浅析高层建筑结构结构设计

建材发展导向２０１０年Ｏ３月　园林、建筑、规划与结构设计　

浅　析高　层建筑的结构优化设计　

武琼　

摘要：本文分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展方向，研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满　应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。　关键词：高层建筑；结构设计；优化设计；布局及规划　

１高层建筑结构的发展方向　

１．１钢筋混凝土材料重新得到重视　

２０世纪９Ｏ年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步　

的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相比，钢筋混凝　

土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高　

温、耐火、维护方便等优点。此外，即使是在美、日等钢铁工业发达　

的国家，钢筋混凝土造价还是低于钢结构。特别是２０　４０层区间　

的住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架！剪力墙结构。我国的高层　

建筑中，绝大部分为钢筋混凝土现浇结构，只有少数采用了钢结　

构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术　

已经成熟，而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材料技　

术的不断发展，也为钢筋混凝土材料的重新崛起提供了条件。　

１．２组合结构的高层建筑发展　

采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有　

优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价　

和加快施工进度。在不同的情况下，可以取代钢筋混凝土结构和　

钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，已广泛应用于冶　

金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥　

梁工程和高层与超高层建筑中。在强震国家日本，组合结构高层　

建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用广泛。由于钢管内混凝土　

处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。随着混凝　

土强度的提高以及构造和施工技术上的改进，组合结构在高层　

建筑中的应用可望进一步扩大。　

１．３新型结构形式的应用　

框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙（支撑）体系是高层建　

筑的传统结构体系。简体结构出现于２０世纪６０年代，它的问世　

臼团四四　

浅析高层商业建筑结构设计　建筑结构　

摘要：随着社会的不断发展与科技的不断进步，以及越来越多的企业对办公场所的需求不断增多，高层商业建筑变得越来越普　

遍。同时，施工人员不断突破限制，创造新的高度记录。在给商业建筑增加高度的同时，设计人员也不断地推陈出新，对高层商业建　

筑的内部结构模式也进行了相应的创新设计。对于建筑来说，它的交叉性、整体性和密集性都较为系统，而高层建筑则表现了较为　

全面的系统性。显而易见，高层建筑首先给我们的印象是“高”，也正因为它不同于其他低层建筑，所以它在建筑结构设计及施工方　

面都有自己独特的一面。　

关键词：高层建筑；商业；结构设计；施工；空间　

改革开放至今，我国经济与社会发展迅速。同时，建筑方面的技术也在不　

断发展，技术的提高让高层商业建筑变得不再罕见。二十一世纪开始至今，高　

层商业建筑在我国各个城市如雨后春笋般拔地而起。如今的高层商业建筑，　

无论是其高度还是施工速度，都让人感到惊叹，而且高层商业建筑的建设规　

模也在不断扩大。稍微令人有些遗撼的是，很大一部分设计人员对高层商业　

建筑的外表情有独钟，却鲜少关注其结构设计。毫无疑问，仅仅关注其外表而　

忽略其结构设计，将成为我国高层商业建筑行业发展的阻碍因素。所以，对于　

业内人士来说，更重要的是不断推ｍ各种稳固而新颖的高层商业建筑结构设　

计方案，这样才会从根本上推动我国高层商业建筑业的发展。　

一、高层商业建筑结构方面的特点　

高层商业建筑给我们的第一印象是它们的高度惊人。也正是由于商业建　

筑惊人的高度，其承载力要比普通低层建筑大很多。在建筑的垂直方向，高层　

商业建筑结构要承载着各层次重力所带来的压力；而水平方向，也不断有风　

对其施加大大小小的压力。因此设计人员在设计高层商业建筑时，要考虑各　

方面的危险因素对商业建筑的危害。基于我国的地理及天气环境，对设计人　

员来说，主要考虑两方面的因素，即地震因素和水平方向的风力影响。高层商　

２０１３年２月　瞳村目蓑旆　规划与设计　【文章编号】１６７３—００３８（２０１３）０６—０００７—０２　浅析高层建筑结构设计中的概念设计　邓国梅任宝丽　（重庆卓创国际工程设计有限公司重庆渝北４０００２０）　摘要：建筑结构的概念设计就是对结构的受力情况进行分析，有意识地利用和发挥各个基本体系与总体系之间的力　学特征，使总体结构体系的设计以及构造处理符合结构的实际受力状况，设计出水平较高的结构方案，达到经济合理、技　术先进、安全适用。高层建筑结构的概念设计，是对高层建筑结构的风力作用、地震作用、温度作用、结构的真实效应、场地　岩土特征及一些基本概念深刻理解的基础上，运用正确的思维方法指导建筑设计。　关键词：高层建筑；结构设计；概念设计　引言　高层建筑设计尤其是在其抗震设计中，概念设计是非常重　要的单元。在设计中，虽然相应的分析计算是必须的工作，同时　也是设计时的重要依据，但仅凭借分析计算往往不能满足结构　可靠性、安全性的要求，无法达到预期的设计目标，因此概念设　计必须得到足够的重视。概念设计是通过大量的事故进行分析，　对历年来国内外地震灾害的分析，模拟实验的定性、定量分析及　长期对国内外的设计和使用经验进行分析、归纳和总结出来的。　从某种意义上来看，概念设计比分析计算更为重要。　１概念设计在高层建筑结构设计中的具体含义　在高层建筑结构设计中，概念设计是指在建筑总体结构设　计的最初，运用现有的知识去正确处理建筑结构设计中将会出　现的问题，如：房屋体形、结构体系、刚度分布等。概念设计是工　程师依据自己的思维判断能力，按照结构抗震设计原则，从宏观　上对结构设计方案进行选择、鉴别与评价，再通过必要的构造措　施避免建筑结构抗震的薄弱环节的出现，从而实现合理的设计　目标。为了做好概念设计，工程师必须清楚掌握结构抗震特点，　抓住要点，用正确的概念指导概念设计。　作为一名建筑行业的结构工程师，如何去把握，或者说有意　识地去进行高层建筑结构的概念设计。也就是对应于高层建筑　结构概念设计的三个阶段，分别进行概念设计：　（１）在建筑方案设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念　设计，必须坚持结构设计没有惟一解的设计理念，充分发挥结构　工程师的创造力和创新能力，协助建筑师以达到令业主满意的　建筑。同时，在建筑方案设计阶段，结构工程师所设计的结构总　体系应有一个刚柔结合、多道防线的理想刚度目标。即具有一定　的承载能力与大的刚度去抵御风荷载与规范设防烈度水平的地　震作用，以及在第一道防线有意识的屈服后，在结构变柔的之后　仍有足够大的延性耗能能力和弹塑性变形能力以抵御可能遇到　的大地震。　（２）在初步设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设　计，必须掌握各种结构体系的近似计算方法。而近似的计算方法　就是对一个结构工程师进行高层建筑结构设计能力的最基本的　要求。例如，对于框架结构体系，必须掌握的近似计算方法为：竖　向荷载作用下的直接弯矩分配法，水平荷载作用下的近似计算　法。同时，结构工程师还必须了解抗侧力构件的变形近似计算，通　过获取不同抗侧力结构（或构件）之间的相对刚度比较概念，来大　致估算建筑物的变形，以便于提出或比较各种可行的结构总体方　案。　（３）在施工图设计阶段，仍然要注意把握和运用高层建筑结　构的概念设计。众所周知，规范控制轴压比限值的目的：要求钢　筋混凝土框架柱截面达到具有较好延性功能的大偏心受压破坏　状态，以防止小偏心受压状态的脆性破坏。同时我们知道，影响　钢筋混凝土框架柱截面延性功能的因素除轴压比外，还有框架　柱的配箍特征、核心区混凝土的抗压强度等级、纵向钢筋承担　截面轴压的能力、框架柱的截面形状等因素，轴压比限值的大　小必须根据具体工程设计综合所有因素进行一定程度的合理调　整　２概念设计的基本原则　（１）刚度、承载力、延性为主要目标，实施刚柔结合、多道防线　的结构理念；　（２）在对整体结构进行分析计算时，应运用最直接、最简单、　概念最清楚的计算模型，将结构的受力和传力途径设计的直接、　简单、明确。尽量避免以抗扭为主导的传力结构的出现：　（３）尽可能使高层建筑结构平面布置的正交抗侧力的刚度中　心与高层建筑物表面力的作用中心或者质量重心接近或者重合，　从此避免或者减小了在风荷载或者地震发生时产生的扭转效应；　（４）高层建筑结构竖向布置的抗侧力刚度单元也最好设计的　连续、均匀，避免软弱层或者上下层间的弯曲刚度、剪切刚度和轴　压刚度突变的出现；　（５）应该掌握上部结构对其支承结构整体作用的机理，即受　力和传力结构两者之间的相互作用日。　３概念设计对于高层建筑结构设计的意义　３．１应用概念设计使设计的方案更完美　

第２９卷第２０期　２０１３年１０月　甘肃科技　

Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２９＾ｒｏ．２０　Ｏａ．２０１３　

浅析高宽比超限高层建筑结构设计　

张大伟，雷引弟，祁　鑫　

（甘肃土木工程科学研究院，甘肃兰州７３００２０）　

摘要：为了最大限度地获取土地的经济效益，建筑充分利用高度空间，“超薄建筑”大量涌现，高宽比超限高层建筑　越来越常见。结合某工程实例，依据相关规范规定对高宽比限制大于１但不大于２者高层建筑进行了抗震验算和分　析，并采取多重构造措施，以达到对结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。　关键词：高宽比超限；结构分析；弹性动力时程分析；弹塑性分析；ｇｇ造措施　中图分类号：ＴＵ３１１．４１　

１　工程概况　

兰州某高层综合楼，位于兰州市城关区段家滩。　

地下２层，地上３Ｏ层，地下２层为战时核六级人防，　

层高５．１０ｍ；地下１层为地下车库，层高４．８０ｍ；ｌ～　

５层均为开放式办公，层高均４．２０ｍ；５层以上均为　

住宅，层高均２．９０ｍ。室内外高差０．３０ｍ，房屋高度　

为９３．８０ｍ。建筑长度为２７．４０ｍ，建筑宽度为１５．５Ｏ　

ｍ，等效宽度１４．８１ｍ（Ｂ　＝３．５ｒ，ｒ为结构平面不计　

外挑部分最小回转半径），高宽比６．３４。　

２设计依据及条件　

２．１　自然条件　

基本风压Ｗ０＝０．３３ｋＮ／ｍ２；基本雪压ｓ０＝０．１５　

ｋＮ／ｍ　；地面粗糙度为Ｃ类；场地类别为ＩＩ类。　

２．２工程地质及水文地质　

该场地地层自上而下依次分布为：①杂填土层，　②卵石层，③砂岩层。②层卵石层顶埋深９．７０～　

１３．３０ｍ，层面稳定，中密一密实，　＝５００ｋＰａ。场地　

地下水位埋深在６．０～７．０ｍ范围内，对混凝土结构　

具有中等一强腐蚀性。　

２．３地震作用　

抗震设防烈度为８。，设计基本地震加速度值为　

０．２０ｇ，设计地震分组为第三组，多遇地震影响系数　

最大值为０．１６，罕遇地震影响系数最大值为０．９０，