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摘要：本文从目前各高层建筑的结构进行分析研究，分别从高层建筑的基础设计、安全保卫设计及与周边环境的融合设计等方面的理念进行探讨，力求总结出安全、科学、方便、人性化的结构设计方案。
主题词：高层建筑 设计 分析
Abstract: In this paper, analysis and research from the high-rise building structure, discussions are made from the foundation of high-rise building design, the security design and integration with the surrounding environment design and other aspects of the concept, and strive to summarize safety, scientific, convenient, user-friendly structure design.
Key words: high-rise building; design; analysis
中国分类号：TU-9文献标识码：A 文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02
前言：
城市空间是人类生产和生活所需要的重要因素，它为居民提供各种活动的可能。在当今社会经济高速发达的前提下，城市发展也不断的快速、科学、高效化，随着科学技术的发展，尤其是高科技建筑材料的出现，城市建筑高度不断在刷新，同时由于城市空间及建筑土地等条件的限制，高层建筑就成了实用性较强的综合性建筑。那么，如何使高层建筑的功能性、安全性发挥到最大化，同时又能与周边环境完美融合就成了设计师们最大的问题。下面，我就结合高层建筑的设计需要从几个方面进行浅述。
一、高层建筑的基础设计
所谓高层建筑，就是指超过一定高度和层数的多层建筑。我国自1982年起规定超过10层的住宅建筑和超过28米高的其他民用建筑为高层建筑。其结构以钢结构和钢筋混凝土结构为主，对钢材的强度及钢筋混凝土的标号、比例都有严格的要求。
高层建筑的基础设计包括地基（桩）、建筑主体、运载通行（含水电暖使用、通风等设备设施）设计。
1、地基设计。在高层建筑的地基设计中，要根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。
2、高层建筑的主体结构设计
高层建筑的主体结构可分为框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、筒体体系。下面详细介绍一下各体系的特点。
框架结构体系是由梁、柱构件通过接点连接组成的结构，是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。它的优点是建筑平面布置灵活，可形成较大空间；缺点是属于柔性结构，抗水平荷载及抗震性较差。
剪力墙结构体系是利用建筑物的外墙和内墙作为承重骨架构成的剪力墙结构体系，这种体系侧向刚性强，可承受较大的侧向水平方向的荷载，缺点是主体被分割成小的封闭空间。
框架-剪力墙结构体系平面布置灵活，又能较好的承受水平荷载，且抗震性能较好。
筒体体系是指由一个或几个筒体作为承重结构的高层建筑结构体系，又可分为筒中筒结构体系和多筒体系。它的整个筒体就像一个固定于基础上的封闭的空心悬臂梁，不仅可以抵抗很大的弯矩，也可以抵消扭矩，是非常有效的抗测力体系，同时这种体系结构布置灵活，单位面积结构耗材少。上海金茂大厦、迪拜塔等建筑就是典型的筒体体系。
运载通行设计
⑴高层建筑的运载通行主要依赖于电梯，同时辅以步梯，同时根据建筑用途不同还可以设置货运电梯。在大楼电梯规划中须考虑如下因素：①大楼的种类及用途。②电梯服务楼层数量。③楼层高度及电梯的行程。④入口楼层。⑤每层人数。
一般建筑物层数超过２５层时，电梯宜采用垂直分区设置。目前形式主要有： ①奇偶层停站。②高中低分区。③单双层双轿厢。④高空转换大堂。总之，电梯的设计要考虑到实用性、舒适化、人性化和节能化。
⑵水电气暖设施的设计。设计供暖和给水排水系统时，必须考虑因建筑高度增大的压力，保证管道、炉片具有耐压能力；在供暖、通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透和中合面以上、以下的热压变化对于散热量计算的重要影响；用电方面要考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电，对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的要求。
高层建筑的安全设计
高层建筑作为一个封闭的区域，如何保证安全运行是历年来各设计师殚思竭虑进行研究的。高层建筑的安全包括消防安全管理、防雷电安全管理、防强风安全管理及防震安全管理等内容。
（一）消防安全是高层建筑的软肋，我们看过了太多的悲惨案例。因此在高层建筑中要设计科学、高效的消防设施杜绝惨案的发生。
建筑中火灾自动报警系统的设计必须遵循国家有关方针、 政策、 规范和公安消防部门的有关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、 技术先进、 经济合理、 使用方便。首先要明确建筑本身的建筑和功能特点，了解与火灾报警系统工程设计有关的相关专业的硬件设施，尤其是设备通风、 给排水专业对于电气专业的设计要求，然后根据有关规范确定消防报警系统的总体结构形式。如设置火灾自动报警器、光烟感应喷淋系统、应急逃生通道、消防栓、避难层、电源、天燃气总控室。同时要间隔一段距离就要设置防火墙或闸门。
（二）高层建筑抗震措施
在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
高层建筑的防强风设计
在现代高层建筑平面常用的几种形式中,方形、圆形、矩形及三角形4种形式的选择与高层建筑能耗之间存在着一定的关系。高层建筑中,交通核心的位置决定建筑室内空间的安排,不同的平面布置对夏热冬冷地区建筑的室内风环境带来不同的影响,交通核心筒的布置包括四种模式,分别布置在建筑北向、东西向或靠近平面几何中心,不同的位置产生的风环境效果是不同的。核心交通布置在北向有利于冬季室内热量的稳定,夏季也同样降低了纵向穿堂风的通过;布置在东西向对建筑抵抗室外热辐射造成的室内温度的上升具有一定的积极意义;但在冬季,南北向的开敞贯通增加了室内热量的散失,使室内空间额外能耗增加;核心筒及附属空间布置在建筑的几何中央时,南北空间划分及中部走廊的相隔阻碍了气流的串通,对建筑的通风最不利。
高层建筑的防雷电设计
雷击引起的上万伏的过电压（过电流）及极强的交变电磁场是损坏楼内弱电设备的主要原因，雷电入侵楼内设备的途径有供电线路引入雷电，通信控制线路引入雷电，地电位反击、雷电电磁场。。因此，为了使高层建筑内各设施能正常运作以及保障大楼内人员的安全，防止雷击而带惨重损失，有必要对大楼进行综合雷电防护措施，除了要安装良好的避雷针、避雷带，还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的雷电防护工作，并具备可靠的接地装置。
三、高层建筑与环境的关系
高层建筑对其所在的城市街区具有很大的影响。仅以它的人口和规模，就对城市街区的行人及街景本身都具有明显的重要性。将这些可以归纳于高层建筑的环境关系，它有效的成为城市设计方面的主题。在这方面高层建筑的发展将由规划者通过规划来加以控制。一座高层建筑设计首先要与城市达成协议，就是那里的现状：既与周边环境相融合，又相辅相成，形成一个独立的自然建筑群，而不会给人以压抑、突兀的感觉。
结束语：在目前能源短缺的国情下，对高层建筑系统不断开发、研究并追求最优化、最节约能耗、最安全的设计方案是相当有意义的。特别是对商业比较发达而能源来源有限的城市，通过合理设计，更能为城市的商业繁荣提供更好条件，为经济发展和人文发展奠定基础。
[1][德]普林茨.建筑与环境[M].[日]小蟠一日,李维荣,译.天津:天津大学出版社,2001.
[2]袁莹,苏粤.关于建筑设计中环境影响评价因素的几点思考[J].华中建筑,2005(1):39240.
[3]彭致禧.住宅小区建设指南[M].上海:同济大学出版社,1998.
[4]王国栋.建筑设计与建筑形体的相关问题初探[J].太阳能建筑,2005(2):38240
[5]宋效峰，陆春萍.防雷保护技术在高层建筑中的应用[J].福建建材. 2008.(01).
[6]夏文光，陈堂勇.建筑物及电子信息系統防雷设计探讨[J].电气应用. 2008.(03).
[7]关润培.论高层建筑采用防雷保护技术及综合布线的分析[J].建材与装饰(下旬刊).2008.(05).
主题词：高层建筑 设计 分析
Abstract: In this paper, analysis and research from the high-rise building structure, discussions are made from the foundation of high-rise building design, the security design and integration with the surrounding environment design and other aspects of the concept, and strive to summarize safety, scientific, convenient, user-friendly structure design.
Key words: high-rise building; design; analysis
中国分类号：TU-9文献标识码：A 文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02
前言：
城市空间是人类生产和生活所需要的重要因素，它为居民提供各种活动的可能。在当今社会经济高速发达的前提下，城市发展也不断的快速、科学、高效化，随着科学技术的发展，尤其是高科技建筑材料的出现，城市建筑高度不断在刷新，同时由于城市空间及建筑土地等条件的限制，高层建筑就成了实用性较强的综合性建筑。那么，如何使高层建筑的功能性、安全性发挥到最大化，同时又能与周边环境完美融合就成了设计师们最大的问题。下面，我就结合高层建筑的设计需要从几个方面进行浅述。
一、高层建筑的基础设计
所谓高层建筑，就是指超过一定高度和层数的多层建筑。我国自1982年起规定超过10层的住宅建筑和超过28米高的其他民用建筑为高层建筑。其结构以钢结构和钢筋混凝土结构为主，对钢材的强度及钢筋混凝土的标号、比例都有严格的要求。
高层建筑的基础设计包括地基（桩）、建筑主体、运载通行（含水电暖使用、通风等设备设施）设计。
1、地基设计。在高层建筑的地基设计中，要根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。
2、高层建筑的主体结构设计
高层建筑的主体结构可分为框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、筒体体系。下面详细介绍一下各体系的特点。
框架结构体系是由梁、柱构件通过接点连接组成的结构，是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。它的优点是建筑平面布置灵活，可形成较大空间；缺点是属于柔性结构，抗水平荷载及抗震性较差。
剪力墙结构体系是利用建筑物的外墙和内墙作为承重骨架构成的剪力墙结构体系，这种体系侧向刚性强，可承受较大的侧向水平方向的荷载，缺点是主体被分割成小的封闭空间。
框架-剪力墙结构体系平面布置灵活，又能较好的承受水平荷载，且抗震性能较好。
筒体体系是指由一个或几个筒体作为承重结构的高层建筑结构体系，又可分为筒中筒结构体系和多筒体系。它的整个筒体就像一个固定于基础上的封闭的空心悬臂梁，不仅可以抵抗很大的弯矩，也可以抵消扭矩，是非常有效的抗测力体系，同时这种体系结构布置灵活，单位面积结构耗材少。上海金茂大厦、迪拜塔等建筑就是典型的筒体体系。
运载通行设计
⑴高层建筑的运载通行主要依赖于电梯，同时辅以步梯，同时根据建筑用途不同还可以设置货运电梯。在大楼电梯规划中须考虑如下因素：①大楼的种类及用途。②电梯服务楼层数量。③楼层高度及电梯的行程。④入口楼层。⑤每层人数。
一般建筑物层数超过２５层时，电梯宜采用垂直分区设置。目前形式主要有： ①奇偶层停站。②高中低分区。③单双层双轿厢。④高空转换大堂。总之，电梯的设计要考虑到实用性、舒适化、人性化和节能化。
⑵水电气暖设施的设计。设计供暖和给水排水系统时，必须考虑因建筑高度增大的压力，保证管道、炉片具有耐压能力；在供暖、通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透和中合面以上、以下的热压变化对于散热量计算的重要影响；用电方面要考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电，对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的要求。
高层建筑的安全设计
高层建筑作为一个封闭的区域，如何保证安全运行是历年来各设计师殚思竭虑进行研究的。高层建筑的安全包括消防安全管理、防雷电安全管理、防强风安全管理及防震安全管理等内容。
（一）消防安全是高层建筑的软肋，我们看过了太多的悲惨案例。因此在高层建筑中要设计科学、高效的消防设施杜绝惨案的发生。
建筑中火灾自动报警系统的设计必须遵循国家有关方针、 政策、 规范和公安消防部门的有关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、 技术先进、 经济合理、 使用方便。首先要明确建筑本身的建筑和功能特点，了解与火灾报警系统工程设计有关的相关专业的硬件设施，尤其是设备通风、 给排水专业对于电气专业的设计要求，然后根据有关规范确定消防报警系统的总体结构形式。如设置火灾自动报警器、光烟感应喷淋系统、应急逃生通道、消防栓、避难层、电源、天燃气总控室。同时要间隔一段距离就要设置防火墙或闸门。
（二）高层建筑抗震措施
在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
高层建筑的防强风设计
在现代高层建筑平面常用的几种形式中,方形、圆形、矩形及三角形4种形式的选择与高层建筑能耗之间存在着一定的关系。高层建筑中,交通核心的位置决定建筑室内空间的安排,不同的平面布置对夏热冬冷地区建筑的室内风环境带来不同的影响,交通核心筒的布置包括四种模式,分别布置在建筑北向、东西向或靠近平面几何中心,不同的位置产生的风环境效果是不同的。核心交通布置在北向有利于冬季室内热量的稳定,夏季也同样降低了纵向穿堂风的通过;布置在东西向对建筑抵抗室外热辐射造成的室内温度的上升具有一定的积极意义;但在冬季,南北向的开敞贯通增加了室内热量的散失,使室内空间额外能耗增加;核心筒及附属空间布置在建筑的几何中央时,南北空间划分及中部走廊的相隔阻碍了气流的串通,对建筑的通风最不利。
高层建筑的防雷电设计
雷击引起的上万伏的过电压（过电流）及极强的交变电磁场是损坏楼内弱电设备的主要原因，雷电入侵楼内设备的途径有供电线路引入雷电，通信控制线路引入雷电，地电位反击、雷电电磁场。。因此，为了使高层建筑内各设施能正常运作以及保障大楼内人员的安全，防止雷击而带惨重损失，有必要对大楼进行综合雷电防护措施，除了要安装良好的避雷针、避雷带，还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的雷电防护工作，并具备可靠的接地装置。
三、高层建筑与环境的关系
高层建筑对其所在的城市街区具有很大的影响。仅以它的人口和规模，就对城市街区的行人及街景本身都具有明显的重要性。将这些可以归纳于高层建筑的环境关系，它有效的成为城市设计方面的主题。在这方面高层建筑的发展将由规划者通过规划来加以控制。一座高层建筑设计首先要与城市达成协议，就是那里的现状：既与周边环境相融合，又相辅相成，形成一个独立的自然建筑群，而不会给人以压抑、突兀的感觉。
结束语：在目前能源短缺的国情下，对高层建筑系统不断开发、研究并追求最优化、最节约能耗、最安全的设计方案是相当有意义的。特别是对商业比较发达而能源来源有限的城市，通过合理设计，更能为城市的商业繁荣提供更好条件，为经济发展和人文发展奠定基础。
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