高层建筑结构特点(6篇)
高层建筑结构特点篇1
关键词：高层建筑结构设计特点
引言：高层建筑关系到更多人民的生命财产安全，而且建筑的结构更为复杂，设计要求更高。所以，为进一步确保国家、人民生命财产安全，就需要我们对高层建筑有更深入的了解。了解它的建筑结构，明确它的设计特点。这样才能在对建筑充分了解的前提下，有准备的进行建筑建设。
高层建筑结构分析
普遍来说，高层建筑结构较低层建筑更为复杂，涉及到的外力作用、外界影响也更多。因此，对于高层建筑的结构分析对于顺利建造高层建筑来说是十分必要的。
高层建筑结构静力分析方法
筒体结构
根据通过计算模型的处理手法的不同，筒体结构可分为以下三类：等效离散化方法、和三维空间分析以及等效连续化方法。
等效离散化方法是把那些连续的墙体离散成为等效的离散杆件，以便可以应用适合于杆系结构的方法进行结构分析。这类方法主要包含平面框架子结构法、核心筒的框架分析法等方式。分析的具体应用知识涉及到核心筒的框、展开平面框架法、等代角柱法架分析法、平面框架子结构法这几种主要分析方法。
三维空间结构分析方法，是这三种分析方法当中最为精确的计算模型。它是完全用来分析筒体结构体系的。其中空间杆―薄壁杆系矩阵位移法的应用最为广泛。这种方法可以将高层建筑的结构具体化为空间柱元、空间梁元以及薄壁柱元组共同构成的组合体系。这也是目前工程上使用的最多的计算模型方式。
等效连续化方法是将建筑结构中的离散杆件进行一种等效连续化处理。等效连续化法的一种途径是对建筑结构中离散杆件的分析只做到几何分布上的连续化就可以了，这样的分析方式对于对建筑内力的连续描述提供了便捷。而另一种则是对建筑结构不仅做几何上的处理，还要作物理上的连续处理。这样就可以将离散杆件有效的转换成等效的、可以进行分析的正交异性弹性薄板,这就为使用分析弹性薄板的各类有效的途径提供了方便。具体的分析弹性薄板的方法主要有能量法、连续化微分方程解法、框筒近似解法、有限单元法、有限条法、拟壳法等。
框架―剪力墙结构
框架―剪力墙结构大多数都采用连梁连续化假定。根据框架水平位移与剪力墙或转角相等的位移协调条件以及外荷载之间的相关关系的微分方程进行求解。由于考虑因素和未知量的因素不同，解答方式、解答具体形式都不相同。框架―剪力墙的计算方式往往是将结构转化为等效壁式框架，利用杆系结构矩阵位移法进行求解。剪力开洞情况将直接影响到剪力墙的变形状态与受力特性。小开口整体墙、单肢墙、特殊开洞墙、框支墙、联肢墙是单片剪力墙按受力特性不同进行的分类。类型不同的剪力墙的截面应力分布也有所不同，计算位移、内力的时候要采用与之相适应的计算方法。平面有限单元法是剪力墙结构最常用也最有效的计算方法。
高层建筑结构分析
高层建筑结构要彻底进行三维空间结构分析是很困难的。这是由于高层建筑主要就是由各种部件构成的大型的空间结构体系。因此，要想用更加实用实际的方式进行分析就必须对计算的模型引入更加直观的信息进行简化。让分析具有可操作性。
弹性假定
弹性假定是目前适用范围最广、最具有实用价值的计算方法。高层建筑结构通常在弹性工作阶段会受到一般风力的作用力和垂直荷载的作用力。而这种假定的方式恰好可以基本符合结构的实际工作状况。在遭遇强烈地质方面的变动时，高层建筑物就会产生较大的位移。这时工程就进入了弹塑性工作阶段。这时就应使用弹塑性，动力分析方法，对建筑物进行设计。
刚性楼板假定。
大多高层建筑物在建筑结构分析的过程中都忽略了平面外的刚度。这也就很大程度上减少了建筑结构发生位移的自由度，计算方法更加简化。而且为采用空间薄壁杆件理论这一原理进行结构分析提供了条件。但是要注意的是，对于那些竖向刚度突变、楼板刚度不高的建筑。可以将这些建筑的楼层的不同剪力进行适当调整。
小变形假定。
对于也是普遍适用于各种方法的基本假定来说，小变形假定的作用也是非常大的。很多人对几何非线性问题(P-Δ效应)进行探讨和研究。大多都认为当点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时,P-Δ的效用就必须得到重视。
（4）计算图形的假定
这是高层建筑结构整体分析常用的分析方法。计算的图形一共有三种类型，即：一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析。一维协同分析考虑的范围较小，大致只是考虑到各抗侧力构件在一个位移的自有度方向的变形协调。但是，一维协同分析是在各种计算方法中采用最广泛的计算图形。二维协同分析与之不同的是，虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但是也考虑到了与之同层的楼板上的各榀抗侧力构件，在楼面内的变形协调。三维空间分析的普通的杆单元的每一个节点都有6个自由度。依照“拉索夫薄壁杆理论”分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度，
高层建筑的设计特点
由于高层建筑物建造过程及使用过程中受到的影响因素，与其它普通建筑物或者低层建筑物受到的影响程度和影响因素不同，所以，对于高层建筑的设计必须掌握高层建筑物的设计特点，有针对性的，科学的制定建筑设计方案。
一方面，对具有一定的高度的建筑物来说，竖向荷载基本上是一个定值。然而地震和风荷载的作用数值是随着结构自身的动力特性的不同产生不同幅度的变化。其次，纵向的变形是不能忽视的，必须得到重视。因为在高层建筑物当中，建筑物的竖向荷载的数值非常大。较大的竖向荷载数值会在柱中引起较大的轴向变形。也就会间接造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小。再次，高楼的结构更柔和会让高楼结构在地震的作用下发生更大的变形。为了让建筑物可以具有较强的变形能力，避免建筑物发生倒塌，就需要在结构上采取恰当的方式，来确保建筑结构可以具有足够的变形能力。
由此可以看出，我们必须依照高层建筑物自身的特点有针对性的进行建筑设计。只有这样才可以确保工程可以在正确的指引下逐渐完成，并且可以从最基本的方面提高建筑质量。
高层建筑结构特点篇2
关键词：高层建筑结构特点基础结构设计
0.引言
随着城市建设的不断加快，建筑业有了突飞猛进的发展，建筑用地也不断紧张，给高层建筑的设计提出了更新更高的要求。尤其是高层建筑的结构设计越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点，给工程设计人员提出了更高的要求。下面就高层结构设计的特点、设计原则以及基础的结构设计中存在的几个问题进行探讨。
1.高层建筑结构设计特点
1.1水平荷载成为决定因素。首先，数据显示楼房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楼房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引起的轴力与楼房高度的两次方成正比。因此，水平荷载对高层建筑稳定性的影响作用是很大的
1.2轴向变形不可忽视。高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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，会得出偏于不安全的结果。
1.3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。
1.4结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，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。
1.5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.高层建筑结构设计基本原则
高层建筑结构设计的基本原则是：注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。在抗震设计中，应保证结构的整体性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列基本要求：
（l）应具有必要的承载力、刚度和变形能力。
（2）应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。
（3）对可能的薄弱部位要采取加强措施。
（4）结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
（5）宜具有多道抗震防线。
3.高层建筑结构的基础设计基本要求
基础是房屋结构的重要组成部分，房屋所受的各种荷载都要经过基础传至地基。由于高层建筑层数多、上部结构荷载很大，导致使其基础具有埋置深度大，材料用量多，施工周期长，工程造价高等特点。为此，高层建筑基础设计时应满足以下几方面的要求：
（1）高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降戒倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。
（2）基础设计应根据上部结构和地质状况进行，宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响。需要降低地下水位的，应在施工时采取有效措施，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等正常使用和安全。同时还应注意降水的时间要求，以免停止降水后，水位过早上升，使建筑物发生上浮等问题。
（3）高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。
（4）高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。
（5）在地震区，高层建筑宜避开对抗震不利的地段；当条件不允许避开不利地段时，应采取可靠措施，使建筑物在地震地不致由于地基失稳而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。
4.基础的埋深问题
高层建筑的基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
1.提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
2.有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋硷墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。
此外在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：
1.天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；
2.桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。
当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第12.1.6条规定的前提下，基础埋深可不受本条第1、2两款的限制。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。
5.总结
近些年来，我国的高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。在高层建筑结构设计中，地基是大楼的基础，设计者应根据实际情况，作出合理的结构方案选择。并能根据具体情况进行具体分析采取适当的措施解决实际问题。才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
高层建筑结构特点篇3
【关键词】建筑工程；结构特点；设计措施
一、高层建筑结构体系的特点
地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构变形的大小，因此建筑结构的变形计算与控制在抗震设计中起着越来越重要的作用。目前，世界上多数国家的抗震规范都明确提出了控制结构变形的要求，有的还提出了基于位移的抗震设计方法，我国的抗震规范提出了抗震设防三个水准的要求，采用二阶段设计方法来实现，即：在多遇地震作用下，建筑主体结构不受损坏，非结构构件没有过重破坏，保证建筑的正常使用功能的弹性变形验算；在罕遇地震作用下防止结构倒塌的弹塑性变形验算。由于结构受到的地震作用与结构自身的重量及刚度有关，而结构的变形也与其刚度有关，所以，研究不同结构体系的刚度特征和变形特点，有助于我们选择更加合理可靠的结构形式，更好地满足抗震设计的要求。
一般的建筑结构，在整体上都可以视为一个嵌固在地基上的悬臂柱，但选用不同类型的结构抗侧力体系，在水平荷载作用下结构具有不同的变形性质，通常采用的结构抗侧力体系有：框架体系、框架一剪力墙、剪力墙体系及筒体体系等。
二、高层建筑的结构的基本构架
一是框架结构。框架结构由梁、柱构件通过节点连接而成，平面布置灵活，容易形成大空间，全现浇时，房屋的整体性强，延性较好，施工方便，承受竖向荷载能力较强；缺点是侧向刚度小，在水平荷载作用下侧向变形大，承受水平地震作用的能力较弱，因而建造高度受到限制"其侧移曲线表现为剪切型，层间位移下大上小，层间最大位移角出现在下部楼层。
二是剪力墙结构。承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙时，即形成剪力墙结构体系"这种结构抗侧移刚度大，空间整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，侧移曲线表现为弯曲型，层间位移下小上大，层间最大位移角出现在中上部楼层，地震时非结构构件破损小，高层建筑中当剪力墙的高宽比较大时，相当于一个以受弯为主的竖向悬臂构件，经合理设计，可控制剪力墙的最终破坏以受弯破坏为主，延性较好"其缺点是平面布置不灵活，不容易满足公共建筑等使用大空间的要求，结构自重大，地震作用大，造价较高。
三是框架一剪力墙结构。如上所述，框架结构体系具有空间大！平面布置灵活！立面处理丰富等优点，但侧向刚度差，抵抗水平荷载能力低"剪力墙结构体系则相反，抗侧力强度和刚度均很大，但平面布置欠灵活，不适应大空间的要求"因此把两种结构体系结合起来，在同一结构单元中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，如框架一剪力墙结构体系"在这种结构体系中框架和剪力墙共同承担风荷载和水平地震力的作用，由于框架与剪力墙在水平荷载作用下的受力和变形性能各异，必须通过各层楼板或连梁使它们变形协调一致，达到框架与剪力墙的协同工作"当剪力墙单独承受水平荷载时，其侧移曲线为弯曲型，顶部侧移增长迅速，层间相对位移上大下小，而框架结构侧移曲线为剪切。底部侧移增长迅速，层间相对位移下大上小"两者通过各层楼板连在一起使侧移一致，则侧移曲线为介于弯曲型和剪切型之间的某一曲线一弯剪型"，在下部层间位移小的剪力墙对框架施加跟荷载方向相反的力，给框架支持；在上部则反过来，层间位移小的框架对剪力墙施加跟荷载方向相反的力，给剪力墙以支持，这种协同工作结果，使框架下部和剪力墙上部的层间相对位移均相应地减小，从而降低了整个结构体系的层间相对位移和顶端位移，提高了建筑物的侧向刚度。
四是筒体结构体系。利用电梯井、楼梯间和管道井等四周的墙体围成筒状，便形成实腹筒体。实腹筒体具有很好的抗弯、抗剪和抗扭刚度，它可以单个或几个筒体来抵抗整个结构单元的水平荷载，也可以和其它的结构体系共同组成抗侧力结构体系，当围成筒体的四周墙体在各层都开有规则布置的门窗洞时，便形成空腹筒体，又称框架筒体，简称框筒，通常是利用建筑物的周边布置密排柱，以及上、下层窗洞间的窗裙梁（深梁）所形成的密集空间网格组成的筒体，框筒结构承载水平荷载时的工作形态，从整体来看，跟实腹筒相似，但由于框筒的筒壁是网格式的结构，剪力滞后现象严重，分析内力时必须计及"当建筑物高度更高，刚度要求更大，并要求有较大的开敞空间时，可采用筒中筒结构"这种体系通常由建筑物周边所围成的外框筒，以及实腹筒的内核组成，内、外筒之间由平面内刚度很大的楼板连接，迫使外框筒和实腹内筒协同工作，形成一个比仅有外框筒时刚度更大的空间结构体系。
近些年来，建筑业有了突飞猛进的发展，城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言，高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外，还必须控制由风荷载（或地震水平作用）所产生的侧向位移，防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏；控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应，以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。
三、高层建筑结构设计的三维层次
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，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。其二要扩展方案，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。其三是施工图设计阶段，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，对第二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。
参考文献：
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[2]林树枝，超限高层建筑抗震设计及抗震审查[J]；福建建筑；2005年Z1期
[3]施金平等，高层建筑中高位箱形转换层结构的抗震设计[J]；工程抗震与加固改造；2005年06期
高层建筑结构特点篇4
关键词：高层建筑结构特点设计
经济发展对土地的利用率要求不断提高，高层建筑在城市建设中也越来越多，从写字间到居民住宅都可以看到高层建筑的身影。目前，我国高层建筑特别是超高层建筑可谓突飞猛进,其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。同时，由于建筑功能也在不断的呈现出多样化，传统的高层建筑的结构设计理念也在发生重大的变革。
一、高层建筑的结构形式
1.简体形式。通常而言，简体形式是采用简体为抗侧力构件的结构,其主要包括单简体、简体－框架、筒中筒、多束筒等多种形式。空腹筒和实腹筒是简体的两种类型。空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件，实腹筒则是由平面或曲面围成的三维竖向结构单体。
2.剪力墙形式。一般而言，剪力墙形式是是一种良好的结构形式,其强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌?芰η俊＜袅η叫问绞舾招越峁梗?其位移曲线呈弯曲型，单片剪力墙能承受全部的垂直荷载和水平力。
3.框架－剪力墙形式。框架一剪力墙形式是在框架体系的强度和刚度不能满足要求,需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架的情况下形成的。在该形式中,框架主要是承受垂直荷载,剪力墙主要是承受水平剪力,框架-剪力墙体系的位移曲线是呈弯剪型。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作。一方面，剪力墙增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小，另一方面，框架承受的水平剪力明显降低,并且内力沿竖向的分布趋于均匀。
二、高层建筑结构形式的特点
目前高层建筑的结构形式主要有如下两点：
2.1结构形式复杂化、多样化
通常，传统的高层结构形式以简体结构，框架结构、剪力墙结主，现如今，为了满足不断提升的建筑功能要求，就必须在传统的结构形式做一定的创新尝试。诸如使用多种结构形式相结合，或者在常用结构形式上补充其他结构。
2.2节点的形式和构造趋于复杂
一般而言，高层建筑的结构形式具有复杂多样性的特点，这就使得不同构件的连接节点也变得复杂多样。节点的类型是由构件的形式以及构件的连接方式决定的，节点设计可以说已经成为了高层结构特别是钢结构高层结构安全的控制因素，不同的节点受力方式在一定程度上会影响到结构的设计要求。
三、高层建筑结构的设计特点
3.1水平荷载是决定因素。
首先，对具有一定高度的高层建筑来说,虽然，竖向荷载大体上是定值,但是作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而发生较大幅度变化的。其次，水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力,却与楼房高度的两次方成正比，但是，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。
3.2不可忽视轴向变形。
一般情况下，在竖向荷载作用下,边、角柱压缩变形相对较小，而中柱承担的楼板面积大,轴向力大,压缩变形大。在高层建筑中,柱中较大的轴向变形是由于竖向荷载数值大而引起的,并且还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。同时，由于这一作用还会对预制构件的下料长度产生影响,因此，在实际的操作中，要根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整。
3.3把侧移作为控制指标。
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。因此，结构侧移已成为目前高层建筑结构设计中的关键因素。
3.4结构抗震性与延性
高层建筑结构的抗震设计,不仅要充分考虑到常规设计中的竖向荷载、风荷载外,还必须考虑到地震载荷。为了使结构在地震中避免整体性倒塌,就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。
3.5减轻高层建筑的自重
随着高层建筑重量的增大,其不仅会造成作用于结构上的地震剪力大了,而且还会由于重心高，地震作用倾覆力矩大的缘故从而对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。由于地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重也是提高结构抗震能力的好办法。减轻房屋自重是能够在同样地基或桩基下能在不增加基础造价和处理措施的情况下,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。
四、高层建筑结构设计应注意的问题
4.1地基与基础设计
整个工程造价的决定性因素是地基基础，该阶段设计过程的好坏将会直接影响到后期设计工作的进行，而且出现在这一阶段的问题,有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。所以，结构工程师一直是比较重视地基与基础的设计。但是，由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,在地基基础设计中界定一定的标准，实施一定的规范也是有难度的。现行的《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础做详细的描述和规定,因此,在国家标准之下还需建立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的地方标准，从而尽量避免因地基问题二造成的对整个结构设计或后期设计工作产生较大影响的问题出现。
4.2高层建筑结构的受力性能分析
一般情况下，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是非常重要的，在一个建筑物方案设计之初，建筑师着重考虑的是它的空间组成特点，而并非是其详细的结构。因为建筑物的结构必须能将它本身的重量传至地面，况且结构的荷载总是向下作用于地面的，所以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。鉴于以上原因，建筑设计师在建筑设计方案的起始阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布给出总体的规划和设想。
4.3提倡节约
目前，国家提倡的是建立节约型的发展社会，实行可持续发展战略。同样，在建筑工程中，我们也要遵循这一原则。按照我国规范标准建设的大楼还是能进入国际市场的，外国大企业在北京买按我国规范设计的大楼就是很好的证明。但是，从实际状况来看，由于一些原材料和技术方面的原因，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。鉴于目前客观形势的,国家经济实力增强和住宅制度改革现状等诸多方面的因素,我们可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入也不大,但对国家总体和长远利益有利。
高层建筑结构特点篇5
关键字：高层建筑；结构设计；特点及结构分析
引言：随着社会经济的迅速发展，人民物质生活水平的不断提高，居住条件的不断改善，高层住宅如雨后春笋一座座拔地而起。一个优秀的建筑结构设计往往是适用、安全、经济、美观便于施工的最佳结合。
1.高层建筑结构设计有以下特点
水平荷载成为决定因素。楼房的自重和楼面的使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯曲的数值，仅与楼房的高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的二次方成正比。
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，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。
侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移成为高层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，因而结构水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内
结构延性事重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层结构更柔一些，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
2.高层建筑结构分析
2.1高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定：
2.1.1弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
2.1.2小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题（P－Δ效应）进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时，P－Δ效应的影响就不能忽视了。
2.1.3刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
2.1.4计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：
①一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。
②二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度u，v，θ（当考虑楼板翘曲是有四个自由度），楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程，用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。
③三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。
3.高层建筑结构设计应注意的问题
3.1地基与基础设计
地基基础是整个工程造价的决定性因素，该阶段设计过程的好坏将会直接影响到后期设计工作的进行，而且出现在这一阶段的问题,有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。所以，结构工程师一直是比较重视地基与基础的设计。但是，由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,在地基基础设计中界定一定的标准，实施一定的规范也是有难度的。现行的《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础做详细的描述和规定,因此,在国家标准之下还需建立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的地方标准，从而尽量避免因地基问题二造成的对整个结构设计或后期设计工作产生较大影响的问题出现。
3.2高层建筑结构受力性能
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是非常重要的，在一个建筑物方案设计之初，建筑师着重考虑的是它的空间组成特点，而并非是其详细的结构。因为建筑物的结构必须能将它本身的重量传至地面，况且结构的荷载总是向下作用于地面的，所以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。鉴于以上原因，建筑设计师在建筑设计方案的起始阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布给出总体的规划和设想。
3.3提倡节约
目前，国家提倡的是建立节约型的发展社会，实行可持续发展战略。同样，在建筑工程中，我们也要遵循这一原则。按照我国规范标准建设的大楼还是能进入国际市场的，外国大企业在北京买按我国规范设计的大楼就是很好的证明。但是，从实际状况来看，由于一些原材料和技术方面的原因，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。鉴于目前客观形势的,国家经济实力增强和住宅制度改革现状等诸多方面的因素,我们可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入也不大,但对国家总体和长远利益有利。
4.结语
高层建筑结构设计是个系统的，全面的工作。现如今，随着高度的增加，竖向结构体系成为设计的控制因素：一个是较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒；另一个更重要的是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，高层建筑结构设计人员必须以精心设计来保证。因此，在设计过程和设计管理过程中，对此必须给予高度重视
参考文献：
高层建筑结构特点篇6
关键词：建筑框架；剪力墙；抗震；结构体系；结构设计
中图分类号：TU318文献标识码：A
随着社会的发展进步，人民生活质量的提高，城镇中建筑的使用功能越来越多元，商业、休闲、娱乐、居住等多种使用功能都可在一座建筑中体现出来。如今一座高层建筑中地下室和底部楼层（1～3层）拥有较大的平面布置、灵活自由的使用空间是发展商不二的选择。因为有较大的平面布置，带来的使用空间也在增大，这样就可以较好地解决：地下室尽量多停车问题、底部楼层适应现代商业对使用空间大尺寸的需要。框架结构无疑可以很好的满足上述使用功能要求，但单纯使用框架结构对高层建筑来说其抗震能力会下降。为了提高单纯框架结构高层建筑的抗震能力，适当在某些部位引入剪力墙，这样就形成了框架-剪力墙结构。
一、框架-剪力墙结构的受力特点及适用范围：
1.框架-剪力墙结构，广泛应用于高层办公建筑和公共建筑，也大量应用于高层旅馆建筑和居住建筑。
框架-剪力墙结构是由框架构成自由灵活的使用空间，来满足不同建筑使用功能的要求，同时又有足够的剪力墙，剪力墙具有相当大的刚度，从而使结构具有较强的抗震能力：大大减少了建筑物的水平位移，避免填充墙在地震时严重破坏和倒塌。所以在有抗震设计要求时，宜优先采用框架-剪力墙结构代替框架结构。
2.框架-剪力墙结构的受力特点。
（1）水平力通过楼板传递分配到剪力墙和框架上。
（2）水平力产生的剪力在建筑底部主要由剪力墙承担，因剪力墙在水平力作用时，底部变形小，刚度大，承担剪力多。但到建筑顶部时剪力主要由框架承担，即框架在建筑顶部变形小。
由于框架-剪力墙的协同受力：在结构底部框架侧移（变形）减小，在结构的上部剪力墙侧移减小，侧移曲线兼有这两种结构的特点，成为弯剪型。弯剪型变形曲线的层间变形沿建筑高度比较均匀，既减小了框架也减小了剪力墙单独抵抗水平力的层间变形，适合用于较高的建筑。可以说，框架-剪力墙结构综合了框架结构和剪力墙结构的优点。框架-剪力墙结构可以设计成双重抗侧力体系，一般情况下，抵抗地震作用时，剪力墙作为第一道防线，框架为第二道防线，形成多道抗震设防结构。
3.框架-剪力墙结构中剪力墙的数量。
剪力墙的多少直接影响抗震能力，震害调查发现剪力墙数量增加震害降低。日本的福井和十胜冲地震中，建筑每平方米楼面剪力墙长度少于50L时，震害严重;多于150L时，破坏轻微，甚至无害。
但剪力墙过多也会造成不经济。因剪力墙增多，结构刚度增大，自振周期缩短，地震作用加大，造成结构内力增大，结构材料用量增加，基础造价也相应提高。
从上述框架-剪力墙结构的受力特点可以看出，框架结构和剪力墙结构的各自优点，都能在框架-剪力墙结构中明显表现出来：即解决了高层建筑对大尺度使用空间功能的需求，又保证了高层建筑具有较强的抗震能力。随着建筑功能多元化需要，设计人员设计水平和技术手段的提高，框架-剪力墙结构在高层建筑应用越来越普遍。
本文从一所高层公寓的结构设计说起，对框架―剪力墙结构设计进行简单分析。
二、建筑工程概述
本案建筑是一座公寓楼，层数较多:地上28层，地下2层地下室，建筑总高度约91.8米。设计人员对建筑公寓的使用情况作如下安排：地下室作为停车库，因为地下室面积大，较为宽广，停车方便；地上底部两层作为裙房，这两层裙房拟用作商业用途，可作为公寓楼的商业配套；三层及三层以上作为公寓塔楼，这样其整体设计和布局较为合理。本公寓塔楼平面尺寸为18.2×62.2米。
三、设计人员对于建筑结构体系的布置
（一）结构体系
任何结构都是由水平构件和竖向构件组成空间结构，它们不同的组成方式和荷载传递途径，构成了不同的结构体系。水平构件包括梁、板，又称为楼盖体系，竖向构件有墙、柱、斜撑等。竖向荷载作用在楼屋盖（楼盖体系），再传至墙、柱、斜撑等（竖向构件），最后传递到基础。水平荷载由梁、柱、斜撑、墙组成抗侧力体系（包括竖向和水平构件）抵抗，并必须有楼盖的参与，最后传至基础。
在高层建筑中，抗侧力结构体系的选择与组成，成为高层建筑结构设计的首要考虑及决策重点。抗侧力体系决定后，水平构件体系的大格局（梁板或平板体系）已经确定，楼盖布置的细节还可以进一步敲定。因此，在设计方案阶段要综合考虑抗侧力体系和楼盖体系，同时抗侧力体系布置是高层建筑结构是否合理、经济的关键。
（二）本案结构体系的平面布置
前述建筑概况可知，本建筑地下室用于停车，底部二层裙房用于商业用途，它们都需要大空间，因此除塔楼平面以外部分（为多层建筑），其抗侧力体系均采用框架结构；塔楼平面部分（含塔楼主体的底部二层及地下室部分）由于是高层建筑，抗侧力体系采用框架-剪力墙结构，即塔楼平面内布置一定数量的剪力墙，如图所示。
图1塔楼标准层结构
框架-剪力墙结构设计的关键是剪力墙的数量和布置，结构工程师应尽早参与建筑师的初步方案设计，当建筑师给结构布置以灵活度时，结构工程师应当优化剪力墙的布置。剪力墙的数量不必太多，以满足规范的侧移限值为好，剪力墙太多不仅加大地震力，而且使结构重量加大，施工工程量相应增加。剪力墙数量是否恰当，可通过计算剪力墙分配到的总剪力是多少来检验：其值在50%～85%之间较好。
在平面上，剪力墙布置要均匀，以使结构平面刚度对称。如果布置不好，造成较大偏心（刚心与质心距离较大），将引起结构产生过大的扭转，地震造成的扭转破坏多数是由于剪力墙布置不当造成的。
对于高层建筑来说，结构受到的水平力方向具有不确定性，所以抵抗水平力的抗侧力体系必须要设计成双向抗侧力体系，即在建筑平面的两个主轴上均应设计一定数量的剪力墙，只有这样，才能使整个建筑在水平方向的任何方位都能抵抗水平力的作用。
（三）结构体系的垂直布置
对抗震有利的建筑立面是规则、均匀，从上到下外形不变或变化不大，没有过大的外挑或内收的立面，因此结构构件沿高度布置应连续、均匀，使结构的侧向刚度和承载力上下相同，或下大上小，自下而上连续，逐渐减小，避免出现软弱层和层间角位移、内力及传力途径的突变。
本案建筑地上2层是裙房，中间部位是塔楼，为大底盘单塔结构。大底盘单塔结构的关键部位是大底盘以上的第一层，这一层类似于塔楼的固定端，相对于大底盘这一层的侧向刚度突变，因此设计人员要注意提高大底盘以上第一层结构的刚度和延性。
抗震设计时，塔楼部分的抗侧力体系为框架-剪力墙结构，楼层结构的侧向刚度比值，不宜小于相邻上部楼层的0.9，楼层层高大于相邻上部楼层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1，对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。具体设计时，设计人员可以对构件的截面大小进行试算、调整、优化，以使结构达到侧向刚度要求。
四、建筑结构计算方法及计算参数
本案塔楼平面尺寸为18.2×62.2米，高91.8米，塔楼高度H=91.8＜130米满足规范适用高度要求；塔楼高宽比B=91.8/18.2=5，满足规范要求。本建筑抗震设防为丙类建筑，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g,建筑场地为Ⅱ类，结构抗震等级均为三级。风荷载基本风压值W。=0.3KN/O,本建筑的嵌固端设置在地下室顶板位置。
该工程采用的计算方法为振型分解反应谱法，设计人员采用PKPM系列SATWE软件对建筑结构进行计算。在结构计算中根据抗震设防烈度，在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用外，考虑双向水平地震作用下的扭转影响，同时考虑在偶然偏心影响下的作用。各计算参数的取值均按规范要求。如结构自振周期折减系数0.75；柱配筋计算原则按单偏压计算双偏压复核；中梁刚度增大系数1.8；连梁刚度折减系数0.5；梁扭矩折减系数0.5；各层框架总剪力按Vf≥0.2V0要求设计；在结构计算中通过调整构件尺寸和剪力墙截面，使周期比、层间位移角满足规范的要求。
五、剪力墙设计时需关注的问题及应对措施
设计人员具体设计时，对框架-剪力墙结构中剪力墙的布置应符合下列基本规定：1.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒荷载较大部位。2.纵、横剪力墙宜组成L形、T形和Ⅰ形等形式。3.抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。4.本案塔楼为长矩形平面结构，其剪力墙布置宜符合以下规定：横向剪力墙沿长方向的间距应满足规范要求；纵向剪力墙不宜集中布置在房屋两尽端。
剪力墙不宜过长，较长的剪力墙宜设置跨高比较大的连梁，将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8米。
当剪力墙与其平面外相交的楼面梁刚性连接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或暗柱。
剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件。
六、如何设计剪力墙的连梁
对于高层建筑，承担抵抗水平力的各片剪力墙，各段墙肢通过每层的连梁连接，即剪力墙由墙肢和连梁两种构件组成。
剪力墙在风荷载和抗震设防烈度的地震作用下，具有很大的抗弯刚度。为了预防未知的罕遇强烈地震，要有意识的在结构总体系（第一道防线）中形成预定薄弱环节，在未来遭遇强烈地震时，通过控制首先使连梁出现开裂、屈服，出现塑性铰，从而变成具有延性和耗能能力的结构体系（第二道防线），即各分体系（各段剪力墙肢）作为独立的抗震单元，则整体结构变柔，自震周期变长，阻尼增加，地震动力反应将大大减小，从而可以继续保持结构的稳定性和良好的受力性能。
设计人员具体设计连梁时，可采取以下策略方法：1.降低连梁的刚度或弯矩设计值；2.开缝混凝土连梁，对于跨高比较小的连梁，在连梁腹板上沿跨度方向预留一条或缝或槽，将连梁沿梁高方向分成几根跨高比较大的梁，在大震作用下，发生延性较好的弯曲破坏。3.交叉配筋和菱形配筋连梁，连梁的延性和耗能能力明显优于普通水平配筋连梁，具有良好的抗震性能。不足之处是制作费工，配筋密集，施工复杂。4.钢板混凝土连梁，同样具有良好的抗震性能，同时构造相对简单，施工方便。
结语
笔者参考多个具有丰富建筑结构设计经验的老师的观点，言简意赅的阐述了高层建筑结构在设计时其框架-剪力墙的设计特点及策略，结合实际工程，对高层建筑结构体系的布置，建筑结构的计算方法及计算参数，剪力墙及连梁的设计进行了简单分析。
目前框架－剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用已很普遍，同时框架－剪力墙结构体系是高层钢筋混凝土结构中的一种较好的常用的结构体系，值得我们工程设计人员在实际工程设计中认真探讨与研究，从实践中不断积累总结经验，不断创新，使建筑结构既安全又具有合理的经济技术指标。
参考文献
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