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摘要：随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性,还应保证结构的经济性、合理性。本论文首先介绍了高层建筑结构设计的特点，继而延伸到高层建筑结构设计原则，重点论述了高层建筑结构的相关问题分析及对策探讨。
关键字：高层建筑；建筑结构设计；对策探讨
Abstract: This paper first describes the characteristics of high-level design of building structures, and then extended to high-rise building design principles, with emphasis on the high-rise building structure analysis and countermeasures.Key words: high-rise buildings; building structure design; countermeasures
中图分类号：TU973文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
高层住宅建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程,任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。那么，首先让我们了解高层建筑结构设计有什么特点呢？
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求和投资造价的高低等。它的主要特点包括以下几点：
1.1水平力设计
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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。
1.2抗震设计
在高层建筑结构设计中如有涉及到有抗震设防的，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。
1.3轴向变形设计
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
二、高层建筑结构设计原则
2.1选用适当的计算简图
结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2.2选择合适的基础方案
基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，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，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
2.3选择合理结构方案
一个合理的设计必须选择一个经濟合理的结构方案，也就是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。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
应符合下列要求：
1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；
3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。
三、高层建筑结构的相关问题分析及对策探讨
3.1结构的超高问题分析及对策
在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3.2嵌固端的设置问题分析及对策
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
3.3框支梁支放在剪力墙上的设计问题分析及对策
《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对框支梁和框支柱的截面及配筋都有详尽规定，但对框支梁支放在混凝土剪力墙上时却未作任何规定或建议。事实上，当框支梁支放在混凝土剪力墙上时，相当于施加给剪力墙一个大的集中荷载，这个集中荷载包括竖向和水平向、集中压力和推拉力以及集中弯矩和扭矩。尽管剪力墙沿墙长度方向具有较强的承载能力，但垂直于剪力墙支放的框支大梁所传荷载的作用方向正是剪力墙的弱轴方向。因此，当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时，建议按以下方面考虑剪力墙的设计：
1）按底部加强部位无翼墙的要求，参照《高层建筑混凝土结构技术规程》有关对框支柱截面高度的限制，以及框支梁钢筋水平段的锚固要求等初步确定剪力墙的厚度；
2）在不小于框支梁宽度范围内的剪力墙中按框支柱要求设置暗柱，进行构造计算和配筋；
3）针对框支梁所传集中荷载进行局部抗力验算。
3.4结构调整问题分析及对策
目前在高层建筑的建筑平面形式中椭圆形建筑平面很受建设方的青睐。这种建筑形式现代感极强。但是这种建筑形式又有一个很大的弱点——结构扭转很大。为了减小或消除这一不利影响，我们首先要选择一种合理的结构形式，其次是在选定的结构形式上采取进一步改善结构扭转影响的技术措施。
3.5扭转问题分析及对策
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一, 在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏, 应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下, 高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要采用不规则L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内, 同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。建筑结构的振动周期问题包含两方面: ①合理控制结构的自振周期；②控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
四、结语
近年来，高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。实践表明在高层建筑的结构设计与施工过程中，设计、技术人员只有概念清晰，措施得当，才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
[1]谭文锐．李达能.高层建筑结构设计中问题之探究[J].广东科技，2007（6）：150-151.
[2]赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004.
[3]于险峰．高层建筑结构设计特点及其体系[J]．建筑技术，2009（24）.
[4]肖峻．高层建筑结构分析与设计[J]，中化建设，2008，（12）
关键字：高层建筑；建筑结构设计；对策探讨
Abstract: This paper first describes the characteristics of high-level design of building structures, and then extended to high-rise building design principles, with emphasis on the high-rise building structure analysis and countermeasures.Key words: high-rise buildings; building structure design; countermeasures
中图分类号：TU973文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
高层住宅建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程,任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。那么，首先让我们了解高层建筑结构设计有什么特点呢？
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求和投资造价的高低等。它的主要特点包括以下几点：
1.1水平力设计
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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。
1.2抗震设计
在高层建筑结构设计中如有涉及到有抗震设防的，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。
1.3轴向变形设计
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
二、高层建筑结构设计原则
2.1选用适当的计算简图
结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2.2选择合适的基础方案
基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，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，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
2.3选择合理结构方案
一个合理的设计必须选择一个经濟合理的结构方案，也就是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。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
应符合下列要求：
1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；
3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。
三、高层建筑结构的相关问题分析及对策探讨
3.1结构的超高问题分析及对策
在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3.2嵌固端的设置问题分析及对策
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
3.3框支梁支放在剪力墙上的设计问题分析及对策
《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对框支梁和框支柱的截面及配筋都有详尽规定，但对框支梁支放在混凝土剪力墙上时却未作任何规定或建议。事实上，当框支梁支放在混凝土剪力墙上时，相当于施加给剪力墙一个大的集中荷载，这个集中荷载包括竖向和水平向、集中压力和推拉力以及集中弯矩和扭矩。尽管剪力墙沿墙长度方向具有较强的承载能力，但垂直于剪力墙支放的框支大梁所传荷载的作用方向正是剪力墙的弱轴方向。因此，当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时，建议按以下方面考虑剪力墙的设计：
1）按底部加强部位无翼墙的要求，参照《高层建筑混凝土结构技术规程》有关对框支柱截面高度的限制，以及框支梁钢筋水平段的锚固要求等初步确定剪力墙的厚度；
2）在不小于框支梁宽度范围内的剪力墙中按框支柱要求设置暗柱，进行构造计算和配筋；
3）针对框支梁所传集中荷载进行局部抗力验算。
3.4结构调整问题分析及对策
目前在高层建筑的建筑平面形式中椭圆形建筑平面很受建设方的青睐。这种建筑形式现代感极强。但是这种建筑形式又有一个很大的弱点——结构扭转很大。为了减小或消除这一不利影响，我们首先要选择一种合理的结构形式，其次是在选定的结构形式上采取进一步改善结构扭转影响的技术措施。
3.5扭转问题分析及对策
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一, 在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏, 应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下, 高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要采用不规则L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内, 同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。建筑结构的振动周期问题包含两方面: ①合理控制结构的自振周期；②控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
四、结语
近年来，高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。实践表明在高层建筑的结构设计与施工过程中，设计、技术人员只有概念清晰，措施得当，才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
[1]谭文锐．李达能.高层建筑结构设计中问题之探究[J].广东科技，2007（6）：150-151.
[2]赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004.
[3]于险峰．高层建筑结构设计特点及其体系[J]．建筑技术，2009（24）.
[4]肖峻．高层建筑结构分析与设计[J]，中化建设，2008，（12）