高层建筑概念篇1
关键词：建筑结构概念设计高层建筑结构体系
一、高层结构概念设计的三维层次
对于高层建筑结构,可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件,承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力,或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合,趋向于既可能将它推倒(受弯曲),又可能将它切断(受剪切),还可能使它的地基发生过大的变形,使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言,结构体系要做到不使建筑物发生倾覆,其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断,其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说,结构体系要做到不使建筑物被剪断,其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说,结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形,地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载,使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态,就会导致建筑物中的人有震动的感觉,使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害,还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂,甚至危及屋外行人的安全。所以,高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造某12层的办公综合楼,它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱,横行柱距为18m,纵向柱距为6m,中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式,进行结构方案优选,分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力,外柱仅承受大部分竖向荷载,不抵抗水平力,梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架,来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载1.4×6×8=67.2Kn/m,竖向荷载近似为15120Kn,井简墙自重为6×36×(6+12)×2=7776Kn,可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896Kn。则可计算出合力偏心矩e=m/G=67.2×36×18/22896=1.9m,超过核心范围(6/6=1m),不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固,才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此,在一个方向风荷载作用下,总框架一侧柱子受压,另一侧柱子受拉,并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2Kn,大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268,8Kn/柱
二、高层建筑的结构体系
1.框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由梁联系起来,形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时,可用隔断分割成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用灵活。外墙采用非承重构件,可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大,抗侧力能力差,水平荷载作用下会产生较大的位移,地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构,可以达到比较好的经济平衡点。
2.剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3-8m,现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求容易满足,适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好,在历次的地震中,都表现了很好的抗震性能,震害较少发生,程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大,平面布置不灵活,而且不宜开过大的洞口,自重往往也较大,不是很能满足公共建筑的使用要求,而且其成本也较大。
3.框架―剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件,框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%),是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载,提供较大的使用空间,同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙,其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区,都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构,布置在内部,外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工,的框架柱断面小、开间大、跨度大,很适合现在的建筑设计要求。
4.筒中简结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。通常简体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种简体,在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有良好的抗扭刚度。简中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系,但是由于它需要密柱深梁,当采用钢筋混凝土结构时,可能延性不好,而且造价昂贵。
结语
近些年来，建筑业有了突飞猛进的发展,城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计和体系为基础并运用到实践中。
参考文献:
[1]GB50011－2001建筑抗震设计规范[S]
高层建筑概念篇2
【关键词】高层建筑；结构设计；概念设计；概念设计原则
近年来，我国经济的发展和人们生活水平的不断提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。对于一座高层建筑的结构设计，既应保证高层建筑具有足够的安全性，即具有足够的抗震和抗风的能力及具有足够的承载力和变形的能力，又应保证结构的经济性、合理性。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。为达到以上目标，一要进行合理的概念设计，二要明确合理的结构体系，三要合理的结构计算分析与调整，四要采取必要的构造措施。
1概念设计的定义
概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
2高层建筑概念设计的基本原则
第一，以承载力、刚度、延性为主导目标，实施多道防线、刚柔结合的结构形式。即应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，随着第一道防线破坏，结构变柔后仍有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大震。第二，在对结构进行分析计算时，应该运用最简单、最直接、概念最清楚的计算方法，将结构的受力与传力途径设计成简单、直接、明确。尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。第三，尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心(简称刚心)和建筑物表面力(风力)作用中心或质量重心(质心)靠近或重合，以避免或减小在风荷载或地震作用下产生的扭转效应。第四，建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件也最好设计成均匀、连续，避免出现软弱层和上下层间的剪切刚度、弯曲刚度和轴压刚度的突变。第五，应重视上部结构与其支承结构整体共同作用的机理，即传力与受力结构两者之间的共同作用；例如，在高层建筑的箱基和筏基的底板设计中，计算软件无法进行上部结构－地下室－地基基础的相互作用分析，计算出来的底板内力远远大于底板实际受到的内力。
3结构设计要经济合理
结构设计工程师通过高层建筑结构的简化计算，可以在正式电算前得到主体抗侧力结构及其楼盖结构的合理布置和截面的合理确定，下一步的电算时间，使电算更快捷有效，电算结果也容易比较放心；另一方面结构的布置、断面的确定比较快的得到经济合理的实现，从而使结构设计更加经济合理。
4结构平面布置刚度宜均匀，减少扭转
高层建筑的平面布置宜简单、规则,尽量减少突出、凹进等复杂平面。更重要的是结构平面布置时要尽可能刚度均匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减少地震作用下的扭转，扭转对结构的危害很大。减少结构的扭转，一是减少地震作用引起的扭转，二是增加结构抵抗扭转的能力。平面刚度布置均匀，可减少地震作用下的扭转。而影响平面刚度均匀的主要因素是剪力墙的布置。剪力墙集中布置在结构平面的一端或一侧是不好的。大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震作用下扭转大，而对称布置剪力墙、井筒有利于减少扭转。周边布置剪力墙，或周边布置刚度很大的框筒等，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转。为了减少地震作用下的扭转，还要注意平面上质量分布，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边会加大扭转。
5结构竖向刚度宜均匀,避免薄弱层，减少鞭梢效应
结构宜做成上下等宽或由下向上向心逐渐减小的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应当沿高度均匀分布，或沿高度向心逐渐减小。各层剪力墙的布置是影响结构竖向刚度是否均匀的主要因素。框支剪力墙结构是典型的结构竖向刚度有突变的结构，框支层的变形大，为薄弱层，容易发生地震震害。故在结构设计时，不允许将全部或大部分剪力墙设计成框支，必须有一定数量的落地剪力墙，让框支剪力墙的软弱层由落地剪力墙加强，将框支剪力墙转换层以上的剪力较均匀的转移到落地剪力墙上，从而避免软弱层引起的震害。由于建筑立面有较大的收进或顶部有小面积的凸出房间造成建筑立面体型沿高度变化，或者为了加大建筑空间而顶部减少剪力墙等，都可能使结构顶部少数层刚度突然变小，这可能加剧地震作用下的鞭梢效应，顶部的侧向甩动变形过大也会使结构遭受破坏，所以在概念设计中，应当考虑到这些方面的影响，在方案阶段进行调整或采取加强措施。总之，通过概念设计，应力求达到抗震体系选择恰当，经济合理，较好满足设计规范的各项要求。
6合理的结构计算分析与调整
开始计算前，应根据高层结构的实际工作状况，建立正确的计算模型，根据概念设计做必要的简化计算与处理。计算软件技术条件的输入应符合规范及有关标准的规定，并应根据具体工程注意需要特殊处理的内容。对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个不同的力学模型，并对其计算结果进行分析比较。对计算机的计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。在结构增加墙体或调整墙厚、减少核心筒的刚度、增加连梁的高度等加强四周结构的刚度，均可以使结构的扭转周期靠后。对于竖向不规则的高层建筑，根据层间刚度比的结果确定薄弱层（薄弱层为该楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，或该楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%，或该楼层竖向抗侧力构件不连续）并对薄弱层地震作用标准值的地震剪力乘以1.15的增大系数。另外，地下室水平位移嵌固位置，转换层刚度是否满足要求等，都要求有层刚度作为依据。高层结构计算很难一次完成，应根据试算结果，按上述要求多次调整，才能得到较为合理的计算结果，以保证建筑物的安全。
7结束语
随着社会的进步，高层建筑的发展很快，日新月异。高层建筑的结构设计人员应不断学习和提高，通过力学知识和力学规律建立结构受力与变形规律的各种概念，在设计中创造性地相互配合，设计出令人满意的作品，为每一个崭新的工程奠定基础，把概念设计推向主流。
参考文献：
高层建筑概念篇3
【关键词】高层混凝土；建筑结构；抗震设计
中图分类号：tU37文献标识码：a
前言
文章对高层混凝土建筑结构概念设计的重要性做了简单介绍，并对我国高层混凝土建筑结构的设计现状进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容进行了探讨。
二、高层混凝土建筑结构概念设计的重要性在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。
三、我国高层混凝土建筑结构的设计现状地震由于其具有较强的突发性和随机性，要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点，但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的，这样就可以消耗地震的能量，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年，越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题，但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。1.结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象，从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。2.柱端与节点的破坏较为突出在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底，那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说，易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲，当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。3.砌体填充墙的破坏较为普遍当遭到地震作用时，由于砌体承重墙变形力度较小，首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时，填充墙的裂缝会明显变宽，甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。
四、高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容1.首先应重视高层建筑结构的规则性建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称。2.结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低;反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。
3.合理选择建筑结构体系随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。结构体系是抗震设计中的关键，如何确定体系是一个综合的技术和经济问题，应当周密考虑后决定。抗震结构体系应尽可能减少自重，高层建筑中各楼层面板自重约占建筑物地面以上重量40％，因此，减少板的重量是减轻建筑总重的有效途径，如采用现浇多孔板、密肋楼板等都是很好的办法。此外，减少结构自重还可以应用高强混凝土以减小构断面，轻质隔墙、加气混凝土等轻质材料也是很好的选择。在体形复杂和不规则结构中，必须设置自上而下连续贯通的有较大承载力和刚度的抗侧力结构。尽量避免扭转，扭转对结构有很大危害，也要加大结构的抗扭转刚度。二者的关键都在于剪力墙的设置，沿结构布置刚度大的抗侧力结构，有益于抗扭。五、结束语
高层建筑概念篇4
关键词：高层建筑结构;概念设计;因地制宜
近些年来,建筑业有了突飞猛进的发展,城市建设的发展中，高层建筑越来越广泛地应用。在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量的实践经验。计算机技术的迅猛发展，为结构设计提供了快速、准确的设计计算工具。然而有很多设计还存在诸多缺陷，主要原因就是在总体方案和构造措施上未采用正确的构思，即未进行概念设计所致。
1概念设计
概念设计是运用人的思维和判断力，在设计前期从宏观上决定结构设计中的基本问题。一般指不经数值计算，是从结构概念入手，依据整体结构体系与结构子体系之间的力学关系、相对刚度关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体角度来确定建筑结构的总体布置和结构措施。
（1）概念设计的意义
由于结构方案设计阶段，是不需要借助于计算机来实现的，这就需要我们综合运用其掌握的结构概念，能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得设计方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
（2）概念设计的依据
概念设计是以结构力学的基础原理和以往的成功经验为依据，符合工程客观规律和本质的方法；依据结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
（3）高层建筑结构设计的特点
①水平荷载成为决定因素；因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比。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。
②结构侧移成了关键控制因素；随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大；因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内，以保证高层建筑结构有足够的刚度，避免因侧移过大而造成结构开裂、破坏、倾覆以及一些次要构件和装饰的损坏。
③抗震设计要求更高；有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
④结构延性是度量结构抗震性能重要指标：为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变现能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证具有足够的延性。
2概念设计的步骤
（1）结构方案选用
一个成功的建筑设计，必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并应充分考虑与建筑、水、暖、电等专业所需要相协调,在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。
（2）选择合适的基础方案
基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力。一般情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。
（3）正确分析计算结果
在高层建筑结构分析和设计中普遍采用计算机技术，对计算的合理性、可靠性进行判断是十分必要的。但由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此工程师以力学概念和丰富的工程经验为基础，应对程序的适用范围、技术条件等全面了解；对结构的振型、周期、允许位移、地震作用的分布和楼层地震剪力的大小等，是否在合理的范围中，应做出合理判断。
（4）采取相应的构造措施
始终牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响。除此之外，还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置综合考虑抗震的多道防线尽量避免薄弱层的出现，以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。
3概念设计的应用
运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。在结构设计过程中的结构布置应尽量简单、规则、对称，尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小扭转，结构的竖向布置要做到刚度均匀和连续，避免刚度突变和出现薄弱层。当有抗震设计要求时，结构的承载力和刚度宜自上而上逐渐减小，当上下层结构布置发生变化时，要设置结构转换层。对规范规定的不规则结构，应进行进一步的抗震验算，并对抗震薄弱部位采取有效的加强措施，对严重不规则的方案应不子采用。
在地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。优化准则“强节弱杆”防止节点破坏先于构件；“强柱弱梁”防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强压弱拉”对杆件截而而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受压混凝土受压承载力。
在结构设计过程中由于每种结构采用的材料各不相同，且所处的环境各不一样，所受的外力更难统一定性，因此可以运用刚柔结合概念，从概念的角度去做结构设计。例如结构的抗风设计和抗震设计是相矛盾的，抗震设计希望结构适当柔一点，能吸收震动的能量，而抗风设计则希望结构的刚度大点，在风的作用下动力效应及变形能小点。因此要设计个抗风和抗震性能都很好的高层建筑结构很不容易，我们可以运用刚柔结合概念方法进行分析与设计。
例如由美国工程院院士林同炎教授于1963年设计的尼加拉瓜美洲银行大楼，建筑高度61m，地上18层，地下2层，由4个柔性筒组成，在风荷载和地震作用下，核心筒具有足够的刚度和承载力；当遭遇强烈地震时，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性绞，4个L形柔性筒作为独立的抗震单元，结构刚度降低，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。1972年12月23日尼加拉瓜首都马那瓜市发生强烈地震，10000多栋楼房倒塌，该楼虽位于震中，承受比设计地震作用0.06g大6倍的地震作用0.35g而末倒塌，允分地验证了刚柔结合概念设计思想的正确性及实用性。引起了世界结构界同仁的高度重视。
4结束语
概念设计是从设计的基本原理，工程的客观规律和方法等出发进行综合考虑，并能尽快确定建筑结构的总体布置，为各专业设计提供相对可靠的结构数据。随着社会的进步，结构设计也在不断的进步，结构工程师和建筑师在设计中应以正确的科学理念为基础，让理论知识和实践相结合，探索新的思路，设计出更加适合经济可靠的方案，为每一个崭新的工程奠定基础，把概念设计推向主流。
参考文献
［1］高立人，王跃，结构设计的新思路――概念设计，工业建筑，1999（1）.
［2］林同炎，S.D.思多台斯伯利，结构概念和体系，中国建筑工业出版社.
高层建筑概念篇5
关键词：建筑设计；概念设计；抗震
近十年来，高层建筑大量涌现，其结构一般都是不规则的，有些是特别不规则的，从而使结构设计遇到了许多难点，结构工程师发挥了创造才能，尽可能地解决结构设计中的难题和技术关键，从而陆续产生了能适应建筑师创新意识的多种复杂高层建筑结构体系。高层建筑连体结构是一种新型结构形式，通过在不同建筑塔楼间设置连接体使其成为共同的使用空间。同时，由于连体建筑的独特外形能够带来强烈的视觉效果，使建筑型体更具特色。
1.我国现行规范对抗震设计的要求
地震作用是一种随机的不可复制的自然运动，是其大小和方向都无法确定的一种偶然荷载。根据我国《抗规》规定，建筑物的抗震设计按“三水准二阶段”进行，即体现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，一般情况下遭遇第一水准烈度时，建筑处于正常使用状态，从结构抗震设计计算的角度，可以视为弹性体系，用弹性反应谱进行弹性阶段分析；当遭遇第二水准烈度时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围，此阶段的设计主要由构造来体现；遭遇第三水准烈度时，结构有较大的非弹性变形，但变形控制在规定的范围内，以免倒塌。二阶段的设计即是按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力以及在小震作用下验算结构的弹性变形，一般采用的是弹性反应谱分析方法，以满足第一水准抗震设防目标的要求；第二阶段是在大震作用下验算结构的弹性塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。对于第二水准抗震设防目标的要求，《抗规》是以抗震措施来加以保证的。
2.选择有利的抗震场地
通过比较震害普查绘制的等震线图可以发现，在正常的烈度区内,常存在着小块的高一度或低一度的烈度异常区。同一次地震的同一烈度区内，位于不同小区的房屋，尽管建筑形式、结构类别、施工质量等情况基本相同，但震害程度却出现较大差异，究其原因，主要是地形和场地条件不同造成的。国内多次大地震的调查也表明，局部地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素。位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土是对建筑抗震有利的地段。对建筑抗震不利的地段，一般是可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段。就地形而言，一般是条状突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘。就场地土质而言，一般是软弱土、易液化土，故河道、断层破碎带或半挖半填地基等。一般情况下，遇到不利地段时宜采取避开的方案，实在无法避开时，应尽量使建筑物场地选择建在基岩或薄土层上，或具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
3.科学布局建筑平面和立面
建筑平面和立面的规整性是结构设计中的一个十分基础、重要的内容。建筑平面、立面在抗震设计中宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度。建筑立面设计时应避免采用带有突然变化的阶梯形立面，并尽可能降低房屋的重心，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应。建筑的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大作用，减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地影响的有效途径之一。
4.合理地进行结构的选型与布置
在结构选型方面应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经济技术、经济条件比较综合确定。常见的结构类型按照抗震性能优劣依次是：钢结构，型钢混凝土结构，混凝土-钢混合结构，现浇钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，装配式钢筋混凝土结构，配筋砌体结构，砌体结构等。结构布置要遵循平面布置力求对称。竖向布置力求均匀的一般原则。在采用纯框架结构的高层建筑中应尽量避免将楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连，这样会使该柱变成短柱，地震时容易发生剪切破坏。
5.非结构部件处理
在地震作用下，建筑中的内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑墙板等部件也会或多或少地参与工作，可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线，产生出乎意料的抗震效果，或造成未估计到的局部震害。妥善处理这些非结构部件，可减轻震害，提高建筑的抗震可靠度。
6.优化准则及其保证措施
考虑地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。优化准则“强节弱杆”--防止节点破坏先于构件“；强柱弱梁”--防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力“；强剪弱弯”--防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力“；强压弱拉”--对杆件截面而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受压区混凝土受压承载力。保证措施保证措施有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应，二是强制规定必要的构造措施。这两个方面在高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）有详细的规定，有的则是以强制性条文提出严格要求。如：高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）中第6.3.2条的第1点限制梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比，就是保证梁的变形能力，而它又决定于梁端塑性转动量，而塑性转动量又与截面混凝土受压区的相对高度密切相关；试验研究结果表明要使钢筋混凝土梁的位移延性系数达到3--4，混凝土受压区相对高度必须控制在0.25--0.35。总之，高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）中许多条文以及强制性条文都是与这“四强四弱”密切相关，因此，必须在充分理解规范、规程中的具体条文的基础上加以运用相应的构造措施。
高层建筑概念篇6
【关键词】高层建筑；结构；概念设计
引言
随着我国城市化进程的加快，越来越多的城市高层建筑出现在人们的视野中，高层建筑不仅可以有效的提高土地资源的利用程度，还能够提升城市的现代化景观的整体水平，所以，市政部门在城市规划的过程中应该在充分了解高层建筑结构设计的特点基础上，选择符合城市总体规划的高层建筑项目。
1高层建筑结构设计的特点
1）高层建筑的结构设计相对于普通建筑来说，具有更强的技术性和专业性。因为高层建筑的结构体系的选择，不仅关系到高层建筑的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。
2）在高层建筑的结构选择和设计的过程中，水平力是最主要的因素，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在建筑结构中起到的作用也随之增大。
3）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要在保证高层建筑的足够承载力的基础上，注重刚度的加强，以抵抗侧向力。因为随着建筑层级的增多，每一层建筑都会在水平力作用下产生的一定的侧向力，从而发生侧向位移。
4）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要注重通过各种措施减轻建筑自重。因为减轻自重不仅可以更好的做到建筑防震，还能够减轻对地基和桩基的压力，通常情况下采用高强度材料可以有效的实现高层建筑的自重的减轻。
5）高层建筑的抗风结构的选择和设计过程中，要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。
6）具有特殊的抗震要求的高层建筑，应该在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。
7）在高层建筑的地基结构的选择和设计的过程中，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。
2高层建筑概念设计的基本原则
1）在高层建筑的设计过程中，设计人员要始终以承载力、刚度、延性为主导目标，通过各种细节设计和维护方式来提高高层建筑的承载力和刚度，并增大其延性。只有这样，才能使建筑能够应对来自于客观环境中的风荷载和地震的考验。
2）进行高层建筑的结构计算和分析的过程中，要尽量选择简单直接的计算方法，以便清晰的展现建筑中各种受力、传力状况，减少非结构性附件对于建筑承载力的干扰。
3）尽量使高层建筑的正交抗侧力重心靠近建筑的整体质量重心，目的在于避免或减小其受到客观环境的不利影响产生扭转效应。
4）要保证高层建筑的竖向抗侧力刚度构件的连续和均匀，以免出现薄弱环节，导致刚度突变。
5）设计过程中，要重视上部结构与地基之间的相互作用关系。
3高层建筑的结构体系
所谓结构体系的选择，就是高层建筑的所有构件以一种什么样的方式排列，才能更好的抵制外力的侵袭。通常情况下，抵抗水平力是结构体系的重点考量内容和标准。一般通过调整框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合方式来实现。
1）框架结构体系
所谓框架结构体系，就是高层建筑中的梁、柱构件通过节点连接后，能够有效的承受荷载。通常情况下，用于高度相对较低的高层建筑中。
框架结构的最显著的优点就是平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。
框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15层。
框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。
2）剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。
剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。
剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙结构。这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。
3）框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架-剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力（有时可以达到80%～90%），是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活；内筒采用滑模施工，的框架柱断面小、开间大、跨度大，很适合现在的建筑设计要求。
4）筒中筒结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。
4结束语
综上所述，随着城市化的推进，高层建筑被越来越广泛的应用于城市规划中。由于高层建筑具有着一系列的功能和结构上的特殊性，使得设计人员要灵活的运行概念设计，不断提高结构方案的设计水平。只有这样，才能在保证高层建筑的基本功用的情况下，优化设计结构，提升建筑性能。
参考文献：
[1]GB50011―2001建筑抗震设计规范[s].
[2]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[s].
高层建筑概念篇7
关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计；设计应用
中图分类号：tU97文献标识码：a
引言
地震作为最严重的自然灾害之一，一旦发生，就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来，国内外地震灾害频发，无情地剥夺了上百万人的生命。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是高层建筑。若在建筑结构的设计当中能加强抗震概念的设计，将会从一定程度上减小损失。因此，如何才能够提高高层建筑的抗震性能的概念设计已经成为了建筑行业研究的重点工作。
一、抗震概念设计
传统的结构设计理论为建筑结构设计提供了一些计算方法，但是这些方法主要是针对结构设计中的一些细节，而忽略了对整体结构的考虑。因此，传统的结构设计理论并不能完全地适用于高层建筑的抗震设计，照本宣科式的结构设计不能满足现代建筑物的要求。在高层建筑的抗震设计当中，设计师们都会融入概念设计。抗震概念设计是指根据以往的工程经验和地震灾害的发生情况，从整体上研究工程项目的抗震决策，包括使用材料的种类、抗震方案以及结构的内部构造等等方面。
二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的意义
高层建筑结构设计中应该非常重视抗震概念设计，因为高层建筑结构非常复杂，当发生地震时具有动力不确定性特点，人们对地震时对结构认识的局限性，再加上材料性能和施工安装的变易性、模拟地震波的模糊性等因素，导致计算结果和实际之间具有很大的差异。简单的依赖数值计算获得结构并不能有效的解决高层建筑的实际抗震问题，尤其是地质特征的差异性原因，导致许多国家甚至是地区指定的抗震规范都有明显的差异。高层建筑结构抗震概念设计在依据数值计算的基础上，还增加了实践经验元素，并且结构概念设计甚至比分析计算更重要，使得这一抗震设计理念能够满足区域差别下从事高层建筑结构设计的实际需求。强调高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性，其目的是为了引起高层建筑结构工程是在进行建筑结构设计时，特别重视相应的结构规程以及抗震概念设计中的相关规定，从而摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区，要求结构工程师严格的按照结构设计计算原则，再结合地区的抗震规范，以此保证高层建筑结构的抗震性能。
三、高层建筑结构设计中抗震概念设计的原则
(1)结构的整体性。在高层建筑结构中，楼盖的整体性对高层建筑结构的整体性起到十分重要的作用，其相当于水平隔板，不仅要求聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力的子结构，还要求这些子结构具有较强的抗震能力，能够抵抗地震作用，尤其是当竖向抗侧力子结构的分布不均匀、结构布置复杂以及抗侧力子结构的水平变形特征存在差异时，整个高层建筑就依靠楼盖使抗侧力子结构进行协同工作。
(2)结构的简单性。结构的简单性指的是结构在地震作用下具有明确、直接的传力途径。在高层建筑抗震设计规范中明确规定“结构体系应该有明确的计算简图与合理的地震作用传递途径”，只有结构简单，才能对结构的位移、内力以及模型进行分析，准确的分析出高层建筑抗震的薄弱环节，然后采取相应的措施，避免薄弱环节的出现。
(3)结构的刚度。结构的刚度和抗震能力水平在地震作用下是双向的，确定结构的刚度，然后合理的布置结构能够抵抗任意方向上的地震作用。通常状况下，地结构沿着平面上两个主轴方向都应该具有足够的刚度与抗震能力，结构的刚度不仅仅应该控制结构的变形，还应该尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击，如果结构发生较大的变形，将会产生重力二阶效应，导致结构失衡而被破坏，降低高层建筑的抗震可靠性，因此，在抗震概念设计中，应该重视结构的刚度设计。
(4)结构的规则性与均匀性。高层建筑的竖向和立面的剖面布置应该规则，结构侧向刚度的变化应该巨晕，避免侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变。沿着建筑物的竖向，机构布置和建筑造型应该规则和相对均匀，避免传力途径、刚度以及承载力的突变，防止结构在竖向上的某一楼或者少数楼层之间出现薄弱的环节。
四、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用
(1)抗震概念设计应该重视高层建筑的结构规律。在高层建筑的抗震概念设计应用中，应该对高层建筑的体型设计进行科学的修正，保证在质量、刚度、对称、规则上分布均匀，保证设计的整体性，避免局部出现刚度过大的问题。高层建筑的结构布局对抗震概念设计具有十分重要的作用，简单、对称的建筑在地震中的应力分析和实际反映很容易做到，并且能够达到相一致，但是在凹凸的立面与错层设计的高层建筑中，当地震发生时将会产生复杂的地震效应，很难做到对高层建筑抗震效果的最佳分析。因此，高层建筑的抗震概念设计应该重视结构的规律性。
(2)抗震概念设计在结构体系上的应用。高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计的关键，抗震概念设计在结构体系上的应用依据高层建筑物的高度以及抗震等级选择合适的抗侧力体系，通过概念近似手算确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。抗震结构方案选择的合理性，直接影响建筑抗震概念设计的经济性与安全性。合理的选择建筑结构体系，应该注意以下三个方面:其一，选择建筑结构体系时，应该对因为部分结构或者部分构件的破坏而导致整体建筑结构体系丧失对抗震能力或者重力荷载的承载能力，应该坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能，这一原则的重要性在许多建筑物地震后的实际状况中都得到了很好的印证;其二，选择建筑结构体系时，不仅仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线，还应该有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图，这些都应该和不间断的抗震分析相符合;其三，其中延性是建筑结构中的重要特性之一，结构体系的变形能力取决于组成结构的构件和连接的延性水平，提高结构构件的延性水平，是提高高层建筑抗震设计概念在建筑结构设计应用中的重点问题，通过采用竖向和水平向混凝土构件，能够增强对砌体结构的约束，当配筋砌体在地震中即使产生裂缝也不会倒塌或者散落，保证高层建筑早地震中不至于丧失对重力荷载的承载能力。
(3)抗震概念设计在结构构件上的应用。高层建筑抗震的实现需要各个构件的支撑，因此，抗震结构体系中的各个构件都必须具有一定的刚度与强度，并且还应该具有可靠的连接性。高层建筑的结构体系是一个多层次超静定结构，因此其抗震结构也应该设置多道抗震防线，这样在地震作用下，即使一部分构件先被破坏，剩余的构件依然具备支撑的作用，形成独立的抗震结构，承受地震力与竖向荷载。因此，合理的预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置，适当的调整构件的强弱关系，形成多道抗震防线，实现对高层建筑结构体系的合理控制，这是结构抗震耗能的一种有效措施，是建筑抗震结构概念设计的重要内容。
结束语
高层建筑的结构设计不仅仅是种技术，某种程度上更是一门艺术。无论什么设计，它都没有唯一的答案，只有通过不断的比较、研究，才能找到最优方案。这就要求设计师们不懈努力地去追求完善的设计方案。随着社会的发展，高层建筑的设计已经不能盲目地照搬课本上的规范和计算机程序，需要创新。总而言之，一幢建筑物，要想做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，就应该要做好文中所提到的几个重点。高层建筑物中的抗震结构设计使建筑结构的设计更加人性化，更加合理化。除此之外，抗震概念设计不仅拓宽了建筑结构设计的思路，同时还为高层建筑的设计提供了新的方向，在建筑行业当中发挥了重要的作用。
参考文献
高层建筑概念篇8
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。过大的侧移，对结构造成危害，影响正常的使用；过明显的摆动，会使居住者感到不舒服，使居住在建筑里面的人们产生恐惧感；同时，也会使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使主体结构构件出现较大的裂缝，甚至破坏。对高层建筑结构来说，通常是地震或风等水平作用控制着结构构件截面尺寸和配件大小，因此，高层建筑结构的结构性能主要指其抗震抗风能力，这里有承载力足够、刚柔适度和延性好三个方面含义，也就是要求：
（1）高层建筑结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度、结构承载力和结构延性。
（2）结构刚柔适度指结构刚度选择既要顾及场地特征，错开结构自振周期，减少地震作用效应；又要顾及p-Δ效应，控制结构变形；同时更要注重结构刚度的合理配置，以保证高层建筑结构有足够的抗扭转振动能力。因此，需要限制结构扭转为主的第一振型周期与平动为主的第一周期之比值，当限制要求不被满足时，需采取加大两端刚度或增加平动周期（柔化）等方法，调整抗侧移结构的布置，增大结构的抗扭刚度。
（3）高层建筑钢筋混凝土结构的延性有一定的要求，为此结构构件要具有足够大的截面尺寸，满足高层的建筑的轴向变形和剪切变形，也就是满足柱的轴压比、梁和墙的剪压比限制，并且截面配筋率要适宜。
2、结构简单规则均匀
结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现都易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠，这就要求工程师在熟练运用计算机设计程序的同时，更要掌握必要的高层建筑结构简化估算方法。
结构规则均匀要求沿建筑竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度，承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某个楼层出现敏感的薄弱部位。建筑平面要求比较规则，平面内结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。
3、加强连接、整体稳定性强：
高层建筑结构的整体稳定性，主要取决于楼盖、结构节点、结构与基础连接的可靠性等。
（1）楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，当楼板有大的凹入，大的开洞，平面内削弱过大，会产生显著变形时或结构空旷、平面狭长时，一方面应采用计及楼板变形影响的计算程序计算，另一方面还应在各抗侧力结构协同工作和各竖向子结构有效连接方面加强构造措施。
（2）建筑结构抗震概念设计有强节点弱构件的原则，高层建筑结构也一样，确保在地震作用下，节点承载力大于相连接构件的承载力。当构件屈服、刚度退化时，节点仍能保持承载力和刚度不变。尽管结构单元之间要求牢固连接，要求彻底分离是抗震设计的普通原则，但对高层建筑结构而言，最好采取加强连接而不是分离的方法，尽量避免似分不分，似连不连的结构方案，防止因振动不同步产生震害。
（3）高层建筑基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证，基础不仅要有足够的整体性，而且与上部结构也要有可靠的连接，同时还必须有足够的埋置深度，以期在满足地基承载力、变形和稳定性要求的基础上，减少建筑物的整体倾斜，防止滑移。
4、轻质高强、多道防线
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义，不仅从地基承载力上有突出的经济效益，而且也是因为地震效应是建筑的质量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑中质量大了，不仅作用于结构上的地震力大，还由于重心高、地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，p-Δ效应造成附加弯矩更大。因此，在高层建筑中，结构构件宜采用高强度材料，非结构构件和围护墙体应采用轻质材料。减轻房屋自重，既减少了竖向荷载作用下构件的内力，使截面变小，又可减小结构刚度和地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。
三、结语
目前，大部分结构设计人员都依赖计算机程序进行设计，在一定程度上已经被计算机所“绑架”，离开计算机，设计人员无从下手，无法进行结构设计。也因为在设计过程中，计算机结构计算软件总是存在一定的局限性、适用性和近似性，所以在设计过程中对现实工程采用了许多假定和简化，使计算模型与现实工程有一定的差别。这就需要设计人员在前期要有概念设计的水平，运用自身的基础理论、丰富的工程经验，在建筑设计方案中积极参与，确定建筑方案中的合理布置。概念设计是结构设计的核心和灵魂，其宗旨是要求建筑师和结构工程师明白在目前科技发展和设计计算的水平上，如果结构设计得严重不规则、整体性差，只凭结构力学分析来进行计算，是难以保证结构的抗风、抗震功能的。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证工程项目的经济性与安全性。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.
[2]霍达主编《高层建筑结构设计》,高等教育出版社2004.8.
高层建筑概念篇9
关键词：概念设计高层建筑结构设计优化设计
1工程概况
某工程项目用地共计11.25hm2，总建筑面积约为72万m2，拟建成包括高档公寓、SoHo公寓、普通住宅、商业、写字楼等多种功能的大型商业综合体，整个综合体共分为a、B、C、D、e5个建筑组群。本工程为其中的B区，建筑面积1o万m2，地下部分为两层地下室，平时主要用于商业、设备用房及车库，地下二层战时为核5级人防地下室；地上部分裙房2～4层，两栋住宅塔楼均为40层。
工程结构设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。风荷载按looa重现期的风压值计算，基本风压wo=o.60kn/m2，地面粗糙类别采用B类，由于塔楼高宽比4.34＞4.0，风荷载体形系数采用1.4。
2基础及地下室设计
2.1工程地质及水文地质情况
根据勘察报告，场区地貌属山前坡洪积平原。场地内岩土分层自上而下描述如下：第1层：杂填土，第2层：细砂，第3层：粉质粘土，第4层：强风化云母片岩，第5层：中风化云母片岩，该层未穿透。场区内无不良地质现象，无液化土层，区域稳定性较好，适宜工程建设。
场区地下水位标高0.85～3.43m(黄海高程)。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。抗浮设计水位标高建议值为4.00m2，相对于±0.00为-0.25m。
2.2基础类型
根据勘察报告，并考虑抗浮要求，裙房部分的基础采用筏板基础，以第3层粉质粘土层(fak=280kpa)或第4层强风化云母片岩层(fak=3ookpa)为基础持力层。筏板厚度为0.6m框架柱位置根据抗冲切需要设置相应尺寸的柱墩。
塔楼基础考虑过两种方案，一是天然筏板基础，二是大直径人工挖孔桩基础。通过从结构造价、施工方便等方面综合比较，最后采用了传力直接的大直径人工挖孔桩+墙下承台梁+防水板基础。挖孔桩桩长约13m，桩径1000～1600，扩底1800―2900，桩端持力层为第5层中风化云母片岩，桩端极限端阻力标准值prq=6000kpa。
2.3地下室抗浮设计
地下室抗浮设计水位为-0.25m，需要进行抗浮设计。设计上采用抗拔锚杆（Φ150)进行抗浮，锚杆进入强风化岩不小于lom，长度不小于14m，单根锚杆抗拔承载力特征值为360kn。
2.4地下室结构超长及主裙楼差异沉降
地下室平面尺寸为206x137m，大大超过规范要求。但考虑到设缝对建筑结构的不利影响，设计时通过采取适当的结构措施(采用微膨胀混凝土、设置后浇带、加强配筋等)、建筑措施(纯地下室顶板及墙加强保温措施)及施工措施(分段施工、加强养护、采用添加剂等)，在地下室范围内不设变形缝而设置收缩后浇带。另外，为解决主裙楼之间的差异沉降问题，在主裙楼之间还设置了沉降后浇带。收缩后浇带要求在混凝土浇筑两个月后可进行封闭，沉降后浇带则需根据沉降观测的结果进行分析后再选择合适时机进行封闭。
3上部结构方案
工程地下室部分不设伸缩缝和沉降缝，整个工程连为一体，地下室顶板设计为上部结构的嵌固部位。上部结构通过设置2道抗震缝将结构分为完全独立的3个部分，其中左上角和右下角均为40层的2个塔楼，左下部分为2层的框架结构。
两栋塔楼均为剪力墙结构体系，结构高度119.9m，为a级高度的钢筋混凝土高层建筑。塔楼平面外包尺寸为27.8x31.7m，高宽比H/B=4.34，长宽L/B=1.14，均满足规范的有关要求。
结构方案阶段，首先根据概念设计的原则进行剪力墙的平面布置，尽量控制剪力墙的墙肢长度满足普通剪力墙的要求，并尽量布置带有翼缘的剪力墙，以提高整个建筑物的抗震性能。二是充分利用中间交通核心形成的剪力墙内筒的抗侧力作用，尽量减小剪力墙的数量和尺寸。再根据结构的规则性和整体性原则，对整体计算分析的结果从周期比、位移比、刚度比和层间受剪承载力之比、刚重比以及层间位移角等方面进行综合分析和判断，在经过多轮结构优化后，确定了塔楼的结构方案。其中，塔楼的剪力墙厚度从底部的400厚到300到250再到上部的200厚均匀变化；混凝土强度等级也从底部的C50到C40，最后过渡到C30，并且剪力墙厚度的变化与混凝土强度等级的变化均错开数层。优化后的标准层结构平面布置详见图1。
图1标准层结构平面图
根据本工程的特点和结构平面布置图，还采取了一些构造加强措施：正常楼层板厚为h=l10，地下一层楼板由于人防采用400厚，±0.00楼板作为整个工程的嵌固端厚度h=180，裙房屋面层楼板厚度加厚为h=130，塔楼屋面层楼板厚度采用h=150；内筒左右两侧及电梯间由于楼板开大洞，板厚均加强为h=150，以传递水平力。
4结构整体计算分析
4.1振型分解反应谱法
结构整体计算分析时采用了2个不同的计算软件，先采用Satwe进行整体计算，再采用etabs中文版进行验证。地震作用计算首先采用考虑扭转偶联振动影响的振型分解反应谱法，塔楼的部分计算结果如表1。结果表明，两种软件的计算差别不大，各项指标均满足规范的有关要求。
表1塔楼的部分计算结果
项目SatweetaBS
周期，St13.153.03
最大层间位移角，Y向1/22731/3195
4.2弹性时程分析补充计算
本工程结构高度大于100m，抗震设防烈度为7度，需进行多遇地震下的弹性时程补充分析计算。选用1条人工波RHitG035以及2条实际地震记录taF-2tH2tG035，采用Satwe进行弹性动力时程分析，输入地震加速度的最大值为35cm/s2。
结果表明：每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法结果的65/%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法结果的80%，选波有效。时程分析法计算所得剪力平均值在大部分楼层小于振型分解反应谱法计算结果，在顶部个别楼层出现了大于振型分解反应谱法的现象。针对这个问题在Satwe中采用了地震力放大系数的方法进行解决，这部分楼层配筋计算据此进行。
5结语
高层建筑概念篇10
关键词：高规消火栓用水量水压
《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）新修订部分已于2005年10月1日实施，此次修订涉及条款较多，结合近年来的实践，笔者就《高规》的消防给水设计章节在执行当中不明确的地方谈谈个人的看法。
一、关于室内外消火栓用水量。由于《高规》第3.0.1条对50米以下一类商业楼、展览楼、综合楼、商住楼等建筑的划分标准作了调整，将每层建筑面积超过1000平方米改为24米以上部分任一楼层的建筑面积超过1000平方米，不难发现，根据《高规》第7.2.2条，上述建筑的室内外消火栓用水量找不到对应标准。本人认为规范第7.2.2条要根据第3.0.1条做出相应调整。
二、关于消防前室的消火栓是否计入消火栓的总数。根据《建规》的条文说明，消火栓不能计入总数，而《高规》没有明确的指出，只是说消防电梯前室需要设消火栓。消防电梯前室消火栓的作用有二：一是用于消防电梯前室灭火，以打开消防通道、便于消防人员救人和抢救财产，二是用于除前室外的其他部位的火灾扑救。同时，规范规定消火栓应采用同一型号规格，前室的消火栓与其他部位的消火栓没有区别。高层建筑主要是立足自防自救，火灾情况下前室的消火栓常常是消防队员最先使用的消火栓，因此，本人认为前室消火栓可计入同层消火栓总数。
三、关于《高规》7.6.6.1条。新修订的《高规》规定燃油、燃气锅炉房和柴油发电机房宜设自动喷水灭火系统，而条文说明和原规范说用水喷雾。本人认为，新《高规》规定用自动喷水灭火系统是有道理的，因为此类场所当着火的时候，主机房可燃油较少，所有的油汽开关全都关闭，普通的闭式喷水灭火系统能达到扑灭火灾的作用。同时，规范说的是“宜”，且《高规》第4.1.2.8及4.1.3.4条均规定可以选用除卤代烷以外的自动灭火系统，当然包括水喷雾。对锅炉房的储油间等油较多的地方，还是建议采用水喷雾或气体灭火。
四、关于静水压力与栓口出水压力的概念。《高规》7.4.6.5条指出消火栓静水压力、栓口出水压力超过一定限度应采取分区给水或减压措施。许多人对静水压力与栓口出水压力定义不清楚，规范没有指出，许多参考资料也有不同的解释，有人提出静水压是指管道内水处于静止状态时的压力，而出水压力是指某处水流在外泄时该处的压力。这一解释缺乏感性认识，很难理解。笔者认为，应从水力学的角度给予解释。
根据伯努利方程：
Z1+p1/γ+α1V12/2g=Z2+p2/γ+α2V22/2g+H
Z：位置水头（势能），p/γ：静压水头（压能），V2/2g：动压水头（动能），H：损失水头
静压就说明水流处于静止时，也就是V=0时，某过水断面的势能和压能，动压就说明水流处于运动时，也就是V=/0时，某过水断面的势能，动能，压能之和。栓口的静压，就是该栓口处以上部分水对其产生的势能，就是消防水箱水面与栓口的高程差，栓口动压：是水泵启动后所提供的压力，到某栓口处的动压=水泵出口压力（扬程）-栓口与水泵出口的高程差-水泵出口到该栓口的管路总损失。通俗的讲，静水压力是指栓口不出水时，高位水箱及其增压设施对消火栓栓口产生的静压。出水压力是指栓口出水时，高位水箱及其增压设施或消火栓泵对消火栓栓口产生的动压。动压力=静压力-该处的总水头损失。