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浅析高层建筑结构设计中的概念设计和结构措施摘要：高层建筑结构随着时代的发展，规模和投资力度都大大增加，高层建筑的设计也变得越来越重要，高层建筑的结构设计也成为结构工程设计师设计工作的主要重点和难点。
本文就高层建筑的发展，介绍了概念设计的一些知识，并通过对高层建筑受力特点的分析，探讨了高层建筑结构中概念设计的有关问题。
关键词：高层建筑；概念设计；结构体系引言:高层建筑相比于其他建筑来说有着自己独特的设计特点，高层建筑的高度、自重力以及受到水平拉力时的反应都区别于其他的建筑，因此，在进行高层建筑的设计时，不仅要注意结构的定量计算分析，更应该注意结构的概念设计，即结构的宏观控制和定性判断。
1、高层建筑结构体系设计高层建筑结构从出现发展到现在，随着不同结构形式的出现，建筑形式相继呈现出不同的表现状态。
从结构的角度来看待高层建筑的话，杆状是高层建筑结构形式的基本特点，相比起竖向荷载，水平荷载成为了高层建筑结构的控制因素，高层建筑结构的底部在水平荷载的压力下，其弯矩和剪力都表现为最大，这就要求高层建筑结构要有很强的抗侧移和抗倾覆能力，设计的基本概念也就因此而成为对建筑形体、刚度、延性还有结构体系的合理正确的要求。
高层建筑选择结构体系的决定因素通常是建筑物自身的高度和空间，不同的结构体系因为刚度、强度、结构样式都不尽相同，在进行设计时所适合的高度和空间也会不同。
高层建筑结构的基本构件包括板、梁、柱、框架、衍架、网架、拱、壳体、墙，还有索，板的高度大于厚度，承受的是垂直于板面的荷载，梁是截面小于跨度的结构构件，柱是线性构件，框架既能承受竖向荷载，同时也能承受水平荷载，衍架是具有三角形区格的平面或者是空间的承重结构构件，网架是通过节点按照一定的网格形式连接多根杆件而形成的空间结构，拱式平面结构构件，壳体是曲面形的构件，墙是竖向构件，承受的是平行于墙面方向的荷载，索是以柔性受拉钢索形成的构件。
高层建筑结构体系有钢结构、钢筋混凝土结构和一种混合结构，钢结构包括框架结构体系，也就是钢性连接的柱梁体系，但是这种结构体系的有效性只限于中层建筑结构，框架剪力衍架结构体系，既有框架，又有剪力衍架的一种结构体系，框筒和成束筒，框筒是一种筒体结构，在很大程度上增加了建筑物的抗颠覆能力，成束筒是将单独的筒体捆绑在一起，这种结构体系不仅减小了筒体的剪力滞后效应，还大大加强了结构的侧向荷载能力，对角支撑筒体就是在外框筒结构上增加交叉斜支撑形成的结构体系，这种结构体系有效性很强，可以增加窗洞面积，由三位空间衍架组成的结构体系叫空间衍架结构体系，内部对角支撑衍架实际上也是一种空间衍架结构。
高层建筑结构概念设计在现代城市的天际线上，高层建筑如同一座座巍峨的山峰拔地而起，它们不仅是城市繁荣的象征，更是建筑工程领域的杰作。
然而，要让这些高楼大厦在高耸入云的同时保持稳固、安全和经济合理，高层建筑结构概念设计起着至关重要的作用。
高层建筑结构概念设计，简单来说，就是在建筑设计的早期阶段，通过对建筑的功能需求、地理环境、建筑材料等多方面因素的综合考虑，制定出一个总体的结构方案。
这个方案并非是具体的计算和绘图，而是一种宏观的、战略性的规划，它为后续的详细设计提供了指导方向。
首先，我们来谈谈建筑的功能需求。
不同的高层建筑有着不同的用途，比如住宅、办公、酒店等。
这些不同的用途决定了建筑内部的空间布局和使用要求，从而影响到结构的设计。
例如，住宅建筑可能更注重房间的规整和采光，而办公建筑可能需要更大的开敞空间和灵活的分隔。
在结构概念设计时，要充分考虑这些功能需求，以确保结构能够满足建筑的使用要求，同时又不会因为结构的限制而影响建筑的功能。
地理环境也是一个不可忽视的因素。
建筑所在地的地质条件、地震烈度、风荷载等都会对结构的安全性和稳定性产生影响。
在地震多发地区，结构需要具备良好的抗震性能，可能会采用框架剪力墙结构或者筒体结构等；而在风荷载较大的地区，结构的抗风设计就显得尤为重要，需要通过合理的外形设计和结构布置来减小风的影响。
此外，地质条件也会决定基础的类型和深度，如果地质条件较差，可能需要采用桩基础或者进行地基处理。
建筑材料的选择同样对高层建筑结构设计有着重要的影响。
随着科技的不断进步，新型建筑材料层出不穷，如高强度钢材、高性能混凝土等。
这些材料具有更好的力学性能，可以在保证结构强度和稳定性的前提下，减轻结构的自重，从而降低工程造价。
在概念设计阶段，需要根据建筑的规模、高度和预算等因素，合理选择建筑材料，以达到最优的结构效果。
在高层建筑结构概念设计中，结构体系的选择是一个关键环节。
常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。
高层建筑结构课程习题解答土木工程学院二0一二年秋Chap11、高层建筑定义JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》将10层及10层以上或高度超过28ｍ的住宅建筑结构和房屋高度大于24ｍ的其他民用建筑，划为高层民用建筑。
1）层数大于10层；2）高度大于28m；3）水平荷载为主要设计因素；4）侧移成为控制指标；5）轴向变形和剪切变形不可忽略；2、建筑的功能建筑结构是建筑中的主要承重骨架。
其功能为在规定的设计基准期内，在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。
3、高层按结构体系分类结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。
从结构体系上来分，常用的高层建筑结构的抗侧力体系主要有：框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构及巨型框架结构等。
Chap 21、为什么活荷载的不考虑不利布置？计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时，一般不考虑楼面及屋面竖向活荷载的不利布置，而是按满布考虑进行计算的。
其一，在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例很小，尤其对于住宅、旅馆和办公楼等，活荷载一般在1.5～2.5kN/㎡范围内，只占全部竖向荷载的10％～20％，因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；其二，高层建筑结构是个复杂的空间结构体系，层数与跨数多，不利分布的情况复杂多样，计算工作量极大且计算费用上不经济，因此，为简化起见，在实际工程设计中，可以不考虑活荷载不利分布，按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。
2、高层建筑结构抵抗水平力的构件有哪几种？各种构件有哪些类型（1）有：梁、柱、支撑、墙和筒组成；（2）梁：钢梁、钢筋混凝土梁、钢骨（型钢）混凝土梁；柱：钢柱、钢筋混凝土柱、钢骨（型钢）混凝土柱；钢管混凝土柱等；支撑有：中心支撑和偏心支撑等；墙：实体墙、桁架剪力墙；钢骨混凝土剪力墙等；筒有：框筒、实腹筒、桁架筒、筒中筒、束筒等；3、如何确定高层建筑的结构方案（1）、结构体系的确定：按：高度、风荷载、地震作用；功能、场地特征；经济因素、体型等因素确定采用以下结构体系；（2）、构件的布置（3）、对构件截面进行初选；4、如何确定高层建筑的风荷载和地震作用；1、风荷载的确定：大多数建筑（300m 以下）可按荷载规范规定的方法计算；少数建筑（高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞试验）；规范规定的方法：0k z s z w βμμω=z β--基本风压；s μ--风载体型系数；z μ--风压高度变化系数；z β--z 高度处的风振系数；2、地震荷载分为：反应谱法和时程分析法；《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法计算地震作用，少数情况需要采用时程分析进行补充；5、减少高层建筑温差影响的措施是什么？减少温差影响的综合技术措施主要有：（1）采取合理的平面和立面设计，避免截面的突变。
土木工程知识点-高层建筑结构设计基本概念及设计步骤1.高层建筑结构的定义以上选自《高规》。
拿到一个项目首先要分清楚是否属于高层建筑结构，再进行下一步的工作，因为高层与多层在规范要求上有部分是不一样的（例如：整体指标的计算、抗震构造措施的变化等等）。
2.剪力墙结构体系剪力墙结构体系是由剪力墙同时承受竖向荷载和侧向水平力的，利用建筑专业给定的墙体，布置钢筋混凝土墙（即剪力墙），从受力上讲剪力墙是一个悬臂板(平面内)。
（名称：抗规是抗震墙、高规是剪力墙、也称之为钢筋混凝土墙）剪力墙结构体系是指：剪力墙和由于剪力墙开洞而形成的连梁组成的结构。
连梁是指两端与剪力墙在平面内相连的梁。
一般在风荷载和地震荷载的作用.,连梁的内力往往很大。
连梁是第一道防线，能够很好地起到耗能的作用。
(高层剪力墙结构中梁的种类)要能够形象地理解连梁的工作原理：在水平力作用下，墙肢产生弯曲变形，连梁为了协调这种变形，产生内力，梁端产生的弯矩、剪力、轴力反作用于墙肢，约束墙肢变形，反复作用下，梁端形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度，不至于发生倾覆和倒塌，此即为延性破坏。
在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。
此种工作状态是最理想的状态，属于延性破坏，塑性铰的形成对耗能起到了很大的作用，而耗能能力的大小取决于塑性铰的转动能力。
此种情况一般出现在连梁跨高比较大的时候（不小于5，高规275页7.1.2建议宜大于6就是这个原因）。
而脆性破坏是指对于跨高比较小的连梁，刚度大，吸收的地震力也大，发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对它的约束作用，将成为单片的独立墙。
这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，由于没有连梁的约束，可能导致结构的倒塌（根源在于转动能力很弱）。
连梁越柔，协调变形的能力越强，延性越好。
高层建筑结构概念设计在当今城市发展的进程中，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，成为城市天际线的重要组成部分。
而高层建筑结构的概念设计，作为确保建筑安全、经济、适用的关键环节，具有极其重要的意义。
所谓高层建筑结构概念设计，简单来说，就是在建筑设计的早期阶段，基于对结构体系、力学原理和建筑功能需求的综合考虑，从总体上构思出一个合理、可行的结构方案。
这并非是对具体构件和节点的详细计算，而是一种宏观的、定性的设计思路。
在进行高层建筑结构概念设计时，首先要充分考虑建筑的使用功能。
不同的使用功能会对空间布局、荷载分布等产生不同的要求。
例如，住宅建筑更注重居住的舒适性和安全性，而商业办公建筑可能需要更大的开间和灵活的空间划分。
因此，结构设计应与建筑功能相匹配，以提供良好的使用体验。
结构选型是概念设计中的核心环节之一。
常见的高层建筑结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。
框架结构具有布置灵活的优点，但抗侧刚度相对较弱；剪力墙结构抗侧刚度大，但空间布置受限。
框架剪力墙结构则结合了两者的优点，既能提供较大的空间，又有较好的抗侧性能。
筒体结构则适用于更高的建筑，其整体性和抗风抗震能力较强。
在选择结构体系时，需要综合考虑建筑高度、抗震设防烈度、风荷载等因素，以确保结构的安全性和经济性。
合理的平面和立面布置对于高层建筑结构的稳定性至关重要。
平面形状宜规则、对称，避免出现过大的凹凸或不规则转角，以减少扭转效应。
在竖向布置上，应尽量保证结构的刚度和质量分布均匀，避免出现刚度突变或质量集中的情况。
例如，在建筑高度方向上，柱子的截面尺寸和混凝土强度等级应逐渐变化，而不是突然增大或减小。
高层建筑所承受的荷载种类繁多，除了自重、活荷载外，还包括风荷载和地震作用。
在概念设计阶段，需要对这些荷载进行合理的估计。
风荷载的大小与建筑的外形、高度以及所在地区的风速等因素有关。
对于外形复杂的高层建筑，风洞试验往往是必要的，以准确确定风荷载的分布和大小。
浅谈高层建筑结构概念设计作者：吴琳来源：《城市建设理论研究》2014年第11期摘要：随着建筑新材料的开发和利用、建筑的高度继续提升、组合结构建筑的增加、新型结构形式的应用、耗能减震技术的应用发展，高层结构布置常屈从于建筑平面布置和美感的要求,这引起了相关的结构问题。
本文就高层建筑结构设计中结构体系的选择、结构抗震设计、侧向位移的控制、构造要求等方面加以阐述。
关键词：高层建筑结构设计；结构体系的选择；结构抗震设计；侧向位移的控制；构造要求中图分类号：TU973 文献标识码：A一、高层建筑结构设计注意项高层建筑结构中，随着高度的增加，不但竖向荷载产生的效应很大，水平荷载产生的内力和侧向位移更是迅速增大。
而且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。
因此水平荷载成了设计中的主要控制因素。
（注：风荷载作用在建筑物表面，结构处于弹性阶段；地震作用是惯性力，结构考虑进入塑性阶段以耗散能量。
）高层建筑结构中，建筑应具有充分的刚度。
必须限制水平位移，防止由于重力荷载大在产生二阶P-△效应时使建筑突然倒塌，防止非结构构件的破坏（出现裂缝）、防止电梯井变形过大影响使用、防止对使用者产生的不舒适感。
（注：高层建筑结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态方面同等重视。
）高层建筑结构中，由于徐变和收缩的竖向积累变形很大，足以引起非结构构件的破坏，同时在水平构件中引起明显的结构内力，尤其在结构的上部区域。
高层建筑结构中，结构的重力和水平荷载通过基础传递到地基，应注重结构特性和土—结构相互作用力对基础变形的影响。
因此在高层建筑结构的设计中，应在结构体系的选择、结构抗震设计、侧向位移的控制、构造要求等方面加以注意。
二、高层建筑结构设计步骤1、选择合理的结构形式；2、构件的截面尺寸；3、结构上荷载的确定；4、结构内力分析和水平位移计算；5、截面设计和结构的延性；6、构造要求；7、绘施工图。
高层建筑结构概念设计初探
摘要：本文介绍了高层建筑结构概念设计的定义，概念设计的基本原则，同时对概念设计的主体内容进行了一定论述。
关键词：高层建筑；结构设计；概念设计
随着人类生活水平的提高，人们对建筑功能的要求逐步趋于功能化、多样化，高层建筑的类型和功能也越来越复杂，高层建筑的结构体系类型也越来越多，结构体系及立面布置方式亦愈来愈复杂，这些都对高层建筑的结构设计提出了更高的要求。
在方案设计阶段，结构工程师要和建筑师充分合作，从总体出发考虑技术问题，并考虑施工可行性、经济性和美观的需求，解决好结构和空间设计的矛盾，发挥结构工程师的创造力和创新精神，从而创造出一个优秀的作品。
结构概念设计在高层建筑结构设计中有着至关重要的作用，它在一定程度上能反映出一个结构工程师的设计水平。
在高层建筑结构设计的过程中，通过采用概念设计的方式能够在方案设计阶段迅速的对结构体系进行构思、比较，并加以选择，还使得计算更加方便；同时，采用概念设计所得到的方案概念更加清晰，定性更加准确，能有效的避免后期设计阶段某些繁琐的运算，有着良好的经济效果；另外，结构概念设计还能够判断计算机内力分析的分析结果是否可靠。
这对于那些只会依赖专业的、一体化的计算软件或是照搬规范做设计的年轻结构工程师们很有帮助。
1、高层建筑结构概念设计的基本原则
高层建筑结构的概念设计过程中，除了常规的以承载力、刚度、延性等为基础，实现多防线、刚柔结合的基本设计理念之外，由于其自身的特殊性，还有一些设计的基本原则。
1.1 尽量简化结构模型
在对高层建筑的结构进行设计时，要尽量将结构的受力和传力方式设计得简单、直接。
因为实现传力的方式越复杂，其传力过程中越容易形成内力和变形的不协调以及各种导致结构破坏的薄弱
环节，使得建筑结构的安全性降低。
与此类似，对结构进行分析与计算的过程中，也尽量使用简单、直接、可靠的分析和计算方法。
1.2 构件设计应尽量均匀连续
为了达到避免高层建筑出现软弱层和层间位移角、内力及其传力途径突变等问题，在对那些沿建筑物竖直方向布置的抗侧力刚度构件进行设计时，应将之设计成均匀的、连续的。
当然在考虑到建筑空间形式以及使用功能的要求下，也可以对设计作出一定的改进，可以有一定的例外，但是在设计过程中必须对结构层上、下间的剪切、弯曲刚度以及轴压刚度的平稳过渡方面进行有效的协调。
1.3 “两心”重合的原则
设计过程中尽量使得结构平面布置的正交抗侧力刚度中心与建筑物表面力的作用中心或质心重合(至少也得靠近)，达到减小甚至消除在强风或地震等外力作用下对建筑产生的扭转破坏或者其他
类似的破坏。
1.4 注重传、受力者共同抗力的概念
传、受力者共同抗力的概念，即建筑上层结构与其所支承的结构与构件整体共同作用机理。
以框支剪力墙和转换梁为例，其实际的受力状态是跨中截面不但承受着弯矩，还承受有轴拉力，这一点可以说明在实际的受力中，上部剪力墙和转换梁起着共同整体抗弯的功用，而中和轴已上移到了剪力墙之上。
实际的建筑中所有的结构构件也不是分散起作用的，而是以一种相当复杂的方式进行共同的、协调的受力支撑，是一个整体的、三维的、成体系的结构。
2、高层建筑结构概念设计的主要内容
2.1结构体系的选择
2.1.1 建筑设计首先应考虑的是建筑的功能需求，尤其是高层建筑的设计，高层住宅、公寓、宾馆等一般采用剪力墙结构；商场、车站、展览馆、餐厅、停车库等多层或小高层房屋采用框架结构；大型酒店、写字楼、教学楼、科研楼以及医院的住院楼等建筑宜采用框架—剪力墙结构或框架-核心筒结构。
2.1.2 其次结构体系的选择还可以按照建筑结构设计的要求来进行，高层建筑结构设计一般可以根据建筑的高度、高宽比、抗震设防的类别与烈度等因素对结构体系进行一个初步的选择。
2.2结构的平面布置
2.2.1 平面形状
①对于高层建筑中的独立的结构单元，一般应以结构平面形状简单、规则、均匀、结构受力明确作为基本原则，这样可以使得其传力直接，利于抵抗水平及竖向的荷载，达到减少扭转破坏及降低
构件应力集中的目的。
对于平面形状的选择，一般以具有两个或多个对称轴的平面(如矩形、正方形、正多边形、圆形)作为首选。
②平面的长度不宜过长，长宽比的选择应合适，尤其是对于建筑某些突出部分的长度的设计，由于当平面外伸较长时，外伸出段容易产生不规则振动，导致构件凹角处发生破坏，所以在设计的过程中构件的长度不应太长，应该严格遵循相关设计规范；如果采用复杂的平面形状，应进行更加细致的抗震验算并在构造上予以加强。
2.2.2 结构平面布置的基本原则
①在一个独立的结构单元内，结构平面的布置应以简单、规则、刚度和承载力分布均匀作为基本原则。
由于结构平面不对称容易造成质量和刚度偏心，这将直接导致在地震时引发结构的强烈的扭转效应，所以在设计的过程中尽量做到结构的刚度中心和质心重合，在适当位置设置防震缝形成多个较规则的抗侧力结构单元，从而有效的减少扭转，对于那些严重不规则的平面要尽量避免。
②尽可能避免结构中存在有凹角和较狭长的缩颈部位，因为这些部位的应力集中过于明显，会极大的削弱构件的强度，降低其可靠性。
同时还要避免在凹角处或建筑物端部设置电梯、楼梯间，因为这些部位在以后的使用过程中将要承受较大的负载，而恰巧它们又是薄弱部位，所以一般应尽量避免。
若确实因功能需要，可以采用剪力墙筒体予以加强。
③在建筑的设计过程中，往往处于功能需求，需要在楼板上开
洞，这会大大的削弱楼板的强度和刚度，因此在设计的过程中应采用加厚洞口附近楼板或者在洞口边缘设置边梁、暗梁等措施。
④设置合理的多道抗震防线。
由于地震一般具有一定的持续时间，而且可能还存在着多次反复的作用。
以汶川地震为例，往往地震过程中的反复作用对结构进行一定的破坏，而最后导致建筑倒塌的根本原因是由于结构的破坏而导致其承受重力荷载的能力丧失。
因此在建筑的抗震设计方面，要适当地处理各构件的强弱关系，以“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件、强压弱拉”作为设计的基本原则，形成两道或更多道抗震防线，达到增强高层建筑结构抗震能力的目的。
2.3结构的竖向布置
2.3.1 竖向体形
①以抗震力作为主要控制因素的建筑，其立面应采用规则、简单的形状，同时还可以使用矩形、梯形、三角形等变化较均匀、连续的几何图形，没有过大的外挑或内收。
②以风荷载作为主要控制因素的高层建筑，考虑到建筑所承受的风荷载是随着建筑高度的加高而增加，所以一般采用上小下大的梯形、双曲线梯形、三角形和逐渐退台内收的立面形状。
③在对高层建筑进行抗震设计的过程中，要避免侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变等竖向不规则结构。
2.3.2 竖向构件布置的基本原则
①高层建筑结构竖向布置的一个基本原则就是要使得其刚度
均匀且连续，尽可能避免造成刚度突变而导致的结构薄弱层，在进行抗震设计时其结构的承载能力和刚度应自下而上逐步减小。
②当底层或底部若干层取消剪力墙或柱子而采用转换层时，应采用加大落地剪力墙和转换层下柱子截面、加大转换层板的厚度等措施，使得其上下层刚度不会发生较大的突变。
③对于高层建筑结构竖向体型不规则的现象，我们可以通过采用对楼层的侧向刚度和楼层层间抗侧力结构的受剪承载力加以限制来控制不规则的程度。
3、结语
本文仅仅对高层建筑设计过程中的结构体系的选择、平面结构布置以及竖向构件布置等概念设计进行了一定讨论，但这对于高层建筑结构概念设计远远还不够，结构工程师除了以整体概念去构思结构总体系外，还应以承载力、刚度、延性来主导总结构体系和分体系之间关系的概念设计，从而满足建筑的空间形式和功能要求，保证自己的设计在实际工程中正常实现。
