高层建筑结构概念设计
高层建筑结构设计中概念设计和结构措施
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。
高层建筑结构设计复杂高层建筑结构设计
02
高层建筑结构设计的基本 要素
基础设计
01
02
03
地质勘察
对建筑所在地的地质条件 进行详细的勘察，为结构 设计提供基础数据。
基础类型选择
根据地质勘察结果，选择 合适的基础类型，如桩基 、独立基础等。
基础承载力设计
根据建筑荷载和使用要求 ，设计基础能够承受的承 载力。
主体结构设计
结构体系选择
根据建筑高度、功能和抗 震要求，选择合适的结构 体系，如框架结构、剪力 墙结构等。
结构施工工艺与质量控制
总结词
结构施工工艺与质量控制是高层建筑结构设计的关键 环节。合理的施工工艺和严格的质量控制能够保证结 构的稳定性和安全性，延长建筑的使用寿命。
详细描述
在高层建筑结构设计中，应充分考虑施工工艺的可行 性和质量控制的可靠性。首先，应制定详细的施工方 案，包括施工流程、施工方法、施工时间等方面的规 划。其次，应采用先进的施工技术和设备，提高施工 质量和效率。此外，还应建立严格的质量控制系统， 对施工过程中的关键环节进行监督和检测，确保施工 质量符合规范要求。同时，对于施工过程中的安全隐 患应及时处理和纠正，确保施工过程的安全性。
绿色水资源
采用雨水收集和利用系统，减少用水量。
绿色能源
利用太阳能、风能等可再生能源，降低能源 消耗和碳排放。
绿色建筑外观
设计美观、实用、与周围环境相融合的建筑 外观。
数字化设计与优化
数字化建模
利用计算机辅助设计软件进行 建筑结构建模，提高设计效率
和准确性。
数字化仿真
通过数值模拟技术对建筑结构进行 性能分析和优化，降低成本和风险 。
建筑高度
结构体系
风阻设计
高层建筑结构概念设计
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。
《高层建筑结构设计》第2章_高层建筑结
际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面
风力的大小。 • 当风流经过建筑物时， 通常在迎风面产生压力（风荷
载体型系数用+表示），在侧风面及背风面产生吸力
（风荷载体型系数用-表示）。
• 风压值沿建筑物表面
的分布并不均匀， 如
右图所示， 迎风面的
风压力在建筑物的中
部最大， 侧风面和背
风面的风吸力在建筑
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
三、地震作用
2. 三水准抗震设计目标及一般计算原则
④ 一般计算原则
a) 一般情况下， 应至少在结构两个主轴方向分别考虑水平 地震作用计算；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度 大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震 作用。
b) 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双 向水平地震作用下的扭转影响。其他情况，应计算单向 水平地震作用下的扭转影响。
周期应根据场地类别和设计地震分组按附表8.5 采用，
计算8、9 度罕遇地震作用时， 特征周期应增加0.05ｓ。
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
三、地震作用 4. 反应谱理论
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
4. 反应谱理论
附表8.4 水平地震影响系数最大值
② 当建筑结构的阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线
的形状参数和阻尼比调整应符合下列要求：
a) 曲线水平段地震影响系数应取
。
b) 曲线下降段的衰减指数应按下式确定：
γ=0.9+(0.05 - ζ)/(0.3+6ζ)
式中 γ ——曲线下降段的衰减指数；ζ ——阻尼比。
高层建筑结构概念设计
概述
结构工程师 对结构概念 和结构体系 不感兴趣 ， 工作缺乏创 造性
限制和 约束了 业主所 想要的 空间形 式和功 能
1.2 帮助建筑师开拓空间形式与功能
有一定复杂性的工程设计，在建筑方案设计 阶段，结构工程师的参与是项目设计所必要 的知识投入。 在此阶段，需要结构工程师对结构体系的总 体认识，对结构受力和变形特性的整体概念， 也需要关于结构设计的经验和判断力。
【例1-1】 芝加哥第一国家银行大楼 】
业主向往在大楼整个底部有4～ 层楼高的无柱大 业主向往在大楼整个底部有 ～5层楼高的无柱大 空间。 空间。 结构工程师 和建筑师首 次慷慨和充 分的满主了 银行家梦寐 以求的底部 大空间。 大空间。
【例1-2】西尔斯大厦 】
110层 442m高 束筒结构（ 110层、442m高，束筒结构（每个钢框筒为 22.86m×22.86m＝523㎡ 22.86m×22.86m＝523㎡）
【例1-5】关于柱的轴压比
N n 轴压比的定义： = 轴压比的定义： f c bh
轴压比限值的实质是柱子截面在大小偏心受压界 限破坏状态下的轴压比。 限破坏状态下的轴压比。 抗震规范中所涉及到的影响轴压比限值的因素： 抗震规范中所涉及到的影响轴压比限值的因素： 结构类型、抗震等级、剪跨比、箍筋形式、 结构类型、抗震等级、剪跨比、箍筋形式、柱中 是否设芯柱。 是否设芯柱。
在风荷载和多遇地震下， 在风荷载和多遇地震下，核心筒具有足够的刚度和承 载力； 载力； 在罕遇地震下， 在罕遇地震下，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性 形柔性筒作为独立的抗震单元， 铰，4个L形柔性筒作为独立的抗震单元，结构刚度降 自振周期增大，阻尼增加，地震作用减小， 低，自振周期增大，阻尼增加，地震作用减小，结构 仍具有预期的受力性能。 仍具有预期的受力性能。 震后情况：连梁剪切破坏，墙体未见裂缝。 震后情况：连梁剪切破坏，墙体未见裂缝。 动力分析见书中表1 动力分析见书中表1-1。 与尼加拉瓜美洲银行相距不远的尼加拉瓜中央银行 平面布置见书中图2 在此次地震中破坏惨重。 （平面布置见书中图2-7）在此次地震中破坏惨重。
高层建筑结构设计 课后习题解答(部分)
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
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
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。
高层建筑结构设计(共44张PPT)
• 高层建筑结构设计概述 • 高层建筑结构体系与选型 • 高层建筑结构荷载与效应 • 高层建筑结构分析与设计 • 高层建筑结构抗震设计 • 高层建筑结构抗风设计 • 高层建筑结构施工图绘制与审查
01
高层建筑结构设计概述
高层建筑定义与特点
高层建筑定义
一般指高度超过一定层数或高度 的建筑物，具体标准因国家和地 区而异。
。
可变荷载
包括楼面活荷载、屋面活荷载、雪 荷载、风荷载、吊车荷载等，是随 时间变化的荷载。
偶然荷载
包括地震作用、爆炸力、撞击力等 ，是偶然事件引起的荷载。
水平荷载与效应
风荷载
高层建筑受到的风荷载较大，需要考虑风压高度变化系数、风荷 载体型系数等。
地震作用
地震时地面运动对结构产生的水平惯性力，需要考虑地震烈度、 场地类别、结构自振周期等因素。
适用范围
剪力墙结构的房屋高度一 般不超过100m。
框架-剪力墙结构体系
优点
适用范围
框架结构布置灵活，可以获得较大的 空间；剪力墙结构抗侧力刚度大，整 体性好，两者结合可以取长补短。
框架-剪力墙结构的房屋高度一般不超 过150m。
缺点
框架和剪力墙的变形性能相差较大， 在地震作用下，两者的受力情况较难 协调。
通过改变结构刚度、阻尼、质量分布等方式，优化高层建筑结构的抗风
性能。
03
结构抗风设计流程
阐述高层建筑结构抗风设计的流程，包括初步设计、详细设计、施工图
设计等阶段。
风振舒适度控制标准与方法
风振舒适度评价标准
介绍国内外关于高层建筑风振舒适度的评价标准，如加速度限值、位移限值等。
风振舒适度控制方法
浅谈高层建筑结构概念设计
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。
对高层建筑结构概念设计重要性
对高层建筑结构概念设计重要性的探讨摘要：建筑结构设计中，由于计算机结构计算程序的广泛应用与普及，设计人员越来越依赖计算程序，从而导致结构设计人员忽略了在建筑方案阶段的结构概念设计，为保证建筑结构的安全可靠、适用、经济，对结构设计人员强调结构概念设计的重要性是非常必要的。
关键词：概念设计；高层建筑高层建筑结构概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段及初步设计阶段，从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等等。
概念设计是一种思路，是一种定性的设计，它不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是对工程进行概括性的分析，制定设计目标，采取相应的结构措施。
一、概念设计能帮助建筑师开拓空间形式与功能建筑师与结构工程师为业主服务的目标是一致的，因此，结构工程不仅要成为结构功能要求的实现者，而且要成为建筑功能要求实现的积极参与者，与建筑师一道创造性的作出总体建筑设计。
在建筑方案设计阶段，结构工程师的参与是项目设计所必要的知识投入。
结构项目工程师的首要任务，就是在建筑方案设计阶段，凭借整体概念和判断力，去帮助建筑师开拓或实现业主所想要的空间与功能。
二、高层建筑结构概念设计需重视的几个问题：1、以承载力、刚性、延性为主导的目标：在特定的空间形式、功能和地理环境条件下，以结构工程师自身确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各个部分有机相连的结构体系，并有意识地利用和发挥结构总体系和主要分体系、以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。
从宏观上分析高层建筑的水平力，就是把高层建筑结构模拟成一根“竖向悬臂梁”，由结构静力计算公式，轴力与高度成正比，在水平力作用下高层结构底部的倾覆力矩与其高度的二次方成正比；由《高规》（jgj3—2010）第5.4.1的条文说明公式中，结构顶部侧移与其高度的四次方成正比，因而，随着高度越高，高层建筑结构的抗侧力问题尤为突出。
高层建筑结构定义
高层建筑结构定义在现代城市的天际线中，高层建筑如同一颗颗璀璨的明珠，矗立在繁华的都市之中。
然而，这些令人瞩目的建筑并非仅仅是外观的壮观，其背后隐藏着复杂而精妙的结构设计。
那么，究竟什么是高层建筑结构呢？要理解高层建筑结构，首先得明确“高层”的概念。
一般来说，各国对于高层建筑的定义并不完全相同，但通常是指层数较多、高度较高的建筑。
在我国，规定 10 层及 10 层以上或房屋高度超过 28m 的住宅建筑以及房屋高度大于 24m 的其他高层民用建筑混凝土结构为高层建筑。
高层建筑结构是指为了支撑和保证高层建筑的稳定性、安全性和使用功能，所采用的一系列建筑构件和体系的组合。
它就像是一个巨大的骨架，承担着建筑自身的重量、各种荷载（如风荷载、地震荷载等）以及使用者在其中活动所产生的各种力量。
从结构类型上来看，常见的高层建筑结构主要包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。
框架结构是由梁和柱组成的框架来承受竖向和水平荷载。
这种结构形式空间分隔灵活，便于布置较大的房间，但由于其侧向刚度较小，在高层建筑中的应用受到一定限制。
剪力墙结构则是利用建筑物的墙体作为主要的抗侧力构件。
剪力墙能够提供较大的侧向刚度，有效地抵抗水平荷载，适用于住宅等对房间布局要求相对较为规整的建筑。
框架剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的优点。
在框架结构中布置一定数量的剪力墙，使得结构既能有灵活的空间布局，又能保证足够的侧向刚度。
筒体结构则包括框筒结构、筒中筒结构等。
这种结构形式具有很强的抗侧力能力，适用于超高层建筑。
高层建筑结构的设计需要考虑众多因素。
首先是荷载的计算。
除了建筑自身的重量外，风荷载和地震荷载是两个至关重要的因素。
风荷载会对高层建筑的表面产生压力和吸力，特别是在一些风灾频繁的地区，风荷载的影响不可小觑。
地震荷载则是由于地壳运动引起的，会对建筑产生水平和竖向的振动作用。
设计时需要根据建筑所在地区的地震设防烈度来确定结构的抗震能力。
高层建筑结构概念设计
第四阶段从90年代开始
上海金茂大厦，(钢结构， 88层，高420m，是我国 目前最高的建筑)
金茂大厦内部结构
2. 国外现代高层建筑的发展
第一阶段是19世纪中期以前，由于主要建筑 材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术 的限制，欧美国家一般只能建造6层及以下的 建筑。
第二阶段是19世纪中期开始的20世纪 50年代初
第三阶段为80年代
深圳发展中心大厦，(43层， 高165.3m，加上天线的高度 共185.3m)，是我国第一座 大型高层钢结构建筑。
第三阶段为80年代
广州国际大厦 (63层，高200m)
第三阶段为80年代
北京京广中心大厦 (57层，高208m)
第三阶段为80年代
上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆，(总建 筑面积66060m2，共43层，总高153.52m) 静安希尔顿饭店，(建筑面积69224m2，包括塔 楼43层，总高143.62m)
钢骨钢筋混凝土构件
组合结构
钢管钢筋混凝土构件
钢管屈曲破坏
钢管混凝土结构 工程实例
美国西雅图 双联广场大厦
58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度133Mpa 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载
2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢 筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土 结构）
1855年发明了电梯系统(OTIS)，使人们建造更高的 建筑成为可能。 家庭保险公司大楼(Home Insurance Building)， 11层，高55m，建于18841886年，采用铸铁框架 承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构 体系的诞生。 从1884年到19世纪，高层建筑已经发展到了采 用钢结构，建筑物的高度越过了100m大关。 1898年建成的纽约Park Row大厦（30层， 118m）是19世纪世界上最高的建筑。
高层建筑结构概念和结构设计案例
高层建筑结构概念和结构设计案例一、高层建筑结构概念高层建筑结构是指高度在一定范围内的建筑物，其结构体系主要承受竖向和水平荷载，以满足建筑物的使用功能和安全性能。
高层建筑结构的概念包括以下几个方面：1. 高度范围：高层建筑的高度通常在10层以上，但不同国家和地区对于高层建筑的定义略有不同。
2. 竖向荷载：高层建筑的结构体系需要承受建筑物的自重、设备重量、家具重量等竖向荷载。
3. 水平荷载：高层建筑还需要承受风荷载、地震作用等水平荷载，这些水平荷载对于高层建筑的影响更大。
4. 结构体系：高层建筑的结构体系包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构等，这些结构体系的特点和应用范围不同。
二、高层建筑结构设计案例以下是一个高层建筑结构设计案例的介绍：1. 工程概况：本工程为一栋30层的高层住宅楼，总高度为99米，建筑面积为25000平方米。
该建筑采用剪力墙结构体系，平面形状为矩形，长宽比为4:3。
2. 结构设计：本工程的结构设计主要包括基础设计、主体结构设计、抗震设计等方面。
基础采用桩基，主体结构采用剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，抗震等级为一级。
3. 结构分析：本工程的结构分析采用SAP2000软件进行计算和分析。
根据计算结果，结构的自振周期、位移、剪力等指标均满足规范要求。
同时，考虑到地震作用的影响，本工程还进行了弹塑性分析，以评估结构的抗震性能。
4. 优化设计：为了提高结构的经济性和安全性，本工程还进行了优化设计。
通过调整剪力墙的数量、布置和尺寸等参数，使得结构的刚度和承载力达到最优。
同时，还对结构的节点进行了优化设计，以提高结构的整体性能。
5. 施工图设计：根据以上分析和优化结果，本工程进行了施工图设计。
施工图包括基础施工图、主体结构施工图、楼梯施工图等。
在施工图中，详细标注了各构件的尺寸、材料、连接方式等参数，为施工提供了详细的指导。
6. 结论：本工程采用剪力墙结构体系，通过合理的结构设计、分析、优化和施工图设计，使得该高层住宅楼的结构性能达到了较高的水平。
高层建筑结构的受力特征和结构的概念设计
根据建筑功能、使用要求、地理环境等条件，选择合适的结构形式，如框架结构 、剪力墙结构、筒体结构等。
结构体系
确定结构的传力路径和主要承重体系，如框架-剪力墙体系、筒中筒体系等，以 满足高层建筑对承载力和稳定性的要求。
结构布置与优化
结构布置
根据建筑平面和立面的要求，合理布置结构的梁、柱、墙等 构件，以满足建筑功能和美观的要求。
结构损伤识别与评估
通过地震模拟振动台试验、有限元分析等方法，对高层建筑结构在地震作用下的损伤情况进行识别和评估，为结 构的修复和加固提供依据。
减震与隔震技术
减震技术
通过在建筑结构中设置减震装置，如阻 尼器、减震支座等，减小地震对结构产 生的加速度、速度和位移，从而降低结 构所受的地震作用。
VS
隔震技术
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高层建筑结构的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
高强度钢材的应用
高强度钢材具有更高的承载能力和耐久性，能够减轻结构自重并 提高抗震性能，为高层建筑结构设计提供了更多可能性。
复合材料的应用
如碳纤维、玻璃纤维等复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点 ，可用于高层建筑的楼板、梁等部位，提高结构效率。
多元化发展
高层建筑结构将更加注重功能性和 美学性的结合，呈现出多元化的发 展趋势，满足人们多样化的需求。
高层建筑结构面临的挑战与对策
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抗震性能的挑战
高层建筑结构在地震作用下的抗震性能是一个重 要问题，需要采取有效的抗震设计和构造措施， 提高结构的抗震能力。
风荷载作用的挑战
高层建筑结构受到的风荷载作用较大，需要合理 设计抗风结构，减小风荷载对结构的影响。
结构耐火性能评估
耐火等级
高层建筑应根据其使用功能和重要性，确定 相应的耐火等级，并采取相应的耐火构造措 施。
高层建筑造型艺术与结构概念设计共3篇
高层建筑造型艺术与结构概念设计共3篇高层建筑造型艺术与结构概念设计1高层建筑是现代城市化进程中不可或缺的重要组成部分，它的建筑造型艺术要求更高，而结构概念设计必须考虑到高楼大厦的自重、风荷载、地震作用等多重因素。
在高层建筑的设计中，建筑造型艺术与结构概念设计是相辅相成，两者必须兼顾才能实现高层建筑的设计目标，本文将分别从建筑造型艺术和结构概念设计两个层面进行分析。
一、建筑造型艺术高层建筑的设计中，建筑造型艺术是一个重要的因素。
在建筑造型设计中，要求造型合理、美观，同时要符合建筑物的功能和空间要求，并与环境相协调。
1.造型合理性在高层建筑的建造中，造型必须要合理，要满足高楼建筑的功能性和结构性，同时要满足人体工学，增加美观性因素。
例如，建筑物的不同用途的布局应当合理，如公寓和办公室要分开设计等。
2.建筑美学建筑美学是构成建筑的一个较为重要的因素，在高层建筑的建造中，建筑的美学要素不能被忽略。
在设计中，必须考虑建筑物的整体性、比例性、对称性、尺度感和美学形式等因素。
美学可以影响建筑物对外传达的信息，比如，结构特点、设计纪念意义、艺术风格等。
3.功能需求与空间利用在高层建筑设计的过程中，建筑物的功能性和空间利用需要得到充分的考虑，拟定合理的平面布局使空间得到充分的利用。
二、结构概念设计结构概念设计是高层建筑设计工作中重要且必不可少的内容，设计时需按照结构性原理，使结构更加稳定和安全，同时在增加建筑物高度和负载的情况下，要考虑结构的难度和成本问题。
1.结构稳定性在设计中，要保证高层建筑的结构能够满足风荷载、震荡、自重等各种因素对建筑物的影响，确保建筑物的稳定和安全。
为此，在设计中应考虑不同地震烈度、高风速、建筑生命周期等因素，并制定相应的防灾措施。
2.减轻重量减轻建筑物的重量也是提高建筑物稳定性的关键措施，可以通过采用轻质材料如玻璃、钢等降低结构重量同时提高使用效率。
3.奥秘力学奥秘力学是设计高层建筑结构的关键理论，这也是建筑师在设计中需要深入研究和考虑的重要问题。
高层建筑结构设计
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3.高层结构的特点 (1)建筑结构所承受的荷载和作用由以竖向力
作用为主转变为以水平力作用为主。
(2)高层建筑结构的动力反应不可低估。 (3)结构轴向变形,剪切变形 以及温度、沉降因素的影响加剧。
(4)由此而带来的材料用量、工程造价呈抛物 线关系增长。
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剪力墙的竖向布置
(1)剪力墙沿竖向应贯通全高,墙厚宜逐步减 薄、避免刚度突变,造成应力集中。
(2)剪力墙的门窗洞宜上下对齐、成列布置。 形成明确的墙肢和连梁,不宜采用错洞墙。洞 口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。
(3)墙肢截面高度与厚度之比不宜小于3。
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框支剪力墙:在建筑底部做成较大空间,将剪力墙底部 做成为框架柱。但是这种墙体上、下刚度形成突变, 对抗震极为不利。故在地震区不允许采用框支剪力 墙结构体系。可以采用部剪力墙分落地、部分剪力 墙框支的结构体系,并且在构造上:
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7、钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比
分为A级和B级。
A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适 用高度应符合表4.2.2-1的规定,具有较多短肢剪力墙的 剪力墙结构的最大适用高度尚应符合（高规）第7.1.2 条的规定。
B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可 较A级适当放宽,其结构抗震等级、有关的计算和构造 措施应相应加严,并应符合本规程有关条文的规定。
①落地墙布置在两端或中部,纵、横向连接围成筒体;
②落地墙间距不能过大;
③落地剪力墙的厚度和混凝土的等级要适当提高,使 整体结构上、下刚度相近;
④应加强过渡层楼板的整体性和刚度。
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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。