下载文档原格式
某B级高度高层建筑的结构方案探讨【摘要】：本文针对某B级高度高层建筑工程案例，探讨了在方案阶段的结构方案选型，对比了不同结构方案的试算结果，给出了提高抗侧移刚度的解决方案，并就局部具体问题提出一些讨论。
【关键词】：B级高度高层建筑框架—核心筒筒中筒抗侧刚度1.工程概况本工程为某城市综合体的一部分，地下3层，地上30层，总高120m。
地下部分为车库、仓储，地上一~四层商业，五~三十层办公。
商业部分层高4.5m~6.1m，办公部分标准层层高3.8m，总建筑面积约4.3万m2。
抗震设防烈度8度(0.20g)，二类场地，基本风压0.60KN/m2。
按建筑总高、相应的抗震设防烈度和可能采取的结构体系，根据《高规》3.3.1条规定，该工程属于B级高度高层建筑。
2.结构方案选型根据该项目的概况，可能采用的结构体系有：框架—剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构。
就建筑平面布置而言，竖向交通体系和设备、电井道均位于中心位置，外墙以玻璃幕墙为主，这种平面布置可以优先考虑的是筒体结构体系。
筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活、以及整体性强等优点。
目前全世界最高的100幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的高层建筑有一半以上采用筒体结构。
3.结构试算及对比分析同时进行了框架—核心筒和筒中筒两种结构方案的试算，底层结构平面布置分别如图1、图2所示，分别简称方案一、方案二。
核心筒部分结构布置相同，底层核心筒外墙墙厚700mm（以下构件截面单位均为mm），砼强度等级C50，随层数增加，截面和砼强度等级逐渐收小至300和C30，梁、板砼强度等级均为C30。
方案一外围采用稀柱框架，底层柱截面1200x1200，砼强度等级C60，随层数增加，柱截面和砼强度等级逐渐收小至600x600和C30，梁截面主要为400x800。
方案二外围采用由密柱深梁形成的外框筒，底层角柱截面1200x1200，边柱截面1000x800（800x1000），柱净距在1.9m~3.15m之间，柱截面和砼强度等级向上收小，主要框筒梁截面X向400x1000，Y向450x1200。
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。
浅谈多高层的建筑结构概念设计探讨摘要：在多高层建筑结构设计中，概念设计起着关键的作用。
结构工程师，要善于运用概念设计的基本原理及注重整体设计的构思等设计出概念优秀的作品。
关键词：高层建筑概念设计意义探讨一概念设计意义多高层结构概念设计的基本原则有结构简单、规则及具有足够的水平刚度和抗震能力；注重结构的整体性。
概念设计的范围较大，即有大的方案选择，又有小的细节构造，应该贯穿在设计的各阶段和步骤中。
概念设计是结构工程师通过自身的力学知识和工程经验，运用经无数事故分析，震害分析，模拟实验的定量定性分析及长期的困内外设计与使用经验分析、归纳、总结出来的具有基础性、整体性、全局性和关键性的设计基本原则、规定和方法。
通过概念设计能够从宏观上确定结构设计的基本问题，在初步设计时把握建筑的概念性整体方案，明确结构总体系与各分体系之间的传力关系，加强结构整体性，保证结构成为高延性的抗震耗能结构。
二概念设计的应用分析⑴平立面形式是保证结构简单的重要基本条件。
结构平面的布置必须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，做到受力明确，传力集中，尽可能减少扭转影响。
许多震害表明，平面不规则不对称的建筑，无论是砌体结构还是混凝土结构都会因扭转产生而破坏。
因此，简单、规则、对称、长宽比不大，平面外伸长度小的平面形式是理想的选择。
这样做可使结构的刚度、质量和承载力分布均匀，质量中心和刚度中心宜重合，实现扭转效应的减小。
建筑的立面形式以连续、简洁为宜，较大程度的内收、外挑或中间层部分构件不连续会造成结构的刚度和质量沿竖向分布不均匀，竖向抗剪承载力不连续，竖向刚度出现突变和不规则，对建筑结构的抗震不利。
面对当前建筑方案中出现平立面不规则的情况，作为结构工程师应该运用概念设计的原则尽可能地与建筑工程师沟通，通过调整结构布置和加强构造措施等设计手段使结构趋于合理。
对于平面规则的结构，如果刚度中心偏心，仍会有扭转现象产生。
这时可调整抗侧力构件，使其均匀布置，尤其是考虑具有较大刚度的楼梯间布置。
高层住宅建筑结构设计探讨【摘要】随着我国经济高速发展，城市高层建筑逐渐增多，其结构设计也越来越成为高层建筑工程设计工作的难点与重点。
本文就某高层建筑结构设计的各个方面进行一些简单的分析，并总结了一些设计体会，以供类似工程设计参考。
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；设计体会近年来，中国高层建筑发展取得了举世瞩目的成果，这与特定社会、经济、文化背景密不可分，它是根植于中国现实而产生的特定社会现象。
随着城市人口基数的逐渐加大、人们生活水平的提高，住宅的需求亦随之大量增加，高层住宅建筑越来越多地被采用。
这种结构不同于高层和多层，有其自身的特点。
在设计中，要正确利用它的特点。
本文结合某商业住宅小区，对该结构形式的设计经验进行总结，以期参考交流。
1、上部结构合理配置剪力墙是控制此类建筑侧向刚度的关键高层建筑一般利用窗间墙和纵横墙布置钢筋混凝土小墙肢，这样可以不占用室内空间，小墙肢间通过连梁和现浇混凝土楼屋面板相连，形成小墙肢-连梁承重体系。
小墙肢剪力墙布置应按照抗震设计要求，结合各建筑房型的窗间﹑楼梯间﹑电梯间及房间四周的内外墙等情况，小墙肢剪一般有一字形﹑l形﹑t 形﹑十字形等墙段，在平面中各个主轴方向均匀对称布置，尽量做到刚心与质心重合，以减小结构的扭转。
各墙肢肢长不宜相差太大，使各个墙肢刚度接近，保证在地震作用下，水平力均匀地分配给各墙肢，避免因个别墙肢过长，刚度过大产生很大的地震水平力而出现超筋。
在竖向墙肢上下对齐﹑连续，根据建筑底的层高及上部的变化通过墙肢的厚度和混凝土强度的变化，使竖向刚度从下至上逐渐变小，并使任何上下层刚度变化不大于70%。
墙肢间净距不大于5米，连梁高度宜小于400，并尽可能地布置与两房间之间，使住宅空间得以充分利用。
墙肢的多少决定了结构的抗侧向刚度。
墙肢的过多，则结构的抗侧向刚度偏大，地震反应大，构件内力大，配筋也增大甚至超筋，造成浪费；墙肢的过少，则结构的抗侧向刚度偏小，水平地震作用下位移过大，不能满足正常使用。
试论高层建筑结构设计有关问题探讨摘要：目前，我国的经济水平不断提高，人民的生活水平也随之不断提高。
钢筋混凝土高层建筑发展模式也因建筑师以及业主的创新思维而得到推广，从而被广泛使用。
高层建筑结构设计与以往一般的建筑设计并不一样，它对建筑师以及设计人员提出了更高的设计要求，因此，本文根据高层建筑结构设计中所应当注意的几点问题进行探讨。
关键词：高层建筑；结构设计1、高层建筑结构受力方面。
高层建筑的设计方案在规划时，所需要考虑的是其空间组成的特点，而不是对建筑物的结构进行详细的确定。
一座建筑物的地平面对建筑物来说是十分重要的，建筑物的竖向稳定和水平方向的稳定都是取决于建筑物的地平面的承重能否。
由于建筑物本体是由多种大型构件所拼接而成的，因此，它要求建筑结构能够将它本身的重量传达至地面，且建筑结构中所负重的总体是向下作用至地面的，因此，在进行建筑设计时一定要注意建筑结构中的负重体系与地基的承载力之间的关系，所以，在进行建筑设计阶段时，就必须对建筑的承重柱与承重墙的总体分布进行规划。
对于各种建筑结构来说，其总体的竖向与水平方向的结构体系设计原理基本相同，但其中对于高层建筑来说，随着建筑物高度的不断增加，建筑物竖向结构体系成为影响建筑设计的主要因素，这其中主要有两方面的原因：一是如果建筑结构中有较大的荷载时，其必须要求有柱、墙或者井筒；二是建筑结构中其侧向力所产生的倾覆力矩与剪切变形要大得多。
竖向荷载中，其侧向荷载对于建筑物来说并不是线性型增加的，其增加的幅度是随着建筑物的高度增加而增加的。
因此，低层建筑与高层建筑中的结构受力性能有很大的区别。
2、结构选型阶段。
高层结构中在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应当主要注意一下几点：2.1结构的规则性问题。
建筑设计规则中，其新旧规范有着较大的出入，新规范中添加了较多的限制条件，如：平面规则性信息以及嵌固端上下层刚度比信息等等。
新规范较为严格，有着强制性的明文规定，其规定为“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。
某高层建筑结构概念设计探讨
【摘要】建筑结构的概念设计是结构设计的灵魂，不但在建筑设计方案时进行，而且要贯彻到整个设计当中。
只有做好结构概念设计，才能进行合理的结构定量分析，才能搭建符合建筑实际状态的结构模型，才能做出安全又经济的结构扩初设计和施工图的设计。
【关键词】高层建筑；结构设计；概念设计
一、工程概况
日出钱塘公建，位于杭州钱江新城。
主楼地上三十七层，地下二层，裙房四层，建筑物檐口高度为149.300米，主体结构为钢筋砼外框-核心筒结构体系，为A类高层建筑，结构的设计使用年限50年。
二、概念设计的意义
在高层建筑结构设计内容中主要包括：结构方案设计也就是本文中提到的概念设计，结构分析计算，施工图设计三个阶段，其中结构概念设计是运用人的思维和判断能力，不仅要经过周密的数值计算，还要根据建筑物重要性，所在的地点、地质勘探报告、场地类别、高度、层数来确定结构的形式，在确定结构形式之后，根据不同的结构形式的特点和要求，按照或参照《高层规程》JGJ3-2002布置合理的结构承重结构体系和受力构件，因此，一个成功的概念设计，往往是结构设计达到既安全又合理、经济的必要的步骤。
三、设计依据
12005年8月10日甲方提供的《杭州日出钱塘公建岩土工程勘察报告》。
2本工程结构设计采用的国家颁布的现行主要标准、规范及规程：
(1) 《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）
(2) 《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）
(3) 《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）
(4) 《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）
(5) 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)
(6) 《钢结构设计规范》(GB50017－2003）
(7)浙江省《建筑地基基础设计规范》(DB 33/1001-2003)
四、建筑结构设计
1、结构形式
主楼采用钢筋砼框架－核心筒结构体系，外框柱与内筒之间采用宽扁梁体系连接。
主楼结构高宽比为4.3，平面长宽比为1，内筒边长与总高度比为1/12，内筒面积与整层面积比为1/5.4，地下室埋置深度大于1/15，均符合规范要求，且结构平面简单、规则，刚度和承载力分布均匀；竖向体型均匀，属A级高度钢筋砼高层；核心筒抗震等级为二级，外框抗震等级均为三级。
裙房采用现浇钢筋砼框架结构，且与主楼连接成一体。
框架构件抗震等级为三级，并特别加强四、五层的主楼竖向整体刚度。
因主楼超高，为加强结构整体刚度采用加大角柱截面来加强外框筒刚度和延性；结构计算考虑扭转影响，采用弹性时程分析法作补充计算，确保结构安全可靠。
因结构主要受风荷载控制，风载取值按重现期100年考虑，且宜根据风洞试验结果确定结构表面风压、风载体型系数和风振系数。
地震考虑水平作用和扭转作用，并增加偶然偏心的影响，使构件承载力和稳定性及结构的层间位移在多遇地震的弹性分析下满足要求，又使结构的层间侧移和层间侧移延性比在罕遇地震的弹塑性分析下满足要求。
2、基础概念设计等级为甲级，桩基安全等级为一级。
综合考虑上部建筑物荷重、工程地质条件及周围环境，本工程采用钻孔灌注桩，桩径800、1000、1200，以9－3园跞层为桩端持力层，桩端进入持力层深度不小于3.0d（d为桩径），有效桩长约为35m。
抗压钻孔灌注桩采用孔底注浆技术。
主楼采用桩径1200的抗压注浆桩，单桩竖向抗压承载力特征值7800KN；裙房采用桩径1000的抗压桩，单桩竖向抗压承载力特征值分别为4800KN（不注浆）、6000KN（注浆）；纯地下室部分采用桩径800、1000的抗拔非注浆桩，单桩竖向抗拔承载力特征值分别为1400KN、1700 KN。
3建筑材料
(1)混凝土
本工程主体混凝土的环境类别为一类，桩承台、地梁、地下室外侧墙、地下室顶板(覆土部分)、女儿墙、雨篷等外露构件为二类(a)。
地下室底板地梁承台采用C40密实防水混凝土，地下室外墙、顶板及水池壁采用C40密实防水混凝土；平面构件五层及以下均采用C40砼；六层及以上均采用C30砼；竖向构件五层及以下竖向构件采用C55砼；六至十四层竖向构件采用C50砼；十五层至二十六层竖向构件采用C45砼；二十七层以上竖向构件采用C40砼。
基础垫层：C15，圈梁构造柱：C20。
钻孔灌注桩因桩身强度要求，除桩径1000的注浆抗压桩采用C35砼，其余均采用C30砼。
(2)钢筋、钢材
梁的主要受力钢筋采用HRB400级热轧钢筋，墙柱﹑板主要受力钢筋采用HRB335级热轧钢筋，分布构造筋或箍筋一般采用HPB235级钢，预应力筋采用15.20高强低松驰钢绞线。
预埋钢板、钢型材采用Q235-B碳素钢。
焊条采用E43系列，融透焊（对接焊缝，剖口焊缝）焊接质量不低于二级；非融透焊（角焊缝）焊接质量不低于三级。
(3)砌体：外墙、楼梯间和防火分区墙采用蒸压灰砂砖，其他分隔墙体采用容重不大于7KN/m3的轻质材料，砌体砌筑砂浆M7.5。
4、设缝情况：建筑设计方案从建筑立面和使用功能等各方面要求考虑，不设沉降缝，结构在主裙楼交界处设一道施工后浇带，待主楼结顶后45天再封闭，可有效减少结构的不均匀沉降和平面尺寸过大而产生的温度裂缝；并采用相应的技术措施（如采用补偿收缩混凝土等措施，在地下室外墙中布置预应力筋，），以减小温度应力及混凝土收缩的不利影响，防止地下室结构开裂。
5、抗震设计
该建筑结构安全等级为一级，结构框架抗震等级为三级，对主楼框架在底部加强区和顶端的抗震构造适当提高，核心筒抗震等级为二级。
(1)等强度与耗能设计原则，结构设计一定要避免设计不当,造成在地震力作用下部分主要构件破坏,或是整幢建筑物连续破坏的局面,故结构整体设计要注意加强薄弱部位,尽量做到等强度。
(2)结构延性设计原则：结构延性一般用延性系数来表示,它表示的是结构破坏变形△(位移、转角、曲率)与屈服变形△Y的比值。
即: u=△u/△y延性越大,则结构在强震下可忍受大的塑性变形而不致倒塌、破坏,即结构延性好。
(3)强柱弱梁设计原则，这个原则在框架结构抗震设计中是很重要的原则,其目的是为了保证在强震下,框架结构的塑性铰在梁上产生,而不发生在柱上。
使结构在强震时能降低地震对结构的作用。
增大结构延性,使框架产生塑性变形。
6、抗风设计
风作用是外界施加在建筑物上的作用,是从空中传递过来的,风作用使建筑物受到双重作用:一方面风力使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压力;另一方面风又使建筑物产生风力振动。
风作用具有静力和动力双重性质,在建筑结构设计时我们应充分予以考虑,对风作用我们应采取以下措施来改善建筑物抗风的能力:
(1)保证足够的刚度及强度,承受风作用下产生的内力,控制建筑物的位移。
(2)选择合理的结构体系和建筑体型,园形、正多边形平面可以减小风压数值。
(3)尽量采用对称的平面形状和对称的结构布置,以减小风力产生的扭转作用
影响。
(4)外墙、窗玻璃、女儿墙及其它周围装饰构件必须有足够的强度,并有可靠的连接,防止产生建筑局部损坏。
五、力学模型在建筑结构中的运用
建筑结构的计算，要首先从概念上理解其力学模型。
大体上要考虑以下几点：
1、刚度的调整。
刚度的调整主要是考虑水平作用，保证水平位移在一个合理的范围。
2、自重的控制。
自重的控制可以较好的保证轴向变形在一个合
理的范围。
类似于柱的轴压比一样，高层建筑也要保证总体的轴力不能太大。
既可以减小建筑的沉降，也能避免对梁产生过大的约束弯矩。
3、强节点、强连接。
格构柱或者桁架，在保证单杆的基础上，要进一步加强连接部位的设计，无论是焊缝连接还是螺栓、铆钉，都要高于主体构件。
本工程的结构整体分析采用建筑结构三维空间分析程序（SATWE和PMSAP 软件）进行计算，抗震计算时考虑平动和扭转耦连作用；结构平面布置呈凹凸不规则时，采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。
结构整体计算结果表明，反映结构整体抗震性能的各项总体指标（如各楼层弹性层间位移角、各相邻楼层刚度比、考虑偶然偏心影响下各楼层的扭转位移比、各阶振型周期及周期比等）均满足有关“抗震规范”及“高规”的有关要求。
六、结语
高层建筑是当代科学技术和社会文化经济的一种体现，是人类社会趋于城市化，高技术化，现代化发展进程中的产物，我们应该提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性,推动结构设计的发展。
让业主住上更加舒适、安全、经济、美观的高层建筑。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）
[2]《钢结构设计规范》(GB50017－2003）
[3]《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）
[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)
作者简介：姜峰，男，汉族，1969.10，浙江杭州，本科，工民建专业，一级注册结构工程师。
