时间：2023-08-16 09:19:41
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇高层建筑结构设计论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
我国当前主要通过常微分方程求解器对高层建筑结构力学进行分析。高层建筑结构力学常微分方程求解器功能强大，自适应求解效果非常好，可以有效满足对用户进行预先解答，提高解答的精度，降低解答指定的误差限。当前我国在高层建筑结构分析通过对常微分方程求解器的应用，有效实现了对高层建筑结构楼板变形时的动力计算、稳定计算和静力计算，实现对数据的整体分析和处理。建筑人员通过使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在进行高层建筑结构分析时的处理量，降低了高层建筑结构分析中的方程组数，有效提高运算效果，从本质上实现了对建筑结构的优化。
在对高层建筑结构常微分方程求解器进行深入研究的过程中，清华大学教授包世华和袁驷有效提高了常微分方程求解器的应用，实现了对常微分方程求解器的深化研究。袁驷教授利用有限元技术，对偏微分方程的半离散化进行控制，有效实现了对常微分方程组的求解，提高了对结构线性函数的应用。通过常微分方程求解器的直接求解，对有限元线进行实际应用，有效对一般力学问题进行计算，在很大程度上提高了一般力学问题的计算效果。而包世华教授对半解析-微分方程求解器方法进行分析深化，有效将半解析-微分方程求解器方法应用到高层建筑结构结构静力、动力、稳定性的分析验证中，提高了对高层建筑结构力学分析的效果。
2高层建筑结构弹塑性动力分析方法
高层建筑结构弹塑性动力分析方法在高层建筑结构力学分析中又被称为时程法。高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要是对地震波直接输入结构，完成结构的弹塑性性能分析。这种方法要求结构力学分析人员建立专门结构弹塑性恢复性动力方程，通过逐步积分法实现对地震过程中速度、加速度、位移等的时程变化，完成对建筑结构的描述。高层建筑结构弹塑性动力分析方法对建筑结构在强震的作用下弹性及非弹性阶段的内力变化进行深入研究，有效对高层建筑构件可能出现的损坏、开裂、屈服、倒塌进行分析，提高建筑结构力学的分析效果。当前在国内的高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要输入地震波为随机人工地震波，结构模型的计算多采取层模型。除此之外，高层建筑结构弹塑性动力分析方法还加大了对楼板结构变形的分析，使用并列多质点计算模型进行计算，对高层建筑结构的基础转动和评议进行研究，有效提高了对土体、基础及上部结构耦合振动的模拟效果。
近年来我国还高层建筑结构弹塑性动力分析方法中对扭转振动进行分析，取得显著进展。高层建筑结构弹塑性动力分析方法能够有效对高层建筑结构中存在的薄弱环节进行分析，提高对结构延展性、变形的实际分析效果。高层建筑结构弹塑性动力分析方法预计的破坏形态与实际地震的破坏效果非常接近，有效对地震危害进行防护处理，提高了高层建筑结构的防震效果。但是当前对高层建筑结构弹塑性动力分析方法的整体看法不一。部分人员认为采取大型高速计算机对典型地震波进行分析；但是部分人员认为典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在进行研究的过程中要对研究算法进行简化，对近似方法进行研究。随着高层建筑结构弹塑性动力分析方法的逐渐发展，越来越多国家在进行高层建筑结构力学分析的过程中开始对地震波根据实际情况进行选取，模拟效果大幅提高。
3基于最优化理论的结构分析方法
基于最优化理论的结构分析方法主要是通过数学上的最优化理论及计算机技术实现对高层建筑结构设计的一种新方法。基于最优化理论的结构分析方法有效实现了对结构设计的被动分析道主动设计的转变，提高了高层建筑结构设计的灵活性，对设计具有非常好的促进效果。基于最优化理论的结构分析方法对空间的要求较为严格，设计过程中要保证以最小的质量产生最大的刚度。因此，设计人员要对框架剪力墙结构中的剪力墙进行充分分析，实现墙体的优化布置和数量选取，提高基于最优化理论的结构分力学析效果。基于最优化理论的结构分析方法中要求保证适度的刚度，对刚度要进行严格控制。尤其是在分析剪力墙与地震作用的时，要对剪力墙刚度进行优化设计，确保建立正确的最优化刚度模型，提高基于最优化理论的结构分析方法的模型实际应用效果。目前我国的基于最优化理论的结构分析方法发展还不全面，在进行单位建筑面积上剪力墙惯性矩度量指标设计的过程中还存在较多问题。我国的基于最优化理论的结构分析方法仍处於研究和发展阶段。高层建筑结构力学分析人员要对基于最优化理论的结构分析方法中的数学模型进行深入研究，对剪力墙最优刚度进行有效分析，从本质上提高数据分析处理效果，拓宽基于最优化理论的结构分析方法的应用前景。
4基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法
在进行分区的过程中，高层建筑结构力学分析人员要对有限元进行全面分型。有限元中杂交元和非协调元的发展在很大程度上促进了分区广义变分原理的发展，为分区广义变分原理奠定了坚实的理论基础。清华大学龙驭球教授对分区广义变分原理进行研究，实现了对分区广义变分原理的深化。龙驭球教授的分区混合有限元法将分区广义变分原理进行拓展，实现了继位移法、杂交元法之后的改革和完善。分区混合有限元法对弹性体分类，对势能区使用位移单元能量分析，将结点位移作为基本未知量。而余能区使用应力单元，将结构应力函数作为基本未知量，实现对能量项的交界面附加。分区混合有限元法在满足位移和力的基础上保证了位移的连续和收敛性，有效对总能量泛函驻值分区混合进行方程选取。分区混合有限元法适应性非常强，分区较为灵活，在很大程度上保证了函数的收敛性，对高层建筑结构力学的分析具有非常好的促进效果。
高层建筑的结构设计最开始出现的是比较简单的框架结构，随后又出现了钢筋混凝土构造的剪力墙结构，由框架部分与剪力墙部分共同作用的框剪结构，由筒体体系构成的筒体结构以及不同结构相结合而形成的组合结构和一些巨型结构(巨型梁结构、巨型柱结构等等)。这些结构各有受力特点，适用于高度不同的结构体系，不同建筑结构的选择也影响着后续的建筑结构设计。高层建筑的结构形式与工程施工、工程造价、建筑设备安装等诸多因素密切相关，所以结构设计时应该注意设计特点和设计要点。第一，高层建筑相对低层建筑整体上会导致受力增加，相对于竖直荷载，水平荷载地位提高，成为决定性因素，必须考虑基于水平荷载的建筑荷载能力，水平荷载主要包括地震和风荷载，高层建筑应该有更加优秀的抗震能力。第二，高层建筑的侧移是结构设计的重要因素，也是重要的控制指标。第三，高层建筑的柱中容易产生竖向变形，这会造成连续梁的长度变化和预制构件的下料长度变化，忽略轴向变形是潜在的危险因素。第四，高层建筑结构设计应注意有较大的结构延性，作为一种预防措施保证整体结构在高荷载作用产生巨大变形下不至于倒塌。
2高层建筑设计的一般原则
2．1关于高层建筑结构计算简图的选取原则在高层建筑的结构设计和受力分析过程当中，要进行相关的计算，而计算简图是进行结构设计计算的基础，所以计算简图的选取恰当与否关系着高层建筑的结构设计是否合理，也关系着高层建筑的使用是否安全可靠。在进行高层建筑结构计算简图的选取时，要特别的仔细认真，这样才能保证结构设计计算结果的可靠，保证高层建筑的安全建设和使用。同时，计算简图要有一定的构造措施和构造方法来保证安全，尤其是建筑节点在图纸上和实际中略有差别，必须保证计算简图的误差在允许的设计误差范围内。此外，设计工程师要仔细的分析软件计算的结果，避免因为不同计算软件的计算结果而造成比较大的计算偏差和失误。
2．2关于基础设计和建筑结构设计的方案选取原则高层建筑的基础比较深，基础设计要考虑多种因素。高层建筑的基础设计必须参考详细的地质勘探报告，然后结合地区的地质条件进行基础的合理设计。同时，采用哪种高层建筑的结构类型也影响着基础的设计工作，不同的建筑类型的荷载不同，高层建筑的基础设计必须与结构类型和荷载分布相一致。综合考虑各种因素来确定基础的设计工作的目的是使地基的稳定性能和承载能力发挥到最大。建筑结构的设计方案一般要满足两方面的要求，一是受力特性和建筑的力学性质的合理性，对于整个高层建筑的结构体系的受力和荷载要明确，力的分析与计算必须简单。二是要满足经济成本合理性的基本要求，建筑结构的设计方案直接决定了后续的施工方案的选取工作和施工设计，这个过程必须考虑整体建筑施工成本合理的要求。另外，高层建筑的结构设计方案也必须考虑当地的地质条件、地理地形条件、工程施工的要求、施工方案和建筑设备安装等具体的因素，在各种因素相互协调的情况下，确定结构设计的最优方案。
2．3关于计算结果正确性分析的原则随着计算机技术的不断进步，计算机应用软件不断地加入到高层建筑结构设计的分析计算当中，但是与建筑结构设计有关的软件的品种数量众多，不同的软件品种的计算方法、流程和编程实现方法不一定相同，导致了有关结构设计的计算结果存在着许多差异。设计工程师要正确认识和分析这些计算结果的差异，充分了解所采用的计算软件的计算范围和计算条件，要在仔细审核的基础上进行仔细的判断，排除人工数据输入的错误，才能够得出所需要的正确结果。
3高层建筑结构设计相关问题分析
3．1高层建筑的基础设计相关问题高层建筑的地基设计既是高层建筑结构设计的前提性工作，也是建筑设计师非常重视的一个问题。地基设计的重要性不言而喻，地基设计的质量直接影响着基础的类型选择和工程的造价。基础的设计工作包含了基础的类型设计和对地基的处理工作。地基类型的选择要考虑到上部结构的荷载、地基的承受荷载的能力以及工程的整体造价等因素，其中比较重要的是上部建筑荷载的准确计算和结构选型。另外在地基的设计和相关计算中一定要遵守国家规范和地方性规范，因为就全国来说，各地的地质条件差别很大，国家规范没有办法作出统一全面的规定，所以在地基的设计工作中要注意遵守地方性的设计规范的问题。
3．2高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5－8的墙体，在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。
3．3高层建筑中的结构规则性问题关于高层建筑的结构设计的新旧质量规范在诸多问题的内容描述上都存在着一定的变化和改动，这主要体现在两个方面，第一，新的建筑规范中针对旧的建筑规范的高层建筑结构设计的规则性问题，增加了许多的限制条件，比如建筑结构设计中的平面规则性问题和结构嵌固端的刚度比问题。第二，新的建筑规范中采用强制性的条文规定了严重不规则的结构设计方案是不能采用的。所以，结构设计师要注意到新旧规范的的内容改动，严格遵守规定的限制条件，合理的规划自己的结构设计，避免为后续的施工设计和施工图的设计工作带来不必要的麻烦。
4结语
传统的结构设计方法一个很大的局限在于所按照要求得到的截面并非是最佳截面，而且建设完成后的工程结构存在一些缺点，例如质量大、造价高等，这与其设计过程密不可分。一般而言，传统的结构设计遵循以下程序：参照——估计——分析——验算——调整。也就是所使用的设计方案是在已有工程设计实践经验的基础之上提出来的，之后，在从强度、刚度以及稳定性等多个方面采用力学分析的方式对其进行安全校核，如果验算结构不满足要求就要进行设计调整。然而该验算时所假定的计算模型难以保证合理，最后得到一组截面，在很大程度上取决于最初假定的误差程度，再者，设计时迫于时间及结构计算的复杂性往往决定了调整的次数是有限的，因而设计出的最终产品难以保证是最优的。而结构的优化设计虽然与传统的结构设计有一样的设计过程，但产品的良好性能、产品所具备的的高安全性以及高经济性是其设计的主要目的。并且产品的高经济性与高安全性是从结构的体积最小、质量最轻以及产品造价最低等三个方面进行衡量的。而且，结构优化设计的一个最大特点是对设计中出现的一系列问题按照数学规划的方式对其解决，然后再利用计算机，对众多方案进行比较，并从中选出最优的设计方案，这是传统设计过程所不能比拟的。框架一剪力墙结构以其良好的受力性和适用性在现代高层建筑领域中应用非常广泛。现阶段，随着建筑行业的快速发展，高层建筑物的数量只增不减，面对这种情况，框架—剪力墙结构的合理选择以及优化对降低造价、提高建筑质量有着重要的指导意义。然而目前在《高层建筑混凝土结构设计规程》中，对高层建筑的结构选型、合理布置等的相关规定尚未完善，存在一些不足，这就为高层框架结构的优化设计提供了充足的设计理由。
2.抗震性能的结构设计
首先，为了有效提高高层建筑的抗震性能，可以将剪力墙设计成四周有梁柱的并且带有边框的墙。主要是因为，边框墙可以使斜裂缝向相邻墙面扩展的现象得以避免，而且当墙板遭到破坏后，还看将其作为承重构件，起到承重的作用。除此之外，设计的边框还能够对因墙身通裂对边框梁柱而产生的附加剪力起到承载的作用。其次，对每肢墙的高宽比进行合理的控制。双肢墙或多肢墙的设计,可以使出现在结构竖缝和洞口连梁处的裂缝和屈服部位得到有效的控制，同时还能够降低其刚度，从而避免剪切破坏或者是底部墙体过早屈服现象的发生。最后，剪力墙的刚性连梁，其跨高比一般为1。当连梁的跨高比为5时，具有较好的延性和耗能，并且连梁两端相对竖向位移的延性系数都高于8，滞回曲线的饱满度也比较高；当跨高比降至1时，延性系数则也会随之降低，达到3，并且滞回曲线远远偏离饱满度，最终导致弯剪遭到破坏。因此，需要对其组成和构造进行相应的改进。即在梁高的一半位置处留一水平通缝，并在缝的上、下两侧各埋置一个开有椭圆形螺栓的钢板，最后用高强螺栓将两个钢板连结在一起，从而使连梁具有一定的“刚性”功能。如果在大震的作用下,导致两钢板有相对滑动现象的发生，此时就会使刚性桥梁工作时跨高比由1变为2，并且延性系数提高了3倍多。
3.高层框剪结构设计技术
在现阶段的高层建筑中，其结构设计大多采用高层框剪结构。该结构主要是由两部分组成，框架结构以及剪力墙结构。高层框剪结构在高层建筑结构中得到了广泛应用，主要是因为该种结构不仅具有较强的抗侧力刚度，还能为建筑的使用提供一个更大的平面空间。但是在对该结构进行设计的过程中出现的一些问题会导致结构方案存在缺陷,致使浪费现象严重。因此，在设计中应该对框剪结构的受力和变形特点引起高度的重视。高层框架结构主要是由梁柱线性杆件组成的。剪力墙和竖向悬臂弯曲结构相似,并且呈弯曲变形。在剪力墙结构中,所有抗侧力构件具有的抗弯曲刚度较大,并且侧移变形相同，其中水平力按其等效刚度EI比例进行分配。
4.高层建筑框剪结构的设计优化
关键字：高层建筑 结构设计设计特点 结构体系 南北异同
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
一、高层建筑结构设计的特点。
首先，高层建筑结构设计与底层、多层的建筑结构设计相比较来说，结构设计所占的比重更大，结构体系的选择设计直接关系到很多重要问题，比如说平面布局、立体形态、楼层达到的高度和楼层管道的设置等。高层建筑设计良好与否更关系大到工程日期的长短和投资造价的多少。其次，在建筑考虑上的首要因素是水平力。因为低层建筑的高度较低，水平力的大小一般可以忽略不计，而显而易见高层建筑的高度就会比较高，建筑设计上水平力的大小就必须要考虑。通常要细致研究建筑的水平力产生的内力和位移的情况。再次，高层建筑在结构设计上要注意减轻自身重量。设计者应该从地基的设计上进行考虑，如果地基的设计和结构是一样的，那么努力做到减轻自身楼层的重量，就等于相应的在不增加基础投资的情况下增加了可建造楼层的层数，这样就有效的提高了经济效益。还有一点值得一提的是，就是针对增加了抗震设置的高层建筑，建筑工程者一定要细致的勘探地形和地质，建筑适宜选择在土质坚硬而且位置开阔的地段，这样更有利于抗震防灾。尽可能避开那种存在落差的地段、土质的陡坡、河岸、边坡以及断层的破碎带等，不得在危险的地段建造高层的建筑物，以防止对人们的生命财产造成严重损害。
二、高层建筑结构设计体系介绍。
在国内的高层建筑中，基本上都是使用的钢筋混凝土结构，而在结构体系上，高层建筑大概有如下的几个结构：框型的结构、剪力墙的结构、筒形结构等。
(1)框型结构在组成上是由基础、楼层、梁子和柱子等四种承重的构件。它在设置构造上是高层中常见的构造，用基础、梁子和柱子等承重材料构造成一个平面的框架然后再通过连接梁将各个平面连接成一个框架整体，有了一定的空间体系。由于框架结构的高层建筑所形成的空间相对大，一般学校、办公楼、医院、旅馆和工厂的厂房广泛应用此种结构体系，但是这种体系也是存在明显的优缺点。框型结构很明显的优点就是建筑平面设计灵活，空间比较大，这也是以上设施广泛应用的原因，还有的优点就是整个的高层结构自身重量轻，投资造价比较低，而且在建筑界上的计算理论都已经相当成熟，对建筑的设计合理和安全有一定的保证。框形结构的高层建筑的缺点就是抗侧力的能力比较弱，在风荷载的作用下就很容易产生大的位移，如果发生地震等地质灾害，框型结构的楼层损伤会严重。
（2）剪力墙就是高层建筑为了提高房屋结构的抗侧力，在楼层中设置的钢筋混凝土墙。这种建筑设计就是在提高高层建筑整个房屋的刚度和抗侧力同时还能对房间进行分格布局。在钢筋混凝土墙的水平力承受下，剪力墙沿多轴线斜交进行布置，能够很好的优化房屋空间整体性，而且剪力墙结构的抗震性很强，因为它独有的钢筋混凝土牢固性和空间构造特殊，因此在地震灾后的损害要小。但是剪力墙构造的高层房屋由于墙体多都不会太大，一般很难满足大面积的公共用房。
（3）随着高层建筑在设计上的要求增加，框架和剪力墙等平面结构很难满足建筑领域更高的层数和更高技术的抗震指数。于是建筑设计者创新推出可筒形结构的建筑体系。通常的筒形结构包括框架—筒形结构、筒中筒结构、成束筒结构、巨型结构、悬索结构等，都是通过剪力墙构造成筒状的薄壁筒体，它们可以作为梁子支撑框架，同时加密柱子，以增强梁子的刚度，以此形成空间整体受力的筒形建筑。这些常见的筒形结构设计都是建筑者以自己独到设计加上专业技术指导演变而来，在保证质量安全和构造合理的情况下，加大了建筑物的美观程度。
三、高层建筑结构设计南北方设计上的不同点。
在国内的建筑特色上，南北方的高层建筑设计上存在的差异性比较大。第一，在建筑物的设计上，北方的高层建筑着重点是在保温上，因为北方的天气比较寒冷，在建筑选择上就宜选择高层塔式建筑结构，用意就是在能有效的进行御寒保温。而南方的建筑设计首先就要考虑通风设置。他们的高层建筑设计更多的选择板式构造，因为板式结构比较薄，很容易达到空气流通的效果。第二，在北方的高层建筑设计中，更多的选择内廊构造，着重考虑内部的美观大方而外部的阳台设计不是很要求，同时阳台遮阳效果也显得不是很重要。在南方高层建筑设计上就恰恰相反，南方的建筑设置多存在外廊构造，外在的美很重要，同时因为南方气候炎热温度高，建筑者必须要重视阳台的遮阳效果，达到防暑的目的。第三，在建筑物的选择上，北方的玻璃窗经常选择大片结构，显示出北方人的大气磅礴，而南方的高层建筑的玻璃窗选择就重视细节美，不会选择大片玻璃，多是选择小的美型构造，这就是显示了南方人思想的细腻。第四，北方的高层建筑设计在天台构造的处理设计上不是特别用心，基本上天台的用处不大，而南方人经常把高层建设的天台设计成美丽的花园，在闲暇时间进行观赏，这同时也提升了建筑物的欣赏价值。
四、小结：以上介绍了高层建筑结构设计的设计特点、结构体系以及注意问题等。总之，高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，过程中出现的任何错误或者遗漏都可能使整个设计变得复杂或使设计出现不安全的因素，建筑设计人员必须全面和充分了解结构设计的问题，态度认真工作严谨的去设计处理好高层建筑结构的每个细节问题，使城市中的高层建筑的设计达到技术先进、经济合理、安全适用、保证质量的基本原则。在设计人员的辛勤工作下，我们有理由相信城市中将会有更多的设计独特、工艺精湛的高层建筑发出夺目的光彩，吸引众多的路人驻足赞叹！
参考文献:1.孔令辉.张永飞. 浅谈高层建筑结构设计的问题与探讨. 城市建设理论研究 2011年第27期.
2.于昕. 试论高层建筑框架结构设计中应注意的问题及对策. 城市建设理论研究 2011年第30期.
关键词：高层建筑 结构 特点 设计 原则 要求
中图分类号：TU97 文献标识码：A
正文：
高层建筑结构设计的目标是在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，通过对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，有效降低开发商的成本，在确保建筑整体质量达到规范标准的基础上，使建筑的结构设计能够满足客户的诸多需求。
1.高层建筑结构设计原则
1.1 选择合理的结构方案。高层建筑作为近几年刚刚兴起的一门学科，具有很复杂的结构特点，在施工的过程中要考虑的方面很多，像是供水问题、线路等各方面都是我们要考虑的。结构设计方案中重要的有以下几点：材料的要求、施工的环境、还要充分的考虑抗击自然灾害的能力。我们要严格的遵循平面和竖直的设计原则。结构方案不仅仅是施工单位一方的事情，施工单位与使用方要达成一致，在设计方面以及今后的发展方向要进行详细的展望，为了所选取得结构方案更加的合理，最大限度的达到预期的目的。
2.1 选择合适的基础方案。现在的设计一大特色就是不能因工程而破坏周边的环境，而改变的周边的生态环境。一切的工程围绕环境进行设计施工，使工程与自然很好的融入到一起，使得两者和谐共存。在基础方案的设计中，要把所有的相关因素全部的包括在内，综合各方面的因素，再考虑经济性对工程进行整体的评估，然后对方案进行正式的审核，最后施工，一切立足由可持续发展的观念进行施工，工程的质量一定会得以保障。
2.3 准确分析计算结果。当下，在高层建筑的结构设计中普遍应用计算机技术，那么不同计算机软件的计算结果间很可能出现偏差，所以需要对计算机软件计算的结果进行准确分析和把握。这就需要建筑结构设计人员具有充分的结构设计方面的技能，同时要对计算机软件有充分的了解，从而才能客观准确的对计算机计算结果进行分析。由于计算机软件本身的缺陷，会使计算结构与实际情况之间存在偏差，这就需要结构设计人员对计算结构进行判断并在设计中做出调整，以便适应结构设计的要求。
2.建筑结构类型
高层建筑结构体系按照结构形式可以分为框架、剪力墙结构，框架结构，剪力墙结构。框架结构因为是利用柱、梁等结构来承重的，所以这种结构体系的侧向位移相对较大，一般适用于低于50m的建筑。剪力墙结构因为是靠高层建筑的墙体来承重的，所以这种结构的整体性能相对较好，不易产生水平方向的变形，一般多应用于高层建筑，但是因为其在平面上的布置不够灵活，所以很少在公共建筑设计中使用。而框架、剪力墙组合结构则是结合了两者的优点、改善了其中的缺点，所以被广泛应用于高层建筑的结构设计中。
3.高层建筑的结构体系设计方案
3.1框架结构体系
框架结构主要承重结构, 由梁、柱、基础构成平面框架。对于框架柱而言, 轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满, 即耗能能力越大, 延性就愈好。
其优点: 建筑平面布置灵活, 可以依据自身的要求设计。
其缺点: 框架结构本身刚度不大, 抗侧力能力差, 水平荷载作用下会产生较大的位移, 地震荷载作用下较易破坏。不高于巧层宜采用框架结构, 可以达到比较好的经济平衡点。框架体系中, 角柱的受力应该比别的柱差, 为了防止角柱遭遇扭转变形或是弯压变形, 柱截面不宜过小,同时还要加密箍筋, 起到增加受压区混凝土约束的作用。
注意事项: 在框架结构体系中, 一定要考虑高层建筑的底部柱, 柱截面的大小要注意: 在高层建筑中, 应该尽量的三排柱结构设计方案; 采用钢管混凝土柱、劲钢混凝土柱或是高强混凝土柱; 通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性。
3.2剪力墙结构体系
当墙体受力主体全部由剪力构成的话, 就会是剪力墙体机构, 剪力墙结构体系是把建筑物墙体当作承受荷载的结构体系。对于剪力结构墙间距一般为3一8m , 墙体同时作为维护及房间分隔构件。
其优点: 其刚度、强度都比较高, 传力直接均匀, 有一定的延性, 整体性好, 抗倒塌能力强, 结构体系特征明显。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好, 刚度大, 在水平荷载作用下钡U向变形小, 承载力要求容易满足, 适于建造较高的高层建筑。抗震性能力强, 承受力好。
其缺点: 剪力结构墙间距设计方面不能太大, , 空间平面布局不太灵活, 自重大, 开洞宜小等。
注意事项: 在高层剪力墙结构中, 连梁的设计收到很多制约, 刚度在高层建筑结构设计中, 与剪力墙相连并且允许开裂可作刚度折减的梁称作连梁。应该选用跨高比较大的连梁, 减少其剪切破坏, 按常规设计方法配筋, 进行截面抗剪设计, 保证其延性。联系墙肢的连梁, 不仅会影响剪力墙的受力, 而且其本身的受力条件也比较复杂。在剪力墙结构设计中, 必须坚持的原则就是强墙弱连梁, 对连梁的刚度要进行折减, 降低其抗弯能力。
3.3筒结构体系
以筒体为抗侧力构件的结构体系统都称为筒结构体系, 它包含单筒, 多筒, 复合筒等, 它是由由一个或者几个简体为主抵抗水平力。也有把简体结构分为实腹筒、框筒及析架筒的说法。
其优点: 筒体结构体系能使整个建筑犹如一个固定于基础上的封闭空心的筒式悬臂梁来抵抗水平力, 其是以空间受力为主, 具有较大的刚度、强度、整体性, 各构件受力比较合理,抗风、抗震能力强, 往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
其缺点：延展性能有问题, 并且全部此阿勇成本高, 造价高。
注意事项: 在建筑是讲多层筒体结构组合在一起能够产生更大抵抗水平荷载的能力, 使结构具有更大抗力性, 这样的结构也是多筒结构设计, 如加哥西尔斯大楼就是9 个筒结合在一起的多筒结构使其具有更好的刚性和能力。当然, 还可以让筒体结构设计和其他结构设计一起运用, 如带加强层的框架一一核心筒结构与一般的框架一核心筒结构在受力上更强大,当然除了这几种建筑结构体系外, 还有其他一些结构体系,如网架, 薄壳等。
4.建筑结构的抗风、抗震、消防设计
（1）抗风结构优化设计
在基础设计上，要使用配比较高的砂石来保证地基的密实度，同时还要设置抗拔锚杆，以此来提高建筑基础的抗拔强度。在减振系统设计上，要多利用耗能支撑、剪力墙、楼板等组成的耗能减振系统来减少风荷载对高层建筑的影响。对于风荷载与水平力的问题，要对高风压区进行加固。这主要是从水平压力、水平荷载内力等方面进行综合考虑，来为高层建筑进行加固设计。
（2）抗震结构优化设计
①提高结构设计的整体规则性，以此确保承载力体系分布的合理性。②改善地基的抗震设计，即在简化建筑平面、提高地基的强度与高度的同时，将上部结构的重点和群桩设置在同一直线之上。③在剪力墙的设计方面，要提高高层建筑承重结构的抗侧力，以此来满足承载力的耗能与延续性，这样可以有效地提高高层建筑的抗震能力。
（3）消防结构优化设计
①防火间距上的设计，在设计时要全面的考虑间距在火灾中的隔断、灭火功能，同时在设计时还要考虑到建筑结构的耐火性问题以及排烟的问题。②对安全疏散结构进行合理的设计，这主要是为了解决火灾中的疏散困难，在设计上：a.注意防烟区的设置；b.注意双向疏散方面的设计，如合理安排避难层等。③在设计上注意分割结构的安排，这主要是为了控制火势与烟雾的范围，这方面一般使用的是垂直的楼板结构设计方式、水平的单元墙以及防火墙结构设计，以及相关的排烟、防火门等装置的设计。
5结语
总而言之，高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准，如果出现施工不可行的情况下，重新审视设计规范。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。
参考文献
关键词：高层建筑；结构设计；问题；措施
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、高层建筑结构设计的原则
1、计算简图的选择要适宜
在高层建筑的计算简图中有大家公认的一个原则，在各种方案选取的时候必须除去个人的主观意见，综合各方面因素来选择一个最为合适的设计方案，方案的选取与工程的整体机构安全有着直接的联系。无论对于哪一项工程来讲，只有在计算简图的基础上才能进行建筑结构的初步计算，因此我们可以看出对于选取合适的计算简图是极为重要的。众所周知，再精准的计算与设计，误差在施工的过程中都是不可避免的。实际上，在工作中误差是可以存在的，只要我们把误差的范围合理的控制在一定的标准之内，那么误差对于工程的整体质量就不会产生很大的影响，因此需要我们更加精确的来计算简图，保证与实际误差相差较小。
2、基础方案的选择
不能因为工程的需要而使周围的环境遭到破坏，以至于周边环境的生态平衡遭到破坏，是现在设计的一个环保性特点。任何一个工程都必须以环境为中心来进行设计和施工，使工程能够很好地融入到自然中，使生态环境平衡和谐共存。在进行基础方案的设计时，首先要把各个方面的相关因素每一项都要进行考虑，把每一方面的因素都要综合起来，然后对工程的整体进行一系列的评估来考虑其经济性，接着进行对设计方案的正式审核，最后再进行施工，在施工过程中始终要以可持续发展为中心的理念进行施工，那么工程的质量定会有一定的保障。
3、结构方案的选择
由于高层建筑的结构特点是很复杂的，在施工时我们要对各个方面的问题进行考虑，例如线路的安排，供水问题等每一方面我们都必须要考虑周全。在结构设计方案中有一些重点考虑的部分，例如：周围的施工环境、材料的选择要求、抗击自然灾害的能力。我们必须要严格遵守原则：水平和竖直。结构方案不只是施工单位一方面的事情，使用方和施工单位要意见达成统一，在设计中和以后的发展方向上要仔细详细的展望，为了选择更合理的结构设计方案，能够最大限度的达到预期的目的。
4、对计算结果准确的分析
现在，计算机技术的进步使得计算机技术在高层建筑的结构设计中能够进行应用，但是不同的计算机软件有可能导致计算结果出现一定的偏差，因此对计算机软件的计算结果需要我们进行准确分析和把握。那么进行建筑结构设计的人员必须在结构设计方面有充分实际的技能，还要充分的了解所应用的计算机软件，因此才能对计算机结果进行客观而准确的分析。基于计算机软件的不完善性，软件可能存在缺陷，计算结果有可能会使得计算结构与实际情况存在一定的偏差，出现偏差时要求结构设计人员对计算结果进行判断，在设计中做出一定程度的调整，来适应结构设计的要求。
二、当前高层建筑结构设计中出现的问题
随着高层建筑的不断兴建，我国很多高层建筑的结构设计中都暴露出了一些问题，对高层建筑的建设带来了不利的影响。
1、对高层建筑抗侧力结构的设计
与多层建筑相比，高层建筑在高度和层数上都有一个明显的突破。从结构设计的角度，高层建筑与多层建筑在设计方法以及设计原理上基本是一致的。两者的区别主要体现在水平荷载作用，高层建筑的结构材料必须能够抵抗更大的水平荷载，对于高层建筑特别是带高位转换层、多塔楼和大底盘的高层建筑，都很容易在抗侧力结构上出现问题。
2、高层建筑地基基础设计的问题
高层建筑的地基基础设计要求很高，有很多高层建筑的地基基础设计没有对荷载进行全面的考虑，在进行局部填土、隔墙设置等都没有对荷载偏心的影响进行考虑。在地基基础设计中，没有进行冲切、抗剪和抗弯的处理。
3、高层建筑在轴压比的控制上的问题
轴压比的限制比在高层建筑中有着严格的规定，很多高层建筑的设计难以满足轴压比的规范要求，很多构件的截面受到了限制。轴压比的限制对高层建筑的质量会产生很大的影响。
4、高层建筑对连梁的结构设计
高层建筑的连梁设计包括截面的尺寸、剪压比的限制、连梁的剪力设计取值等等。如果高层建筑中对连梁的设计不准确，截面高度过大，跨度过小，就会影响高层建筑的抗震效果。一旦发生地震，连梁的剪力和弯矩过大，难以达到相应的抗震规范，影响高层建筑的使用安全。
5、高层建筑结构设计中对结构计算的结果难以判断
对结构计算结果进行判断并不容易，高层建筑结构计算所要考虑的因素众多，不仅要对结构自振周期、振型曲线、水平位移特征等因素进行考虑，还要考虑其抗震设计的合理性。因此，很多高层建筑的设计中难以对结构计算的结果进行准确的判断，往往遗漏一些影响因素，造成结构计算的不合理。
三、解决高层建筑结构设计问题的具体措施
1、如何对高层建筑结构地基基础进行设计
当高层建筑的设计中有地下室这一内容时，要对荷载进行全面的考虑，地下室的外挑部分、局部填土、停车、水池等都会受到荷载偏向的影响。
在对筏基和箱基的梁板配筋进行计算时，必须对底板上直接作用的梁板自重和荷载进行相应的扣除，当箱筏的四边边区格和四角的地基反应力过大的时候要对其进行加强配筋。
如果高层建筑的地面有中庭设计，就必须对基础底沿的轴线上进行基础梁的设置。在使用倒梁法进行内力分析时，注意不到顶的中间柱是不能够作为支点的，在进行集中荷载计算时必须同时计算柱底反力。
在对箱基进行结构设计时，要注意对洞口上下的连梁进行考虑，验算其截面面积，如果洞口的大小或者位置出现修改，要对连梁抗剪强度和抗弯进行复核。
如果采用的整体筏基和箱基的设计，就要对其桩土进行考虑，桩土的共同工作会产生一定的影响。在对基础底板进行计算时，要对桩同作用的状态或桩沉降状态下的地基反力进行考虑。
2、如何对高层建筑的轴压比进行控制
一般来说提高混凝土的强度是对高层建筑轴压比进行控制的直接方法。如果还不能达到相关标准，则还可以使用其他方法来对轴压比进行控制。
混凝土的变形能力受到柱的箍筋的影响，因此可以通过对混凝土的横向变形进行约束，来对裂缝的扩展进行延缓，并对截面抗剪能力进行提高。增大配箍率、使用合适的配箍形式都可以实现结构延性的提高。在设计时，如果采用井字复合箍进行沿柱全高，且保持箍筋的直径、间距和肢距，一般来说直径在8毫米以上，间距在100毫米以内，肢距在100毫米以内。如果采用复合螺旋箍进行沿柱全高，则要保证8毫米以上的箍筋直径，100毫米以内的螺距和100毫米以内的肢距。
在弹性模量方面，钢筋的弹性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了较多的纵向钢筋在柱中，有余轴向压力的影响，钢筋会承担更多的压力，从而降低混凝土承担的压力。在设计中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%都必须加入纵向钢筋。
提高混凝土强度等级对轴压比的控制有直接的效果，但混凝土的强度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土强度等级不超过C60。
3、如何进行连梁设计
在《高层建筑混凝土结构设计规程》以及《建筑抗震设计规范》等相关设计规范当中都明确的规定了连梁的截面尺寸、剪压比限制以及剪力设计取值等内容。在具体的工程设计过程当中，因为连梁具有较小的跨度以及高度较大的截面，因此在地震的作用下，弯矩和剪力在经过内力的计算之后都比较大，因此无法使规范的要求得到充分的满足，在对其进行设计的时候必须要以不同的情况为根据从而采取不同的措施。在地震作用下，为了对连梁的延性进行保障，并对剪力和弯矩进行有效的传递，刚度折减的系数就要高于0.55；在风荷载的作用下，为了将连梁的裂缝控制在正常的适用范围内，就要使刚度折减的系数高于0.80。此外，如果调整刚度折减系数后连梁仍然难以满足要求，则可以采用内调幅，并配置足够的箍筋。若连梁的超筋较多时，可以对连梁的高度进行减小，以减小剪力和弯矩。
四、结构设计中应注意的问题
在建筑行业我们要不断的提升自己，主要从以下几方面：技术领域，先进的技术是提高我们自身能力的保障，只有不断的学习先进的技术，才能够紧跟科学的脚步，也要鼓励员工学习先进的科学技术发展创新；在设备方面，我们应该加大对先进的设备的投入力度，要做到我们的技术与世界接轨，对于那些新的高科技的设备一定要严格按照说明书的指导步骤进行使用。这样不但能够提高我们的能力而且能够更好的运用这些高端的设备，从而大大的提高使用寿命；只有这样我们才会更好的壮大自己，保证我们的工程质量，让人们能够更加安心的生活，提高生活质量。
五、结束语
为了充分的保证高层建筑结构设计的安全性和可靠性，我们应对其结构设计中的若干问题进行深入的研究和分析，针对这些问题选择最具针对性并且科学合理的设计对策，在高层建筑结构的设计和施工过程中，相关人员应具备清晰的概念设思路，同时选择最有效的设计措施和施工方法，从而促进我国高层建筑的健康发展。
参考文献：
[1]汤兰.试论高层建筑结构设计中的若干问题[J].黑龙江科技信息,2014,25:198.
[2]方泽鹏.分析高层民用建筑结构设计的要点和常见问题[J].建筑设计管理,2014,08:58-59+100.
关键词：高层建筑；结构设计；剪力墙；超高；概念设计
1 高层建筑结构设计的基本特点
与单层或多层建筑的结构设计相比，高层建筑在结构设计中要考虑的因素较多，尤其是如果实现建筑整体美观性和安全性的协调，逐渐成为广大设计师关注的焦点问题。近年来，在国内各地区频繁出现高层建筑建设质量问题，结构设计的不合理是其主要原因之一，设计师难以把握高层建筑结构设计的基本特点，由于设计方案的不合理性，最终导致建筑的整体质量难以保证。高层建筑结构设计的基本特点，主要表现在以下几个方面：
1.1水平荷载具有决定性因素
由于高层建筑的层数一般在15层以上，其自身重量和使用荷载必然会导致结构中竖向构件产生一定的轴力，所以在高层建筑结构设计中必须注意水平荷载的问题，保证建筑的整体高度与弯矩值形成正比。对于水平荷载与建筑结构之间产生的倾覆力距，则应与建筑整体高度的二次方形成正比。
1.2结构延性至关重要
与多层建筑相比，高层建筑结构的柔性相对较大，特别是在地震或地基不规则沉降过程中出现结构变形的几率较大，因此，为了进一步提升高层建筑结构在塑性变形后的变形能力，防止其出现倒塌的问题，必须采取有效的措施增强高层建筑结构的延性。
1.3侧移是主要控制性指标
在高层建筑结构的设计中，侧移是设计师必须考虑的关键性问题之一。随着现代高层建筑层数的不断增加，结构在水平荷载的强大作用下，其出现侧向变形的几率也无形中增加，所以一定要将高层建筑结构的侧移控制在合理的范围内。
2 高层建筑结构设计应注意的几个问题
目前，国内在高层建筑结构设计中虽然积累了一定的经验，并且积极吸取了国外的先进设计理念，但是对于相关问题的把握和控制仍然存在一定的缺陷，这是阻碍我国建筑行业整体设计水平发展的主要因素之一。结合国内高层建筑结构设计的现状，应注意的问题主要有以下几点：
2.1框架柱截面大小的选择
对于框架柱而言，轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满，即耗能能力越大，延性就愈好。而对于柱净高与截面高度的比值小于4的短柱，在往复水平荷载作用下其滞回曲线呈较瘦的反s形，耗能能力降低、延性较差，呈剪切破坏。
高层建筑的底部柱，由于对轴压比值有要求， 因此往往会将柱截面取得很大，但是由于受到层高的限制就使得框架柱成为了短柱。在实际的结构设计时，要确定截柱面的大小要注意以下几点：框架柱的截面首先必须满足规范轴压比的需要，从而为结构的竖向承载力和底板的抗冲切承载力提供保障。而对于形成的短柱，则可以通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性的效果：采用钢管混凝土柱、劲钢混凝土柱或是高强混凝土柱；柱的轴压比必须满足规范限制，轴压比过大则结构的延性无法得到保证，过小又会造成结构的经济技术指标较差。
2.2短肢剪力墙的设置问题
在我国建设部组织编制的《高层建筑设计规范》中，对于短肢剪力墙作出了明确的定义，即墙肢截面的高厚比为5.8的墙被统称为短肢剪力墙。根据相关建筑技术部门的研究和实验，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，因此，在今后的高层建筑结构设计中，设计师应尽量减少或取消短肢剪力墙的设置，以免为建筑的后期设计和竣工质量检验造成麻烦。
2.3结构的超高问题
在高层建筑的结构设计中，超高问题是较为突出的，根据我国《建筑抗震规范》中的相关规定，必须对建筑的整体高度进行严格控制。我国高层建筑的限制高度一般分为：A级和B级两个标准，对于高层建筑的处理措施与设计方法的要求也有所改变。在高层建筑的实际设计工作中，设计师应根据建筑类型合理确定其高度，并且在通过相关部门的审核后，方可组织施工。
3 加强高层建筑结构设计的措施
在我国高层建筑数量增多、规模扩大，以及工艺和技术要求不断提高的背景下，在今后的高层建筑结构设计中，一定要不断采取新的理念和方法，全面提高设计方案的合理性、可行性与经济性，这也是促进我国建筑行业发展的先决条件。针对国内高层建筑结构设计的现状，应采取一下加强措施：
3.1进行合理的概念设计
在国外的高层建筑结构设计中，概念设计较为流行，而国内则较少采取此方法。所谓的概念设计是指在通过科学的构想来完善设计工作，促进设计方案更趋合理化、人性化。在我国的高层建筑结构设计中，应用概念设计方法时，必须考虑到结构的平面布置与刚度宜，以保证高层建筑的平面布置简单、规则，减少凸出或凹进等复杂结构。另外，在概念设计中尽量减少扭转对于结构的危害性也是十分重要的，可以从以下两方面入手：进一步增加结构自身抵抗扭转的性能；尽量减少或控制因地震作用而引起的建筑结构扭转问题。
3.2选择合理的结构体系
总结国内的高层建筑工程实践经验不难发现：在高层建筑结构设计中，如果结构体系的选择不合理，而仅是依靠所谓的先进理论和计算方法进行设计，难以保证建筑结构的安全性、经济性与可靠性，而且会留下较多的安全和质量隐患。由此可见，在高层建筑结构设计中，选择合理的结构体系是至关重要的，而且设计师应该重点分析的问题之一。目前， 国内的高层建筑中主要采用：抗震墙结构、框架结构、简体结构、板柱一抗震墙结构、框架.抗震墙结构，以及部分框支抗震墙结构等，每一种结构体系都具有其自身的优点的缺点，适用的环境也有一定的差异，所以设计师一定要结合工程项目的实际要求进行合理的结构体系选型。
3.3科学进行计算
在高层建筑结构设计中，科学进行各类数据的计算是设计师必须掌握的专业技能。根据高层建筑结构的实际情况，设计师要选取相应的计算模型。在进行概念设计时，要注意简化计算流程，以保证设计工作的时效性。目前，在国内高层建筑结构设计的计算中，各种专业的计算机软件和工具已经得到了广泛的应用，设计师仅需将各种实地测量数据输入到系统中，就可以在短时间内获取所需的各种专业数据，大大提高了设计师的工作效率和设计方案的准确性。
近年来， 我国高层建筑的建设有了迅猛的发展，而且成为促进国内建筑行业发展的重要建设项目。但是从高层建筑结构设计的整体质量而言，存在的弊端和问题相对较多，必须引起国家建筑主管部门和相关单位的高度重视。在未来的高层建筑结构设计中，广大设计师一定积极运用先进的设计理念和方法，在提高相关数据计算精确度的基础上，全面提高设计方案的质量，为工程项目的建设提供专业的工艺和技术依据。
参考文献：
[1]张彦彬.试析高层建筑工程的转换层结构设计[J].黑龙江科技信息，2011，（16）：246.
一、高层结构概念设计
(一)高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析,对于复杂的高层,例如多塔机构也可以把它分成几块,分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题,然后组合起来。首先,在方案阶段(I),可以把基本设计方案概念化,建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成,因此在初步设计阶段(Ⅱ),要扩展方案,把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来,进行基本水平和竖向分体系的总体设计,从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的第Ⅲ阶段,即施工图设计阶段,处理一维的构件设计,具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图,对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构,可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件,承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力,或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合,趋向于既可能将它推倒(受弯曲),又可能将它切断(受剪切),还可能使它的地基发生过大的变形,使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言,结构体系要做到不使建筑物发生倾覆,其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断,其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说,结构体系要做到不使建筑物被剪断,其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说,结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形,地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载,使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态,就会导致建筑物中的人有震动的感觉,使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害,还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂,甚至危及屋外行人的安全。所以,高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼,它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱,横行柱距为18m,纵向柱距为6m,中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式,进行结构方案优选,分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力,外柱仅承受大部分竖向荷载,不抵抗水平力,梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架,来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1.4×6×8=67.2KN/m,竖向荷载近似为15120KN,井简墙自重为6×36×(6+12)×2=7776KN,可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m,超过核心范围(6/6=1m),不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固,才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此,在一个方向风荷载作用下,总框架一侧柱子受压,另一侧柱子受拉,并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2KN,大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268,8KN/柱<7×3×9×10=1890KN,即比每根柱所承受的恒载小很多,基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好,应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析,下一步就考虑采用什么结构体系,有下面几种高层建筑结构体系可供选择,其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点,结合高层概念设计的三维层次考虑,选取合适的结构体系或其组合体系。
(一)框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由梁联系起来,形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时,可用隔断分割成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用灵活。外墙采用非承重构件,可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大,抗侧力能力差,水平荷载作用下会产生较大的位移,地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构,可以达到比较好的经济平衡点。
(二)剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3—8m,现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求容易满足,适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好,在历次的地震中,都表现了很好的抗震性能,震害较少发生,程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大,平面布置不灵活,而且不宜开过大的洞口,自重往往也较大,不是很能满足公共建筑的使用要求,而且其成本也较大。
(三)框架一剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件,框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%),是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载,提供较大的使用空间,同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙,其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区,都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构,布置在内部,外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工,的框架柱断面小、开间大、跨度大,很适合现在的建筑设计要求。
(四)筒中简结构体系
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