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Abstract: the author architectural design experience, introduces the high-rise building now shear wall structure design, and the shear wall structure calculation principle and the shear wall structure reinforcement of the wall are discussed in this paper.

Keywords: high building, structure calculation, the shear wall structure design, calculation principle

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：

1 高層建筑的概念設計

《高層建筑混凝土結構技術規程》（以下簡稱《高規》）規定：高層建筑結構不應全部采用短肢剪力墻結構。短肢剪力墻較多時，應布置簡體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與簡體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構?？拐鹪O計時，簡體和一般剪力墻所承受的第一振型底部地震傾覆力矩不能小于結構總底部地震傾覆力矩的50%。一般認為，短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩的30%～50%時屬短肢剪力墻結構。短肢剪力墻結構抗震性能都是比較差，經濟指標也是不好，所以在實際工程中尤其是地震區盡可能避免采用。設計中應體現使其結構豎向和水平向具有合理的剛度及承載力的分布，盡量將剪力墻的墻肢截面高度（至少要保證一肢）做成大于8 倍墻厚才能符合一般的剪力墻。剪力墻也不用按開間布置，兩間合并布置為大開間剪力墻，同時也就可以滿足豎向荷載傳遞的要求。剪力墻盡可能設計成“L”形，有利于剪力墻結構的穩定性，同時能夠形成較好的側向剛度。在滿足同樣規范的每項指標的情況下，更能減輕結構的自重，減小結構構件，有利于降低工程投資。根據工程經驗，對于“L”形、“T”形剪力墻，當一個方向的墻符合一般墻的要求時，另一個方向的墻肢也不能過短，較小的墻肢常常都會出現較大的配筋，一般應控制在1 m 左右，使墻端暗柱配筋接近構造配筋為宜。

2 剪力墻結構計算的基本假定

剪力墻的結構體系建筑是由一系列縱向和橫向剪力墻及樓蓋所組成的空間結構。剪力墻承受豎向和水平荷載作用。在豎向荷載作用下，各片剪力墻受力分析都較簡單，但在水平荷載作用下則不相同，為簡化計算，做以下基本假定：

（1）樓蓋的自身平面抗彎剛度視為“無限大”，所以在水平荷載作用下，只產生剛體運動，并將水平荷載分配給每片剪力墻，而不發生水平方向的彎曲與變形；而在平面外，因為剛度很小，可忽略不計。按此假定，當結構不發生扭轉時，每片剪力墻在水平荷載作用下側向位移相等。這樣，整個建筑上所承受的水平荷載就可以按每片剪力墻的等效抗彎剛度的大小，按比例來進行分配，然后再進行內力及位移計算。

（2）有效抗彎剛度應按剪力墻中的頂點側移相等，應考慮彎曲變形和剪切變形后，所折算為豎向懸臂受彎構件的抗彎剛度。對于沿豎向剛度較均勻的結構，每片剪力墻都能按下式之一計算其等效剛度。均布荷載、倒三角形的荷載、頂點集中荷載。

3 剪力墻結構設計計算原則

剪力墻結構設計時，應按照規范要求綜合來考察結構是否合理，下面是對結構設計中須重點關注的幾種技術指標的調整原則的淺析，若有不對之處，請廣大同行指正。

3.1 樓層最小剪力系數（剪重比）的調整原則

在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過30%的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數接近規范限值（不小于限值）。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。

3.2 樓層層間最大位移與層高之比（位移）的調整原則

規范規定多遇地震作用標準值所以產生樓層最大的彈性層間位移在計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可以不用扣除結構整體的彎曲變形，應計入扭轉變形。由此可見，對于一般的高層建筑，重點是樓層間的剪切變形和扭轉變形。剪切變形的控制是以豎向構件的多少決定的，豎向構件足夠多（剪重比偏大）但如果布置也不合理，就會造成扭轉變形過大，同樣也就無法滿足層間位移的要求。因此，對于高層建筑應盡量使扭轉變形最小，而不能僅根據層間位移不夠不加分析地增加豎向構件的剛度。

3.3 結構扭轉為主的第一自振周期

根據《高規》第3.4.5條規定，結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期T1 之比，A級高層建筑不應大于0.90。限定周期比是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不至于出現過大的扭轉效應。在實際工程設計中，應把結構豎向構件盡量沿建筑周邊布置，降低結構中間構件的剛度，這樣就可以提高結構的側向剛度，同時還能較大幅度的提高結構的整體剛度。

3.4 剪力墻連梁超限的調整原則

剪力墻連梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5 的連梁很容易出現剪力和彎矩超過規范限值。《高規》規定跨高比不小于5 的連梁宜按框架梁進行設計。即跨高比不小于5 的連梁剛度不應折減。而跨高比在5～6 之間時，若連梁剛度不折減則也易出現剪力或彎矩超限。作者認為該條文在實際工程設計中若能充分利用，將對節省工程造價有著非常明顯的影響，如跨高比不大于5 的連梁（剛度需折減），通過減小剪力墻墻肢長度或減小梁高，使連梁跨高比變為大于6 的框架梁（剛度不折減），這樣，后者的鋼筋及混凝土用量將會均小于前者，這對于節省工程投資具有很重要的意義。

4 剪力墻結構的墻體配筋

對于剪力墻結構來說，剪力墻面面積大，因此合理的控制剪力墻配筋對于結構安全及工程的經濟性具有十分重要的作用。剪力墻墻體配筋一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規范建議的最小配筋率即可。但地下部分墻體配筋都是通過計算來確定。因為地下部分墻體的配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，而由于簡化計算經常由豎向筋控制，此種情況下應增大墻體厚度，增加有效計算高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內側，豎向鋼筋放在外側。地下部分墻體鋼筋保護層按《地下工程防水技術規范》第4.1.6 條規定：迎水面保護層應大于50 mm。

5 剪力墻設計

剪力墻要承受豎向荷載，一般都是結構自重和樓面荷載，通過樓面才傳遞到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內產生彎矩以外，在墻肢內主要產生軸力。可以按照剪力墻的受荷面積簡單計算。在水平荷載作用下，剪力墻受力分析實際上是二維平面問題，精確計算應按照平面問題進行求解?？山柚谟嬎銠C，來用有限元方法進行計算。計算精度高，但工作量也是非常大。在工程設計中，可以根據不同類型剪力墻的受力特點，進行簡化計算。 整體墻和小開口整體墻：在水平力的作用下，整體墻類似于一懸臂柱，可以按照懸臂構件來計算整體墻的截面彎矩和剪力。小開口的整體墻，因為洞口的影響，墻肢間應力分布也就不再是直線，但偏離也不大?？梢栽谡w墻計算方法的基礎上加以修正。聯肢墻：聯肢墻是由一系列連梁約束的墻肢所組成，可采用連續化的方法近似計算。壁式框架：壁式框架可以簡化為帶剛域的框架，用改進的反彎點法來進行計算?？蛑Ъ袅烷_有不規則洞口的剪力墻：此兩類剪力墻都是相當復雜，最好能使用有限元法借助于計算機進行計算?？蚣芙Y構和剪力墻結構，兩種結構體系在水平荷載下的變形規律是完全不相同的。在結構的底部，框架能將剪力墻右拉；在結構頂部，框架也能把剪力墻向左推。因此，框架剪力墻結構底部側移比純框架結構的側移要小一些，比純剪力墻結構的側移要大一些；其頂部側移就正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚獠亢奢d的同時，兩者之間也能保持變形協調還存在著相互作用。框架和剪力墻之間的這種相互作用關系，即為協同工作原理。

6 結束語

隨著現代商品住宅建筑在各大城市建設中的發展，高層住宅建筑也將會大量采用剪力墻結構。因為具有較好的抗震性能，且結構布置靈活、造價低、經濟性好等各種優點，使我們在設計中更加注重各方面的優化設計，方可使結構在整體上安全合理，確保高層建筑的安全性。

參考文獻

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前言

由于土地資源的利用越來越緊張，為了緩解這種情況，高層建筑成為城市建設的重點，并且具有各種各樣的建筑結構設計的高層建筑方案層出不窮。在這個過程中，既出現了優秀的新型結構設計，為以后的高層建筑設計提供了參考，同時也有一些不符合建筑原理的設計方案，造成了人、物、財三個方面的損失。所以在當前高層建筑結構設計復雜的情勢下，我們有必要對高層建筑結構設計問題進行深入地研究，以提高我國城市發展的進度和質量。

1 高層建筑結構設計的現狀分析

目前，高層建筑的結構材料主要是鋼筋混凝土和鋼材這兩種。鋼筋混凝土材料的原材料豐富，制作成本低，并且在使用時效上、耐火性上以及承重能力上都有很好的效果，如果能夠使用在合理的、科學的結構設計方案上，可以提高建筑物的抗震能力，但不足的是，鋼筋混凝土材料本身質量過大，而且構件斷面也很大，這對運輸和施工增加了困難。相比較鋼筋混凝土材料而言，鋼材的材質很輕，也具有很好的韌性和強度，施工工藝比較簡單，抗震性較好，但鋼材的制作成本很高，而且耐火性很差，如果在對防火工程有要求的建筑物上使用，還要涂上大量的防火涂料，這樣一來，工程造價會大幅度增長，并且嚴重影響施工進度。當今，在發達國家，大多數的高層建筑是鋼結構的，而我國只有少部分高層建筑是鋼結構的。綜合考慮鋼結構和鋼筋混凝土的優缺點，把兩者在高層建筑結構設計中組合起來才會取到更好的效果。

2 高層建筑結構設計過程中存在的主要問題

高層建筑的結構設計要考慮的因素有很多，往往很多設計師會忽略掉一些因素，結果導致方案在現實中無法進行施工或是在使用過程中建筑物的功能不能滿足居民的要求，具體主要的問題有：沒有考慮到地震和超大強風的情況，導致在這種情況下高層建筑產生水平側向力；高和寬的比例沒有拿捏準確，導致建筑物不夠穩定；沒有注重薄弱環節的設計，導致建筑物在體型、剛度及其立面的質量等方面出現問題；變形縫的設置不夠合理，變形節點處的構造沒有處理好，沒有考慮到因溫度、風力以及基礎沉降等方面對建筑物造成影響的可能性；沒有考慮到在基礎比較深、重量比較大等比較特殊的地質條件下的設計和施工問題等等。

在上述的主要問題的基礎上，我們可以總結出，在高層建筑的結構設計過程中，要綜合考慮抗震和抗風、消防以及扭轉四個方面的結構問題。

（1）抗震結構：抗震結構一直是高層建筑結構設計的重點和難點，因為高層建筑的結構比較復雜，在加上有的設計人員不能靈活地利用設計原理，抗震結果的計算不夠準確，最終導致抗震結構設計方案不夠完善，使高層建筑在使用中的抗震效果不是很好。

（2）抗風結構：高層建筑由于高度太高，很容易改變風在建筑表層的流動性以及空氣的動力效應，使高層建筑的薄弱環節產生震動，破壞高層建筑的外部造型以及穩定性。為了提高高層建筑的穩定性，我們有必要完善高層建筑物的抗風設計。

（3）消防設計：對于人群集中的高層建筑，消防設計是一個重點，并且我國相關的建筑規章制度中明確提出，高層建筑必須要有科學的消防設計。但消防設計中遇到的難點有：使用的材料具有較高的易燃性、排煙比較難、居住人口較多、不易疏散等。

（4）扭轉問題：在高層建筑結構設計之中，要達到三心合一的要求，即建筑結構的結構中心、幾何形心和剛度中心要盡量重合。因為如果三心沒有合一，會導致建筑物發生扭轉的現象，嚴重破壞建筑結構。

3 高層建筑結構設計的應對措施

3.1 不斷完善抗震結構的設計方案

要想完善高層建筑的抗震結構設計，必須從以下幾個方面入手：一是合理設置抗側力結構，以加強建筑結構的穩定性和連續性；二是提高剪力墻的性能，因為剪力墻的性能關乎到建筑物在地震的情況下能否較好地減輕地震對建筑物結構的損害；三是加大樁基礎的埋置深度，以加固建筑物的基礎；四是簡化建筑物的結構，保持對稱，除此之外，還可以對建筑物進行一體化設計，提高整體結構的連續性，加強抗震效果。

3.2 不斷完善抗風結構的設計方案

完善抗風結構設計方案可以從加固基礎和減小風力的影響這兩個方面進行，要想做到前者，就要加大樁基礎的埋置深度，而達到后者的做法是增設耗能結構，這樣一來可以減小風力效應對建筑物的損壞。除此之外，還要加大高層建筑的抗風能力和結構承載力。

3.3 不斷完善消防設計

對于高層建筑物來說，消防設計是非常重要的。消防設計的水平不僅決定了高層建筑的使用性能，還牽扯到群眾的生命安全問題，所以在這個問題上，我們必須嚴肅對待，盡量做到最好。在消防設計上，我們首先要關注消防結構的距離，要按照相關規定進行嚴格地控制。為了提高建筑物的防火性能，我們可以適當地加大耐火和防火材料的使用量，盡可能地降低易燃材料的使用量。另外，疏散系統也是完善消防設計的一個途徑，因為很多建筑都是因為疏散系統不夠完善最終造成悲劇的。疏散系統的最好設計是讓其呈垂直狀態，這樣一來，就可以保證疏散的效率。除此之外，還可以適當地添加避難層、耐火區等具有特殊防火功能的區域，全面提高高層建筑的消防能力。同時，還可以在高層建筑中設置獨立的隔離結構，是為了在火勢較大的情況下，為無法逃生的人員提供隔離區域，控制火勢的蔓延，以爭取救援的時間。

3.4 合理的進行平面布局

三心合一是高層建筑的結構要求之一，這個標準的提出是為了避免高層建筑因發生扭轉問題對建筑整體造成損害，所以在設計過程中要謹遵這個要求，具體做法是在高層建筑中盡可能地選用比較規則、分布比較均衡和簡單的平面圖形，比如矩形、正方形、正多邊形、圓形等，要極力避免使用十字形、T型、L型等比較復雜的平面圖形。如果出現特殊情況，要根據現有的相關規范對其進行合理的設計，但仍要保持一個結構原則，那就是“保持對稱”，因為一旦有某個結構過于突出，會影響到其他結構的穩定性。

4 結語

雖然近年來，我國高層建筑的發展速度很快，但在質量上來說，其情勢不容樂觀。所以，迫在眉睫的是提高高層建筑結構設計的水平，不管是抗震結構設計，還是消防結構設計，或是基礎的加固，設計人員都要綜合考慮到各種因素，并切實掌握現實情況，及時掌握國內外高層建筑結構設計的最新動態，做到能夠靈活利用設計知識，不斷地在實踐中積累經驗，設計出合理科學的結構方案，使高層建筑安全舒適。

參考文獻：

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一、高層建筑結構設計的特點

（一）水平荷載起著決定性作用

在高層建筑中水平荷載成為結構設計考慮的決定性因素。一方面，高層建筑物多在十五層之上，其自身重量會與使用荷載會導致結構中豎向構件產生軸力。而高層樓房自重與樓面使用荷載在豎向構件中引起的軸力與彎矩的數值和樓房高度只是呈一次方正比。另一方面，根據力學原理，風荷載、地震作用等水平荷載的大小與結構的動力特性有密切關系，對結構產生傾覆力矩在構件中引發的軸力與樓房高度則呈二次方正比。對此，高層建筑結構設計過程中應注重水平荷載問題，以保證高層建筑整體高度與彎矩值成正比。

（二）結構側移是重要控制指標

在高層建筑結構在設計中，結構的側向位移會在水平荷載作用下以及新材料、新建筑形式的應用下隨著建筑物高度的增加而不斷增大，出現側向變形的幾率也會增加。如果結構的側向位移控制不好，很可能會使填充墻等建筑裝飾出現開裂，甚至會發生房屋側塌而危害人民的生命財產安全，所以高層建筑結構設計中應注重將高層建筑結構的側向位移控制在合理的限度內，以保證建筑物質量安全。

（三）結構延性尤其重要

由于高層建筑物結構相對更柔和，在發生地震或者地基不規則沉降時會增加結構變形的幾率，也會使結構變形更大。對此，高層建筑單位應在結構設計過程中應注重對構造采取適當的措施，以保證結構能夠具有足夠的延性，從而有利于使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍能夠具有較強的變形能力。同時，高層建筑結構設計還應考慮地震荷載，注意加強抗震設計，以保證高層建筑結構具備良好的抗震性能。

二、現階段高層建筑結構設計應注意的問題

（一）高層建筑結構超高現象嚴重

我國高層建筑結構設計的高度具有嚴格的控制，且抗震規范與高層規程已制定了新的限制高度與設計方法要求，分為A級高度與B級高度兩個標準。但目前高層建筑結構設計過程中超高問題比較普遍，存在不少高層建筑結構設計沒能嚴格遵守國家規定的結構體系最大適用高度，而是忽視抗震規范高度限制與高層建筑處理措施和設計方法的要求變更，使施工圖紙審查沒能得以通過，從而導致建筑工程工期與造價等造成巨大的影響。

（二）短肢剪力墻的設置問題

目前我國高層建筑設計規范對于短肢剪力墻已經作出明確的定義與新的規定，對于短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用也提出了具體的要求。但現實中，存在不少高層建筑單位在結構設計過程中沒有注重減少采用或者不用短肢剪力墻，造成建筑工程后期設計工作出現麻煩，也為建筑工程竣工質量檢驗造成問題。此外，我國現行高層建筑結構設計中的抗震設防標準相對較低，具體的抗震計算方法不夠精確、構造安全度也不夠高，使得結構失效損失加大。

（三）地基與基礎設計不標準

高層建筑結構設計的地基與基礎階段的設計好壞對工程后期設計以及整體設計工作的進行產生重要的影響，也是高層建筑工程造價的決定性因素。倘若高層建筑沒有做好地基與基礎設計，所造成的問題很可能會導致巨大的損失。地基與基礎設計需要根據高層建筑結構設計所在地形、地質條件以及當地的經濟狀況等，但在實際工作中，有的高層建筑結構設計單位沒有對施工當地進行深入調查與了解，不能熟練掌握各種地基基礎類型與設計處理方法，使得地基與基礎設計不能達到國家規定的標準，從而很容易導致后期工作難以順利進行。

三、提高高層建筑結構設計水平的措施

（一）進行科學的概念設計

在高層建筑結構設計過程中應注重考慮結構的平面布置與剛強度，應根據建筑具體情況使高層建筑的平面布置簡單而規則，盡量減少凸出或凹進等復雜結構。同時，可以通過進行科學、合理的概念設計促進設計方案更合理化與人性化，增加結構自身抵抗扭轉的性能與減少因為地震作用引發的建筑結構扭轉問題，從而使結構設計工作更完善。

（二）建立合理的結構體系

在高層建筑結構設計工作中選擇合理的結構體系很重要，設計師應根據建筑工程的實際要求與當地人文環境等進行科學、合理的結構體系選型?，F階段我國高層建筑結構設計體系多采用簡體結構體系、框架結構體系、抗震墻結構體系、板柱—抗震墻結構體系、框架—抗震墻結構體系等，每一種結構體系都有優缺點，其適用環境也不相同，設計師應在建筑工程具體要求與理論和計算方法的基礎上，進行科學、合理的結構體系，以保證高層建筑結構的安全性、經濟性以及可靠性，從而有效提高建筑工程的質量與安全。

（三）加強結構構件設計

首先，高層建筑結構設計單位應注重合理增加抗彎結構體系的有效寬度，調整結構的抗側剛度。通過增加抗彎結構的寬度可以增大抵抗力度，有利于減小抗傾覆力，從而有效提高整個建筑結構的抗側剛強度。其次，可以根據高層建筑工程實際情況采用框架與剪力墻組合而成的結構體系，即框架—剪力墻結構體系，這樣不僅可以承受更高的水平負載力，而且經濟實用、布局靈活多樣，從而有利于延長高層建筑的使用壽命。

（四）進行科學計算

在進行高層建筑結構設計過程中，設計師科學、準確地進行各類數據的計算是不可避免的。設計師應注重結合高層建筑結構的實際具體情況選取合適的計算模型，并注意在進行概念設計時盡量簡化計算過程，從而有利于保證設計工作的時效性。隨著各種專業計算機軟件與工具的廣泛應用，設計師需要熟悉掌握其操作流程，從而可以在將各種實地測量數據輸入到系統后短時間內計算出所需的各種專業數據，不僅可以提高設計師的工作效率，而且增強了設計方案的準確性。

四、結束語

總之，隨著我國高層建筑事業的快速發展，高層建筑結構設計要求越來越高。在結構設計過程中不僅需要考慮建筑工程的具體情況，而且還得需要考慮建筑的安全性、抗震性、經濟性等。對此，設計師應不斷應用新的理念與方法、積累良好的經驗，以最大限度提高高層建筑結構設計的合理性、安全性、經濟性與可行性。

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中圖分類號：TU208 文獻標識碼： A

引言

我國向城鎮化邁進的同時，高層建筑開始了快速的發展，建筑的類型，規模與功能更加復雜化，在建筑的結構設計中，充分體現出了多樣化、理想化的發展優勢。建筑結構設計的多樣化，不單單是和建筑物的審美價值、功能價值不可分割，還與建筑物本身的安全可靠與舒適性能等各方面性能緊密相關。對建筑結構的設計進行優化、完善等工作，在高層建筑的建設中起到重要作用，對于建筑的綜合性能也具有深遠影響。

一、高層建筑結構的特點

高層建筑結構在自然的作用下，受到許多因素的影響和考驗。高層建筑物最顯著的特點就是樓層多，建筑物本身較高。因此，在高層建筑的結構設計中，水平力是決定性因素，側移是重要的控制指標。高層建筑物在承受垂直方向產生的重力荷載的同時，還要受到自然風引起的水平方向的壓力和自然災害的影響，比如地震。地震對高層建筑的影響一般較大，對高層建筑結構的承載力有較高的要求。低、多層建筑結構受風荷載的影響較小，但是風荷載對高層建筑的影響很大。對高層建筑產生影響的外界因素主要包括地震災害和自然風引起的水平方向的荷載。當建筑物增加高度的時候，高層建筑上部將會發生不同程度的擺動位移，并且隨建筑高度增加而加大，過大的側向位移不但影響居住者的舒適度，還會使建筑物的使用壽命與信譽受到影響，甚至對建筑的地基和結構造成破壞。因此，在進行高層建筑結構的設計工作時，設計人員要考慮到建筑由于水平方向載荷引起的側移，并控制側移在規定的限度之內。

二、高層建筑結構設計中存在的問題

1、結構設計的側移變形問題

目前，為了節約有限的土地資源，高層建筑已經成為現代建筑發展的一種趨勢。高層建筑的水平荷載比較大，并隨著建筑高度的增加而增加，在一些因素的作用下，高層建筑就會發生一定的變形，使建筑的安全性大大降低。因此，在建筑結構設計的時候，我們要提高建筑的強度，使它具有良好的強度和剛度，有效控制側移變形的發生。

2、高層建筑結構設計中的抗震方面的問題

因為抗震結構的設計是整個高層建筑設計中較難實施且相對薄弱的部分，而高層建筑本身具有的復雜性，使得地震一旦發生，就會出現許多不確定因素的影響，和不和估量的破壞，因此建筑結構的設計人員在進行建筑結構設計過程中，絕對不能忽視地震發生所帶來的巨大破壞性，必須掌握一定的減震、避震的原理。不僅如此，設計人員在設計過程中必須對抗震參數進行精確的核算分析，確?？拐鸾Y構設計的數據無誤。高層建筑進行結構設計如忽略地震結構的重要性，將造成建筑結構在抗震設計方面失效，并且降低建筑結構的使用壽命，甚至威脅到高層建筑居民的人身安全和財產安全。

3、高層建筑消防結構設計不夠規范合理

高層建筑的結構設計是非常復雜的，因為其功能的多樣化，就要求其內部結構設計的多樣化。不同的結構設計又會需要不同性質的材料，這也給高層建筑的設計帶來了障礙。換言之，材料的可燃性會加大火災的風險，特別是在風力較大的高層建筑中，一旦發生了火災，就會迅速擴張火勢，對高層建筑的安全性造成了極大的威脅。此外，高層建筑的層數越多，越應該充分考慮到高層建筑材料的特性。

三、高層建筑結構設計問題的解決措施

1、增強高層建筑結構的剛度，盡量減少位移

位移對高層建筑結構的影響非常大，合適的結構體系、平面的體型、立面的改變等方面是探討減少位移不可缺少的內容，只有綜合考慮了上面的方面，才能有效控制位移。另外，在高層建筑的結構進行布置時，要適度地加強高層建筑樓蓋的剛度，將各個構建連接好。在高層建筑結構相對薄弱的位置和應力較復雜的位置，要加強重視，不可忽略。對于高層建筑結構體系中的抵御復力矩的寬度、結構寬度，要進行適當有效地加大，減少高層建筑的側向位移。如今高層建筑結構設計中使用的材料范圍越來越廣，采用的結構形式也越來越新穎，這也就隨之對高層建筑結構設計的影響越來越大。然而隨著混凝土材料性能的日趨完善，其在高層建筑結構中的使用也越加廣泛。

2、于地震方面的設計，主要是要優化抗震結構

抗震問題，在高層建筑結構設計中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優化設計建筑結構的構件位置，使得結構壓力均勻分給每個構件，不會出現承壓不均而導致地震時的嚴重破壞。對于非結構構件也要考慮其材料的安全性能。高層建筑的地震結構設計，最重要的是對地基的選擇與設計，地基是建筑的根本，一旦發生破壞，上部結構將無所依靠。因此在進行結構設計時，必須重視地基的設計，優化其抗震能力，設計出既節省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強度后，還要考慮剪應力的問題，采取強柱弱梁、加強梁柱節點抗震構造措施、設置抗震墻等措施來抵抗水平剪力。建筑物在此基礎上還要考慮對稱性和穩定性，盡量減少地震災難的影響。

3、優化高層建筑的消防結構設計

隨著建筑業的發展，高層建筑在城市中的應用越發普遍。除去自然災害引發的地震以外，還要充分考慮人為因素引起的災害，比如火災。高層建筑結構越復雜越高，那么一旦引起了火災，使用者的人身安全和財產安全就會受到極大的威脅。因此，在高層建筑結構的設計中注意防火是很關鍵的。首先，防火間距要合理，設計人員在進行設計時，要按照相關規定進行操作，精確地測出建筑物之間的實際距離。然后，對于設計要因地制宜，防火結構一定要符合實際的地形情況。除此之外還有安全疏散通道的設計也很重要。一般而言，安全疏散通道應該進行垂直結構設計，而且盡量多設計幾條，利于慌亂人群的疏散。安全疏散通道中一定要設計防煙區，避免煙霧將疏散的人群嗆暈。設計人員可以使用分隔式的設計，可以更好地控制火勢和煙霧的蔓延。另外，防火門、防火墻以及其他防火設備等也需要設計人員注意。

4、抗風方面的問題，對策是優化抗風結構

抗風結構設計要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風能力?？癸L結構中對其結構進行基礎的設計時要保證在風荷載作用下的穩定性。確保地基穩固的重要性不僅在抗震中有所體現，對抗風載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應用受到廣泛歡迎，減震系統可以減少風荷載對建筑物的影響，減振系統的選材將起到巨大作用，因為有些阻尼材料的應用將大大提高高層建筑的抗風能力。要嚴格按照規范設計抗風結構，采取措施減小風力在建筑物上的疊加和增強，優化結構設計，以減小普遍且危害頗多的風壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。

5、優化高層建筑自身的缺陷

高層建筑自身所帶有的缺陷也是很多的，比如高層建筑的溫度收縮問題、沉降問題等，除此之外，高層建筑因為其體型很龐大宏偉，內外部結構千變萬化，十分復雜，所以極其容易對建筑物本身造成不利的影響。如果工作人員想要加強高層建筑物的安全工作，就不能忽略以上其自身的弱點，并且還要根據不同的問題進行不同的設計，妥善處理?，F今，建筑行業的結構分析技術和其計算方法得到了更好的提高，在高層建筑的平面設計方面也出現了設計不規范、不對稱以及曲線形設計等現象，在高層建筑實際中也應用到了耗能減震技術。

結束語

高層建筑相對于其他建筑而言更加復雜，所以在設計過程中，設計人員考慮問題時應更加的全面、系統。另外，設計人員應該充分了解高層建筑的結構設計特點，熟悉并遵循其設計原則，還要善于發現問題，及時提出解決措施，有效地規避風險。高層建筑的安全性是十分重要的，因此，設計人員除了要加強自身的專業技能外，還要積累經驗，不斷地進行創新和突破。只有這樣，我國的建筑行業才會穩步發展，才會有利于我國社會主義的發展。

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Abstract: with China's rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems.

Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis

中圖分類號 : TU3文獻標識碼： A 文章編號：

引言

隨著我國經濟的快速增長，城市規劃用地日趨緊張，發展高層建筑是城市未來的趨勢。高層建筑堅實的物質基礎是隨著科學技術進步和經濟發展帶來的。如今建筑功能的的多樣化使人們提出了更多和更復雜的要求，出現了許多復雜的不規則的高層。在建筑行業內部有些人員忽略了其結構設計的根本所在，有些設計人員過分依靠設計軟件，盲目的生搬硬套，造成建筑結構設計無法一次性完成。所以，本文對建筑結構設計、計算分析等問題深入的進行一次分析探討，希望能對建筑結構設計的同行起到積極的作用。

1、高層結構方案的設計

現在許多建筑結構工程師太多依賴結構設計軟件，對設計軟件的結果盲目的生搬硬套，結構工程師對結構的體系、結構的布置符不符合規范，或者算出的信息和實際的情況是不是一致，是不是真實可靠都只是用結構計算軟件來設計和計算，雖然能設計和計算出一個結果，但是這些的結構設計結果是需要設計師來判斷正確與否的，這就需要結構工程師自身有較高的結構水平、對軟件的深入了解以及對規范的熟悉程度。

在實踐中，設計人員的建筑設計方案和結構設計是相互協調、相互影響的，在初步設計之前做的工程項目來設定一個總體方案是概念設計的目的，根據使用功能、設計意圖、現場的建筑條件、材料的來源以及業主對項目資金的使用等許多方面因素的要求，這樣對下一步的設計、施工和維護使用能做到又快又省力。根據高層建筑結構的自身特點，比如設計施工比較復雜或者對施工技術要求比較高，投入資金又很大，加上地基結構的特殊性，這樣結構的優化設計并不能帶來綜合經濟效果的最優化，例如在高層建筑的深基坑支護設計施工過程中，直接放坡不需要用支護來設計的結構方案是比較經濟的的方法，但是后果可能會出現深基坑變形和變大，造成施工工期延長導致資金回報慢一些因素，第二，選擇一個適合的結構設計體系也是要在建筑結構概念設計過程中解決好的問題。目前來說，高層建筑結構體系分幾種類型：①剪力墻結構；②框架結構；③框架剪力墻結構④框架核芯筒結構；⑤筒中筒結構；在這么多的結構體系中，讓設計師們可供選擇一種或幾種結構體系用來備選，在建筑結構概念設計時確定。透過建筑結構的計算和各個方面的技術經濟比較確定最為經濟合理的結構設計體系。

2、高層建筑結構設計分析

2.1、模型的計算

建筑結構設計的重要內容之一是結構分析，通過計算來確定結構在各種作用下的效應，研究的結論要能說明和評估真實結構在預設作用下的效應。結構的安全性、經濟學和實用性是否科學合理都是通過結構分析來確定的。結構分析的重中之重都是在于通過模型的計算分析來確定的，它包含理論的計算、合理的選擇計算簡圖，這是研究分析結構的基礎和重點。

在實際中，不管模型分析是哪種，都無法完全精確的描述其真實的結構，都是在實際的結構中取一定程度的近似值。通常情況下，建立模型結構分析時，都會用一些假定，比如結構材料均質連續都是假設的，這樣的假定對結構宏觀力學性能不會產出明顯的誤差，整體的性能的效應都是主要結構構件參與的。但是次要構件與非結構構件對性能的影響都是假定忽略了，就是說忽略了結構中作用較小構件的剛度，通過假定，根據構件在結構整體性能中應發揮的作用來進行確定是否能忽略，可以忽略相對和對主體影響較小的變形。

2.2、理論計算

建模是計算理論的一個重要組成部分，對建筑結構設計的研究理論計算分為兩種：①線性理論；②非線性理論。其中以第一種線性理論比較成熟，是目前結構工程師們對建筑結構設計時普遍運用的一種計算理論。在結構設計的承載力狀態中，極限和正常使用極限狀態都是普遍常用其中。非線性計算理論又分為兩種：①材料非線性；②幾何非線性；第一種是材料、構件以及截面的本構關系。比如荷載與位移，彎短與曲率，應力與應變等等都是非線性的，對于幾何非線性，通常都是結構變形產生內力的二階效應造成荷載效應與荷載之間出現的這種關系。

在選擇兩種計算理論的分析時還是要根據項目的具體情況而定，通常采用線性計算理論分析，因為在一般建筑結構設計時，使用其分析比較簡便。不過在遇到建筑結構跨度大，或者超高層建筑結構設計時，二階效應會使結構變形比較大，所以還是要采用非線性計算分析。

2.3、建筑結構設計的方法

在建筑結構設計時，解析和數值是結構分析時采用的兩種數學方法，通常簡單的結構模型求解中適用于此方法，但是遇到建筑結構復雜，一個數學模型不能被很多建筑結構抽象成一個可以用連續函數表達，并且邊界條件也無法用連續函數表達的情形下，這樣就不能選擇運用這個方法，所以在此情形下就要用數值法求解，數值法又分為有限條，有限單元，有限差分等方法，就目前來看，應用較為廣泛是有限單元法，方法原理是將建筑結構拆分一個有限單元組合體，這樣方便剖析真實的建筑結構和模擬，一般情形下可以模擬幾何形狀復雜結構解析，單元可以按照不同的連接方式組合在一起，但其本身有可以有不同的幾何形狀。在建筑設計時，結構工程師對于有限單元結構分析的常用軟件有ETABS，PKPM，SAP，ANSYS等系列。

2.4、建筑結構概念設計

建筑概念設計是在研究設計方案過程時，通過我們自身具備的經驗基礎，選擇和布置好結構體系，能準確把握好其結構特性，能保證在預期的范圍內把結構在預設的各項作用下控制住，其中的內容包含：①結構選型，②結構平面，③豎向布置，④結構側向剛度控制，⑤溫度作用考慮等。概念設計是結構工程師必須掌握也是很難完全掌握的能力之一，在普遍運用計算機設計的今天，概念設計理念對于判斷結構設計的計算結果的合理性，正確性有很大的作用。

2.5、建筑結構總體布置

我們通過選擇合理的結構體系以及較好的結構布置，使建筑結構設計更加合理科學。往往完美的建筑設計方案的效果也都是需要結構不斷的想辦法去實現的，但是有很多的建筑方案有時候會要求結構犧牲安全性和經濟性去達到建筑的美觀效果，我們應該深入去分析結構的安全性，原則性的問題絕對不能遷就建筑，以防止造成結構功能和安全上的問題。結構布置要全面考慮以下幾個因素方面:

⑴、控制結構的側向變形

建筑的結構一般都要同時承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側移隨結構的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結構發生過大側移和相對的位移，有時甚至會嚴重地破壞結構構件，所以，我們要把控制側向位移作為高層建筑結構設計的重點和難點來解決，一般情況下，要以限制結構的高度和高寬比為控制手段。

⑵、平面布置

平面布置的選擇主要是根據建筑工程的實際情況來確定，如果是獨立的結構單元，則采用形狀較為簡單，而且要根據相對應、相協調的原理，剛度和承載力分布要呈現出比較均勻的形狀。此外，根據抗震設計的要求，高層建筑單個的結構單元長度要控制在一定的范圍內，不能太長，否則在發生地震時，結構的兩端可能會出現反相位的振動，這將會導致建筑被過早地破壞，同時威脅到人們的安全。

⑶、豎向布置

為了避免過大的外挑和內收，結構的豎向布置應遵循形體規則、剛度和強度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設在統一標高處以防止錯層和局部夾層的情況出現。而在面對高層建筑時，還要注意解決結構剛度和強度發生變化的情況，對于這種情況，應逐漸變化。

⑷、縫的設置和構造

建筑結構的總體布置應該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復雜對結構帶來的不利影響。可以利用沉降縫、伸縮縫或防震纏把結構分成若干個獨立單元，以消除沉降差、溫度應力和形體復雜對結構的不利影響。但如果設縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設縫上必須要謹慎對待，盡量能從總體布置上或構造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復雜引起的問題。

三、小結

高層建筑混凝土結構設計是一個復雜、漫長、重復的過程，如果不想讓整個設計過程中變得更復雜或者設計出的結果造成不安全的因素都必須要仔細和有耐心，不能出現遺漏和錯誤?？傊?，作為結構工程師，我們要從自身做起，要求自己嚴格按照規范規定進行設計，有時候也要拒絕和不能妥協業主方、投資方提出的無理要求而進行違規操作設計，負責任、認真的工作態度加上日積月累的設計經驗都是成為優秀設計師的結構工程師，只有在不斷學習，不斷總結經驗，對我們自己設計的每一個項目做到負責任的精益求精，才能真正把結構設計做好，成為一個優秀的結構工程師。

參考文獻：

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前言

城市建設步伐的加快同時增加了高層建筑的發展，高層建筑具有層數高、高度高的特點，在實際施工的過程中，需要綜合對其結構設計進行考慮，因為結構設計的科學與否直接影響到日后高層建筑物的養護與維護，高層建筑物的結構設計要本著科學、合理、安全、高效等原則，不僅能夠為人們提供使用上的便利，而且也要體現出一定的安全性能，發揮抗震、抵風等方面功能與作用，只有這樣才能體現出高層建筑物的優勢和優點，才能有效發揮其功能和作用。

1.高層建筑結構設計的特點

和一般建筑結構設計來說，高層建筑結構設計要求的專業性更強，對于不同的結構的體系，影響建筑平面的布置、樓層高度和立體的面積等，而且還可以影響建筑工程造價的高度，其結構的設計特點主要包括：

1.1、水平力設計

在一般的建筑結構設計的過程中，以重力為代表的豎向荷載控制著建筑結構的設計，但是在高層建筑結構設計的過程中，豎向荷載對結構設計有著很重要的影響，而水平荷載起到了決定性的作用。這主要是因為樓面和建筑結構的自重在結構豎向構件中的軸力和彎矩數據，僅僅與建筑結構的高度有關，成正比例關系；與建筑結構的傾覆力矩、豎向構件上的軸力等，與建筑的高度的二次方成正比。另一方面，對于一定高度的建筑物來說，豎向荷載一般為定值，而水平荷載中的風荷載和地震作用，隨著結構動力性的變化而變化。

1.2、抗震設計

高層建筑結構在設計的過程中，往往需要考慮的是結構的抗震設計，而抗震設計除了需要考慮正常使用狀態之下豎向荷載惡化風荷載之外，還需要使得結構具有良好的抗震的性能，在發生地震的時候，可以將建筑受損降低到最低。

1.3、軸向變形設計

高層建筑物的軸向變形設計常常需要采取框架體系和框架，也就是說剪力墻體系。在高層建筑結構中，框架中柱的軸壓應力一般比邊柱的軸壓應力還大，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當樓層比較高時，這種軸向變形的差距將會拉大，其后果相當于連續梁中間的支座下沉。

2.高層建筑結構設計中存在的問題

2.1、樓層平面剛度的問題

當前的高層建筑結構設計中的一個常見問題便是樓層平面剛度的問題。一些高層建筑結構設計人員缺乏必要的結構觀念或者在布置建筑結構時，沒有采取必要的措施，采用的是樓板變形計算程序。我們知道，程序變成在數學力學模型上盡管是成立而，有時甚至是準確無誤的，但作為計算的前提是，無法確保計算結果的準確，其程序計算也就不再具有意義了。因此，按照這種結構設計的方式進行結構的設計，肯定會存在這樣或者那樣的問題，導致結構的不安全或者某些構件的不安全因素增多。

2.2、建筑結構超高層的問題

高層建筑在建設施工過程中容易出現高度超標的問題，凡是超過規定科學標準的高層建筑，無論在結構穩定性、建筑安全度，還是抵御自然災害能力方面都會受到負面影響，一些建筑施工企業無視高層建筑超高問題，對高層建筑實行無限度增高，面對這一問題，相關部門必須須出臺一套科學的法規制度，科學規范高層建筑的高度，當前的高層建筑高度從起初的A級上升到了B級，而且對應的高層建筑的設計模式也得到了發展和更新，當前的高層建筑高度設計必須嚴格依照國家相關法律法規規定進行科學控制，同時也要將其抗震性能"防火性能等納入考慮范圍。

2.3、連梁超筋的問題

在框剪結構和剪力墻結構中連梁超筋非常普遍，造成連梁超筋的原因是計算剪力不能夠達到減壓比的要求，一般來講剪力墻的墻肢通過連梁組成一個整體，從而讓剪力墻擁有比較大的抗側剛度。在剪力墻發生形變的時候，連梁此時就會承擔很大的彎矩和剪力。連梁會最先開裂，這也正是連梁在地震時起到的保護，連梁超筋會造成連梁不能把保護作用發揮到極致，連梁超筋一般都分為幾種情況；平面中的墻段過長，其中容易發生連梁超筋和墻面的強制平面長度大小均勻。

3.提高高層建筑結構設計的措施

3.1、平面和立面的選擇

（1）在結構設計的過程中，盡可能的把結構的剛度、幾何惡化結構中心設計在一個點上，如果不能達到這個要求，那么就會影響后期的施工，最主要的還是扭轉問題。扭轉問題是指由于水平荷載力的因素，結構發生振動扭轉效用，可能會對結構產生危害。

（2）在對平面和立面選擇的時候，平面應該避免復雜、盡可能的做到對稱、規則和簡單。相關的數據結果顯示出來，結構如果不對稱，則可能影響其穩定性，在結構的凹凸拐角處，可能產生比較大的損害。

（3）對于完全對稱的高層建筑結構，同樣需要注意凸起部分的比例問題，比例一定要符合設計的要求，不能夠太大，也不能夠太小，在發生問題時，可允許采取一定的補救措施。而在豎向布置方面，剛度應當連續而且均勻，不能出現結構上的軟弱剛度突變的情況。這主要是因為剛度突變是剪力墻被切斷導致的。總的來說，不能一味追求建筑的新穎設計，而忽略建筑的安全設計。

3.2耐久性的優化設計

在之前大部分混凝土結構設計方案中，很多沒有充分考慮到建筑結構設計耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內，要能滿足用戶正常使用要求但是很多的設計未能達到，造成此現象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結構在使用的過程中，由于遭受條件和使用環境變化最終造成房屋結構損傷，引起房屋可靠度指數下降；對一般高層混凝土結構設計來說，低造價和省材料設計都應為滿意的結構設計，但隨著人們生活水平的提高和在實際工程中，有時在其他使用要求或技術指標上升為設計主要矛盾時，設計者們就要放棄對經濟的單純追求。所以當選以高層混凝土結構優化為設計的主要目的時，就應依據設計所要面對的關鍵性問題，分清主次，選多目標或單目標來實施優化，達到滿意效果。

3.3、準確設置參數

現代建筑建?；径际褂糜嬎銠C設計軟件來進行，軟件進行建模方面快捷，但是有一點非常的重要，那就是對于參數的設計，參數的正確與否直接會影響到最后建模的正確。一般來說不要隨意地修改系統參數，在對參數進行修改時一定要注意參數的準確性，有些參數在同一系統里可能并不是所有地方都使用，例如在磚混結構里正確的參可能就不用于框架結構的計算，在參數進行設置的時候，一定要注意不同結構里參數的不同。對于使用計算機建模，必須要求使用者對計算機運行的情況和軟件的工作原理非常了解，一方面可以使使用者更好地利用計算機解決問題，另一方面有時候計算機也可能會出現錯誤，設計人員一定要能夠自己進行手動的核算，對結果進行仔細地檢查，避免設計出現較大的錯誤。

結束語

對于高層建筑的結構設計，首先要考慮的是其與多層建筑設計的不同。在高層建筑中起到控制作用的是風和地震作用的水平荷載，已不再是豎向荷載，設計者在進行設計的時候要遵循高層建筑的設計原則，充分考慮到影響施工各方面的因素，然后根據具體的情況，進行建筑結構選型等操作，在建立初步的設計方案之后，要根據整體的情況進行分析，最終確定最合理的方案。

參考文獻

[1]楊軍科,王小軍.有關高層建筑結構設計問題及對策的探討[J].山西建筑,2014,02:43-44.

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0、引言

隨著城市化進程的加快，高層和超高層建筑數量不斷增加，在滿足城市發展需要的同時，也在一定程度上對建筑結構的可靠性、安全性、持久性以及安全性提出了更高的要求。由于建筑結構直接關系到高層建筑的整體性能及使用功能，因此在設計過程中必須對之予以重視。在實際的設計過程中必須通過多種技術手段，從多個途徑突出混凝土建筑結構施工的整體效果。

1、復雜高層與超高層建筑結構設計的主要控制因素

建筑載荷的選取是建筑結構設計的首要工作，對于大多數高層建筑而言，可以根據建筑結構設計載荷規范中的相關要求予以確定。其次則需要對其他的建筑結構設計影響因素進行分析，確定對應的結構設計措施。

1.1 風載荷

對于復雜高層與超高層建筑結構的設計，由于其高層容易受到風載荷的影響，尤其是一些超高層建筑，其主要控制的因素就是風載荷。例如，臺北的101大樓設計過程中，不但參考了當地的相關設計規范，而且還委托加拿大相關設計公司進行了相關的風洞試驗，以提高該建筑的抗風載能力。在試驗過程中，設計了一個以1：500為比例的模型在半徑為600m的風場環境中進行試驗，驗證建筑在不同風況下的受力情況。

1.2 地震力

對于地震力的預測，當前的技術條件存在一定的限制，難以對之進行準確預算。即使對地震有深入研究的日本，以無法準確的預算地震的發生時間、地點。所以，高層建筑設計過程中尤其要注意抗地震力的設計。同時，還需要考慮建筑主樓、裙樓在地震力作用下的不同反應。

1.3 地基基礎

對于復雜高層建筑與超高層建筑，地基基礎發揮了十分重要的作用。在實際的施工過程中藥根據不同的地基形態采取穩定性強的地基結構。例如，對于深厚的軟地基，高層建筑地基必須選擇使用樁筏基礎或者樁箱基礎。同時，可以根據實際的地質情況采取對應的基礎措施：使用深度不大的年輕巖基，通過將現澆混凝土樁基深入巖層中的方式為建筑提供基礎支撐；對于深度較大的巖層，例如在地面100m以下，可以利用巖層上層常見的層狀沖積土，使用框格式的地下連續墻為建筑提供基礎支撐；對于地下基層條件較好的地層，可以采用筏形基礎即可。在地基設計過程中，應該根據不同的地質情況選擇對應的組合式基礎方案，最終確定一個技術經濟性最高的方案。

1.4 建筑功能使用需求

所有的建筑都是以滿足其使用功能需要而建設的，因此建筑結構設計必須以此條件為基礎，這是一個不能忽視的問題。在設計過程中，需要考慮到建筑的藝術性、使用功能需要以及經濟性等多個方面的要求。同時，在設計時還必須保證所設計的結構能夠在既有施工技術條件下實現，而且保證當前的建筑材料必須達到設計使用需求，這是建筑結構設計需要控制的一個重要因素。

3、復雜高層與超高層建筑結構設計策略

3.1 合理減小框架中的柱距與梁距

（1） 減小柱距

建筑框架是將梁、柱通過剛性連接的方式組合而成的剛性體系，整個結構體系的抗推剛度受梁、柱截面與數量的直接影響，通過減小柱距能夠有效的提高整個結構體系的剛度。

（2） 減小粱距

通過增加框架中梁的數量，不但可以減小框架在載荷作用下的總變形，而且還可以增加柱子在軸力作用下形成的力偶，使得其能夠更好的抵抗結構體系的總力矩。

3.2 充分發揮梁柱的組合效果

通過簡單的減小柱距、梁距，雖然能夠在一定程度上達到提高框架體系抗推剛度的目的，但是不能從根本上改善框架的整體效能。這時結合增加梁、柱數量的方式，不但能有效增加框架的整體抗推剛度，而且還能夠提高框架的抗風載荷能力。

3.3 采用彎一剪雙重結構體系

彎一剪雙重抗側力結構體系，就是指通過采用彎曲型與剪切型兩種不同變形性質的構件形成一個完整的結構體系。兩種不同類型的構建通過在各個不同樓板中聯系起來進行協同工作，明顯減小了整個建筑結構的頂點位移與下部各樓層的層間位移。

（1） 框一墻體系

在水平力的作用下，單獨的框架整體變形是典型的剪切變形，其上部層間側移相對較小，而下部的層間側移則較大。而單獨的剪力墻則是彎曲型變形，其層間側移為上部大、下部小。在采用框一剪雙重體系之后，可以將各樓層樓板聯系起來，使得框架與剪力墻能夠協同承受載荷，從而確保了框架與剪力墻變形的一致性，提高了結構的抗載荷能力了。

（2） 框一撐體系

合理設計的框架一支撐體系同樣可以收到與框一墻體系相當的效果，即最終達到減小結構頂點側移與最大層間位移的目的。

（3） 筒中筒體系

筒中筒體系的構建原理與上述兩種結構體系類似，但是其起到的結構增強效果更好。

3.4 合理設置剛臂

對于建筑平面是方形布置的高樓，當采用芯筒一框架體系時，因為大部分的側向力是由芯筒來承擔的，這使得整棟建筑的側移曲線基本上是由芯筒的變形直接控制的。在水平載荷的作用下，芯筒以彎曲變形為主。同時，由于芯筒的平面尺寸還受到建筑的豎向服務性設施面積影響，直接造成了芯筒的高度與寬度比值較大的問題。為了達到減小建筑結構側移的目的，可以在高層建筑中每相隔十來層布置一個設備層，在其中添加桁架，形成剛臂。這樣將能夠使得芯筒與的框架柱連接為一體，使得結構的外柱也可以參與到結構的整體抗彎體系中，有效的一直了芯筒各個水平截面，尤其是頂部截面的傾斜，有效減少了建筑各個島層建筑結構的側向位移。

結語

復雜高層與超高層建筑設計過程中，結構設計是影響綜合性極強的工作，尤其是在滿足建筑使用功能需求的同時，還要滿足高層建筑的建設環境需要，通過全盤考慮的方式采取嚴格的設計措施和設計途徑，基于建筑混凝土整體結構設計的多項要求，提高建筑結構的整體穩定性。除此之外，還必須重視施工過程中的材料選擇控制，例如鋼筋的合理配置等。另外，還必須考慮施工現場的運輸條件以及養護作業技術水平等，確保施工條件能夠有效的支撐起建筑的結構設計體系，使得建筑結構體系達到對應的要求。

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一、高層建筑結構設計的原則

1、計算簡圖的選擇要適宜

在高層建筑的計算簡圖中有大家公認的一個原則，在各種方案選取的時候必須除去個人的主觀意見，綜合各方面因素來選擇一個最為合適的設計方案，方案的選取與工程的整體機構安全有著直接的聯系。無論對于哪一項工程來講，只有在計算簡圖的基礎上才能進行建筑結構的初步計算，因此我們可以看出對于選取合適的計算簡圖是極為重要的。眾所周知，再精準的計算與設計，誤差在施工的過程中都是不可避免的。實際上，在工作中誤差是可以存在的，只要我們把誤差的范圍合理的控制在一定的標準之內，那么誤差對于工程的整體質量就不會產生很大的影響，因此需要我們更加精確的來計算簡圖，保證與實際誤差相差較小。

2、基礎方案的選擇

不能因為工程的需要而使周圍的環境遭到破壞，以至于周邊環境的生態平衡遭到破壞，是現在設計的一個環保性特點。任何一個工程都必須以環境為中心來進行設計和施工，使工程能夠很好地融入到自然中，使生態環境平衡和諧共存。在進行基礎方案的設計時，首先要把各個方面的相關因素每一項都要進行考慮，把每一方面的因素都要綜合起來，然后對工程的整體進行一系列的評估來考慮其經濟性，接著進行對設計方案的正式審核，最后再進行施工，在施工過程中始終要以可持續發展為中心的理念進行施工，那么工程的質量定會有一定的保障。

3、結構方案的選擇

由于高層建筑的結構特點是很復雜的，在施工時我們要對各個方面的問題進行考慮，例如線路的安排，供水問題等每一方面我們都必須要考慮周全。在結構設計方案中有一些重點考慮的部分，例如：周圍的施工環境、材料的選擇要求、抗擊自然災害的能力。我們必須要嚴格遵守原則：水平和豎直。結構方案不只是施工單位一方面的事情，使用方和施工單位要意見達成統一，在設計中和以后的發展方向上要仔細詳細的展望，為了選擇更合理的結構設計方案，能夠最大限度的達到預期的目的。

4、對計算結果準確的分析

現在，計算機技術的進步使得計算機技術在高層建筑的結構設計中能夠進行應用，但是不同的計算機軟件有可能導致計算結果出現一定的偏差，因此對計算機軟件的計算結果需要我們進行準確分析和把握。那么進行建筑結構設計的人員必須在結構設計方面有充分實際的技能，還要充分的了解所應用的計算機軟件，因此才能對計算機結果進行客觀而準確的分析?；谟嬎銠C軟件的不完善性，軟件可能存在缺陷，計算結果有可能會使得計算結構與實際情況存在一定的偏差，出現偏差時要求結構設計人員對計算結果進行判斷，在設計中做出一定程度的調整，來適應結構設計的要求。

二、當前高層建筑結構設計中出現的問題

隨著高層建筑的不斷興建，我國很多高層建筑的結構設計中都暴露出了一些問題，對高層建筑的建設帶來了不利的影響。

1、對高層建筑抗側力結構的設計

與多層建筑相比，高層建筑在高度和層數上都有一個明顯的突破。從結構設計的角度，高層建筑與多層建筑在設計方法以及設計原理上基本是一致的。兩者的區別主要體現在水平荷載作用，高層建筑的結構材料必須能夠抵抗更大的水平荷載，對于高層建筑特別是帶高位轉換層、多塔樓和大底盤的高層建筑，都很容易在抗側力結構上出現問題。

2、高層建筑地基基礎設計的問題

高層建筑的地基基礎設計要求很高，有很多高層建筑的地基基礎設計沒有對荷載進行全面的考慮，在進行局部填土、隔墻設置等都沒有對荷載偏心的影響進行考慮。在地基基礎設計中，沒有進行沖切、抗剪和抗彎的處理。

3、高層建筑在軸壓比的控制上的問題

軸壓比的限制比在高層建筑中有著嚴格的規定，很多高層建筑的設計難以滿足軸壓比的規范要求，很多構件的截面受到了限制。軸壓比的限制對高層建筑的質量會產生很大的影響。

4、高層建筑對連梁的結構設計

高層建筑的連梁設計包括截面的尺寸、剪壓比的限制、連梁的剪力設計取值等等。如果高層建筑中對連梁的設計不準確，截面高度過大，跨度過小，就會影響高層建筑的抗震效果。一旦發生地震，連梁的剪力和彎矩過大，難以達到相應的抗震規范，影響高層建筑的使用安全。

5、高層建筑結構設計中對結構計算的結果難以判斷

對結構計算結果進行判斷并不容易，高層建筑結構計算所要考慮的因素眾多，不僅要對結構自振周期、振型曲線、水平位移特征等因素進行考慮，還要考慮其抗震設計的合理性。因此，很多高層建筑的設計中難以對結構計算的結果進行準確的判斷，往往遺漏一些影響因素，造成結構計算的不合理。

三、解決高層建筑結構設計問題的具體措施

1、如何對高層建筑結構地基基礎進行設計

當高層建筑的設計中有地下室這一內容時，要對荷載進行全面的考慮，地下室的外挑部分、局部填土、停車、水池等都會受到荷載偏向的影響。

在對筏基和箱基的梁板配筋進行計算時，必須對底板上直接作用的梁板自重和荷載進行相應的扣除，當箱筏的四邊邊區格和四角的地基反應力過大的時候要對其進行加強配筋。

如果高層建筑的地面有中庭設計，就必須對基礎底沿的軸線上進行基礎梁的設置。在使用倒梁法進行內力分析時，注意不到頂的中間柱是不能夠作為支點的，在進行集中荷載計算時必須同時計算柱底反力。

在對箱基進行結構設計時，要注意對洞口上下的連梁進行考慮，驗算其截面面積，如果洞口的大小或者位置出現修改，要對連梁抗剪強度和抗彎進行復核。

如果采用的整體筏基和箱基的設計，就要對其樁土進行考慮，樁土的共同工作會產生一定的影響。在對基礎底板進行計算時，要對樁同作用的狀態或樁沉降狀態下的地基反力進行考慮。

2、如何對高層建筑的軸壓比進行控制

一般來說提高混凝土的強度是對高層建筑軸壓比進行控制的直接方法。如果還不能達到相關標準，則還可以使用其他方法來對軸壓比進行控制。

混凝土的變形能力受到柱的箍筋的影響，因此可以通過對混凝土的橫向變形進行約束，來對裂縫的擴展進行延緩，并對截面抗剪能力進行提高。增大配箍率、使用合適的配箍形式都可以實現結構延性的提高。在設計時，如果采用井字復合箍進行沿柱全高，且保持箍筋的直徑、間距和肢距，一般來說直徑在8毫米以上，間距在100毫米以內，肢距在100毫米以內。如果采用復合螺旋箍進行沿柱全高，則要保證8毫米以上的箍筋直徑，100毫米以內的螺距和100毫米以內的肢距。

在彈性模量方面，鋼筋的彈性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了較多的縱向鋼筋在柱中，有余軸向壓力的影響，鋼筋會承擔更多的壓力，從而降低混凝土承擔的壓力。在設計中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%都必須加入縱向鋼筋。

提高混凝土強度等級對軸壓比的控制有直接的效果，但混凝土的強度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土強度等級不超過C60。

3、如何進行連梁設計

在《高層建筑混凝土結構設計規程》以及《建筑抗震設計規范》等相關設計規范當中都明確的規定了連梁的截面尺寸、剪壓比限制以及剪力設計取值等內容。在具體的工程設計過程當中，因為連梁具有較小的跨度以及高度較大的截面，因此在地震的作用下，彎矩和剪力在經過內力的計算之后都比較大，因此無法使規范的要求得到充分的滿足，在對其進行設計的時候必須要以不同的情況為根據從而采取不同的措施。在地震作用下，為了對連梁的延性進行保障，并對剪力和彎矩進行有效的傳遞，剛度折減的系數就要高于0.55；在風荷載的作用下，為了將連梁的裂縫控制在正常的適用范圍內，就要使剛度折減的系數高于0.80。此外，如果調整剛度折減系數后連梁仍然難以滿足要求，則可以采用內調幅，并配置足夠的箍筋。若連梁的超筋較多時，可以對連梁的高度進行減小，以減小剪力和彎矩。

四、結構設計中應注意的問題

在建筑行業我們要不斷的提升自己，主要從以下幾方面：技術領域，先進的技術是提高我們自身能力的保障，只有不斷的學習先進的技術，才能夠緊跟科學的腳步，也要鼓勵員工學習先進的科學技術發展創新；在設備方面，我們應該加大對先進的設備的投入力度，要做到我們的技術與世界接軌，對于那些新的高科技的設備一定要嚴格按照說明書的指導步驟進行使用。這樣不但能夠提高我們的能力而且能夠更好的運用這些高端的設備，從而大大的提高使用壽命；只有這樣我們才會更好的壯大自己，保證我們的工程質量，讓人們能夠更加安心的生活，提高生活質量。

五、結束語

為了充分的保證高層建筑結構設計的安全性和可靠性，我們應對其結構設計中的若干問題進行深入的研究和分析，針對這些問題選擇最具針對性并且科學合理的設計對策，在高層建筑結構的設計和施工過程中，相關人員應具備清晰的概念設思路，同時選擇最有效的設計措施和施工方法，從而促進我國高層建筑的健康發展。

參考文獻：

[1]湯蘭.試論高層建筑結構設計中的若干問題[J].黑龍江科技信息,2014,25:198.

篇（9）

引言

一直以來，支撐和滿足建筑空間嘴重要的一個體系就是建筑結構，結構設計它是一門非常具有學問的學科，隨著科學技術不斷發展，和新技術的不斷進步，建筑結構設計也在不斷地進步著。即便如此，它的基本原理卻是一成不變的，因此，結構設計最根本的理論依據就非這些基本原理構莫屬了。雖然我們并不會經常在工程師的圖紙上看到這些基本原理，但是有一點我們不能否認，那就是始終指導與貫穿著結構設計全過程的正是這些基本原理。在實際操作之中, 因為不同的原因, 結構設計人員容易在砌體結構設計、屋面梁與配筋、高層建筑結構的設計等等環節出現一些問題，導致失誤。主要問題有以下幾點:

1 砌體結構的設計

1.1 多層砌體房屋的建筑局部尺寸都不能滿足抗震要求，此部位沒有設構造筋。國家有關條例規定，抗震設防烈度為6度、7度時，承重窗間墻最小寬度、承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離、非承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離、內墻陽角至門窗洞邊的最小距離不應當小于lm。結構破壞最容易的地方就是這些局部部位，在這些部位不能滿足要求的條件下，結構設計應采取一定的彌補措施，例如：采取加強的構造柱、增加橫向配筋等措施。

1.2 房屋四角與其余部位構造柱采用一樣的配筋。建筑抗震有關規定，房屋四角構造柱可適當加大配筋和截面。有些設計人員不論什么部位，都采用一樣的設置，這種做法會導致各種柱體的作用得不到充分發揮，還會造成浪費。比如房屋外墻最容易損壞的部位就是它的四個角，在構造柱的設計上面，應當適當的加強。

1.3 砌體結構布置方式可以有幾下分析：橫墻共同承重的結構布置。對于空間較大的，設有沿進深方向的梁支承于縱墻上，就讓縱墻來承擔其重量。樓板沿縱向擱置, 就會形成橫墻承擔重量，橫墻間距不入,一般就能滿足抗震的需求，,同時縱墻因為存在軸壓力，所以就提高了抗剪的能力。另一方案就是縱墻承重與橫墻承重沿豎向交替布置，但是此種方案在實際操作中使用的并不多見。縱墻承重的結構布置方案，橫墻間距大、數量小，并且軸壓力較小,所以對抗震極其不利，縱墻多容易引起彎曲破壞所以在選用的時候要小心謹慎才是?；旌铣兄亟Y構布置的方式較為各異 ，,比如內框架砌體結構、底層框架砌體結構和局部框架砌體結構等等。此結構體系由兩種結構體系組成，彈性模量以及動力性能兩種，這兩個組成部分相差較大，所以抗震結構形式并不是很好。但它能滿足建筑使用的要求。使用空間也很大?？傊?選擇哪種砌體結構是抗震結構設計中的關鍵環節，應當從抗震的概念設計出發,綜合建筑使用功能、技術、經濟和施工等方面來正確選擇。

2 屋面梁和配筋

2.1 屋面梁配筋太少。結構建模時，設計人員為了方便，屋面梁直接使用和層梁一樣的尺寸。因為屋面梁荷載很小，計算結果配筋很少，因此屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低導致裂縫寬度較大。

2.2 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。對于一般的梁，為了保持鋼筋骨架的剛度，同時為了承受溫度和收縮應力及防止梁腹出現過大的裂縫，一般構造措施為梁腹板高度大于450mm時加設腰筋，它的間距要小于200mm，然后拉筋勾連。對于受扭構件有關條例的規定，其縱向受力鋼筋的間距應小于200mm與梁截面短邊長度。對于設置懸挑檐口的屋面梁，在結構設計中誤等同一般梁，未按受扭構件設計配筋。

2.3 樓層平面剛度。一些設計在缺乏基本的結構觀念以及結構布置缺乏必要措施的時候，采用樓板變形的計算程序。即使程序的編程在數學力學模型上是成立的，甚至是準確無誤的，可是在確定樓板變形程度上卻很難做得非常精確。首先計算的大前提都做不到“精確”，就更不要指望其結果會“正確”了。據此進行的結構設計肯定存在著結構不安全成分或者結構某些部位或構件安全儲備過大等現象。為了使程序的計算結果基本上反映結構的真實受力狀況而不會導致根本性的誤差，設計時就要盡量將樓層設計成剛性樓面。

3 高層建筑結構的設計

在高層建筑結構設計中， 高層建筑結構平面和立面形式的選擇，要讓建筑的三心，即幾何形心、剛度中心和結構重心盡量匯于一點，也就是三心合一。加入在結構設計中不能做到這一點，那么就會產生扭轉問題。扭轉問題就是結構在水平荷載作用下發生的扭轉振動效應。 它在風載等水平荷載載荷情況下會對結構產生危害，為避免由此產生的危害，就要求在結構設計的同時，選擇合理的結構形式以及平面布局，盡量地讓建筑物達到三心合一的效果，因此在選擇的時候，平面以及立面形式是極其關鍵的。高層建筑的平面一般要采用簡單、規則和對稱的形狀，而至于非常復雜的平面形式，是要盡量避免使用的，以往震害的資料表明，高層建筑物容易造成震害的主要原因就在于。平面布置不對稱、過多的外凸和內凹等復雜形式。在高層結構的抗震設計中，結構體系的選擇、布置和構造措施比軟件的計算結果是否精確更能影響結構的安全，不僅要考慮結構安全因素，而且要綜合考慮建筑美觀、結構合理和便于施工以及工程造價等多方面因素。資料及力學分析表明，在不對稱結構中，結構在凹凸拐角等處容易造成應力集中，因此會帶來破壞，在實際應用中應盡量避免。至于完全對稱的結構，也應注意凸出部分的尺寸比例。對于凸出部分過長的，結構設計中就應采取相應的補救措施。結構的豎向布置要盡力做到剛度均勻并連續，避免結構的剛度突變及出現軟弱層。剛度突變和軟弱層的出現一般都是由于切斷剪力墻造成的，如果在結構設計中要求一定要切斷少數剪力墻時，其他剪力墻在該切斷層處就要必須加強。總之，標新立異的平面和立面設計是以結構的抗震及安全性能為代價的。

4 總結

建筑結構設計的推動者和執行者就是結構工程師。因此。想要讓建筑結構設計更加可靠、經濟、安全、適用，就必須充分發揮結構工程師的突破能力。這就需要工程界和教育界直接共同配合。不但要加強計算機的應用，加快新型高強、輕質、環保建材的研究應用，還要推廣概念設計思想。相信在我們的共同努力與配合下，我們的設計水平一定會有很大的提高。

參考文獻

[1]高長遠，馬文明，付麗麗等，.結構設計的新思路《大科技》2009年。

[2]劉連江，牛莉，高層結構設計的主要問題 ，《城市建設》2007年。

篇（10）

Abstract: the land for construction is more and more development and the needs of the urban planning, to speed up the pace of the construction of the high-rise buildings in our country. How to efficient and accurate analysis of high-rise building, to ensure reliability of high-rise building structure design. This paper analyzed the characteristics of the high-rise building structure and design principles, this paper expounds the structure design of some common problems and improvement measures, some practical conclusions are drawn.

Key words: high-rise buildings; Structure design; Common problems; The measures

中圖分類號：TU2文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

前言

隨著我國高層建筑的迅速發展，建筑高度也在不斷的增加，其建筑類型與功能的越來越復雜化，結構體系也變得更加多樣化，對高層建筑結構設計的要求也越來越高，成為結構工程師設計工作的主要重點和難點。建筑結構設計關系到建設工程的美觀實用、保證安全可靠、控制造價以及方便施工等諸多方面，因此控制結構設計的質量是相當有必要的。

1.高層建筑結構設計的原則

1.1選擇合理的高層建筑結構計算簡圖

在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結構安發生的事故，基于此，高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應該采 用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中，其結構節點不單是鋼節點或者餃節點，保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。

1.2選擇合理的高層建筑結構基礎設計

按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個因素，在此基礎上選擇科學合理的基礎方案?；A方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮，必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告，如果缺失，那么應該進行現 場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下，相同結構單元應該采用相同的類型。

1.3選擇合理的高層建筑結構方案

合理的結構設計方案必須滿足經濟性的要求，并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結構單元當中，應該選擇相同結構體系，如果高層建筑處于地震區，那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件，工程設計需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎上，并和建筑包括水，暖，電等各個專業的相協調的情況下，選擇合理的結構，從而確定結構的方案。

1.4對計算結果進行準確的分析

隨著科技的不斷進步，計算機技術被廣泛的應用在建筑結構的設計中。當前市場上存在著形形的計算軟件，采用不同的軟件得到的結果可能不同，所以，建筑結構設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇 合適的軟件進行計算。由于建筑結構的實際情況和計算機程序并不一定完全相符，所以進行計算機輔助設計的時候，出現人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結果不準確的問題，基于此，結構設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結果以后，應該進行校核，進行合理判斷，得出準確結果。

1.5高層建筑的結構設計要采用相應構造措施

高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變，強壓力弱拉力，強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則，加強薄弱部位，對鋼筋的執行段錨固長度給予重視，并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。

2.高層建筑結構設計常見問題分析

2.1高層建筑結構受力方面

在建筑設計的方案階段，必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的。但是，隨著高度的不斷增加，豎向結構體系成為設計的控制因素。與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而是隨建筑高度的增高迅速增大。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。

2.2結構選型階段

對于高層結構，在工程設計的結構選型階段，結構工程師應該注意以下幾點：

2.2.1結構的規則性

新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

2.2.2結構的超高

在抗震規范與高規中。對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此。必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

2.2.3嵌固端的設置

由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

2.2.4短肢剪力墻的設置

新規范中，對墻肢截面高厚比為5－8的墻定義為短肢剪力墻。且根據實驗資料和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

2.3地基與基礎設計方面

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素，因此，在這一階段，所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在進行地基基礎設計時，一定要對地方規范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

2.4結構計算與分析方面

在結構計算與分析階段，高效準確地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。

2.4.1結構整體計算的軟件選擇

在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。

2.4.2是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響

該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

2.4.3振型數目是否足夠

在新規范中增加一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中，并未提出振型參與系數的概念，或即使有該概念，該參數的限值也未必一定符合新規范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。

2.4.4多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算

大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。

2.4.5非結構構件的計算與設計

高層建筑中，存在由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大。因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

3.提高高層建筑結構設計質量的措施

3.1運用結構設計概念，進行結構優化

概念設計是結構工程師一項不可或缺的基本功，正確的概念設計好比是選擇了一條正確的道路，是結構設計合理、安全、經濟的前提，它貫穿于工程設計的全過程。概念設計必須通過深厚的基礎理論、對結構原理和力學性質的深刻理解和長期而豐富的工程經驗積淀而成。結構工程師只有具備高水平的概念設計，才能完成高水平的設計成果。

對于高層建筑，起控制作用的已不再是豎向荷載，而主要是風和地震作用的水平荷載。這時在建筑初步設計階段就應該開始介入探討其平面和豎向布置的合理性。各個受力構件的布置要全面考慮它可能承受的各種荷載。豎向承重構件不僅是將豎向荷載傳遞到基礎上，同時還要承受風和地震等水平荷載，有時還有溫度應力。因此，布置時還要注意將它放在有利于承受水平荷載和溫度應力的位置。除此之外，還要考慮樓板剛度是否滿足整體工作的要求，對剪力墻間距進行限制。水平承重構件的布置同樣也要考慮多方面的因素，力求傳力路徑簡潔，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上，再由柱、剪力墻等傳遞到基礎、地基。地基基礎中地基土的不確定性很強，至今還沒有哪個模型能夠對其作精確的描述。因此，在地基基礎的設計中，更需要根據基本理論知識以及豐富的實踐經驗，分析、預見可出現的各種問題，從而找到最合理的處理方案。

3.2加強抗震設計的理念

高層建筑在承擔必要的建筑物垂直荷載以外，更為重要的是要能有效承受側向風荷載及地震的沖擊。高層建筑結構之抗側力剛度在高度的方向上在每一層均存在變化，所以，在建筑物的多層之間，將會出現部分相對薄弱的層面，這也是側向變形與應力的集中之處，因而在建筑物結構設計時要全力避免。在高層建筑的設計中，應當努力減少各相鄰層面間的剛度偏心矩之變化。比如，我國目前的抗震設計規范，對與建筑物的抗震提出三大水準之設防要求、兩階段的設計方式，其中，第一階段之設計應當運用第一水準烈度之地震動參數，從而計算出建筑結構在彈性狀態之下的地震效應及構件的截面大小。在第二階段的設計中，應當采用第三水準烈度之地震參數核算結構薄弱層，或者對薄弱環節彈塑性層間進行側向位移或轉角，從而使設計小于規范所規定之限值。

3.3正確運用計算機輔助設計

篇（11）

高層建筑結構設計課程的教學內容涉及混凝土結構、結構力學、結構抗震等知識的綜合應用，作為培養從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業，一般將高層建筑結構設計課程設置為一門專業限選課。土木工程專業畢業生的就業方向主要有結構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位，這些工作崗位都與高層建筑結構設計具有密切聯系。土木工程結構設計崗位的主要工作內容已由多層建筑設計轉變為高層建筑設計；從事土木工程施工管理工作，必須掌握高層建筑結構的識圖與讀圖等知識，清楚高層建筑中哪些是主要受力構件，哪些是構造構件，在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理，等等，這些都有賴于該課程的學習；土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成，要求工作人員要在看懂圖紙（很多是高層建筑圖紙）的基礎上建立分析模型，做到不多算、不漏算，這也有賴于該課程的學習。工程專業開設該課程的意義由此可見。但是，由于種種因素的影響，目前該課程教學中還存在不少現實問題。鑒于此，本文擬從教學內容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結構課程的教學改革問題，希望能為該課程教學質量的提高提供參考。

一、課程教學內容規劃

隨著我國經濟的發展，土建行業對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高，企業歡迎的是具有完備知識結構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結構設計課程涉及很多計算，教學內容十分豐富，但該課程的學時往往十分有限，因此，合理選擇教學內容就顯得尤為重要。該課程教學內容的選擇應以應用型人才能力培養為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業一般將該課程安排在大學四年級第一學期，主要內容包括緒論、高層建筑結構的體系與布置、高層建筑結構的荷載和地震作用、高層建筑結構的計算分析和設計要求、框架結構設計、剪力墻結構設計、框架―剪力墻結構設計、高層建筑地下室和基礎設計等，與先修課程混凝土結構、混凝土結構與砌體結構、基礎工程、工程結構抗震等有緊密聯系，也存在一定的內容重復現象。為了保持教學內容的系統性，教師處理與已開設課程重復的內容時，應做到“重復的內容講差別，相似的內容講典型，突出重點”[1]。例如：荷載計算部分的一些內容與混凝土結構課程的相關內容相似，按照相似的內容講典型的原則，對該部分內容，教師應重點講解高層建筑結構的風荷載計算（考慮風震系數），而活荷載計算可不考慮不利布置；框架結構設計部分的一些內容，與混凝土結構與砌體結構等課程的相關內容存在重復現象，按照重復的內容講差別的原則，對該部分內容，教師應重點講解在框架結構設計中如何調整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規參數；高層建筑結構基礎設計部分的一些內容，與基礎設計和基礎工程課程存在內容重復現象，按照重復的內容講差別的原則，教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。

二、課程教學模式

在開設高層建筑結構設計課程時，學生已具備一定的專業技能，但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據高層建筑結構設計課程實踐性和操作性強的特點，教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結合，著力體現應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程，有利于處理“懂”與“會”的關系，學生可以先懂后會，也可以先會后懂或邊懂邊會。此外，教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現場等場所，廣泛開展直觀教學，實現課堂教學與實習實訓的一體化，從而有效提升學生的綜合能力。

三、課程教學方法與教學手段

高層建筑結構設計課程的教學環節分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核[2]。以下從四個方面探討該課程的教學改革。

(一)課堂教學

課堂教學應以講解高層建筑結構設計的基本設計理論、抗震規范、高層混凝土結構技術規程等內容為主；要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標；要注重學生興趣的培養和潛能的發掘與提升，廣泛開展探究性學習和協作學習；要注意培養學生終身學習的觀念，力促學生自主發展和可持續發展。在高層建筑結構設計課程教學中，還應做到課堂講授、自學、討論相結合，課內學習與課外學習相結合，理論學習與實踐環節相結合[3]。第一，課堂講授與自學相結合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點，并向學生指定課外自學的內容和思考題，以培養學生的自學能力，化解教學內容多而課時有限的矛盾。第二，開展課堂討論，啟發學生開展積極的思維活動[4]。大學生思想獨立性強，思維靈活，喜歡獨立思考問題。因此，在全班或小組內圍繞一個問題開展討論，讓學生各抒己見，相互啟發，有利于發揮學生學習的積極性和主動性，充分提高教學效果。如在高層結構選型內容的教學中，可讓學生以某“高層設計采用哪種結構體系較合理”為題在班級范圍內開展討論，讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講，教師可先提出問題，讓學生在小組討論的基礎上，選出代表到黑板前陳述意見，這樣既可活躍課堂氣氛，提高教學效果，也可提高學生的表達能力。第三，課內學習與課外學習相結合。在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題。對于較抽象的教學內容，教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組（宜以宿舍為單位）討論。教師還可結合單元教學內容，組織開展以高層結構設計基本理論知識和常規應用為基礎的小型競賽活動，如PKPM建模大賽等，以鍛煉提高學生的知識運用能力。第四，理論教學與實踐教學相結合。筆者的調查表明，很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結構技術規程”難以理解，難以聯系具體工程實例；結構設計只是停留在單個構件上，不明確結構整體設計的思路。因此，教師在教學中應結合具體教學內容引入工程實例，通過對工程實例的詳細講解，使學生加深對理論知識的理解，提高應用能力。比如，對高層建筑常用的三種結構，即框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構，教師可借助實際工程項目，依次詳細講解抗側力構件的布置、主要高規參數的控制、平面的布置、施工圖的繪制，通過實例講解使學生理清結構設計的整體思路，加深對規范條文的理解。需要說明的是，教師教學中選用的案例可以來自企業生產實踐，也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐（包括結構選擇、結構建模、施工圖繪制等），是提高高層建筑結構設計課程教學質量的有效手段。

(二)PKPM軟件應用教學

PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結構設計的基本過程，主要有以下三個教學步驟：(1)結構布置的講解與練習。在此步驟中，要通過講解和練習，使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧，理解“抗規”關于結構平面和豎向布置的基本要求。結構平面布置要求平面形狀簡單、規則、對稱、質心和剛心重合[5]30−31；結構豎向布置的要求主要是抗側力構件沿豎向不突變等。(2)PKPM基本計算參數輸入練習。在此步驟中，應要求學生按照相關要求，結合工程結構的實際情況輸入PKPM相關參數，并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數等參數的含義。(3)PKPM計算結果的分析判斷和參數調整。在此步驟中，應指導學生通過對計算結果的分析，判斷結構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩定是否滿足要求，并對不滿足要求的參數進行調整。

(三)工程設計實踐教學

開展高層建筑結構設計課程實踐教學，有利于學生強化工程概念和感性認識，激發學習主動性，提高創新能力。在工程設計實踐教學中，教師可以組織學生分組參觀調查當地已建高層建筑，了解其構型、結構體系、存在的施工問題等；可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模，如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結構的建模，20層以下住宅樓等剪力墻結構的建模，20層以下寫字樓、公寓等框架―剪力墻結構的建模。

(四)課程考核

高層建筑結構設計課程的常規考核方法是筆試成績與平時成績相結合，但筆試成績一般占總成績的80%，這容易導致學生只重視理論而忽視實踐，不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力，可采用筆試、上機操作、實踐環節相結合的考核方式。其中，筆試成績占總成績的50%，試卷的制作可參考國家“注冊結構工程師專業資格”考試；上機操作成績占總成績的20%，可以給定房屋建筑平面圖和立面圖，讓學生在規定時間內運用PKPM軟件完成滿足結構設計規范要求的結構建模；實踐環節成績占總成績的30%，內容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現等。

四、教學過程的組織

如前所述，在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題，其中預習的內容可以是參觀現有高層建筑結構，調查了解其結構形式、結構設計、施工中存在的問題等，并形成文字。導入新課時，教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況，并通過總結引出新課題。在講授新課的過程中，教師應突出重點，把握難點，可按照理論講授―例題解析―學生練習―歸納總結的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結構體系時，可先分述每種結構體系的概念，再舉例分析典型的結構體系布置，然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結構，最后歸納總結常見建筑結構體系的選擇。課堂討論教學環節一般可采取學生自由發言與教師總結相結合的方式，而在安排有小組前期調研的情況下，應緊緊圍繞小組代表的匯報發言開展現場提問。另外，教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，以實現學以致用，不斷提高學生的實踐應用能力。例如，為了提高應用型技術人才培養質量，黃淮學院在其大學生創新創業園設置了建筑設計院校內實踐基地，為土木工程、建筑工程等專業學生的工程實踐提供了良好的平臺，教師引導學生到這里結合教學內容參觀實踐，無疑能夠有效地促進學生實現所學理論知識的內化和實踐應用能力的提升。

作者:邵蓮芬 單位:黃淮學院

參考文獻：

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[2]劉圓圓．淺談《高層建筑設計》課程改革方案[J]．城市建設理論研究：電子版，2014(36)：8119―8120．