高层建筑结构体系篇1

关键词：高层建筑结构特点结构体系

高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着城市化进程加速发展，耕地面积的减少，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、高层建筑的结构体系

高层建筑的平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面。更重要的是结构平面布置时要尽可能刚度均匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减少地震作用下的扭转，扭转对结构的危害很大所以我们在规划高层建筑时必须遵循以下几个原则：

（一）高层建筑结构体系及适用范围

目前采用钢筋混凝土结构是国内的高层建筑基本情况。一般体系机构可以分为：剪力墙结构、框架结构、简体结构、框架―剪力墙结构等。

1、剪力墙结构体系。剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。其特点是整体性好，侧向刚度人，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。缺点是不能提供大空间房屋。结构延性较差。当地下室或下部一层、几层，需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支剪力墙结构。在框架．剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大，横向刚度大，因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。但是只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身宿舍。为了适用任何方向的水平力(或地震作用)，因此对于矩形平面，剪力墙在纵横双向均应设置；对于圆形平面，剪力墙应沿径向及环向设置；三角形平面，宜沿三个主轴方向设置剪力墙。

2、框架结构体系。框架结构体系是由梁和柱这两类构件通过刚节点连接而成的。当整个结构单元所有的竖向和水平作用完全由框架承担时，该结构体系成为框架结构体系。有钢筋混凝土框架、钢框架和混合结构框架三类。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。框架结构在水平荷载作用下，将产生较大的侧向位移。侧向位移由两部分组成：第一部分是由梁和柱的弯曲变形引起；第二部分由柱的轴向变形引起。在水平荷载作用下，柱产生拉伸和收缩变形，从而引起侧向变形。其中，第一部分的侧移是主要的，并随着结构高度的增加而增大。由框架侧向变形图可见，框架结构在水平荷载作用下，在不考虑扭转影响的情况下，层间位移在结构的底部较大，在结构的上部相对较小，由底部到顶部有逐渐减小的趋势其侧移曲线称为剪切型分布。

框架结构体系优点是：框架结构体系具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构。同时框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构体系的缺点为：①框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；②对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。

3、框架―剪力墙结构体系。由于框架结构的主要特点是能获得大空间的房屋，房间布置灵活。而其主要弱点是侧刚度较小，侧移较大。而剪力墙结构侧向刚度大，可减小侧移。但是全剪力墙结构无法布置大空间房屋。因此，框架．剪力墙结构体系恰好是对两者取长补短，既能布置大空间房屋与小空间房屋，布置灵活，又具有较大的侧向刚度，弥补纯框架结构之小足，所以广泛用于层数较多、房屋总高较高的建筑，而且可以灵活布置大小空间房间，适应较多的建筑功能要求。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架―剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4、筒体结构体系。由剪力墙围成筒状，构成空间薄壁实腹筒体，或由框架通过加密柱子形成密排柱，加大框架梁的截面高度以加大刚度，形成空间整体受力的非实腹筒体―框筒，或由四个平面桁架组成的空间桁架形成的非实腹筒体―桁架筒。简体结构包括框架一核心筒结构与筒中筒结构。框架一核心筒结构由实体的核心筒和外框架构成。一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内；其他需较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。由于核心简实际上是两个方向的剪力墙构成封闭的空间结构具有更好的整体性与抗侧刚度。框架-核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成。空腹外筒由密排柱及高度较大的横梁组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。

除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架―剪力墙和筒体等四种结构。

二、高层建筑结构设计的特点

（一）抗震设计要求更高?

高层建筑和6+1结构的楼房相比，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，更应该把抗震性考虑进去，在设计结构中必须加强这方面的考虑，有抗震设防的高层建筑结构设计，做到小震不坏、大震不倒。

（二）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑由于自身的高度，决定了它不能有太重的重量，减轻自身的重量是高层建筑必须做的事情，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。

（三）概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为概念设计和计算设计两大部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，科技水平不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，出现高层建筑局部破坏的现象时有发生，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

（四）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。

三、结语

总之，在高层建筑结构设计中，结构工程师应根据结构方案的具体实际情况，作出合理的结构方案选择，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

参考文献

［1］郭院成.建筑结构体系概念和设计［M］.黄河水利出版社，2001.

［2］林同炎.结构概念和体系.中国建筑工业出版社.2005年版.

高层建筑结构体系篇2

关键词：高层建筑结构；发展趋势；结构体系选型；思路探究

1当下高层建筑结构发展趋势分析

在世界建筑技术迅速发展的背景下，高层建筑技术逐渐成为世界多个国家建筑工程发展的重点，并逐渐成为了国家综合国力的重要体现。为进一步提升高层建筑的质量，亚洲和美洲的一些国家开始着力研究高层建筑的机构设计，随着高层建筑施工要求的不断提高，其建筑质量得到了有力保障，建筑技术也得到了很大程度上的提升，高质量且多样化成为高层建筑结构发展的主流趋势。从我国高层建筑结构发展趋势分析，虽然我国开展高层建筑结构的起步时间较晚，但是随着结构建造技术的迅速发展，我国高层建筑的高度及层数都实现了重大突破，如上海环球金融中心的构建，便实现了我国95层高层和460米高度的重大突破。现阶段我国的高层建筑主要以钢筋砼结构为主，并且钢筋混凝土结构逐渐成为了高层建筑物的主要构成，建筑体系结构的日趋复杂，也对建筑结构体系的选型提出了更高要求。

2高层建筑发展与结构体系选型间关系辨析

由于经济条件不同，我国在进行高层建筑结构体系搭建时与国外有所不同，而是主要采用了钢筋混凝土结构，在钢筋和混凝土的浇筑下以搭建起高层建筑的基本结构。对比两种建筑结构搭建方式可知，钢结构与钢筋混凝土结构相比虽然在承重能力和稳定性上存在一定程度的缺陷，但钢结构的施工效率和及可持续利用等都使得其在建筑工程中得到了更为广泛的应用。基于我国现阶段采用钢筋混凝土建筑结构的现状，为有效降低高层建筑的结构费用，并控制差价在工程总投资中所占的百分比，应在工程施工前对建筑的结构体系选型进行综合分析，进而制定出科学合理的施工计划。如在我国高层建筑结构施工中，由于钢使用量约占钢结构使用量的68%，因此在建筑结构体系选型中，要综合考虑施工周期和建筑结构的使用面积，在保障钢筋混凝土结构体系的综合经济效益的基础上，选用对应合适的结构体系选型。

3高层建筑结构体系类型及对比

在我国高层建筑施工中，建筑结构的类型主要分为钢结构，钢筋砼结构，钢—砼混合结构及组合结构四种。钢结构的构件截面面积最小，这也使其具有自重较轻，施工便利的特性，并且由于钢结构建筑的构件是充分开发了钢体结构的性质，这也在很大程度上减少了工程后期的维护工作量。虽然高层建筑的钢结构工厂化程度较高，但其高水平的工程造价及防火性能的缺失也在一定程度上阻碍了该项建筑结构的普及。钢筋砼结构的构造特点结合了钢筋和砼两种材料的受力性能，与钢结构工程体系相比，其工程造价费用较低，并且取材范围广泛，工程维护费用也不高。但由于钢筋砼结构自重较大，构件截面面积也很大，这都限制了该结构的延展性，高层建筑延展性不足将会影响到工程施工的顺利进行。为了在控制工程造价的同时提升结构的抗侧力性能，通常在高层建筑结构中采用钢—砼混合结构。这种结构特性囊括了钢筋构件和砼的高强度，能够有力保障高层建筑结构的稳定性和抗震性，也是进一步提升建筑高度的重要促进因素。而由于钢筋和砼两种结构材料处于不同层次的变形控制，容易导致工程建筑中发生钢筋砼位移控制问题，进而造成结构组成中不同部分的变形性能不同，使得工程的稳定性降低，限制了高层建筑的高度基准设定。在高层建筑结构体系中最具经济效益的是钢—砼组合结构，该结构主要包括钢骨砼结构和型钢砼结构，两种结构的组合应用使得高层建筑的抗震性能得到很大程度上的提升，加之构件之间的合理搭配，更是减小了构件截面，使得工程造价得以稳定的控制在一定范围内，由于该结构在高层建筑的工程施工中具有良好的经济效益，因此在建筑工程领域也受到了推广和普及。

4高层建筑结构选型思路探析

在高层建筑施工设计中，结构体系选型是影响结构设计质量的直接因素，因此为保证高层建筑的施工质量，必须在施工前进行科学合理的建筑结构选型。建筑结构选型的开展要以材料的抗侧力体系为基准，并通过结构选型确定施工所需的建筑材料，除此之外，结构选型还包括大跨度楼盖选型和建筑竖向结构选型等等。为进一步确保高层建筑材料选型的正确性，还要在选型过程中将建筑方案和环境等影响因素考虑在内，经过各因素的限制以最终确定建筑结构的选型。在建筑结构选型的影响因素中，投资者的行为也可能对其产生重大的影响。如在福建省某88高层建筑的结构选型过程中，施工方案设计选定的是钢—砼混合结构和钢结构，而工程投资者希望建筑整体结构由钢筋砼结构搭建成，后期在通过工程分析，最终采用了投资者所提出的钢筋砼结构。为进一步提升高层建筑的可观赏性和经济价值，要在控制工程造价和合理设计建筑结构的同时，从美学角度对结构选型的美观程度进行评测，以提升高层建筑工程的美学价值。在现阶段我国高层建筑结构体系选型中，部分专家提倡采用钢—砼组合结构，因为这样能够在建筑施工中最大限度的控制工程造价，为高层建筑创造经济价值，而也有部分专家从高层建筑结构的结构稳定性和承重能力角度出发，建议采用钢筋砼结构，这便使得高层建筑结构的体系选型在我国成为了一项复杂的综合性建筑工程问题。

从高层建筑结构体系选型中的方案设计角度分析，由于结构方案设计人员在方案制定中要充分考虑工程中多方面因素对结构选型的影响，所以结构选型方案的设计还要依赖于经验丰富的工程结构设计专家处理结构选型中的问题，到目前为止，高层建筑结构选型系统的主要包括刘西拉的专家系统HIPRED，何广乾等人开发的利用关隶属数μ进行综合模糊评定的结构体系选型系统，和Sabouni等人在“虚拟层数”概念下开发的量化选择结构体系等，多专家结构选型体系的提出表明了我国高层建筑结构选型领域所取得的成果，而基于结构选型问题的复杂性，多个专家系统都无法对结构选型中的各项因素进行全面的考虑与解决，加之每项高层建筑工程都具有其结构选型的独特性，如工程当地的工程技术水平，施工条件以及结构材料供给能力等，专家系统仍无法对这些因素所造成的结构选型问题进行综合处理，所以为了实现高层建筑结构选型中的不稳定因素造成的问题，应着重提升结构选型系统的超前性，根据拟建工程中的具体条件，制定更为切合施工实际的结构体系选型方案。

5结语

分析我国高层建筑的发展趋势可知，高层建筑结构选型正在以多结构体系的形式迅速发展，加之我国建筑工程技术的迅速发展，更是在高层建筑的发展中起到了有力的推动作用。随着我国建筑工程结构设计领域对建筑结构体系选型研究的逐渐深入，结构选型的思路会得到进一步丰富，结构选型决策正确性的也会提升，这都为我国高层建筑今后的发展奠定了坚实的基础。

高层建筑结构体系篇3

关键词：高层建筑；结构体系；地基基础

引言

结构设计的过程是设计者发挥主观能动性的过程，同时也是知识运用和经济分析高度融合的过程。由于每一个设计工作者的知识和经验都是有差别的，正是这种差别的存在，导致了对于一个功能相同，约束条件相同的设计，不同的结构工程师可能采用不同的结构体系，设定不同的空间尺度、选用不同的结构材料来实现同一设计目标。然而，采用不同材料不同的结构体系以及不同的空间尺度，往往经济性能都不相同，甚至相差很大。

1高层建筑结构体系选型分析

1.1高层建筑按结构材料划分

(l)钢筋混凝土结构体系

钢筋混凝土结构合理利用了钢筋和混凝土两种材料的协同受力性能特点，广泛应用于各种工程结构中。它具有取材丰富，造价较低，耐久性和耐火性较好，维护费用低，结构造型灵活，整体性能好等优点。

(2)钢结构体系

钢结构具有强度高，抗震性能好，构件截面小，工厂化生产程度高，施工方便，建设周期短，大跨度、大空间、多用途等特点。同时它也具有结构材料较昂贵，造价较高，钢材易于锈蚀，日后维护费用高，防火性能较差，设计施工技术较复杂等缺点。

(3)钢一混凝土混合结构体系

钢一混凝土混合结构将钢构件和钢筋混凝土构件两者并用，互相取长补短，既充分利用了钢构件具有的材料强度高，截面尺寸小，能提供较大跨度空间的优点，也利用了钢筋混凝土墙体或筒体具有的较大的抗侧刚度和较高的抗震承载力等优点。

(4)钢一混凝土组合结构体系

钢一混凝土组合结构主要包括型钢混凝土结构和钢管混凝土结构，型钢混凝土结构是指混凝土内含型钢的劲性配筋混凝土结构，钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。

1.2高层建筑按结构形式划分

多层及高层建筑中传统的、广为应用的是框架、剪力墙、框架一剪力墙结构体系。在高度较大的高层建筑中，应用较多的是框架一筒体结构、框架结构、筒中筒结构及多筒结构等结构体系。

1.3高层建筑结构体系优化

l)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。

2)设计结构分体系时，应使其构件以最有效的方式相互作用。

3)增大最有效承受荷载构件的面积，充分发挥材料的自身强度，是结构工程师应该时刻考虑的问题以及应该具有的基本结构概念。

4)水平作用的传递主要是依靠楼板，并且目前几乎所有的结构分析理论所采用的基本假定都是楼板水平刚度无限大。

2高层建筑地基基础选型分析

2.1建筑地基基础类型

多层及高层房屋的基础类型有很多种，按照不同的划分方法有不同的类型。按基础所使用的材料可分为砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础;按基础的埋置深度可分为浅基础、深基础，其中埋置深度小于5米的基础称为浅基础，埋置深度大于5米的基础称为深基础;按基础的受力性能可分为刚性基础和柔性基础;按基础的构造形式可分为条形基础、独立基础、满堂基础和桩基础。

具体选用哪一类型的桩基础，应该根据建筑物地基的地质条件、建筑物高度、上部结构类型、荷载情况、单桩设计承载力和建筑物周边环境以及建筑物所在地的施工水平等因素，通过技术经济分析后综合加以确定。

2.2选择地基基础类型的原则

选择地基基础方案时，一般都优先考虑采用浅基础，持力层设置在天然土层上。由于这类基础埋置不深，无需复杂的施工设备，用料较省，开挖基坑，必要时排水疏干后和支护坑壁，地基不加处理即可修建，故工期短，造价低。仅当浅基础难以适应较差的地基条件或上部结构的荷载、构造及使用要求时，才考虑采用大型或复杂的浅基础、深基础或人工处理地基等造价较高、施工技术较特殊的地基基础方案。

3实例分析

3.1工程概况

某工程一层地下室为商场，二层地下室为人防及设备用房，平时为地停车库。平面轴线尺寸为68.0m114.3m，标准层尺寸为45.0ml5.8m，一层层高为5.lm，二层至五层层高为4.8m，六层以上层高为3m，第六层为结构转换层。结构体系为钢筋混凝土框支剪力墙结构，属A级高度钢筋混凝土高层建筑。

3.2本工程结构体系的确定

(l)结构体系

本工程根据建筑使用功能要求，采用钢筋混凝土框支剪力墙结构。在6层设置设备层兼作转换层，转换层以下采用框支剪力墙结构，有利于空间的更好利用，采用矩形柱大柱网，可以取得较大空间;转换层以上采用剪力墙结构，使住宅各房间美观大方，使用方便，同时为住宅营造了最大使用空间。

(2)屋盖及楼盖结构

本工程布置有较大的中庭，楼板开洞面积较大，因此采取加强中庭周围楼板的刚度及配筋，同时加大部分边梁的截面等手段。通过这些措施提高建筑物的整体刚度。

(3)结构材料

A.混凝土强度等级和抗渗等级

各部位混凝土强度等级和抗渗等级见表1。

表1各部位混凝土强度等级和抗渗等级

B.钢材

HPB235()级，HRB335()级，

梁、柱、桩纵筋:HRB400，d=6-28mm;

梁、柱、桩箍筋及墙受力、分布筋:HRB400，d=6-14Inm;HPB235，d=8-14mm;

现浇板受力筋:HRB400，d=6-14mm;HPB235，d=8-14mm;

现浇板分布筋:HPB235，d=6-12mm。

结构钢材:Q235B钢，f=205N/mm2，fv=120N/Inm2;Q345钢，

F=300N/mm2，fv=175N/mm2。

焊条:HPB235钢筋，Q235B钢焊接:E43系列;HRB335钢筋焊接:E50系列;HRB400钢筋焊接:E55系列。

3)剪力墙、框架填充墙

地下室内墙:MU10加气混凝土砌块，MS水泥砂浆砌筑。

楼层200厚外墙、内墙:Mu10加气混凝土砌块，其密度800kg/m3，Mb5混合砂浆砌筑。楼层100或120厚内墙:MU10加气混凝土砌块，其密度800kg/m3，，Mb5混合砂浆砌筑。

3.3本工程桩基础方案的确定

本工程场地持力层较深(强风化层已在地下26m左右)，且持力层以上砂层厚，地下水位较浅，水量较丰富，降水费用高，挖孔难度大，施工安全难以保证，本工程不宜采用人工挖孔桩。高强混凝土预应力管桩(PHC)刚度较大，抗裂性能好，施工速度快，静压管桩施工时对周边环境影响小，成桩费用按包工包料计比人工挖孔桩贵一些，但桩的持力层仅能在砾沙层，难以达到岩层。由于桩的挤土效应，常有部分桩很难穿透厚砂层，难于到达持力层，如果将静压改为捶击，又容易出现断桩现象，所以根据该地区的地质构造情况，不采用此桩型。采用反循环机械钻孔灌注桩。根据基础受力情况，持力层采用微风化泥质粉砂岩，其饱和单轴抗压强度标准值丘frk=12.03Mpa;桩径采用800和1000mm，C30混凝土，桩长约22m。单桩竖向承载力特征值须通过单桩竖向静载试验确定，试桩数量须满足国家有关规范要求。经调查工程所在市的有关桩基础的使用情况，本工程可考虑选用桩径外径400mm内径200mm的预应力混凝土桩、桩身450mm扩大头700mm的夯扩桩，桩身800mm的机械钻孔灌注桩作为本工程的基础类型。

由于本工程桩基均为嵌岩桩，根据《建筑地基基础设计规范》，可不进行沉降验算。

桩基设计等级为:甲级。地下室钢筋混凝土底板400厚，侧壁400厚，采用自防水混凝土，混凝土抗渗强度等级S8。

高层建筑结构体系篇4

关键词：高层建筑；结构；概念设计；特点

中图分类号：TU208.3文献标识码：A文章编号：

前言

我国高层建筑发展迅猛，数量增加极快，其类型、功能日新月异，结构体系越来越多样化，材料性能多方向化，施工安装差异化以及更多不可预测的因素，将会使设计计算与实际情况有较大的差异。因此，高层建筑结构设计必须加强结构的安全可靠性，定量，定性地分析计算，并根据设计结构进行必要的结构概念设计。

L高层建筑结构设计的主要特点

1．1水平力

相对于低层和多层以重力为代表的控制竖向荷载的设计结构，高层建筑结构设计的重点是对于水平荷载的的控制，当然，竖向荷载对高层建筑结构的设计也

有重要影响。由于建筑本身荷载和楼板上的荷载对于竖向构件引起的轴力和弯矩的数值，与建筑物的高度成正比；而水平荷载对于结构所产生的倾覆力矩、由此

在竖向构件中产生的轴力，其数值都与建筑高度的两次方成正比。其他方面，对建筑高度在一定范围之内，其竖向荷载基本上是定值，而由风荷载和地震产生的

水平荷载，会随着结构的动力的变化而有较大的变化。

1．2侧移

侧移并不是低层或多层建筑设计的主要因素，但在高层建筑结构设计中，结构侧移是一个至关重要的因素。随着建筑高度的越来越高，由水平荷载造成的结

构侧向变形也会迅速增大，其数值与建筑物高度的4次方成正比。除此之外，随着建筑高度的越来越高、质轻，高强，优质的材料的应用、新型的建筑形式和结构体系的涌现使侧向位移不断的增大，在设计中既要使结构拥有足够的强度，更要求结构有足够的抗推刚度，尽可能减少由水平荷载引起的侧移。

1．3较高的抗震设计要求

对于高层结构设计都应该包括较高的抗震设计，在全面考虑竖向荷载、风荷载使建筑物能正常使用的前提下，必须做好防震，抗震的工作，使高层建筑有良

好的抗震性能，使建筑物小震不坏、大震不倒。

1．4减小高层建筑的自重

高层建筑自身结构重量的减轻相对于多层建筑更具有现实意义。①结构的抗震效应与结构的质量成反比，所以，减轻建筑物白重可以有效的增加结构的抗震

效应，从而提高结构的抗震性能。②对于地基或桩基的承载力方面考虑，在地基和桩基条件一定的前提下，减轻建筑的自重，可以增加建筑层数，从而减小由于地基或桩基带来的基础造价和处理措施费用。

1．5轴向变形

对于采用框架体系和框架剪力墙混合体系的高层建筑，其框架结构里中柱所承受的压应力大于边柱所承受的压应力，使中柱的轴向压缩变形相对于边柱的

轴向压缩变形更大。随着高度的增加，此种轴向变形的差值也会随着增大，当差异达到一定程度时，会导致与连续梁中间支座沉陷相同的后果，进而减小连续梁中间支座的负弯矩值，使跨中的正弯矩值和端支座负弯矩值相应增大，最终影响建筑物的正常使用。

1．6概念设计与理论计算

计算设计和概念设计组成了抗震设计的最主要组成部分。对于高层建筑结构的抗震设计，其计算是在理论与假想的基础上的，我们可以用最合理的分析手段，

最完善的分析原则，但相对于地震的复杂性和不可预知性来说，是远远不够的。地基土与结构的复杂性，可能使理论分析计算毫无保障，有可能理论分析计算的

结构和实际情况有较大的差异，特别是在结构的弹塑性阶段之后，由于受力较大，往往会有构件局部开裂，最终导致破坏，这时的结构已不能用一般的计算原理

去计算分析。实践证明，把握好高层建筑的概念设计至关重要。

2高层建筑的主要结构体系

2．1框架，剪力墙体系

这一结构体系能灵活的布置平面，使建筑物具有较大的空间，能满足不同功能需求。框架体系的强度和刚度不足时，我们在建筑内的适当位置布置剪力墙，以此来满足体系的刚度与强度，这就形成了高层建筑的主要结构形式。但从另一方面来说，框架结构具有侧向刚度过小，当受到侧向风力或其他不可预知力时，节点按照一般连接方式的情况下，会受到较大的侧向力，使高层建筑出现变形。因此，制约了这种结构体系的建筑高度和层数，但是在受到较大水平力时，框架结构与剪力墙体系，会通过具有较大刚度的连梁和楼板协同工作。

2．2剪力墙结构体系

较高层数剪力墙的出现是为了满足越来越高的建筑物，剪力墙结构体系的建筑具有侧向刚度良好，平面布置规整等特点。根据不同的功能要求，自下而上设置现浇钢筋混凝土剪力墙，能较大程度上提高建筑物的抗震与抵抗侧向风力的作用。剪力墙体系的变形位移呈弯曲型曲线，结构属于刚性结构。延展性较好，荷载力传递直接均匀，整体性好，有较强的抗倒塌能力。允许的建筑高度也远远高于框架结构，是一种应用较广的高层建筑结构体系。

2．3筒体体系

筒体体系是以筒体为抗侧力构件的结构体系。筒体结构是最近几年兴起的新型体系，筒体体系的出现更好的满足了高层建筑向更高层发展的要求，筒体体系包含单筒体、筒体框架、筒中筒、多束筒等各种体系形式。筒体作为一种空间上的受力构件，可以分实腹筒和空腹筒这两种类型。由平面墙或者曲面墙围成的竖

向空间结构单体称为实腹筒，由较密集的排柱和窗裙梁或者钢筋混凝土外墙所构成的三维受力构件称为空腹筒。筒体结构的整体性较好，抗侧向力的性能较佳，

被众多高层和超高层建筑运用，来满足平面布置和功能等方面的要求。

3高层建筑结构应注意的问题

3．1结构的选型

（1）结构规则性

新规范在结构规则这方面做出了较大的改动，增加了许多的限制条件。制定强制性条文来明确严重不规则的设计方案绝对不能被采用，因此，结构工程师应

该严格执行新规范的新增限制条件，以减少后期施工图阶段的变更工作。

（2）结构超高

应该科学严谨的对待超高限建筑物，以防地震等作用引起较大的破坏。随着建筑高度越来越高，影响结构安全的因素也将发生质变，即有些参数超出了规范

的适宜范围。

（3）嵌固端设置

嵌固端的设置将影响结构中构件内力分配的准确性和结构产生侧移的真实性，以及结构的经济性。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室顶板或者是人防顶板等位置，我们应该做好结构嵌固端位置的工作，以确保高层建筑的结构分析工作。结构设计工程师要特别注意：设计好嵌固端楼板、限制嵌固端上下层刚度比、统一嵌固端上下层抗震等级

3．2地基与基础设计

对高层建筑而言，房屋的高宽比一定要慎重设置。①房屋的高宽设计会影响后期的设计。②房屋的高宽将较大程度上影响工程造价。地基础设计应该严格按

照地方性设计规范，以保证高层建筑后期的正常建设。

3．3结构计算与分析

对于结构计算与分析阶段，我们要做到准确，高效地分析内力，并严格按照规范进行设计和处理。

4结束语

高层建筑的结构设计将会是一个周期较长，复杂度较高，循环设计较频繁的过程。高层建筑结构设计工作应该从实际出发，多方面考证，多方案比较，做好结构设计的分析工作。尽量减少这些过程中的错误或者遗漏，将减少整个工程的许多后期变更工作。

参考文献

[1]于海才．高层钢筋混凝土剪力墙结构施工缝质量控制措施[J]．建筑工人，2012．

高层建筑结构体系篇5

［论文摘要］文章分析高层建筑结构的六个特点，并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。

我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

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。

（六）概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

（一）高层建筑结构设计原则

1.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。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

（二）高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。转贴于

剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

［参考文献］

［1］GB50011－2001建筑抗震设计规范.

［2］GB50010－2002混凝土结构设计规范.

高层建筑结构体系篇6

关键词：高层建筑剪力墙体系结构设计设计探讨

剪力墙体系结构是一种混凝土材质的土墙结构，在高层建筑中代替了原来的框架结构中的梁柱，主要作用是承受竖直和水平方向的各种荷载引起的内力，对于其他结构的水平力也可以很好地控制。目前，剪力墙结构被广泛的应用于高层建筑中。剪力墙为高层建筑物提供的抗剪强度与刚度都很大，可以有效的保证建筑施工的质量。

1高层建筑物的受力特点与支撑件

对于高层建筑而言，越高所承受的竖直压力就越大，水平风荷影响也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。对于比较低的建筑来说，高度较低，地基面积较大，相对而言所受的风荷及地震影响就很小，在高层建筑上，水平荷载产生的倾覆力会很大，设计人员主要考虑的问题是水平荷载，轴向变形及结构延性等方面。

1.1水平载荷

建筑物的高度达到一定数值后，它们在竖直方向上承载的荷载变化量并不大，所承受的风荷载以及地震作用的水平荷载会呈现一定的规律性，建筑物的结构特性不同，风荷载及地震水平荷载则会随之发生较大变化。

1.2轴向变形

建筑物越高，竖向荷载越大，竖向荷载越大，连接柱中的轴向变形就会越大，相应的，连续梁的弯矩所受影响就会越大，预制构件的下料长度也会受影响而有所改变，由此可见，在施工时必须计算出轴向变形值，并及时调整下料长度。

1.3结构侧移

高层建筑的结构设计关键之一是结构侧移的控制，楼房越高，水平荷载下结构的侧移就会越大，对于楼房的稳定性威胁也就越大，因此，高层建筑物的结构侧移一定要严格控制，以确保楼房的稳定性。

1.4结构延性

相对于低层建筑而言，高层建筑的结构柔和性较好，在地震侵袭发生较大震动时，会产生较大的变形。建筑物在塑性变形阶段中对变形能力的要求相对较高，要想保证结构延性，必须在建筑设计中采取一定的措施。

2剪力墙结构设计的基本原则

剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载，剪力墙结构的设计既要安全合理，又要考虑经济问题。设计过程中，各种位移限制值都要满足，结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时，剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求，数量应该尽量少，但又不能影响基本振犁的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。

2.1调整楼层最小剪力系数方面的原则

设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。

2.2调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。高层建筑重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构建的数量决定着，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层建筑而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。

2.3调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩出现及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。

剪力墙结构不只应该符合相关规定，在设计时要考虑多方面的因素，建筑物的平面、立面应尽量均匀，剪力墙结构应尽量远离房屋中心，以保证房屋整体的抗扭。

3剪力墙结构设计

剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面：

3.1剪力墙界面的厚度要求

剪力墙厚度尽量小的优点主要是保证剪力墙平面的刚度及其稳定性。当剪力墙相较于墙体平面外面时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与未稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无支长度中的较小值。进行抗震设计时，底部加强区根据地震的具体大小情况来设计，地震越大，底部加强区所占层高或者无支长度总面积比较越大，且面积一般不小于160mm。非抗震设计时，底部加强区一般不会大于层高或无支长度的百分之25%。

3.2剪力强结构中混凝土强度等级要求

剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为C20，如果剪力墙结构中带有筒体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为C25。

3.3剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规定要求。

3.4剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯力较大时出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。

3.5剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到12mm。具体施工要根据实际情况，边缘构件的设置根据实际情况。

3.6高层建筑剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，是连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在建筑施工时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。

剪力墙结构体系是一种抗剪性能较好的结构，设计时要考虑建筑施工的具体情况，设计时应尽量避免竖向刚度突变，确保其刚度。

4结束语

剪力墙结构体系的重要度在建筑施工中占有相当大的比重，近年来，高层建筑飞速发展，呈上升趋势。剪力墙结构得到更为广泛的应用。目前我国设计人员正在朝着剪力墙结构体系设计深度方向努力。但是相对与国外设计技术来说，我们还存在着很多方面的不足之处，还有很多需要改进的地方，上升空间也比较大。因此，我们需要投入更多的精力与时间做好剪力墙结构的设计工作。笔者也会一直努力。

参考文献：

[1]苏绍坚.住宅楼剪力墙结构设计分析[J].核工程研究与设计，2007，01．

[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010，06．

[3]李盛勇，张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建统结构，2003，08.

[4]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工，2010，02．