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【摘要】随着我国基础建设的不断发展，城市建设土地资源的日趋紧张，高层建筑已成为城市建筑的主体，高层建筑的高度越来越大、建筑类型及功能越来越复杂，结构体系也更加多样化，这就对高层建筑结构设计提出了更高的要求，为适应高层建筑的发展，使得高层建筑结构设计形式更为新颖，结构更为合理，文章结合多年的设计经验，就高层建筑结构的受力特点及设计要点进行了分析。
关键词：高层建筑 结构分析 受力特点 结构设计
社会经济的不断发展、城市建设步伐的不断加快、城市土地资源的日趋紧张、人们对建筑使用功能的要求的提高都驱动着高层建筑的迅速发展，其结构越来越复杂、功能日趋综合性、建筑高度越高、建筑形式越来越新，这些都给高层建筑结构设计提出了更高的要求，为使得结构设计适应高层建筑的发展，文章就高层建筑结构设计进行了深入的分析。
1 高层建筑结构的受力特性
建筑结构主要受到竖直方向及水平方向的外力，竖直方向的力主要为结构自重，水平方向主要承受风荷载及地震荷载的作用。高度较小、层数不多、结构层少的建筑受地震荷载及风荷载的作用比较小，因此结构主要承受自重，该类建筑结构设计主要的控制因素为竖向承载力。
而高层建筑结构中，在竖向力的作用下，各楼层框架柱产生的轴力与建筑物的层数成正比，边柱的轴力要小于中柱的轴力，其大小基本上与其承载面积成正比。由各楼层竖向荷载产生的累积效应非常大，建筑结构的层数越多，其底层柱产生的轴力也就越大；底、顶层柱的受力相差越大；边、中柱的轴力差别也越大。
在水平力的作用下,若将高层建筑简化为竖直方向的悬臂结构，其底部产生的倾覆弯矩的大小与建筑结构总高的二次方成正比。建筑结构的高度越大,在水平荷载的作用下，产生的倾覆弯矩就越大，比竖向力对结构产生的累积效应增加越快,由此产生的结构内力占的比重越大，从而成为高层结构强度设计的主控因素。
在高层建筑中，剪力墙、框架柱、梁及楼板均是主要的受力构件。其中剪力墙与框架柱为竖向结构，也是结构抗侧力的主要构件，因此，不但要承受全部的竖向荷载，还要承受大部分的水平荷载的作用。框架梁与楼板为水平构件，竖向荷载是经过楼板传力至框架梁，然后再传递给框架柱与剪力墙，此外，框架梁还与框架柱、剪力墙共同承担水平荷载。还有一些高层建筑设置了斜向构件，他们也增加了结构的抗侧力刚度，对结构传力有着重要作用，但是一般不直接参与受力。
高层建筑在地震荷载的反复作用及阵风作用下,当振动加速度α大于0.015倍重力加速度时，会影响大人们的正常生活。因为，当振动频率一定时，振幅与振动加速度成正比，当加速度过大时，结构的侧移幅度也将很大，从而会造成隔墙、围护结构、装修受到损坏，甚至会造成电梯无法运行。
2 高层建筑结构的变形特性
高层建筑结构在竖向力的作用下产生的主要为压缩变形。高层建筑结构中的各个竖向构件的变形值是不一样的，因为其受到的应力大小也不相同，底层结构的竖向构件的变形值要比顶层的大。另外，在钢筋混凝土结构中，在施工过程中都对地基进行了找平，如果没有正对性的对地基进行处理，由于各个构件对地基产生的应力不同，从而造成地基的不均匀沉降。
高层建筑结构在水平荷载的作用下，其顶点的最大位移值与建筑结构总高度的四次方成正比。这又要比水平荷载作用下的内力累积效应增加的更快,也就是说，高层建筑结构对对水平侧移是非常敏感的。因此，在水平荷载的作用下结构产生的内力及侧移值又是高层建筑结构设计的一大主控因素。因此，要求高层建筑结构不但要满足强度、刚度及稳定性要求，还应该具有较大的抗侧力刚度。
3 高层建筑结构分析假定条件
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。在进行结构设计时，想要绝对精确的按照实际的空间结构体系进行分析是有相当大的难度的。因此，不管采用那种计算方法都需要对其进行不同程度的简化。以下便是结构分析计算时的一些基本假设。
3.1 弹性假定
现在高层建筑结构分析都是在用弹性的计算方法。在竖向荷载或者一般风荷载的作用下，假定建筑结构处于一种弹性工作阶段，这也与建筑结构正常使用状态的实际情况相符。但是，当遭受到地震或台风时，高层建筑结构的侧移会比较大，结构会出现裂缝，从而进入弹塑性阶段。如果仍然按照弹性方法进行结构分析计算时，将与结构的实际工作状态不符，导致计算结果错误，此时应该按照弹塑性动力分析方法进行结构分析计算。
3.2 刚性楼板假定
很多高层建筑结构分析都将楼板在自身平面内的刚度假定为无限大，而对平面外的刚度忽略不计。这样一来就大大减少了结构位移的自由度，从而大大简化了计算方法，并且为采用空间薄壁杆件计算筒体结构提供了条件。
3.3 小变形假定
小变形假定也是结构分析计算中的一项基本假定。但是，当顶点的水平位移值大于建筑结构总高度的1/500时，就应该考虑到P－Δ效应的影响。
3.4 计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有以下三种类型：一维协同分析、二维协同分析、三维协同分析。按一维协同分析时,只需要考虑抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。二维协同分析仍然是将单品抗侧力构件当作平面结构，但是它考虑了同一层楼板上的各个抗侧力构件在楼面内的变形协调。二维协同分析主要应用于电算中的喜感结构分析程序中。三维空间分析, 三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度,按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲,有7个自由度。
4 结构设计
4.1 结构体系选型
随着高层建筑的发展，其结构形式越来越多样化，传统、普遍应用的结构型式有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构，此外，框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒结构和巨型结构也都在发展中。因此，如何选择合适的结构体系是建筑结构设计的首要任务。结构选型笔者认为应该遵循以下几个原則：功能适应性原则、高度合理性原则、场地适应性原则、空间整体性原则、整体稳定性原则、经济有效性原则、施工方便性原则。
4.2 注重结构延性、增强结构抗震性
建筑结构的延性对结构的受力性能及抗震性能都有着很大的影响，因此，要求根据不同结构形式采取合理的措施提高结构的延性。对于竖向刚度分布均匀，体型比较简单的高层建筑，应该提高底层构件的延性；对于地板较大的高层建筑，应该重点提高主楼与裙楼想衔接楼层构件的延性；对于形状不规则的高层建筑，应该提高形状发生突变楼层构件的延性。
4.3 重视结构的整体稳定性
高层建筑的整体稳定性也是结构设计中必须重点考虑的，可采取下列措施提高其整体稳定性。①将高层建筑物的底下基层的宽度加大，使其高宽比满足要求，保证上部结构的稳定。②基础设置必须有足够的埋置深度。③当建筑物的高宽比很大时,最好采用桩基础，桩基钢筋在承台内的锚固长度要符合要求。
5 结束语
随着高层建筑结构的越来越复杂，高度的越来越大，其结构设计难度也不断加大，要想使得高层建筑结构设计适应行业的发展，使其结构更为合理、更为经济，就应该根据实际情况做好结构分析，从多方面、多角度考虑，确保高层建筑的安全性、实用性、合理性。
参考文献：
[1]容柏生.国内高层建筑结构设计的若干新进展[J].建筑结构，2007(9).
[2]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构，2006(7).
[3]王克青，孙凌志，同飞.多高层钢结构住宅体系的选型及优越性[J].建材技术与应用，2007(2).
关键词：高层建筑 结构分析 受力特点 结构设计
社会经济的不断发展、城市建设步伐的不断加快、城市土地资源的日趋紧张、人们对建筑使用功能的要求的提高都驱动着高层建筑的迅速发展，其结构越来越复杂、功能日趋综合性、建筑高度越高、建筑形式越来越新，这些都给高层建筑结构设计提出了更高的要求，为使得结构设计适应高层建筑的发展，文章就高层建筑结构设计进行了深入的分析。
1 高层建筑结构的受力特性
建筑结构主要受到竖直方向及水平方向的外力，竖直方向的力主要为结构自重，水平方向主要承受风荷载及地震荷载的作用。高度较小、层数不多、结构层少的建筑受地震荷载及风荷载的作用比较小，因此结构主要承受自重，该类建筑结构设计主要的控制因素为竖向承载力。
而高层建筑结构中，在竖向力的作用下，各楼层框架柱产生的轴力与建筑物的层数成正比，边柱的轴力要小于中柱的轴力，其大小基本上与其承载面积成正比。由各楼层竖向荷载产生的累积效应非常大，建筑结构的层数越多，其底层柱产生的轴力也就越大；底、顶层柱的受力相差越大；边、中柱的轴力差别也越大。
在水平力的作用下,若将高层建筑简化为竖直方向的悬臂结构，其底部产生的倾覆弯矩的大小与建筑结构总高的二次方成正比。建筑结构的高度越大,在水平荷载的作用下，产生的倾覆弯矩就越大，比竖向力对结构产生的累积效应增加越快,由此产生的结构内力占的比重越大，从而成为高层结构强度设计的主控因素。
在高层建筑中，剪力墙、框架柱、梁及楼板均是主要的受力构件。其中剪力墙与框架柱为竖向结构，也是结构抗侧力的主要构件，因此，不但要承受全部的竖向荷载，还要承受大部分的水平荷载的作用。框架梁与楼板为水平构件，竖向荷载是经过楼板传力至框架梁，然后再传递给框架柱与剪力墙，此外，框架梁还与框架柱、剪力墙共同承担水平荷载。还有一些高层建筑设置了斜向构件，他们也增加了结构的抗侧力刚度，对结构传力有着重要作用，但是一般不直接参与受力。
高层建筑在地震荷载的反复作用及阵风作用下,当振动加速度α大于0.015倍重力加速度时，会影响大人们的正常生活。因为，当振动频率一定时，振幅与振动加速度成正比，当加速度过大时，结构的侧移幅度也将很大，从而会造成隔墙、围护结构、装修受到损坏，甚至会造成电梯无法运行。
2 高层建筑结构的变形特性
高层建筑结构在竖向力的作用下产生的主要为压缩变形。高层建筑结构中的各个竖向构件的变形值是不一样的，因为其受到的应力大小也不相同，底层结构的竖向构件的变形值要比顶层的大。另外，在钢筋混凝土结构中，在施工过程中都对地基进行了找平，如果没有正对性的对地基进行处理，由于各个构件对地基产生的应力不同，从而造成地基的不均匀沉降。
高层建筑结构在水平荷载的作用下，其顶点的最大位移值与建筑结构总高度的四次方成正比。这又要比水平荷载作用下的内力累积效应增加的更快,也就是说，高层建筑结构对对水平侧移是非常敏感的。因此，在水平荷载的作用下结构产生的内力及侧移值又是高层建筑结构设计的一大主控因素。因此，要求高层建筑结构不但要满足强度、刚度及稳定性要求，还应该具有较大的抗侧力刚度。
3 高层建筑结构分析假定条件
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。在进行结构设计时，想要绝对精确的按照实际的空间结构体系进行分析是有相当大的难度的。因此，不管采用那种计算方法都需要对其进行不同程度的简化。以下便是结构分析计算时的一些基本假设。
3.1 弹性假定
现在高层建筑结构分析都是在用弹性的计算方法。在竖向荷载或者一般风荷载的作用下，假定建筑结构处于一种弹性工作阶段，这也与建筑结构正常使用状态的实际情况相符。但是，当遭受到地震或台风时，高层建筑结构的侧移会比较大，结构会出现裂缝，从而进入弹塑性阶段。如果仍然按照弹性方法进行结构分析计算时，将与结构的实际工作状态不符，导致计算结果错误，此时应该按照弹塑性动力分析方法进行结构分析计算。
3.2 刚性楼板假定
很多高层建筑结构分析都将楼板在自身平面内的刚度假定为无限大，而对平面外的刚度忽略不计。这样一来就大大减少了结构位移的自由度，从而大大简化了计算方法，并且为采用空间薄壁杆件计算筒体结构提供了条件。
3.3 小变形假定
小变形假定也是结构分析计算中的一项基本假定。但是，当顶点的水平位移值大于建筑结构总高度的1/500时，就应该考虑到P－Δ效应的影响。
3.4 计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有以下三种类型：一维协同分析、二维协同分析、三维协同分析。按一维协同分析时,只需要考虑抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。二维协同分析仍然是将单品抗侧力构件当作平面结构，但是它考虑了同一层楼板上的各个抗侧力构件在楼面内的变形协调。二维协同分析主要应用于电算中的喜感结构分析程序中。三维空间分析, 三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度,按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲,有7个自由度。
4 结构设计
4.1 结构体系选型
随着高层建筑的发展，其结构形式越来越多样化，传统、普遍应用的结构型式有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构，此外，框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒结构和巨型结构也都在发展中。因此，如何选择合适的结构体系是建筑结构设计的首要任务。结构选型笔者认为应该遵循以下几个原則：功能适应性原则、高度合理性原则、场地适应性原则、空间整体性原则、整体稳定性原则、经济有效性原则、施工方便性原则。
4.2 注重结构延性、增强结构抗震性
建筑结构的延性对结构的受力性能及抗震性能都有着很大的影响，因此，要求根据不同结构形式采取合理的措施提高结构的延性。对于竖向刚度分布均匀，体型比较简单的高层建筑，应该提高底层构件的延性；对于地板较大的高层建筑，应该重点提高主楼与裙楼想衔接楼层构件的延性；对于形状不规则的高层建筑，应该提高形状发生突变楼层构件的延性。
4.3 重视结构的整体稳定性
高层建筑的整体稳定性也是结构设计中必须重点考虑的，可采取下列措施提高其整体稳定性。①将高层建筑物的底下基层的宽度加大，使其高宽比满足要求，保证上部结构的稳定。②基础设置必须有足够的埋置深度。③当建筑物的高宽比很大时,最好采用桩基础，桩基钢筋在承台内的锚固长度要符合要求。
5 结束语
随着高层建筑结构的越来越复杂，高度的越来越大，其结构设计难度也不断加大，要想使得高层建筑结构设计适应行业的发展，使其结构更为合理、更为经济，就应该根据实际情况做好结构分析，从多方面、多角度考虑，确保高层建筑的安全性、实用性、合理性。
参考文献：
[1]容柏生.国内高层建筑结构设计的若干新进展[J].建筑结构，2007(9).
[2]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构，2006(7).
[3]王克青，孙凌志，同飞.多高层钢结构住宅体系的选型及优越性[J].建材技术与应用，2007(2).