高层建筑概念篇1

关键词：概念设计高层建筑结构设计优化设计

1工程概况

某工程项目用地共计11.25hm2，总建筑面积约为72万m2，拟建成包括高档公寓、SOHO公寓、普通住宅、商业、写字楼等多种功能的大型商业综合体，整个综合体共分为A、B、C、D、E5个建筑组群。本工程为其中的B区，建筑面积1O万m2，地下部分为两层地下室，平时主要用于商业、设备用房及车库，地下二层战时为核5级人防地下室；地上部分裙房2～4层，两栋住宅塔楼均为40层。

工程结构设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。风荷载按lOOa重现期的风压值计算，基本风压wo=O.60kN/m2，地面粗糙类别采用B类，由于塔楼高宽比4.34＞4.0，风荷载体形系数采用1.4。

2基础及地下室设计

2.1工程地质及水文地质情况

根据勘察报告，场区地貌属山前坡洪积平原。场地内岩土分层自上而下描述如下：第1层：杂填土，第2层：细砂，第3层：粉质粘土，第4层：强风化云母片岩，第5层：中风化云母片岩，该层未穿透。场区内无不良地质现象，无液化土层，区域稳定性较好，适宜工程建设。

场区地下水位标高0.85～3.43m(黄海高程)。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。抗浮设计水位标高建议值为4.00m2，相对于±0.00为-0.25m。

2.2基础类型

根据勘察报告，并考虑抗浮要求，裙房部分的基础采用筏板基础，以第3层粉质粘土层(fak=280kPa)或第4层强风化云母片岩层(fak=3OOkPa)为基础持力层。筏板厚度为0.6m框架柱位置根据抗冲切需要设置相应尺寸的柱墩。

塔楼基础考虑过两种方案，一是天然筏板基础，二是大直径人工挖孔桩基础。通过从结构造价、施工方便等方面综合比较，最后采用了传力直接的大直径人工挖孔桩+墙下承台梁+防水板基础。挖孔桩桩长约13m，桩径1000～1600，扩底1800―2900，桩端持力层为第5层中风化云母片岩，桩端极限端阻力标准值prq=6000kPa。

2.3地下室抗浮设计

地下室抗浮设计水位为-0.25m，需要进行抗浮设计。设计上采用抗拔锚杆（Φ150)进行抗浮，锚杆进入强风化岩不小于lOm，长度不小于14m，单根锚杆抗拔承载力特征值为360kN。

2.4地下室结构超长及主裙楼差异沉降

地下室平面尺寸为206x137m，大大超过规范要求。但考虑到设缝对建筑结构的不利影响，设计时通过采取适当的结构措施(采用微膨胀混凝土、设置后浇带、加强配筋等)、建筑措施(纯地下室顶板及墙加强保温措施)及施工措施(分段施工、加强养护、采用添加剂等)，在地下室范围内不设变形缝而设置收缩后浇带。另外，为解决主裙楼之间的差异沉降问题，在主裙楼之间还设置了沉降后浇带。收缩后浇带要求在混凝土浇筑两个月后可进行封闭，沉降后浇带则需根据沉降观测的结果进行分析后再选择合适时机进行封闭。

3上部结构方案

工程地下室部分不设伸缩缝和沉降缝，整个工程连为一体，地下室顶板设计为上部结构的嵌固部位。上部结构通过设置2道抗震缝将结构分为完全独立的3个部分，其中左上角和右下角均为40层的2个塔楼，左下部分为2层的框架结构。

两栋塔楼均为剪力墙结构体系，结构高度119.9m，为A级高度的钢筋混凝土高层建筑。塔楼平面外包尺寸为27.8x31.7m，高宽比H/B=4.34，长宽L/B=1.14，均满足规范的有关要求。

结构方案阶段，首先根据概念设计的原则进行剪力墙的平面布置，尽量控制剪力墙的墙肢长度满足普通剪力墙的要求，并尽量布置带有翼缘的剪力墙，以提高整个建筑物的抗震性能。二是充分利用中间交通核心形成的剪力墙内筒的抗侧力作用，尽量减小剪力墙的数量和尺寸。再根据结构的规则性和整体性原则，对整体计算分析的结果从周期比、位移比、刚度比和层间受剪承载力之比、刚重比以及层间位移角等方面进行综合分析和判断，在经过多轮结构优化后，确定了塔楼的结构方案。其中，塔楼的剪力墙厚度从底部的400厚到300到250再到上部的200厚均匀变化；混凝土强度等级也从底部的C50到C40，最后过渡到C30，并且剪力墙厚度的变化与混凝土强度等级的变化均错开数层。优化后的标准层结构平面布置详见图1。

图1标准层结构平面图

根据本工程的特点和结构平面布置图，还采取了一些构造加强措施：正常楼层板厚为h=l10，地下一层楼板由于人防采用400厚，±0.00楼板作为整个工程的嵌固端厚度h=180，裙房屋面层楼板厚度加厚为h=130，塔楼屋面层楼板厚度采用h=150；内筒左右两侧及电梯间由于楼板开大洞，板厚均加强为h=150，以传递水平力。

4结构整体计算分析

4.1振型分解反应谱法

结构整体计算分析时采用了2个不同的计算软件，先采用SATWE进行整体计算，再采用Etabs中文版进行验证。地震作用计算首先采用考虑扭转偶联振动影响的振型分解反应谱法，塔楼的部分计算结果如表1。结果表明，两种软件的计算差别不大，各项指标均满足规范的有关要求。

表1塔楼的部分计算结果

项目SATWEETABS

周期，ST13.153.03

最大层间位移角，Y向1/22731/3195

4.2弹性时程分析补充计算

本工程结构高度大于100m，抗震设防烈度为7度，需进行多遇地震下的弹性时程补充分析计算。选用1条人工波RHITG035以及2条实际地震记录TAF-2TH2TG035，采用SATWE进行弹性动力时程分析，输入地震加速度的最大值为35cm/s2。

结果表明：每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法结果的65/%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法结果的80%，选波有效。时程分析法计算所得剪力平均值在大部分楼层小于振型分解反应谱法计算结果，在顶部个别楼层出现了大于振型分解反应谱法的现象。针对这个问题在SATWE中采用了地震力放大系数的方法进行解决，这部分楼层配筋计算据此进行。

5结语

高层建筑概念篇2

【关键词】高层混凝土；建筑结构；抗震设计

中图分类号：TU37文献标识码：A

前言

文章对高层混凝土建筑结构概念设计的重要性做了简单介绍，并对我国高层混凝土建筑结构的设计现状进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容进行了探讨。

二、高层混凝土建筑结构概念设计的重要性在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

三、我国高层混凝土建筑结构的设计现状地震由于其具有较强的突发性和随机性，要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点，但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的，这样就可以消耗地震的能量，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年，越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题，但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。1.结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象，从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。2.柱端与节点的破坏较为突出在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底，那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说，易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲，当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。3.砌体填充墙的破坏较为普遍当遭到地震作用时，由于砌体承重墙变形力度较小，首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时，填充墙的裂缝会明显变宽，甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

四、高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容1.首先应重视高层建筑结构的规则性建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称。2.结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低;反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3.合理选择建筑结构体系随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。结构体系是抗震设计中的关键，如何确定体系是一个综合的技术和经济问题，应当周密考虑后决定。抗震结构体系应尽可能减少自重，高层建筑中各楼层面板自重约占建筑物地面以上重量40％，因此，减少板的重量是减轻建筑总重的有效途径，如采用现浇多孔板、密肋楼板等都是很好的办法。此外，减少结构自重还可以应用高强混凝土以减小构断面，轻质隔墙、加气混凝土等轻质材料也是很好的选择。在体形复杂和不规则结构中，必须设置自上而下连续贯通的有较大承载力和刚度的抗侧力结构。尽量避免扭转，扭转对结构有很大危害，也要加大结构的抗扭转刚度。二者的关键都在于剪力墙的设置，沿结构布置刚度大的抗侧力结构，有益于抗扭。五、结束语

高层建筑概念篇3

关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计；设计应用

中图分类号：TU97文献标识码：A

引言

地震作为最严重的自然灾害之一，一旦发生，就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来，国内外地震灾害频发，无情地剥夺了上百万人的生命。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是高层建筑。若在建筑结构的设计当中能加强抗震概念的设计，将会从一定程度上减小损失。因此，如何才能够提高高层建筑的抗震性能的概念设计已经成为了建筑行业研究的重点工作。

一、抗震概念设计

传统的结构设计理论为建筑结构设计提供了一些计算方法，但是这些方法主要是针对结构设计中的一些细节，而忽略了对整体结构的考虑。因此，传统的结构设计理论并不能完全地适用于高层建筑的抗震设计，照本宣科式的结构设计不能满足现代建筑物的要求。在高层建筑的抗震设计当中，设计师们都会融入概念设计。抗震概念设计是指根据以往的工程经验和地震灾害的发生情况，从整体上研究工程项目的抗震决策，包括使用材料的种类、抗震方案以及结构的内部构造等等方面。

二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的意义

高层建筑结构设计中应该非常重视抗震概念设计，因为高层建筑结构非常复杂，当发生地震时具有动力不确定性特点，人们对地震时对结构认识的局限性，再加上材料性能和施工安装的变易性、模拟地震波的模糊性等因素，导致计算结果和实际之间具有很大的差异。简单的依赖数值计算获得结构并不能有效的解决高层建筑的实际抗震问题，尤其是地质特征的差异性原因，导致许多国家甚至是地区指定的抗震规范都有明显的差异。高层建筑结构抗震概念设计在依据数值计算的基础上，还增加了实践经验元素，并且结构概念设计甚至比分析计算更重要，使得这一抗震设计理念能够满足区域差别下从事高层建筑结构设计的实际需求。强调高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性，其目的是为了引起高层建筑结构工程是在进行建筑结构设计时，特别重视相应的结构规程以及抗震概念设计中的相关规定，从而摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区，要求结构工程师严格的按照结构设计计算原则，再结合地区的抗震规范，以此保证高层建筑结构的抗震性能。

三、高层建筑结构设计中抗震概念设计的原则

(1)结构的整体性。在高层建筑结构中，楼盖的整体性对高层建筑结构的整体性起到十分重要的作用，其相当于水平隔板，不仅要求聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力的子结构，还要求这些子结构具有较强的抗震能力，能够抵抗地震作用，尤其是当竖向抗侧力子结构的分布不均匀、结构布置复杂以及抗侧力子结构的水平变形特征存在差异时，整个高层建筑就依靠楼盖使抗侧力子结构进行协同工作。

(2)结构的简单性。结构的简单性指的是结构在地震作用下具有明确、直接的传力途径。在高层建筑抗震设计规范中明确规定“结构体系应该有明确的计算简图与合理的地震作用传递途径”，只有结构简单，才能对结构的位移、内力以及模型进行分析，准确的分析出高层建筑抗震的薄弱环节，然后采取相应的措施，避免薄弱环节的出现。

(3)结构的刚度。结构的刚度和抗震能力水平在地震作用下是双向的，确定结构的刚度，然后合理的布置结构能够抵抗任意方向上的地震作用。通常状况下，地结构沿着平面上两个主轴方向都应该具有足够的刚度与抗震能力，结构的刚度不仅仅应该控制结构的变形，还应该尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击，如果结构发生较大的变形，将会产生重力二阶效应，导致结构失衡而被破坏，降低高层建筑的抗震可靠性，因此，在抗震概念设计中，应该重视结构的刚度设计。

(4)结构的规则性与均匀性。高层建筑的竖向和立面的剖面布置应该规则，结构侧向刚度的变化应该巨晕，避免侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变。沿着建筑物的竖向，机构布置和建筑造型应该规则和相对均匀，避免传力途径、刚度以及承载力的突变，防止结构在竖向上的某一楼或者少数楼层之间出现薄弱的环节。

四、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

(1)抗震概念设计应该重视高层建筑的结构规律。在高层建筑的抗震概念设计应用中，应该对高层建筑的体型设计进行科学的修正，保证在质量、刚度、对称、规则上分布均匀，保证设计的整体性，避免局部出现刚度过大的问题。高层建筑的结构布局对抗震概念设计具有十分重要的作用，简单、对称的建筑在地震中的应力分析和实际反映很容易做到，并且能够达到相一致，但是在凹凸的立面与错层设计的高层建筑中，当地震发生时将会产生复杂的地震效应，很难做到对高层建筑抗震效果的最佳分析。因此，高层建筑的抗震概念设计应该重视结构的规律性。

(2)抗震概念设计在结构体系上的应用。高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计的关键，抗震概念设计在结构体系上的应用依据高层建筑物的高度以及抗震等级选择合适的抗侧力体系，通过概念近似手算确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。抗震结构方案选择的合理性，直接影响建筑抗震概念设计的经济性与安全性。合理的选择建筑结构体系，应该注意以下三个方面:其一，选择建筑结构体系时，应该对因为部分结构或者部分构件的破坏而导致整体建筑结构体系丧失对抗震能力或者重力荷载的承载能力，应该坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能，这一原则的重要性在许多建筑物地震后的实际状况中都得到了很好的印证;其二，选择建筑结构体系时，不仅仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线，还应该有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图，这些都应该和不间断的抗震分析相符合;其三，其中延性是建筑结构中的重要特性之一，结构体系的变形能力取决于组成结构的构件和连接的延性水平，提高结构构件的延性水平，是提高高层建筑抗震设计概念在建筑结构设计应用中的重点问题，通过采用竖向和水平向混凝土构件，能够增强对砌体结构的约束，当配筋砌体在地震中即使产生裂缝也不会倒塌或者散落，保证高层建筑早地震中不至于丧失对重力荷载的承载能力。

(3)抗震概念设计在结构构件上的应用。高层建筑抗震的实现需要各个构件的支撑，因此，抗震结构体系中的各个构件都必须具有一定的刚度与强度，并且还应该具有可靠的连接性。高层建筑的结构体系是一个多层次超静定结构，因此其抗震结构也应该设置多道抗震防线，这样在地震作用下，即使一部分构件先被破坏，剩余的构件依然具备支撑的作用，形成独立的抗震结构，承受地震力与竖向荷载。因此，合理的预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置，适当的调整构件的强弱关系，形成多道抗震防线，实现对高层建筑结构体系的合理控制，这是结构抗震耗能的一种有效措施，是建筑抗震结构概念设计的重要内容。

结束语

高层建筑的结构设计不仅仅是种技术，某种程度上更是一门艺术。无论什么设计，它都没有唯一的答案，只有通过不断的比较、研究，才能找到最优方案。这就要求设计师们不懈努力地去追求完善的设计方案。随着社会的发展，高层建筑的设计已经不能盲目地照搬课本上的规范和计算机程序，需要创新。总而言之，一幢建筑物，要想做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，就应该要做好文中所提到的几个重点。高层建筑物中的抗震结构设计使建筑结构的设计更加人性化，更加合理化。除此之外，抗震概念设计不仅拓宽了建筑结构设计的思路，同时还为高层建筑的设计提供了新的方向，在建筑行业当中发挥了重要的作用。

参考文献

高层建筑概念篇4

【关键词】高层建筑；结构；概念设计

引言

随着我国城市化进程的加快，越来越多的城市高层建筑出现在人们的视野中，高层建筑不仅可以有效的提高土地资源的利用程度，还能够提升城市的现代化景观的整体水平，所以，市政部门在城市规划的过程中应该在充分了解高层建筑结构设计的特点基础上，选择符合城市总体规划的高层建筑项目。

1高层建筑结构设计的特点

1）高层建筑的结构设计相对于普通建筑来说，具有更强的技术性和专业性。因为高层建筑的结构体系的选择，不仅关系到高层建筑的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。

2）在高层建筑的结构选择和设计的过程中，水平力是最主要的因素，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在建筑结构中起到的作用也随之增大。

3）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要在保证高层建筑的足够承载力的基础上，注重刚度的加强，以抵抗侧向力。因为随着建筑层级的增多，每一层建筑都会在水平力作用下产生的一定的侧向力，从而发生侧向位移。

4）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要注重通过各种措施减轻建筑自重。因为减轻自重不仅可以更好的做到建筑防震，还能够减轻对地基和桩基的压力，通常情况下采用高强度材料可以有效的实现高层建筑的自重的减轻。

5）高层建筑的抗风结构的选择和设计过程中，要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。

6）具有特殊的抗震要求的高层建筑，应该在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。

7）在高层建筑的地基结构的选择和设计的过程中，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。

2高层建筑概念设计的基本原则

1）在高层建筑的设计过程中，设计人员要始终以承载力、刚度、延性为主导目标，通过各种细节设计和维护方式来提高高层建筑的承载力和刚度，并增大其延性。只有这样，才能使建筑能够应对来自于客观环境中的风荷载和地震的考验。

2）进行高层建筑的结构计算和分析的过程中，要尽量选择简单直接的计算方法，以便清晰的展现建筑中各种受力、传力状况，减少非结构性附件对于建筑承载力的干扰。

3）尽量使高层建筑的正交抗侧力重心靠近建筑的整体质量重心，目的在于避免或减小其受到客观环境的不利影响产生扭转效应。

4）要保证高层建筑的竖向抗侧力刚度构件的连续和均匀，以免出现薄弱环节，导致刚度突变。

5）设计过程中，要重视上部结构与地基之间的相互作用关系。

3高层建筑的结构体系

所谓结构体系的选择，就是高层建筑的所有构件以一种什么样的方式排列，才能更好的抵制外力的侵袭。通常情况下，抵抗水平力是结构体系的重点考量内容和标准。一般通过调整框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合方式来实现。

1）框架结构体系

所谓框架结构体系，就是高层建筑中的梁、柱构件通过节点连接后，能够有效的承受荷载。通常情况下，用于高度相对较低的高层建筑中。

框架结构的最显著的优点就是平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。

框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15层。

框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。

2）剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。

剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。

剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙结构。这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。

3）框架-剪力墙结构体系

框架-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-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。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构，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。

4）筒中筒结构体系

筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。

4结束语

综上所述，随着城市化的推进，高层建筑被越来越广泛的应用于城市规划中。由于高层建筑具有着一系列的功能和结构上的特殊性，使得设计人员要灵活的运行概念设计，不断提高结构方案的设计水平。只有这样，才能在保证高层建筑的基本功用的情况下，优化设计结构，提升建筑性能。

参考文献：

[1]GB50011―2001建筑抗震设计规范[s].

[2]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[s].

高层建筑概念篇5

关键词：高层建筑结构;概念设计;因地制宜

近些年来,建筑业有了突飞猛进的发展,城市建设的发展中，高层建筑越来越广泛地应用。在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量的实践经验。计算机技术的迅猛发展，为结构设计提供了快速、准确的设计计算工具。然而有很多设计还存在诸多缺陷，主要原因就是在总体方案和构造措施上未采用正确的构思，即未进行概念设计所致。

1概念设计

概念设计是运用人的思维和判断力，在设计前期从宏观上决定结构设计中的基本问题。一般指不经数值计算，是从结构概念入手，依据整体结构体系与结构子体系之间的力学关系、相对刚度关系、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，从整体角度来确定建筑结构的总体布置和结构措施。

（1）概念设计的意义

由于结构方案设计阶段，是不需要借助于计算机来实现的，这就需要我们综合运用其掌握的结构概念，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。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。所得设计方案往往概念清晰、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。

（2）概念设计的依据

概念设计是以结构力学的基础原理和以往的成功经验为依据，符合工程客观规律和本质的方法；依据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。

（3）高层建筑结构设计的特点

①水平荷载成为决定因素；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，是与楼房高度的两次方成正比。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结构侧移成了关键控制因素；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，以保证高层建筑结构有足够的刚度，避免因侧移过大而造成结构开裂、破坏、倾覆以及一些次要构件和装饰的损坏。

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。

④结构延性是度量结构抗震性能重要指标：为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变现能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证具有足够的延性。

2概念设计的步骤

（1）结构方案选用

一个成功的建筑设计，必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并应充分考虑与建筑、水、暖、电等专业所需要相协调,在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。

（2）选择合适的基础方案

基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力。一般情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。

（3）正确分析计算结果

在高层建筑结构分析和设计中普遍采用计算机技术，对计算的合理性、可靠性进行判断是十分必要的。但由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此工程师以力学概念和丰富的工程经验为基础，应对程序的适用范围、技术条件等全面了解；对结构的振型、周期、允许位移、地震作用的分布和楼层地震剪力的大小等，是否在合理的范围中，应做出合理判断。

（4）采取相应的构造措施

始终牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响。除此之外，还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置综合考虑抗震的多道防线尽量避免薄弱层的出现，以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。

3概念设计的应用

运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。在结构设计过程中的结构布置应尽量简单、规则、对称，尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小扭转，结构的竖向布置要做到刚度均匀和连续，避免刚度突变和出现薄弱层。当有抗震设计要求时，结构的承载力和刚度宜自上而上逐渐减小，当上下层结构布置发生变化时，要设置结构转换层。对规范规定的不规则结构，应进行进一步的抗震验算，并对抗震薄弱部位采取有效的加强措施，对严重不规则的方案应不子采用。

在地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。优化准则“强节弱杆”防止节点破坏先于构件；“强柱弱梁”防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强压弱拉”对杆件截而而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受压混凝土受压承载力。

在结构设计过程中由于每种结构采用的材料各不相同，且所处的环境各不一样，所受的外力更难统一定性，因此可以运用刚柔结合概念，从概念的角度去做结构设计。例如结构的抗风设计和抗震设计是相矛盾的，抗震设计希望结构适当柔一点，能吸收震动的能量，而抗风设计则希望结构的刚度大点，在风的作用下动力效应及变形能小点。因此要设计个抗风和抗震性能都很好的高层建筑结构很不容易，我们可以运用刚柔结合概念方法进行分析与设计。

例如由美国工程院院士林同炎教授于1963年设计的尼加拉瓜美洲银行大楼，建筑高度61m，地上18层，地下2层，由4个柔性筒组成，在风荷载和地震作用下，核心筒具有足够的刚度和承载力；当遭遇强烈地震时，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性绞，4个L形柔性筒作为独立的抗震单元，结构刚度降低，自振周期增大，阻尼增加，地震作用减小，结构仍具有预期的受力性能。1972年12月23日尼加拉瓜首都马那瓜市发生强烈地震，10000多栋楼房倒塌，该楼虽位于震中，承受比设计地震作用0.06g大6倍的地震作用0.35g而末倒塌，允分地验证了刚柔结合概念设计思想的正确性及实用性。引起了世界结构界同仁的高度重视。

4结束语

概念设计是从设计的基本原理，工程的客观规律和方法等出发进行综合考虑，并能尽快确定建筑结构的总体布置，为各专业设计提供相对可靠的结构数据。随着社会的进步，结构设计也在不断的进步，结构工程师和建筑师在设计中应以正确的科学理念为基础，让理论知识和实践相结合，探索新的思路，设计出更加适合经济可靠的方案，为每一个崭新的工程奠定基础，把概念设计推向主流。

参考文献

［1］高立人，王跃，结构设计的新思路――概念设计，工业建筑，1999（1）.

［2］林同炎，S.D.思多台斯伯利，结构概念和体系，中国建筑工业出版社.

高层建筑概念篇6

关键词：高规消火栓用水量水压

《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）新修订部分已于2005年10月1日实施，此次修订涉及条款较多，结合近年来的实践，笔者就《高规》的消防给水设计章节在执行当中不明确的地方谈谈个人的看法。

一、关于室内外消火栓用水量。由于《高规》第3.0.1条对50米以下一类商业楼、展览楼、综合楼、商住楼等建筑的划分标准作了调整，将每层建筑面积超过1000平方米改为24米以上部分任一楼层的建筑面积超过1000平方米，不难发现，根据《高规》第7.2.2条，上述建筑的室内外消火栓用水量找不到对应标准。本人认为规范第7.2.2条要根据第3.0.1条做出相应调整。

二、关于消防前室的消火栓是否计入消火栓的总数。根据《建规》的条文说明，消火栓不能计入总数，而《高规》没有明确的指出，只是说消防电梯前室需要设消火栓。消防电梯前室消火栓的作用有二：一是用于消防电梯前室灭火，以打开消防通道、便于消防人员救人和抢救财产，二是用于除前室外的其他部位的火灾扑救。同时，规范规定消火栓应采用同一型号规格，前室的消火栓与其他部位的消火栓没有区别。高层建筑主要是立足自防自救，火灾情况下前室的消火栓常常是消防队员最先使用的消火栓，因此，本人认为前室消火栓可计入同层消火栓总数。

三、关于《高规》7.6.6.1条。新修订的《高规》规定燃油、燃气锅炉房和柴油发电机房宜设自动喷水灭火系统，而条文说明和原规范说用水喷雾。本人认为，新《高规》规定用自动喷水灭火系统是有道理的，因为此类场所当着火的时候，主机房可燃油较少，所有的油汽开关全都关闭，普通的闭式喷水灭火系统能达到扑灭火灾的作用。同时，规范说的是“宜”，且《高规》第4.1.2.8及4.1.3.4条均规定可以选用除卤代烷以外的自动灭火系统，当然包括水喷雾。对锅炉房的储油间等油较多的地方，还是建议采用水喷雾或气体灭火。

四、关于静水压力与栓口出水压力的概念。《高规》7.4.6.5条指出消火栓静水压力、栓口出水压力超过一定限度应采取分区给水或减压措施。许多人对静水压力与栓口出水压力定义不清楚，规范没有指出，许多参考资料也有不同的解释，有人提出静水压是指管道内水处于静止状态时的压力，而出水压力是指某处水流在外泄时该处的压力。这一解释缺乏感性认识，很难理解。笔者认为，应从水力学的角度给予解释。

根据伯努利方程：

Z1+P1/γ+α1V12/2g=Z2+P2/γ+α2V22/2g+H

Z：位置水头（势能），P/γ：静压水头（压能），V2/2g：动压水头（动能），H：损失水头

静压就说明水流处于静止时，也就是V=0时，某过水断面的势能和压能，动压就说明水流处于运动时，也就是V=/0时，某过水断面的势能，动能，压能之和。栓口的静压，就是该栓口处以上部分水对其产生的势能，就是消防水箱水面与栓口的高程差，栓口动压：是水泵启动后所提供的压力，到某栓口处的动压=水泵出口压力（扬程）-栓口与水泵出口的高程差-水泵出口到该栓口的管路总损失。通俗的讲，静水压力是指栓口不出水时，高位水箱及其增压设施对消火栓栓口产生的静压。出水压力是指栓口出水时，高位水箱及其增压设施或消火栓泵对消火栓栓口产生的动压。动压力=静压力-该处的总水头损失。