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摘要： 随着生活水平的逐渐提高，城市化的进程日益加快，也因此推动了我国住宅房地产业的快速发展，高层建筑也已经成为城市的标志之一。高层建筑在结构上不在遵循传统的四平八稳的格局，呈现出多样化，个性化的发展趋势，以满足社会大众的不同视觉需求，功能需求等。当前我国不少高层建筑在结构设计上存在诸多不合理之处，而如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。本文就高层建筑结构设计的特点进行分析以指出高层建筑结构设计合理性的指标。
关键词： 高层建筑，结构设计 ，合理性
Abstract: with the standard of living rises gradually, increasing speed up the process of urbanization, thus promotes the ZhuZhaiFang rapid development of real estate industry in our country, high-rise buildings and has become one of the symbols of the city. High-rise building on the structure is not follow the traditional lacking in initiative and overcautious pattern, shows diverse, personalized, the development trend of the public to meet the social demand different visual, functional requirements, etc. The current our country many high-rise buildings in structural design, there are many unreasonable in place, and how to in the design process of economic and reasonable structure scheme has become imperative. This paper of the design characteristics of high building structure by analyzing the structure of the high-rise building design points out that the rationality of index.
Keywords: high building, structure design, rationality
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一、 高层建筑简述
所谓高层建筑指的是：超过一定高度和层数的多层建筑。中国《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）规定10层及10层以上的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为9～16层(最高50米)，第二类为17～25层(最高75米)，第三类为26～40层(最高100米)，第四类为40层以上(高于100米)。公元前280年古埃及人建造了高100多米的亚历山大港灯塔，523年在中国河南登封县建成高40米嵩岳寺塔。现代高层建筑兴起于美国，1883年在芝加哥建起第一幢高11层的保险公司大楼，1931年在纽约建成高102层的帝国大厦，第二次世界大战以后，出现了世界范围的高层建筑繁荣时期，1970～1974年建成的美国芝加哥西尔斯大厦，约443米高。高层建筑可节约城市用地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。
二、高层建筑结构设计特点
（一）应具有必要的承载力及合理的承载力分布
由于高层建筑的竖向荷载较大，破坏后的后果更为严重，因此应比常规多层建筑有更可靠的承载力设计，同时因竖向荷载较大，而各竖向构件抗压刚度不尽协调，进而各不同竖向构件间变形差异明显，抗压刚度较大构件承受更多竖向荷载，部分承重柱有悬空于周边剪力墙的现象，造成局部中间柱支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和剪力墙支座负弯矩值增大，因此，高层建筑应合理控制各竖向承重构件的轴压比，轴压比宜接近，使结构具有合理的承载力分布，避免因承载力局部突变而形成薄弱部位。
（二）应具有必要的刚度及合理的刚度分布
高层建筑结构设计与低层建筑设计相比，一个不可忽视的因素就是结构侧移。过大的侧移将使结构因重力二阶效益产生较大的附加内力，当附加内力超过一定数值时，会导致房屋倒塌，同时过大的侧移也会使居住人员产生不适及惊慌，主体结构出现较大裂缝等；但过大的刚度也是不可取的，刚度加大的同时也使结构吸收更多的地震能量，增大结构的地震效应，降低结构的经济性。因此应合理的控制结构的侧移，同时在相同侧移刚度前提下提高结构的抗扭能力，适当加大结构两端的刚度布置，减小中间部分的刚度布置。合理的刚度分布能较好的利用材料，提供结构的整体抗震性能。
（三）应具有必要的延性
结构延性是高层建筑设计的重要指标，建筑结构是否具有耐震能力，主要取决于结构所能吸收和消耗的地震能量。结构抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。当结构承载力较小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，虽然较早出现损坏，但能经受住较大的变形，避免倒塌。但是，仅有较大承载力而无塑性变形能力的脆性结构，吸收的能量小，一旦遭遇超过设防烈度的地震作用，很容易因脆性破坏使房屋造成倒塌。因此高层建筑应有必要的延性。
（四）准确设计水平荷载
水平力是设计的主要因素。在低层和多层房屋结构中，水平力产生的影响较小，以抵抗竖向荷载为主，侧移小，通常忽略不计。在高层建筑结构中，随着高度的增加，水平力产生的内力和位移迅速增大。水平力产生的弯矩与高度的二次方成正比；水平力產生的顶点侧移与高度的四次方成正比。因此应合理的考虑地面粗糙度，准确计算风荷载。
（五）抗震设计时宜具有多道防线
高层建筑宜具有多道防线，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。
三、高层建筑合理性的指标控制
（一）严格把握各设计指标
设计指标对建筑物设计的好坏与否起着关键作用，在设计中可以根据各指标不断的进行调整优化。合理控制结构的周期比，位移比，刚重比，层间位移角，轴压比对结构的合理性、安全性、经济性起到至关重要的作用。轴压比不宜太大，一般尽量控制在0.85之内（地震组合），能减小柱配筋量，也提高结构延性。周期比，位移比应符合规划要求，提高结构两端的刚度能明显改善周期比，位移比指标，增强结构的抗扭刚度，提高抗震性能。结构刚度不宜太大，以6度区18层剪力墙结构为例：刚重比控制在2.7较为经济，在满足刚重比2.7的情况下层间位移角大多离规范要求还有一定余量，同时应检查计算模型有无刚度突变造成局部层间位移角不满足。
（二）合理配筋及构造
钢筋作为建筑物的主要材料之一，对结构的安全性，经济性起着显著作用。因此合理的配筋是结构设计的重要内容。
1． 合理控制剪力墙配筋
一般而言，剪力墙的水平钢筋设置在外侧，竖向钢筋设置在内侧，配筋通常满足计算及构造即可。在不同区域设置不同的钢筋，加强区中10@200双层双向，非加强区中8@200双层双向即可。地下部分墙体配筋一般由水压力，土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，因此为增大墙体有效计算高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》相关的技术规定：迎水面保护层应大干50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》要求增设双向钢筋网片，在这种情况下，很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm计算，笔者认为太过保守，当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度可按3 0m m来取值，这对节省墙体配筋效果较为明显。
剪力墙往往作为多道防线的第一道，为提高剪力墙延性，设计中应严格按照《高层建筑混凝结构技术规程》中的相关规定设置边缘构件。 边缘构件配筋应设当加大，在薄弱部位、重要部位、短肢墙更应提高配筋量，增强其延性。
2．合理控制梁、板配筋
梁配筋中钢筋在满足强度的前提下应复核裂缝、挠度是否满足规范要求，通常上部结构中，梁负弯矩调幅系数取0.9,即可满足规范0.3mm裂缝要求。出于可靠，梁底筋可设当放大，放大15%较为适当。板配筋中除满足计算要求外，还应考虑温度收缩的影响，在端跨、大跨、屋面、地下室顶板/底板处板配筋应适当加密；同时应考虑施工浇捣砼的影响，负钢筋直径可适当加大。
结语：
随着农村人口不断的涌入城市，因此高层建筑在城市的发展中将越来越广泛，越来越复杂。如何把握高层建筑结构设计的要点，因势因地设计出符合实际需求的，结构合理的高层建筑是我们需要不断加强研究和投入的地方。高层建筑结构的合理性不仅是考验建筑物本身的质量关键，更是关系到人民生命财产安全的重要因素，在今后的设计中要不断提高及改进。
参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）
[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）
[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）
[4]一级注册结构工程师专业考试复习教程（第三版） 主编 孙芳垂
关键词： 高层建筑，结构设计 ，合理性
Abstract: with the standard of living rises gradually, increasing speed up the process of urbanization, thus promotes the ZhuZhaiFang rapid development of real estate industry in our country, high-rise buildings and has become one of the symbols of the city. High-rise building on the structure is not follow the traditional lacking in initiative and overcautious pattern, shows diverse, personalized, the development trend of the public to meet the social demand different visual, functional requirements, etc. The current our country many high-rise buildings in structural design, there are many unreasonable in place, and how to in the design process of economic and reasonable structure scheme has become imperative. This paper of the design characteristics of high building structure by analyzing the structure of the high-rise building design points out that the rationality of index.
Keywords: high building, structure design, rationality
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一、 高层建筑简述
所谓高层建筑指的是：超过一定高度和层数的多层建筑。中国《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）规定10层及10层以上的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为9～16层(最高50米)，第二类为17～25层(最高75米)，第三类为26～40层(最高100米)，第四类为40层以上(高于100米)。公元前280年古埃及人建造了高100多米的亚历山大港灯塔，523年在中国河南登封县建成高40米嵩岳寺塔。现代高层建筑兴起于美国，1883年在芝加哥建起第一幢高11层的保险公司大楼，1931年在纽约建成高102层的帝国大厦，第二次世界大战以后，出现了世界范围的高层建筑繁荣时期，1970～1974年建成的美国芝加哥西尔斯大厦，约443米高。高层建筑可节约城市用地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。
二、高层建筑结构设计特点
（一）应具有必要的承载力及合理的承载力分布
由于高层建筑的竖向荷载较大，破坏后的后果更为严重，因此应比常规多层建筑有更可靠的承载力设计，同时因竖向荷载较大，而各竖向构件抗压刚度不尽协调，进而各不同竖向构件间变形差异明显，抗压刚度较大构件承受更多竖向荷载，部分承重柱有悬空于周边剪力墙的现象，造成局部中间柱支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和剪力墙支座负弯矩值增大，因此，高层建筑应合理控制各竖向承重构件的轴压比，轴压比宜接近，使结构具有合理的承载力分布，避免因承载力局部突变而形成薄弱部位。
（二）应具有必要的刚度及合理的刚度分布
高层建筑结构设计与低层建筑设计相比，一个不可忽视的因素就是结构侧移。过大的侧移将使结构因重力二阶效益产生较大的附加内力，当附加内力超过一定数值时，会导致房屋倒塌，同时过大的侧移也会使居住人员产生不适及惊慌，主体结构出现较大裂缝等；但过大的刚度也是不可取的，刚度加大的同时也使结构吸收更多的地震能量，增大结构的地震效应，降低结构的经济性。因此应合理的控制结构的侧移，同时在相同侧移刚度前提下提高结构的抗扭能力，适当加大结构两端的刚度布置，减小中间部分的刚度布置。合理的刚度分布能较好的利用材料，提供结构的整体抗震性能。
（三）应具有必要的延性
结构延性是高层建筑设计的重要指标，建筑结构是否具有耐震能力，主要取决于结构所能吸收和消耗的地震能量。结构抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。当结构承载力较小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，虽然较早出现损坏，但能经受住较大的变形，避免倒塌。但是，仅有较大承载力而无塑性变形能力的脆性结构，吸收的能量小，一旦遭遇超过设防烈度的地震作用，很容易因脆性破坏使房屋造成倒塌。因此高层建筑应有必要的延性。
（四）准确设计水平荷载
水平力是设计的主要因素。在低层和多层房屋结构中，水平力产生的影响较小，以抵抗竖向荷载为主，侧移小，通常忽略不计。在高层建筑结构中，随着高度的增加，水平力产生的内力和位移迅速增大。水平力产生的弯矩与高度的二次方成正比；水平力產生的顶点侧移与高度的四次方成正比。因此应合理的考虑地面粗糙度，准确计算风荷载。
（五）抗震设计时宜具有多道防线
高层建筑宜具有多道防线，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。
三、高层建筑合理性的指标控制
（一）严格把握各设计指标
设计指标对建筑物设计的好坏与否起着关键作用，在设计中可以根据各指标不断的进行调整优化。合理控制结构的周期比，位移比，刚重比，层间位移角，轴压比对结构的合理性、安全性、经济性起到至关重要的作用。轴压比不宜太大，一般尽量控制在0.85之内（地震组合），能减小柱配筋量，也提高结构延性。周期比，位移比应符合规划要求，提高结构两端的刚度能明显改善周期比，位移比指标，增强结构的抗扭刚度，提高抗震性能。结构刚度不宜太大，以6度区18层剪力墙结构为例：刚重比控制在2.7较为经济，在满足刚重比2.7的情况下层间位移角大多离规范要求还有一定余量，同时应检查计算模型有无刚度突变造成局部层间位移角不满足。
（二）合理配筋及构造
钢筋作为建筑物的主要材料之一，对结构的安全性，经济性起着显著作用。因此合理的配筋是结构设计的重要内容。
1． 合理控制剪力墙配筋
一般而言，剪力墙的水平钢筋设置在外侧，竖向钢筋设置在内侧，配筋通常满足计算及构造即可。在不同区域设置不同的钢筋，加强区中10@200双层双向，非加强区中8@200双层双向即可。地下部分墙体配筋一般由水压力，土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，因此为增大墙体有效计算高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》相关的技术规定：迎水面保护层应大干50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》要求增设双向钢筋网片，在这种情况下，很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm计算，笔者认为太过保守，当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度可按3 0m m来取值，这对节省墙体配筋效果较为明显。
剪力墙往往作为多道防线的第一道，为提高剪力墙延性，设计中应严格按照《高层建筑混凝结构技术规程》中的相关规定设置边缘构件。 边缘构件配筋应设当加大，在薄弱部位、重要部位、短肢墙更应提高配筋量，增强其延性。
2．合理控制梁、板配筋
梁配筋中钢筋在满足强度的前提下应复核裂缝、挠度是否满足规范要求，通常上部结构中，梁负弯矩调幅系数取0.9,即可满足规范0.3mm裂缝要求。出于可靠，梁底筋可设当放大，放大15%较为适当。板配筋中除满足计算要求外，还应考虑温度收缩的影响，在端跨、大跨、屋面、地下室顶板/底板处板配筋应适当加密；同时应考虑施工浇捣砼的影响，负钢筋直径可适当加大。
结语：
随着农村人口不断的涌入城市，因此高层建筑在城市的发展中将越来越广泛，越来越复杂。如何把握高层建筑结构设计的要点，因势因地设计出符合实际需求的，结构合理的高层建筑是我们需要不断加强研究和投入的地方。高层建筑结构的合理性不仅是考验建筑物本身的质量关键，更是关系到人民生命财产安全的重要因素，在今后的设计中要不断提高及改进。
参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）
[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）
[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）
[4]一级注册结构工程师专业考试复习教程（第三版） 主编 孙芳垂