高层建筑结构选型
高层建筑结构设计及结构选型探讨
高层建筑结构设计及结构选型探讨摘要：在高层建筑的结构工程设计中，设计人员往往忙于应付大量具体工作，不够重视结构经济性问题，导致同一工程经不同人员设计，工建造价差别极大，浪费现象严重.如今我国房地产业正在经历着蓬勃发展，房价高起关键时刻，通过对高层住宅的结构优化设计进行探讨，降低高层建筑的造价成本，有着非常重要的现实意义.关键词：高层建筑结构设计结构选型【中图分类号】[tu355]1高层建筑结构特点及类型1.1高层建筑结构特点高层建筑结构要同时承受垂直荷载和风产生水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力.低层结构水平荷载对结构影响通常较小，但在高层建筑中水平荷载和地震作用将成为控制因素.高层建筑随着高度增加，位移增加很快.过大侧移会使人感觉不舒服影响使用，造成非结构构件和结构构件损坏.必须将结构侧移控制在一定范围内，抗侧力结构设计成为高层建筑设计关键.1.2高层建筑结构类型钢结构特点是强度高，韧性大易于加工.高层建筑钢结构具有结构断面小，自重轻，抗震性能好，施工工期短，施工方便等特点.高层建筑结构随着用钢量增大，工程造价随之提高.在发达国家高层建筑采用钢结构设计，在我国随着建筑物高度增加也有采用钢结构高层建筑.由于钢筋混凝土和钢结构均各有所长，又各有所短，合理结构是同时采用钢和钢筋混凝土材料组合结构，可以使两种材料互相取长补短取得经济合理、技术性能优良效果.2高层建筑结构分析与设计2.1水平荷载成为决定因素任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生水平荷载，还要具有抵抗地震作用能力.在高层建筑中尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用.随着高层建筑层数增多，水平荷载成为结构设计中控制因素.楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中产生作用，水平荷载对结构产生倾覆作用，并由此产生高层建筑在竖构件中作用力；对高层建筑来说竖向荷载和地震作用随建筑结构动力特性而发生大幅度变化.2.2侧移成为控制指标结构侧移已成为高层建筑结构设计中关键因素.随着楼层增加，水平荷载作用下高层结构侧向变形迅速增大.设计高层结构时不仅要求结构具有足够强度，能够可靠地承受风荷载作用产生内力；要求具有足够刚度使结构在水平荷载下产生侧移被控制在限度内.高楼使用功能和安全与结构侧移大小密切相关.2.3结构延性成为重要设计指标高层建筑结构更柔和，在地震作用下变形度大.为确保高层建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强变形能力避免倒塌，设计人员特别需要在建筑结构设计上采取恰当措施保证高层建筑结构具有足够延性.3高层建筑结构选型在传统结构设计中将注意力集中于建筑结构力学分析、结构设计和施工，而忽视设计阶段前重要问题.根据高层建筑结构受力特点，对高层建筑结构在概念阶段设计尤为重要，设计优缺点直接影响建筑工程整体经济性.3.1高层建筑结构体系选型与建筑施工关系高层建筑施工工艺不同会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，影响到建筑结构受力状态，抗震性能等.在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑.现浇钢筋混凝土高层建筑结构造价主要包括材料、模板及施工三部分.在造价中模板费用是最主要、最易变化部分，占总造价33%，模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价而且与施工速度及劳动力消耗有着密切关系.3.2高层建筑结构抗震体系选定原则明确计算简图和合理地震力传递路线：具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载能力；具有必要承载力、良好延性和较多耗能使结构体系遭遇地震时具有足够防倒塌能力；沿水平和竖向结构刚度和强度分布均匀，或按需要合理分布避免出现局部削弱或突变形成薄弱环节防止地震时出现过大应力集中或塑性变形集中危险.在确定高层建筑方案同时综合考虑房屋重要性、设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础及材料供应和施工条件并结合结构体系经济、技术指标，选择最合适结构体系.4结语结构设计是一项集结构分析、数学优化方法以及计算机技术于一体综合性技术工作，是一门实用性很强工作.针对目前设计人员按传统设计造成财产大量浪费现状，推行能实现资源合理分配利用，节约建筑造价结构优化设计方法势在必行，一个结构工程师主要任务就是在特定建筑空间中用整体概念来完成结构总体方案设计并能有意识地处理构件与结构、结构与结构关系.参考文献：[1]刘夏石.工程结构优化设计[m].北京：科学出版社，2008：14-19.[2]张相庭.高层建筑抗风抗震设计计算[m].北京：中国建筑工业出版社，2007：30-33.[3]李波.高层建筑侧向位移限制的研究[m].北京：中国工业出版社，2008：100-103.。
建筑学专业建筑结构高层建筑结构选型(2012)
传给基础竖向体系的作用是承受竖向荷载，水平荷载要求有足够的承载能力，也要有足够的抗侧移刚度满足承载力和正常使用极限状态高层建筑结构类型高层建筑的受力特点：水平荷载成为设计的控制因素，侧移成为高层建筑的控制指标高层建筑结构的基本要求钢筋混凝土结构体系梁、柱尺寸的估算高层建筑结构类型（以材料划分）混凝土--钢结构型钢混凝土结构钢筋混凝土结构钢结构目前高层建筑的发展趋势高强混凝土、钢管混凝土和型钢混凝土的应用钢筋混凝土与纯钢结构相比，整体性好，刚度大、侧移小，耐腐蚀、耐火，维护费用低，造价低于钢结构。
但材料强度低，因此自重大，地震作用大。
新结构体系广泛应用：巨型结构体系高层建筑的受力特点水平荷载成为设计的控制因素，侧移成为高层建筑的控制指标以悬臂构件为例，由竖向荷载产生的轴力与建筑的高度成正比；由水平荷载产生的弯矩与高度的二次方成正比；而水平荷载产生的侧向位移则与高度的四次方成正比。
轴力N = WH 弯矩M =qH2 /3 侧移Δ=11qH4 /120EI过大的侧移会使人感觉不适；会使填充墙或建筑装修出现裂缝、损坏；甚至会使主体结构出现裂缝、损坏。
因此，必须把结构的侧移限制在允许的范围内。
高层建筑结构的基本要求一. 房屋的体形1. 抗风要求（1）平面形状对称平面：尽量采用方形、矩形、圆形、正六边形、正八边形、椭圆形等双轴对称的平面。
以避免由于平面形状不对称在风荷载作用下所发生的扭转振动。
流线型平面：采用流线型平面可以降低风对高层建筑的作用。
例如法国的法兰西大厦采用椭圆形平面，经过计算其风荷载比矩形平面约减少27%。
一般情况下，圆形、椭圆形等流线型平面，与矩形平面相比，风荷载约可减少20%～40%。
(2)立面上小下大的截锥状体型：减少上部风载，减少风载引起的倾覆力矩和位移。
经计算，40层楼，当采用立面倾斜8%的角锥状，其侧移可比棱柱体减少约50%。
建筑的高宽比应符合我国的规范要求透空层：利用高层建筑的设备层等形成透空层，减少风压倾斜的竖向构件：对刚度十分有利。
建筑结构选型高层建筑结构
建筑结构选型高层建筑结构高层建筑结构的选型是建筑设计中非常重要的一环。
正确选择适合的结构类型，不仅可以保证建筑的稳定性和安全性，还可以提高建筑的经济性和可持续性。
1.钢筋混凝土框架结构：钢筋混凝土框架结构是高层建筑最常见的结构类型之一、其主要由钢筋混凝土柱、梁和楼板组成，具有高强度、刚性好、施工速度快等优点。
钢筋混凝土框架结构可以分为剪力墙结构、框架-筒体结构和框架-剪力墙结构等不同的变种。
根据具体的建筑设计要求和地震设计要求，可以选择不同形式的钢筋混凝土框架结构。
2.钢结构：钢结构是另一种常见的高层建筑结构类型。
相比于钢筋混凝土框架结构，钢结构具有自重轻、强度高、变形小等优点。
钢结构可以采用梁柱框架结构、桁架结构和框架-剪力墙结构等形式。
在大跨度和复杂形状的高层建筑中，常常选择钢结构。
3.预应力混凝土结构：预应力混凝土结构是一种通过在混凝土构件内引入预应力拉索或钢束，在无外力作用下使混凝土构件受到的预压力，从而提高了构件的承载能力和抗震能力的结构类型。
预应力混凝土结构可以分为预应力混凝土梁柱结构、预应力混凝土框架结构和预应力混凝土框体结构等。
预应力混凝土结构可以提高建筑的整体刚度和稳定性。
4.综合结构：综合结构是多种结构形式组合而成的一种建筑结构类型。
常见的综合结构形式包括筒体-框架结构、筒体-钢结构和筒体-预应力混凝土结构等。
综合结构可以根据不同的构件组合和分布，提供更多的设计灵活性，以适应不同的功能和形态要求。
在选择高层建筑结构类型时，需要综合考虑以下几个因素：1.抗震性能：高层建筑特别需要考虑抗震性能，选用能够满足地震设计要求的结构类型。
2.经济性：高层建筑结构对建筑成本有很大影响，需要选用经济性较好的结构类型。
3.施工性：结构类型要有良好的施工性能，能够适应现场施工的要求。
4.可持续性：结构类型要注重节能和环保，有利于提高建筑的可持续性。
5.功能性：结构类型要满足建筑的功能需求，如大跨度空间、开放式设计等。
010高层结构选型
高层结构体系和选型1．高层民用建筑钢结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别和施工技术条件等因素考虑其适宜的钢结构体系高层民用建筑钢结构采用的结构体系有：框架、框架-支撑体系、框架-延性墙板体系、筒体和巨型框架体系。
这里所说的框架是具有抗弯能力的钢框架；框架-支撑体系中的支撑在设计中可采用中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑；框架-延性墙板体系中的延性墙板主要指钢板剪力墙、无粘结内藏钢板支撑剪力墙板和内嵌竖缝混凝土剪力墙板等。
筒体体系包括框筒、筒中筒、桁架筒、束筒，这些筒体采用钢结构容易实现。
巨型框架主要是由巨型柱和巨型梁(桁架)组成的结构。
2．将框架-偏心支撑(延性墙板)单列，有利于促进它的推广应用。
筒体和巨型框架以及框架-偏心支撑的适用最大高度，与国内现有建筑已达到的高度相比是保守的。
AISC 抗震规程对C抗震等级(大致相当于我国0．10g以下)的结构，不要求执行规定的抗震构造措施，明显放宽。
据此，有必要对7度按设计加速度划分。
对8度也按设计加速度作了划分。
对框架柱在附注中列明为全钢柱和钢管混凝土柱两种，以适合钢结构设计的需要。
3．高层民用建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制；在结构设计满足本规程规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的经济性98规程建议的高宽比限值参考了20世纪国外主要超高层建筑，本次根据发展情况作了相应修订。
同时为方便大底盘高层民用建筑钢结构高宽比的计算，规定了底部有大底盘的房屋高度取法。
设计人员可根据大底盘的实际情况合理确定。
4．本条按房屋高度和设防烈度给出了高层民用建筑钢结构房屋的结构选型要求。
本次修订又增加了高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构的要求。
高层结构选型与结构布置ppt课件.pptx
框架侧向变形
2.2.2 剪力墙结构体系
定义：房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。
剪力墙结构平面图
典型剪力墙结构平面布置
剪力墙结构特点
抗侧刚度大，侧移小 室内墙面平整 平面布置不灵活 结构自重大，地震作
我国最高的钢框架结构——北京长富宫，22层，94米
典型框架结构柱网平面布置
典型框架结构剖面示意图
框架结构特点
平面布置灵活，可形成较大的使用空间 施工简便，较经济 抗侧刚度小，侧移大 对支座不均匀沉降较为敏感
框架结构分类
按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和 装配整体式三种。
构的抗扭作用
2.2.4 筒体结构体系
定义：是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的 高层建筑结构体系
筒体结构平面图
筒中筒 多重筒
框架-核心筒 成束筒
特点 筒体结构
框筒-框架 是空间结构， 具有很大的
侧向刚度及
水平承载力，
并具有很好
的抗扭刚度。
目前世界最
高的100幢
高层建筑约
多筒体
有2/3采用 筒体结构。
由于它可以看作是由两级框 架组成，第一级为巨型框架，是 承载的主体；第二级是位于巨型 框架单元内的辅助框架（只承受 竖向荷载），也起承载作用。因 此，这种结构是具有两道抗震防 线的抗震结构，具有良好的抗震 性能。
小框架 巨型梁
巨型柱
上海证券交易所
2.2.6 各种结构体系的 最大适用高度和最大高宽比
平面布置
规则性
平面宜简单、规则 平面长度不宜过长 突出部分宜减小 凹角部分应采取加强措施
结构选型4-高层建筑结构
高层建筑结构
• • • • • • 1 高层建筑的定义及发展历史 2 高层建筑结构的受力与变形特点 3 高层建筑结构体系及其选择 4 高层建筑结构的布置原则与要求 5 高层建筑结构设计的基本要求 6 世界知名高层建筑简析
1 高层建筑的定义及发展历史
• 1.1 高层建筑的定义 • 高层建筑并不以高度或楼层数为其定义。重要的准则在于 它的设计是否受到“高度”的影响。 • 就结构特性而论，高层建筑可以定义为必须着重考虑侧向 荷载和重力荷载组合影响的建筑物。 • 设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合下的强度、 刚度和稳定性应该予以确保外，还必须控制风荷载造成顶 部楼层的加速度反应，以使用户对摆动的感受和不适感降 到最低程度。
• 低层建筑—所有重力荷载就是决定其结构体系的设计荷载， 风荷载对结构体系的影响忽略不计； • 中层建筑—有规律设置的楼盖和柱网、墙体形成的结构体 系，可以提供足够的抗侧力强度和侧向刚度，来承受因风 荷载和重力荷载组合所引起的结构内力和变形； • 高层建筑—需要一个经过精心设计的明确而有效的承受风 荷载的结构体系。随着建筑高度增加，风荷载对整个建筑 结构的影响（倾覆力矩和水平剪力）更在大幅度增加。
5). 在民用建筑中，一般横墙短而数量多， 纵墙长而数量少 横向剪力墙的间距一般在6-8m 纵向剪力墙一般设为二-四道 6). 剪力墙宜设置于建筑物两端、楼梯间、 电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵 横向相互连接在一起为有利； 7). 当建筑使用功能要求有底层大空间时， 可以使用框支剪力墙，但一般均应有落地 剪力墙协同工作。
高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、 框剪、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。
框架结构 框架-剪力墙结构 剪力墙结构 筒体结构 框架-核心筒结构 带加强层的高层建筑结构
高层建筑的常见结构
高层建筑的常见结构
高层建筑是现代城市建设的重要组成部分，其结构设计和施工过程都需要严格的规范和标准。
以下是高层建筑常见的结构类型：
1. 钢结构：钢结构是高层建筑中最常见的结构类型之一。
它使用钢材作为主要的结构材料，具有高强度、轻量化、施工速度快等优点。
2. 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构是高层建筑中另一个常见的结构类型。
它使用钢筋和混凝土作为主要的结构材料，可以承受很高的压力和拉力。
3. 预应力混凝土结构：预应力混凝土结构是在混凝土浇筑之前就施加预应力，使混凝土在使用过程中能够承受更大的荷载。
这种结构类型适用于高层建筑中的梁和柱。
4. 钢框架结构：钢框架结构使用钢材建造的骨架来支撑整个建筑。
这种结构类型适用于高层建筑中的大跨度空间。
5. 钢混凝土混合结构：钢混凝土混合结构融合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，可以减少结构材料的使用量，同时又能够承受高强度的压力和拉力。
以上是高层建筑常见的结构类型，建筑设计者和施工人员需要根据具体情况来选择合适的结构类型，以确保建筑的结构安全和稳定。
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高层建筑的结构类型有哪些
高层建筑的结构类型有哪些1. 高层建筑的结构类型及细化（1）框架结构框架结构是目前最常见的高层建筑结构类型之一。
它包括刚性框架和柔性框架两种形式。
框架结构通常由柱、梁和桥墩等主要构件组成，可以有效承受横向荷载和重力荷载。
刚性框架结构对侧向荷载具有较强的刚度和稳定性，适用于高层建筑，并能满足抗震需求。
柔性框架结构可以通过调整柱和梁的刚度来抵抗侧向荷载。
（2）筒体结构筒体结构是一种具有较高综合性能、经济高效的高层建筑结构类型。
通常采用圆形或多边形的筒体形式，将结构质量和刚度集中在外部边缘，形成一个承载体。
筒体结构的主要优点是抗震性能较好、使用空间高效，适用于高层建筑和塔楼等。
（3）剪力墙结构剪力墙结构是一种常用的高层建筑结构类型，它通过设置大量的剪力墙，在水平方向上对侧向荷载进行吸收和分散。
剪力墙通常沿建筑的外围和内部核心位置布置，可有效提高高层建筑的抗震性能和整体稳定性。
（4）框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构是将框架结构和剪力墙结构相结合的一种复合结构。
它融合了框架结构的刚度和剪力墙结构的承载能力，能够更好地满足高层建筑对抗震性能和整体稳定性的要求。
（5）摩天楼结构摩天楼结构是指超高层建筑的结构类型。
摩天楼采用多种结构形式的组合进行设计，在高度、抗震性能和整体稳定性方面都具有较高的要求。
常见的摩天楼结构类型包括框架-筒体结构、框架-剪力墙结构和剪力墙-筒体结构等。
(6) 附件：无（7）法律名词及注释：无2. 高层建筑的结构类型及细化（1）钢结构钢结构是高层建筑中常用的结构类型之一。
它由钢材构件组成，具有轻质、高强度和可塑性等特点。
钢结构可以通过焊接、螺栓连接等方式进行组装，施工速度快，适用于高层建筑的加固和扩建。
（2）混凝土结构混凝土结构是高层建筑中最常见的结构类型之一。
它由混凝土材料和钢筋组成，具有良好的抗压和抗震能力。
混凝土结构可以采用预制构件或现场浇筑的方式进行施工，施工效率高，适用于高层建筑的整体结构。
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高层建筑结构选型
高层建筑结构选型
选型工作具有很强的综合性，包含大量确定与不确定的因素,受诸多条件和因素影响,高层结构是否合理、经济的关键,随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。
除了要考虑工程造价和投资能力,还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性,施工条件,技术能力,施工工期,建筑材料和能源供应,建筑美学要求包括建筑群及其环境的配合，建设场地的地形地貌自然灾害等等。
竖向承重结构的选型：
在对竖向承重结构进行选型时,首先考虑的是建筑物的高度和用途。
不同结构体系的强度和刚度是不一样的,因而它们适应的高度也不同。
一般说来,框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况;框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时,可用筒体结构。
当建筑物的高度超出规范表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。
选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。
目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类:住宅、旅馆及公共性建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。
住宅建筑一般采用剪力墙结构。
水平承重结构的选型：
水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。
水平承重结构选型通常有以下几种,平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋
形楼盖。
平板体系:平板体系采用单向板或双向板,常用于剪力墙结构或筒体结构。
其优点是板底平整,可以不加吊顶,结构高度低,可以降低层高。
但当跨度大时,采用平板较困难,一般非预应力平板不宜成过6m,预应力平板不宜超过9m,否则平板厚度过大,楼面重量太大。
采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。
无梁楼盖:在层高受限制情况下,公用建筑常采用无梁楼盖。
无梁楼盖最好带现浇柱帽,以加强板柱连接的可靠性。
无梁楼盖的合适跨度是:普通钢筋混凝土楼面6m以内;预应力混凝土楼面可达9m。
密肋楼盖:密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。
筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。
当采用装配式楼板时,框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。
楼盖结构应满足:房屋高度超过50m时,框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构;剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。
房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构;6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖;框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。
同时对于现浇楼盖,混凝土强度等级不宜低于C20,也不宜高于C40。
下部结构的选型：
高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。
它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。
高层建筑基础形式选择的好坏,不但关系到结构的安全,而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。
高层建筑基础形式通常有以下几种:
(1)柱下独立基础:适用于层数不多、土质较好的框架结构。
当地基为岩石时,可采用地锚将基础锚固在岩石上,锚入长度≥40d。
(2)交叉梁基础:即双向为条形基础。
适用:层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。
(3)片筏基础:适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时采用。
当基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时,选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。
但片筏基础的刚度较弱,应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。
当地下水位很高时,还要进行抗浮验算。
(4)复合基础:适用于层数较多或土质较弱时采用。
可用于填土、饱和及非饱和粘性土。
cfg桩复合地基是高粘结强度复合地基代表,目前它已大量应用于高层建筑地基。
它既可适用于条形、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。