城市高层建筑结构论文

【摘要】随着经济的快速增长，城市化进程的飞速发展，高层建筑在我国的一些大中城市发展迅速，大大丰富了城市景观，与此同时高层建筑的结构类型和功能也更加趋向于复杂化和多样化，为此，对建筑结构设计也就提出了更高的要求。在本文中，笔者主要从高层建筑结构的选型设计、抗风设计三个方面论述了城市高层建筑结构的设计问题。下面是小编整理的《城市高层建筑结构论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

城市高层建筑结构论文 篇1：

现代城市高层建筑结构的合理选型与设计探讨

【摘要】随着国民经济的快速发展。人民生活水平的不断提高。高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、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。论文总结了各种高层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受力特征，进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨。

【关键词】高层建筑；结构选型；结构设计

随着高层建筑高度、规模、投资与复杂性等逐步增大，结构选型所面临的对象及其所处环境、需考虑解决的问题及所用的知识日趋复杂，结构选型的难度与重要性增大、时间增长，耗费的人力、财力、物力增加。高层建筑结构体系的选型通常要遵循一定的原则，它不仅要考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求，而且要从建筑设备安装、结构选材方面进行考虑。最后还需考虑各种结构体系的综合经济指标。选型不当带来的后果严重且难以修复，选型风险增大，传统的结构选型设计思想与方法将面临新的困难和挑战。因此，分析现代高层建筑发展给结构选型带来的新困难与新要求，重新认识结构选型设计问题的本质与规律，进一步明确结构选型的必要性与复杂性特征，既是现代高层建筑建设实践的要求，也是全面认识结构选型问题的需要。

1 高层建筑结构选型的相关概述

高层建筑的结构体系主要有框架结构，异型柱框架结构，框架一剪力墙结构，剪力墙结构，部分框支剪力墙结构，筒体结构（框架一核心筒结构，筒中筒结构），以及混合结构，即由多种材料构件如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件（钢管混凝土构件、型钢混凝土构件及组合梁等）构成的结构。主要分为：①一般高层建筑结构体系。一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架剪力墙体系、框架-筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。②复杂高层建筑结构体系。复杂高层建筑结构体系一般是指带转换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、平面不规则结构体系等。③新颖高层建筑结构体系。近年来，出现了一些新颖的高层建筑结构体系。其中具有代表性的有束筒体系、巨型框架体系、脊骨体系等结构体系。

2 高层建筑结构选型的重要性

2.1 高层建筑与城市社会发展的关系密切

我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升，城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源，减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费，提高城市社会吸纳能力及其综合效益，缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾，改善城市环境与调节心理等城市社会性问题，高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长，且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。

2.2 高层建筑结构复杂性提高

现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂，高度、规模、投资日益增大，要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为：①需求多元化、功能综合化的趋势，必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化，为增大建筑净空高度，很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现，对结构系统形式的要求提高。②随着高度与规模等增大，高层建筑投资增加、工期增长，其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化，首先是其形式的优化，然后才是其布局与构件参数的优化。③高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变，选型需要的知识信息愈加庞大，选型结果受人为因素的影响也将增大。

3 高层建筑结构选型与建筑设计

在结构的功能要求被确定以后，即可根据功能要求进行结构的选型。例如对于高层建筑，在选型上可以考虑框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构以及筒中筒结构等，在用材上可考虑钢结构、钢筋混凝土结构、组合结构等。对于大多数建筑物，工程造价中约有50%-70%用于结构工程，而且结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的50%-70%。因此搞好结构工程对于建筑工程建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用。搞好结构工程的关键在于结构选型，如果选型不当，即使结构计算很精确，也有可能给结构的安全使用及耐久性带来无法弥补的缺陷，所以结构选型对于结构的全寿命优化有着举足轻重的作用。在非地震区的高层建筑，水平荷载以风荷载为主。所以非地震区高层建筑选型宜选用有利于抗风作用的建筑体型，也就是宜选用风压体型系数较小的建筑体型，比如圆形、椭圆形等。

流线型的建筑体型以及由下往上逐渐变小的截锥形体型的体型系数相对较小，有利于抗风。在进行结构平面布置时，宜使用结构平面形状和刚度分布尽量均匀对称，以减轻风荷载作用下扭转效应对结构内力和变形的影响，并应限制结构高宽比，防止倾覆和失稳。地震区高层建筑的体系选型，实际上属于抗震概念设计范畴，它是在总结震害规律及工程经验的基础上，以宏观概念为指导，正确地解决高层建筑的总体方案，选择合理的结构体系，以达到合理抗震。通常应选择对抗震有利的地段，选用整体性较好的基础，立体结构应具有合理的地震作用传递途径，拥有多道抗震防线，具有必要的刚度和强度，具有合理的刚度和强度分布，避免竖面侧移刚度的突变。

另外亦宜选择风压体型系数较小的形状并限制高宽比。对于低层、多层或高层建筑，其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加，由于以下两个原因，竖向结构体系成为设计的控制因素：较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒；更重要的是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，必须精心设计。高层建筑的竖向结构体系从上到下一层层地传递累积的重力荷载，因此要求较大的柱或墙截面来承受这些荷载。同时，这些竖向结构体系还必须把风荷载或地震作用等侧向荷载传给基础。可是，与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性的，而是随建筑物的增高而迅速增大。例如，在其它条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底上的倾覆力矩近似地与建筑物高度的平方成正比，而建筑物顶部的侧向位移与其高度的4次方成正比。地震的效应甚至更加显著。当低层或多层建筑的结构按恒载及活荷载设计时，柱、墙、楼梯或电梯井就自然能承受大部分水平力，问题主要是抗剪。在“矮”房子的框架中，可以填充一些墙板，甚至全部填满墙板的办法很容易获得适当的附加支撑效果，而不必另外再加大原来竖向荷载所需要的柱和梁的尺寸。高层建筑并非如此。这是因为在高层建筑中，主要问题是抗弯和抵抗变形，而不仅仅是抗剪。为了使高层建筑足以抵抗相当大的侧向荷载和侧移，常常不得不进行专门的结构布置，柱、梁、墙和板的截面总是要大一些。

4 结语

高层建筑结构的选型与结构布置在结构抗震概念设计中占有极其重要的地位，它们直接影响着结构的安全性与经济性。总的来说，高层建筑结构选型包含竖向承重结构选型、水平承重结构选型以及下部结构选型；结构布置包括结构平面布置、结构竖向布置及变形缝设置。设计中应根据房屋的高度、高宽比等多方面因素选取合理的结构体系，以上因素在结构选型方面应该重点考虑。

参考文献：

[1]张连生.刘德龙.高层建筑混凝土剪力墙设计要点[J]吉林勘查设计2007（1）

[2]胡文湛.浅谈高层建筑结构分析与设计[J]江西建材2006（1）

作者：孙举飞

城市高层建筑结构论文 篇2：

浅谈城市高层建筑结构的选型及抗风设计

【摘 要】随着经济的快速增长，城市化进程的飞速发展，高层建筑在我国的一些大中城市发展迅速，大大丰富了城市景观，与此同时高层建筑的结构类型和功能也更加趋向于复杂化和多样化，为此，对建筑结构设计也就提出了更高的要求。在本文中，笔者主要从高层建筑结构的选型设计、抗风设计三个方面论述了城市高层建筑结构的设计问题。

【关键词】高层建筑；结构；设计

近代随着科学技术的发展，尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用，为高层建筑发展创造了前所未有的机遇，高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景。

1 高层建筑结构的选型设计

对于一个城市而言，高层建筑往往具有一定的代表性和象征性，可以反映一个城市经济水平和发展程度，根据工程实践经验，如果高层建筑结构体系选型不当，任凭再用先进的结构理论和精确的计算方法，也较难作出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计。正确处理高层建筑结构体系的选型问题，对于高层建筑结构设计而言，具有重要意义。

1.1 高层建筑结构体系的分类

高层建筑结构体系按结构形式分类主要有：框架结构；抗震墙结构；框架—抗震墙结构；筒体结构；部分框支抗震墙结构；板柱—抗震墙结构等等。不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因此它们适用的高度也不同。各种结构形式适用的高度范围在《建筑抗震设计规范》中有明文规定。一般地，框架结构布置灵活，具有较大的室内空间，在考虑抗震设防要求的建筑中，由于框架梁柱截面较小，抗震性能差，刚度较低，而且高层建筑中的框架填充墙在地震中破坏严重，修复费用较高。故其多用于高度低、层数少的公共建筑。框架—抗震墙结构既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震性能，多用于公共建筑和旅馆建筑等。抗震墙结构刚度很大，空间整体性好，承载力大，在水平力作用下侧移小，用钢量较省。它比较适用于高层住宅及旅馆建筑等隔墙较多的建筑。一般框架—抗震墙结构和抗震墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；筒体结构抗侧刚度大、空间受力性能好，当建筑物的层数多、高度大、设防烈度高时，采用前述几种结构体系往往难于满足要求，可用筒体结构。

1.2 结构选型阶段要注意的问题

一是要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。

二是要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新做出设计，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。

三是要注重嵌固端设置。因为高层建筑普遍带有二层或者二层以上的地下室与人防工程，嵌固端极有可能被设置于地下室的顶板上，同时也有可能被设置于人防顶板等处。例如，对嵌固端楼板设计、加强对嵌固端上下层刚度比限制、在进行结构整体运算时做好嵌固端设置等。假如忽视了其中的任何一方面，均有可能对后期设计工作造成大量安全隐患。

2 高层建筑的抗风设计

2.1 高层建筑结构在风荷载作用下的破坏形式

主体结构开裂或损坏，如位移过大引起框架、剪力墙、承重墙裂缝或结构主筋屈服；层间位移引起非承重隔墙开裂；局部风压过大引起玻璃、装饰物、围护结构破坏；建筑物的频繁、大幅度摆动使居住者感到不适；长期的风致振动引起结构疲劳，导致破坏。

2.2 高层建筑结构抗风的一搬设计原则

保证结构具有足够的强度，能可靠地承受风荷载作用下的内力；结构必须具有足够的刚度，控制高层建筑在水平荷载作用下的位移，保证良好的居住和工作条件；选择合理的结构体系和建筑外形。采用较大的刚度可以减少风振的影响；圆形、正多边形平面可以减少风压的数值；尽量采用对称平面形状和对称结构布置，减少风力偏心产生的扭转影响；外墙、玻璃、女儿墙及其它围护构件必须有足够的强度并与主体结构可靠地连接，防止局部破坏。

2.3 抗风设计的主要研究内容

2.3.1 风荷载的计算

我国规范GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》对荷载统计采用50年设计基准期，并且用平稳二项随机过程来描述荷载的随机过程。气流遇到建筑物时，在建筑物表面上产生压力或吸力，即形成风荷载，其大小主要与近地风的性质、风速、风向有关，也与建筑的高度、形状和地表面状况有关。

根据新规范进行主体结构计算时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值按下式计算，风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积：

式中：为风荷载标准值(kN/m2)；为基本风压(kN/m2)；为风压高度变化系数；为风荷载体型系数；范围为高度处的风振系数。

2.3.2 风荷载作用下高层建筑的振幅、震动速度和加速度控制

2.3.3 高层建筑的水平位移指标

根据现行的建筑结构设计规范，对于高层建筑结构在风荷载作用下的变形响应主要作以下两方面的限制：①限制结构的顶端水平位移u与总高度H的比值(u/H)，目的是控制结构的总变形量；②限制相邻两层楼盖间的相对水平位移Δh与层高h的比值(Δu/h)，一般Δu /h在结构的各层中具有不同的比值，且往往最大的Δu/h要超过u/H的限值。限制最大的Δu/h目的是防止填充墙、装饰部件的损坏，避免电梯轨道和管道等设施产生过大的变形。

高层建筑结构的变形控制对于控制风振侧移是非常重要的，结构侧移特别是层间侧移是决定建筑物破坏程度的因素，因此能否将侧移控制在允许限度内，是检验抗侧力体系有效性的重要指标。

3 结束语

随着经济的迅速发展和城市规模的不断扩大，在城市中涌现出越来越多的高层建筑。做为高层建筑的结构设计人员应不断学习和提高，重视结构试验研究成果，结合施工实践，通过大量工程经验的积累，作出技术先进、安全可靠、经济合理的各种高层建筑的结构设计。

参考文献：

[1]杨波. 高层建筑结构设计分析[J]. 江西建材,2011,(4).

[2]晏斌斌. 高层建筑结构抗震设计分析[J]. 江西建材,2011,(4).

[3]单厚义. 高层建筑结构设计的发展研究[J]. 技术与市场,2011,(12).

作者：克依木.买买提

城市高层建筑结构论文 篇3：

关于高层建筑结构抗风可靠性的研究

摘 要：在高层建筑结构的总荷载效应中风荷载效应占有较大比重，且从某种程度上而言具有决定性作用。当前施工技术与现代材料学发展迅速，新型建筑结构得以涌现，且一般柔性较好，具有阻尼小与重量轻的特点。这种结构对于风有较强敏感性，因此当前人们对于高层建筑结构的安全性、适用性以及可靠性要求更高。因此需开展高层建筑结构抗风可靠性研究，以提升设计者对于风影响力度的重视。

关键词：高层建筑 结构 抗风 可靠性

结构对于人类而言是基于自身生存满足、工农业生产与文化活动所需出现的构筑物或者建筑物。结构工程存在历史较长，其发展密切关联于人类文明，且可将时代科技水平体现出来。随着社会经济的快速发展与科学技术的不断提升，土地资源逐渐稀缺且城市人口愈发密集，同时商业竞争也逐渐激烈，由于出现了高层建筑，可提升土地利用率并对城市人口居住问题予以有效解决。荷载可直接影响结构的实用性与安全性，而风荷载在高层结构中存在瞬时与累积作用，对于结构可靠性有着影响。

1 风荷载对高层建筑结构产生的作用与特点

1.1 风荷载对高层建筑结构产生的作用

高层建筑结构若长时间受到风力作用会诱发结构疲劳现象，导致建筑物摇晃，增强建筑物使用者的不适感；风力作用会导致高层建筑结构出现规模较大的结构开裂或者残余变形现象；强风会破坏高层建筑主体或者装修，不仅损失建设方效益也为使用者带来不便。

风主要产生于地球大气层中空气的流动。高层建筑结构受到风力作用后会出现结构反应。尽管风荷载对高层建筑结构造成的影响可能比地震要小，但是由于风荷载出现频率要高于地震，故而高层建筑承受风荷载后其灾害要多于地震灾害。虽然迄今为止世界上尚未出现由于风力作用导致高层建筑结构被严重破坏或者出现倒塌事件，但是部分建筑物经受台风侵袭后其残余变形通常比较明显。据不完全统计后得知，全球风灾损失要高于地震损失，因此对于高层建筑结构而言一定要做好抗风设计工作，以增强抗风可靠性。

1.2 风荷载对高层建筑结构产生作用的特点

前文已经提及风的来源，且高层建筑结构承受风力作用后会出现双重影响，其一会导致高层建筑出现风振（风力振动），其二则会在高层建筑上出现一个风压力，且具有较高稳定性。由此可知，高层建筑承受风力作用后不仅有静力影响还有动力影响，其特点具体如下。

（1）由于气象观测时间较长，故而在对高层建筑风力大小予以评估时其可靠性要远高于地震，故而高层建筑结构在开展抗风设计时可靠性也较高。

（2）相较于地震作用风力作用有更长的持续时间，且高层建筑在生存时间内其较大风力出现机会也要多一些。

（3）高层建筑的风荷载分布具有不均匀性，在角区内收或者立面等局部区域风力较大。

（4）高层建筑周边环境会对风力产生影响，一般而言若高层建筑处于高层建筑群中，则经常存在受力不均现象，故而要增加安全系数。

（5）风力作用直接受到高层建筑结构外形的影响，一般而言若建筑物为圆形或者正多边形则承受风力较小，便于开展抗风设计。

2 高层建筑结构的抗风可靠性设计

在高层建筑结构中风荷载属于侧向荷载之一，且在沿海地区或者非地震区结构设计通常将风荷载当做控制荷载。由于风会破坏建筑物，故而在开展结构抗风设计时一定要保证建筑物在使用时不会出现破坏现象，可从以下几点开展。

2.1 必须满足强度设计要求

高层建筑结构在开展抗风设计时一定要与强度设计要求充分满足，即结构构件遭受风荷载与其他荷载的协同作用时其强度要满足设计要求，确保建筑物遭受风力作用时不会出现残余变形、坍塌事件，确保结构的安全性与可靠性。

2.2 必须与刚度设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时要充分与刚度设计要求相满足，即结构位移及相对位移需与规范要求相满足，避免高层建筑在遭受风力侵袭时出现非结构构件或者建筑装饰移位现象，同时还要避免隔墙开裂，导致建筑物功能受损。

2.3 必须与舒适度设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时要充分与舒适度设计要求相满足，这样可避免高层建筑遭受风力侵袭时出现过度摇晃或者摆动，使居住者产生不适感。振动加速度、振动频率以及持续时间是导致人体出现不适感的主要因素，一般可应用对结构振动加速度予以限制的方法开展抗风设计，以与舒适度设计要求相符。

2.4 必须与疲劳破坏设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时一定要与疲劳破坏设计要求相满足，风振会导致建筑物构件或者结构出现疲劳破坏，而这又是高周期疲劳累积损伤的后果。

2.5 开展结构抗风计算并进行安全评价

计算结构抗风先要开展理论计算，分析有效模拟风场的风振方向动力时程，结合高层建筑具体要求选取最佳计算方法，要确保其快捷与简便性。风洞试验，可有效测量建筑物承受大气边界层内风的作用大小。最后开展安全评价，主要评价高层建筑结构的抗风安全性与舒适性。

2.6 减轻自重，确保结构体系的合理性

在高层建筑结构抗风设计中需使用性能较好且轻质高强材料，既可降低重力荷载，还能减少工程成本。基于建筑造型与空间设计优良的基础上对结构体系予以构建并确保其合理性。结构体系随着建筑物高度的变化也会存在差异，结构体系的合理性不仅可提升建筑物抗侧力，还能提升其经济效益。

2.7 抗风加固

对高层建筑结构开展抗风加固方法较多，包括改变受力体系、预应力、外包钢、增加截面、外部粘钢等加固方法。上述方法围绕点为建筑物总体承载的提升，并注重对结构构件承载力与稳定性予以加强。此外，为防止风力损坏装饰构件，例如女儿墙、玻璃以及外墙等，也需合理设计上述构件。

3 结语

风荷载在柔性结构中属于主要设计荷载，有时甚至会有决定性作用。在工程结构中一定要做好抗风设计工作并确保其可靠性。由于结构与风荷载具有不确定的设计参数，故而基于概率角度对高层建筑结构风荷载动力与静力响应予以研究属于抗风设计的主要手段。该文提出了风荷载对高层建筑结构的主要作用与特点，而后从七个方面提出做好高层建筑结构抗风可靠性设计的关键点，以期提升高层建筑的安全性。

参考文献

[1] 杨婷.高层建筑结构抗风可靠性分析[J].科技创业家，2013（21）：114.

[2] 曲文超.高层建筑结构风荷载数值模拟研究[D].天津：天津大学，2010.

[3] 黄军.关于高层建筑结构抗风的分析[J].房地产导刊，2014（27）.

[4] 李博.高层建筑结构抗风可靠性分析[J].城市建设理论研究：电子版，2014（4）.

作者：李智平　吕恒