引導語：建築設計的相關知識點你知道有哪些嗎?以下是小編整理的高層建築設計知識點，歡迎參考!
概述
1、高層建築的定義：
通常以建築的高度和層數兩個指標來判定，但世界範圍內目前還沒有一個統一的劃分標準。
1)國外：
(1)美國規定：高度爲22~25m以上或7層以上建築爲高層建築;
(2)英國規定：高度爲24.3m以上的建築爲高層建築;
(3)日本規定：8層以上或高度超過31m的建築爲高層建築。
2)我國：
(1)《高層民用建築設計規範》GB50045-95 和《高層民用建築設計防火規範》 GBJ50045-2002和 規定： ≥10層的居住建築(包括首層設置商業服務網點的住宅)或≥24m的公共建築。
(2)《高層建築混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)規定：≥10層 或 ≥28m;(本文章內容的依據)
2、高層建築的意義：
1)節地，佔地面積少
在相同的建設場地中，建造高層建築可以獲得更多的建築面積，這樣可以部分解決城市用地緊張和地價高漲問題。 9-10層的建築比5層的節約用地23%-28%，16-17層的建築比5層的節約用地32%-49%。
2)有效利用空間資源
在建築面積與建設場地面積相同比值的情況下，建造高層建築比多層建築能夠提供更多的空閒地面，將這些空閒地面用作綠化和休息場地，有利於美化環境。
3)節省城市建設和管理的投資
高層建築向高空延伸，可以縮小城市的平面規模，縮短城市道路和各種公共管線的長度，從而節省城市建設和管理的投資
4)在設備完善的情況下，垂直交通比水平交通方便。在建築羣佈局上，高低相間，點面結合，可以改善城市面貌，豐富城市藝術。
高層建築結構的設計要點
1、水平荷載成爲設計的決定性因素：
1)豎向荷載產生軸向壓力與結構高度的一次方成正比;
2)水平荷載產生的傾覆力矩與高度的二次方成正比。
2、側移成爲設計的控制指標：
1)結構頂點的側移 ut與結構高度 H 的四次方成正比;
2)結構的側移與結構的使用功能和安全有着密切的關係; 過大側移會使人產生不安全感;使填充牆和主體結構出現裂縫或損壞，影響正常使用;因P-△效應而使結構產生的附加內力，甚至破壞。
3)必須選擇可靠的抗側力結構體系，使結構不僅具有較大的承載力，而且還應具有較大的側向剛度。
3、軸向變形的影響在設計中不容忽視
1)豎向荷載產生的結構軸向變形對其內力及變形的影響;
2)對預製構件的下料長度和樓面標高會產生較大的影響;
Houston 75層的某商業大廈，採用剪力牆和鋼柱混合體系，由於鋼柱負荷面積大，其底層鋼柱壓縮變形比牆多260mm。
3)水平荷載產生的結構軸向變形對其內力及側移的影響
水平荷載作用下，使豎向結構體系一側構件產生軸向壓縮，另一側構件產生軸向拉伸，從而產生整體水平側移。
由表可知，結構層數越高，軸向變形所產生的影響越大。
4、延性成爲結構設計的重要指標
1)延性表示構件和結構屈服後，具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。
2)延性係數μ：用來衡量延性的大小。
3)結構的抗震性能決於其“能量吸收與耗散”能力的大小，即決於結構延性的大小。
4)爲了保證結構具有較好的抗震性能，除承載力、剛度外，還需要有較好的延性。可通過加強結構抗震概念設計，採取恰當的抗震構造措施來保證。
5、結構材料用量顯著增加
1)對於高層建築結構，隨高度增大，材料用量增大較多。
2)特別是水平荷載對材料用量影響較大。
3)結構方案對材料用量影響很大，水平力作用下對結構進行優化設計至關重要。
如筒體結構可使結構用鋼量大幅度減小，高381m的帝國大廈，採用平面框架結構體系，用鋼量爲206kg/㎡，採用筒體結構,高344m的約翰.漢考克大廈用鋼量僅爲146kg/㎡，高443m的西爾斯大廈用鋼量僅爲161kg/㎡。
高層建築結構的類型
按使用的材料，高層建築可採用砌體結構、混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構等類型。
1、砌體結構
優點：取材容易、施工簡便、造價低廉;
缺點：脆性材料，其抗拉、 抗彎、抗剪強度均較低，抗震性能較差;
配筋砌體可改善砌體的受力性能，但較少用於高層。
2、混凝土結構
優點：取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節約鋼材、降低造價、可模性好;
缺點：自重大、構件截面較大、施工工序複雜、建造週期較長且受季節的影響;
應用情況：我國絕大多數高層建築都是採用混凝土結構，今後仍將是高層建築發展的主流。
3、鋼結構
優點：材料強度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、製造簡便、施工週期短、抗震性能好;
缺點：用鋼量大、造價高、防火性能差、剛度差;
應用情況：採用鋼結構的高層建築不斷的增多;美國、日本等從鋼結構起步建造高層建築的國家已轉向發展混凝土結構。
目前世界上最高的鋼結構建築爲美國芝加哥西爾斯大廈，110層、高443m。
4、鋼-混凝土組合結構或混合結構
不僅具有鋼結構自重輕、截面尺寸小、施工進度快、抗震性能好等特點，同時還兼有混凝土結構剛度大、防火性能好、造價低的優點。
近年來，這種結構形式逐漸增多，而且發展前景非常好。
定義：鋼-混凝土組合結構、鋼-混凝土混合結構
(1)組合結構：將鋼骨放在構件內部，外部，採用外包或內填混凝土，稱爲鋼骨混凝土 或鋼管混凝土。(形成組合構件)
(2)混合結構：指由鋼構件、鋼筋混凝土構件或鋼骨混凝土組合構件一起組成的空間結構。(形成混合結構)
結構體系
結構體系-是指結構抵抗外部作用的構件類型和組成方式,是建築物的受力(傳力)(傳載)構件系統。
主要分爲：豎向結構體系和水平結構體系及基礎。
水平結構體系：主要由樑、板等組成的'樓板、屋蓋等，承擔豎向荷載。
水平結構除承受作用於樓面或屋面的豎載外，另一個重要作用是：連接各豎向結構構件，形成一個空間整體結構。
豎向結構體系：主要由柱、剪力牆、筒體等構件組成。主要傳遞(承受)水平力。
隨高度H的增加水平力越來越大，因此要給建築物設計一個強大的抵抗水平力的結構構件系統，如剪力牆結構體系等。
基礎：承託房屋全部重量及外部作用力，並將它們傳到地基;另一方面，它又直接受到地震波的作用，並將地震作用傳到上部結構。
可以說，基礎是結構安全的第一道防線。基礎的形式，取決於上部結構的形式、重量、作用力以及地基土的性質。
高層建築的基本抗側力單元有框架、剪力牆、框剪、筒體等，由它們可以組成多種結構體系。
框架結構體系
1、定義
房屋結構均由樑、柱構件通過節點連接而構成。
注：由L形、T形、Z形或十字形截面柱構成的異形柱框架結構，截面各肢的肢高肢厚比不大於4。
2、受力變形特點
框架結構的側移一般由兩部分組成：
1)水平力引起的樓層剪力，使樑、柱構件產生彎曲變形，形成框架結構的整體剪切變形Us;
2)由水平力引起的傾覆力矩，使框架柱產生軸向變形(一側柱拉伸，另一側柱壓縮)形成框架結構的整體彎曲變形Ub;
3)當框架結構房屋的層數不多時，其側移主要表現爲整體剪切變形，整體彎曲變形的影響很小。
注：框架結構屬於柔性結構，側移主要表現爲整體剪切變形。
3、優缺點
1)優點：建築平面佈置靈活，能獲得大空間(特別適用於商場、餐廳等)也可按需要隔成小房間;建築立面容易處理;結構自重較輕;計算理論比較成熟;在一定高度範圍內造價較低。
2)缺點：側向剛度較小，水平荷載作用下側移較大，有時會影響正常使用;如果框架結構房屋的高寬比較大，則水平荷載作用下的側移也較大，而且引起的傾覆作用也較大。因此，設計時應控制房屋的高度和高寬比。(以15~20層以下爲宜)
剪力牆結構體系
1、定義
房屋豎向稱重結構全部由剪力牆組成。
2、受力變形特點：
在豎向荷載作用下，剪力牆是受壓的薄壁柱;
在水平荷載作用下，剪力牆則是下端固定、上端自由的懸臂柱。
注：
1)剪力牆結構屬於剛性結構，對於高寬比較大的剪力牆，側向變形呈彎曲型。
2)剪力牆結構水平承載力和側向剛度均很大，側向變形較小。
2、優缺點：
1)優點：剪力牆結構水平承載力和側向剛度均很大，側向變形較小;房間牆面及天花板平整，層高較小，特別適用於住宅、賓館等建築。(結構高度：幾十米~ 一百多米)
2)缺點：結構自重較大;建築平面佈置侷限性大，較難獲得大的建築空間(一般剪力牆間距3~8m)。
3、佈置原則
1)在平面上應沿建築物主軸方向佈置
2)牆體儘量對直、拉通，否則，不能視爲整體牆
3)平面形狀儘量簡單、規則、對稱
4)沿豎向宜全高貫通，牆厚沿豎向逐漸減薄，避免豎向剛度突變
5)當建築平面形狀任意時，受力複雜處，剪力牆應適當加密
6)剪力牆宜設於建築物兩端，樓、電梯間及平面剛度有變化處，同時，以縱橫向相互連接在一起爲有利
4、剪力牆結構的平面佈置方案
1)橫牆承重方案：
橫牆間距即爲樓板的跨度，通常剪力牆的間距爲6～8M較經濟。
2)縱橫牆共同承重方案：
樓板支承在進深大梁和橫向剪力牆，而大梁又擱置在縱牆上，形成縱橫牆共同承重的方案。
在實際工程中以橫牆承重方案居多數。
框架-剪力牆結構體系
1、定義：
爲了充分發揮框架結構平面佈置靈活和剪力牆結構側向剛度大的特點，當建築物需要有較大空間，且高度超過了框架結構的合理高度時，可採用框架和剪力牆共同工作的結構體系。
框架——主要承擔豎向荷載
剪力牆——主要承擔水平力
2、受力變形特點
框架-剪力牆結構體系以框架爲主，並佈置一定數量的剪力牆，通過水平剛度很大的樓蓋將二者聯繫在一起共同抵抗水平荷載。其中剪力牆承擔大部分水平荷載，框架只承擔較小的一部分。
注：當框架與剪力牆通過樓蓋形成框架-剪力牆結構時，各層樓蓋因其巨大的水平剛度使框架與剪力牆的變形協調一致，其側向變形介於剪切型與彎曲型之間，一般屬於彎剪型。
3、優點
兼有框架和剪力牆的優點，比框架結構的水平承載力和側向剛度都有很大提高，比剪力牆結構佈置靈活，可應用於 10～20 層的辦公樓、教學樓、醫院和賓館等建築中。
4、框架-剪力牆結構中剪力牆的數量和佈置：
1)剪力牆的數量：不宜過多，以滿足位移限值爲宜。
2)剪力牆的佈置：不宜過長;不宜少於3道，最好作成筒體;對稱佈置;在縱橫向數量接近;應貫通全高，上下剛度連貫而均勻。
筒體結構體系
1、定義
是指由一個或幾個筒體作爲豎向承重結構的高層建築結構體系
2、分類：實腹筒、框筒和桁架筒。
1)實腹筒：鋼筋混凝土剪力牆圍成的筒體。
2)框筒：佈置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙樑形成的密柱深樑框架圍成的筒體。
3)桁架筒：將筒體的四壁做成桁架，就形成 桁架筒。
筒體結構：剪力牆圍成的薄壁桶和由密柱框架或壁式框架圍成的框桶等。
3、受力變形特點：
筒體最主要的受力特點是它的空間性能，在水平荷載作用下，筒體可視爲下端固定、頂端自由的懸臂構件。
注：
1)空間性能：按材料力學計算其應力分佈特點。
2)剪力滯後現象：對於框筒結構，在翼緣框架中，遠離腹板框架的各柱軸力愈來愈小;在腹板框架中，遠離翼緣框架各柱軸力的遞減速度比按直線規律遞減的要快。上述現象稱爲剪力滯後。
3)產生剪力滯後現象的原因：框筒中各柱之間存在剪力，剪力使聯繫柱子的窗裙樑產生剪切變形，從而使柱之間的軸力傳遞減弱
4)如何減少剪力滯後：
(1)要求設計密柱深樑;
(2)建築平面應接近方形;
(3)結構高寬比宜大於3，高度不小於60m;
(4)樓板的整體性好。
4、優點：
筒體結構具有很大的側向剛度及水平承載力，並具有很好的抗扭剛度。
5、應用：
1)筒中筒結構
一般用實腹筒做內筒，框筒或桁架筒做外筒。內筒可集中佈置電梯、樓梯、豎向管道等。框筒的側向變形以剪切變形爲主，內筒一般以彎曲變形爲主，二者通過樓板聯繫，共同抵抗水平荷載，其協同工作原理與框架-剪力牆結構類似。
2)多筒結構——束筒
束筒是由若干單筒集成一體成束狀，形成空間剛度極大的抗側力結構。自下而上逐漸減少筒體數量的處理手法，使高層建築結構更加經濟合理。但這些逐漸減少的筒體結構，應對稱於建築物的平面中心。
3)巨型框架
利用筒體作爲柱子，在各筒體之間每隔數層用巨型樑相連，筒體和巨型樑即構成巨型框架。巨型框架具有很大的承載能力和側向剛度。
由於它可以看作是由兩級框架組成，第一級爲巨型框架，是承載的主體;第二級是位於巨型框架單元內的輔助框架(只承受豎向荷載)，也起承載作用。因此，這種結構是具有兩道抗震防線的抗震結構，具有良好的抗震性能。
框架-核心筒結構體系
1、定義：
由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層建築結構。
2、受力變形特點：
筒體主要承擔水平荷載，框架主要承擔豎向荷載。結構兼有框架結構與筒體結構兩者的優，建築平面佈置靈活便於設置大房間，又具有較大的側向剛度和水平承載力，其受力和變形特點與框架-剪力牆結構類似。
3、與筒中筒結構的區別：
1)筒中筒結構具有良好的空間性能;框架-核心筒結構按平面結構進行分析。
2)框架一核心筒結構的抗側剛度遠小於筒中筒結構。
3)筒中筒結構中抵抗剪力以實腹筒爲主，抵抗傾覆力矩則以外框筒爲主;框架一核心筒結構中實腹筒成爲主要抗側力部分。
帶轉換層結構
轉換層：由於建築使用功能的改變導致結構佈置的改變，此時需要設置轉換層銜接上、下部分不同的結構。
設置轉換層的必要性——功能要求
建築功能要求轉換：
轉換層的類型：
柱距的轉換：上層小柱距——下層大柱距
結構類型轉換：上層剪力牆——下層柱
柱距和結構類型同時轉換
柱距轉換——框筒
51層，178m，筒中筒體系，1-4層商用，5層以上辦公。
外框筒柱距2.4m，無法設置出入口，故通過2×5.5m的大梁把柱距轉換成16.8m和12m。
結構轉換——框支剪力牆
地上28層，高94m。6層樓板厚度爲200mm，在牆下設託樑轉換層樓板，鋼筋混凝土柱直徑1m
房屋建築適用的最大高度和高寬比
1、最大適用高度
規程中將高層建築分爲了兩級，即常規高度的高層建築(A級)和超限高層建築(B級)(表2-3)，分別給出了其適用的最大高度。
2、高寬比限值
爲了宏觀控制結構的剛度、穩定和承載力，表2-3爲各種鋼筋混凝土結構體系的適宜高度範圍。
規範限制了高層建築的最大高寬比。分別按鋼筋混凝土常規建築(A級)和超限高層建築(B級)、鋼結構及混合結構限制。
