用的考验。依据现在我国建筑钢材的品种、类型和钢结构的加工制造能力，应尽可能采用钢管混凝土（柱）结构、钢骨混凝土结构或钢结构，以减小柱断面的尺寸，并改善结构的抗震性能。第四，在一些烈度区采用了构造措施和较低的抗震措施。有人提出要在设防烈度下采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震构造措施抗和震措施来保证结构的安全。现在不少专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要。