高层建筑结构设计和计算

高层建筑结构计算基本假定高层建筑结构计算的基本假定高层建筑是一个复杂的空间结构。

它不仅平面形状多变，立面体型也各种各样，而且结构形式和结构体系各不相同。

高层建筑中有框架、剪力墙和筒体等竖向抗侧力结构，又有水平放置的楼板将它们连为整体。

这样一种高次超静定、多种结构形式组合在一起的三维空间结构，要进行内力和位移计算，就必须进行计算模型的简化，引入不同程度的计算假定。

简化的程度视所用的计算工具按必要和合理的原则决定。

结构计算的基本假定为：1．计算高层建筑结构的内力和位移时，用弹性方法及取用结构的弹性刚度，并考虑各抗侧力结构的共同工作。

2．框架梁及剪力墙的连梁等构件，可按有关规定考虑局部塑性变形的内力重分布。

3．计算结构的内力和位移时，一般情况下可假定楼板在自身平面内为绝对刚性，但在设计中应采取保证楼面整体刚度的构造措施。

4．下列情况宜考虑楼板在自身平面内的变形影响：（1）楼板整体性较弱；（2）楼板有很大的开洞或缺口，宽度削弱；（3）楼板平面上有较长的外伸段；（4）作为结构转换层的楼板，对于上述情况，须考虑楼板实际刚度，对采用刚性楼面假定算得的结果进行调整。

5．结构计算中，各类构件均需考虑弯曲变形，构件其他变形按有关规定考虑。

对竖向荷载还宜考虑施工过程中逐层加载的影响。

6．构件刚度的取用。

（1）框架梁的惯性矩：现浇板边框架梁I＝1．5I↓r现浇板中部框架梁I＝2．0I↓r式中I↓r--梁截面矩形部分的惯性矩。

（2）连梁刚度。

框剪结构或剪力墙结构中的连梁刚度，可乘≥0．55的折减系数。

（3）剪力墙的有效翼缘宽度。

剪力墙可考虑纵墙或横墙的翼缘作用，其有效翼缘宽度可按有关规定取用。

（4）错位剪力墙的等效刚度。

错位剪力墙（错位值a≤2．5m，a≤8t，t为墙厚）的等效刚度应乘以折减系数0．8。

（5）折线形剪力墙的简化处理。

当折线形剪力墙的各墙段总转角≤15°时，可按平面剪力墙考虑。

（6）壁式框架的刚域长度及杆件的等效刚度，按有关规定取用。

高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。

本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。

第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。

风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。

垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。

1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。

荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。

2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。

在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。

表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。

对高层建筑结构设计计算方法的探讨摘要：本文通过对高层建筑结构设计中的一些问题进行探讨，结合实践经验提出具体建议。

关键词：高层建筑；结构设计；计算方法；计算结果随着人们对建筑功能要求的多样化,建筑类型和功能愈来愈复杂,结构体系日趋多样化,出现了各种形式的多塔、错层、带转换层、楼板局部开大洞的结构类型,其中立面布置也越来越复杂。

下面就本人在这几年的设计实践中的一些体会进行总结。

1 高层建筑结构设计的演变模式1.1 内核的形成高层建筑与其它建筑之间的最大区别, 就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核”。

而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重, 决定着高层建筑的空间构成模式。

随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步, 在高层建筑的设计过程中, 逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式, 这是各专业共同探索优化设计的结果。

在建筑处理上, 为了争取尽量宽敞的使用空间, 希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面的中央集中, 使功能空间占据最佳的采光位置, 力求视线良好、交通便捷。

在结构方面, 随着筒体结构概念的出现、高度的增加, 也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭, 而这些恰好与建筑师的要求不谋而合。

在建筑的中央部分, 有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构,形成中央核心筒, 而筒体处于几何位置中心, 还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合, 更加有利于结构受力和抗震。

这种“内核”空间构成模式, 经过长期的实践检验, 以其结构合理、使用方便和造价相对低廉的优势, 很快便成为高层建筑中最为流行的空间布局形式。

1.2 核的分散与分离然而, 随着时代的发展、技术的进步, 人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同, 以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空间构成模式开始受到了挑战。

对于结构专业来说, 加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏, 所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边, 则无疑也会对结构抗震有利。

高层建筑结构设计中计算方法汇报人：日期:•引言•结构分析方法•结构优化设计方法目录•抗震设计方法•结论与展望01引言0102目的和背景在进行结构设计时，需要采用合适的计算方法来分析结构在不同荷载条件下的响应和稳定性，以及评估结构的性能和安全性。

高层建筑结构设计的主要目的是确保建筑物的结构安全性和稳定性，以满足人们的使用需求和规范要求。

计算方法的重要性计算方法是高层建筑结构设计中的关键要素之一，对于结构的分析和设计具有重要意义。

通过采用科学合理的计算方法，可以准确地分析结构的性能和安全性，为结构设计提供重要的依据和支持。

02结构分析方法有限元法总结词一种广泛应用的数值分析方法，用于求解各种工程问题。

详细描述有限元法将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合，通过在各个单元内假设近似函数来描述求解域上待求的未知场函数。

该方法具有适应性强、应用面广、精度高等特点，可以用于求解各种复杂的问题，如高层建筑结构分析等。

有限差分法总结词一种离散化的数值分析方法，用于求解偏微分方程。

详细描述有限差分法将偏微分方程转化为差分方程，通过求解差分方程得到原方程的近似解。

该方法在处理偏微分方程时具有简单、直观、易于编程实现等优点，因此在高层建筑结构分析中得到了广泛应用。

一种仅考虑边界信息的数值分析方法，用于求解各种工程问题。

总结词边界元法将偏微分方程转化为边界积分方程，通过在边界上离散化积分方程得到原方程的近似解。

该方法具有精度高、计算量小等优点，因此在高层建筑结构分析中得到了广泛应用。

详细描述边界元法03结构优化设计方法优化目标基于可靠度的优化设计以结构可靠度为优化目标，通过调整结构的设计参数，使结构在满足预定功能的前提下，具有更高的可靠度。

可靠度指标在结构优化设计中，可靠度指标是评估结构性能的重要参数。

通过考虑结构在不同荷载和环境条件下的失效概率，可以确定结构的可靠度。

设计变量设计变量可以是结构的设计参数，如截面尺寸、材料强度等。

《高层建筑结构》课程设计任务书一、设计题目：高层框架结构设计某高层办公建筑，采用全现浇框架结构，结构平面布置如图所示，质量、刚度均匀，地上12层，各层层高、跨度及竖向荷载如图所示，设计使用年限为50年。

取③轴一榀典型横向框架进行结构设计。

二、设计资料⑴基本风压：0.45kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

⑵基本雪压：0.45 kN/m2。

⑶设防烈度：7度；设计分组：第一组；抗震设防类别：丙类。

⑷场地类别：Ⅱ类。

⑸楼面做法：楼板厚120mm，各板顶做20mm厚水泥砂浆找平，地面装修重（标准值）按0.6 kN/m2考虑，各板底粉15mm厚石灰砂浆。

⑹屋顶：不上人屋面，做法同楼面，但加做二毡三油防水层，再做40mm厚细石混凝土面层（内布细丝网）。

⑺混凝土强度等级：梁C25、柱C30。

⑻梁、柱纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋⑼梁、柱截面尺寸如下：柱：1~4层ZA：500mm*500mm ZB：600mm*600mm ZC：600mm*600mm ZD：500mm*500mm 5~12层ZA：400mm*400mm ZB：500mm*500mm ZC：500mm*500mm ZD：400mm*400mm 梁：LAB：250mm*700mm LBC：250mm*500mm LCD：250mm*600mm三、计算内容取③轴横向框架进行设计：计算书一份，要求手写，内容包括以下几项：⑴、计算简图（相对线刚度）⑵、荷载计算（竖向荷载、风荷载）⑶、结构水平位移验算⑷、内力计算4.1在竖向荷载作用下框架各杆件的内力（M、N、V）4.2在风荷载作用下的框架各杆件的内力（M、N、V）⑸、内力组合⑹、截面设计（梁、柱配筋）四、结构施工图框架梁、柱配筋图一张，要求手工绘图，2号图纸。