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【摘 要】高层建筑发展至今超过百年，从它产生起就是城市的焦点，其形式和风格也不断的发展变化着，我国的高层建筑虽然相比发达国家起步晚，但已经取得了一定的成绩，像北上广和深圳等城市的高层建筑可以说代表了中国高层建筑的发展史，高层建筑在未来的发展值得期待。
【关键词】高层建筑 结构设计 抗震 城市规划
高层建筑形式在古代就已经存在了，早在公元前五百多年的古巴比伦就建造了被称之为世界七大奇迹之一的“空中花园”。据记载，其形式之华丽壮观，放置在任何空间之中都可以说是一道绝美的风景。近代随着科学技术的发展，尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用，为高层建筑发展创造了前所未有的机遇。同时，对高层建筑结构设计等方面也提出了越来越多的要求。
一、高层建筑结构设计的相关问题
1. 高层建筑结构的受力性能
建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的，但随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形。
2.高层住宅的结构体系
2.1剪力墙结构体系
剪力墙是高层住宅最常用的结构体系，采用剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量，一般用钢量比框剪结构少，而且室内无外露梁柱。剪力墙结构体系是以一系列剪力墙纵横相交，既作为承重结构又作为分间隔断墙。由于墙体纵横交错，比框架结构中的刚度大得多。这是抵抗高层建筑风荷载及地震力水平荷载的有利条件，这种体系的缺点是由于剪力墙组成许多小开间，虽然结构的整体性较强，但平面布局受到了严格的约束。
2.2框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系
这种体系能使高层住宅大幅度降低自重，又能使内部空间分隔有更大的灵活性，因而在国内被广泛使用。但由于框架体系刚度不大，建筑越高，这一弱点就越明显，抗高空风荷载和抗地震的能力也较低。因而往往在框架结构体系中的适当部位增加剪力墙，以辅助框架结构之不足，此外，框架柱常常要在室内外露，影响了用户的使用效果，而采用异形框架柱，结构计算又比较复杂。
2.3筒形结构体系
超过30层以上的高层建筑受到较大的侧力，为一般结构体系所不能承受，而筒形结构的刚度较大，中央设有井筒，外围设置的柱子形成筒状柱网，核心井筒与周围框架共同工作，形成抗侧力极强的结构体系。核心井筒作为电梯间、楼梯间、设备管道间使用。井筒与四周钢筋混凝土柱网之间有横梁或板联系。全部的内隔墙为轻质墙，外墙为保温的围护墙。内外筒之间可以自由分隔，十分灵活。
2.4其他结构体系
高层建筑的新结构体系大部分是探索性的，如筒中筒结构的发展，或者束状筒的组合，外筒桁架交错，以中心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。
3.结构计算与分析
如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。
结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，由于各软件在采用的计算模型上存在一定差异，导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的。
4.高层建筑结构设计中的扭转问题
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構发生扭转振动效应。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。
5.侧向位移的限值
高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移△u/H的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
二、高层建筑的抗震设计
1.高层建筑抗震设计常见的问题
在高层建筑的建设中，其中最主要的问题是对它的抗震问题的研究，其中又以中短柱问题为最主要的问题。抗震设计中常见的一些问题包括以下方面：（1）缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。（2）结构的平面布置。（3）一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。（4）底框砖房超高超层。（5）抗震设防标准掌握不当。（6）结构的竖向布置。（7）抗震构造柱布置不当。（8）框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。（9）结构其他问题。（10）平面布局的刚度不均。（11）防震缝设置。（12）结构抗震等级掌握不准。 上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，有认识方面的原因有计划经济向市场经济转化过程中出现的原因，有设计人员忽视了抗震概念设计方面的原因（未能从整体、全局上把握好），有法律建设方面的原因（在工程抗震设防管理方面缺乏国家政府法律依据，特别是处罚方面）。
2.改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
2.1使用复合螺旋箍筋高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
2.2采用分体柱由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。
2.3采用钢管砼柱钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4.6%以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。
三、高层建筑与城市规划
作为城市规划专业专业毕业的学生，工作的一年之中我对高层建筑与整个城市的关系同样关注。随着高层建筑技术的迅速发展，高层建筑已经成为城市空间中不可缺少的元素，成为城市的一道亮丽风景，然而高层建筑与城市空间的融合依然存在一些缺陷。
1.避免高層建筑密集
高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利，却给城市空间带来很多压力，造成城市空间和城市交通的拥挤，甚至是一些史料不及的污染和危害，比如一些高层建筑玻璃幕墙的大面积使用造成以前未出现过的光污染；还有就是形成高压风带和风口，这些会造成意想不到的后果。因此在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制，避免高层建筑的集中分布。
2.高层建筑与城市街道
高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段，这些地段的街道本身交通荷载就较大，高层建筑将大大增加这些街道的交通压力，分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度，同时在规划设计时要对这些街道进行扩展，加大其通行能力。
3.控制超高层建筑数量
超高层建筑往往以其象征性和代表性而存在，实际上这类建筑既不经济又不合理，一些已建成的超高层建筑投入使用后表明收益并不乐观，可以说仅仅是体现城市形象，提高城市知名度。
结语
高层建筑已走过百年历史，从其出现之日起就成为城市的焦点，其形式和风格也不断的发展变化着，我国的高层建筑虽然相对发达国家起步较晚，但已经取得了很大的成就，像北京、上海、深圳等城市的高层建筑可以说代表了中国高层建筑的发展史，高层建筑在未来的发展值得期待。
参考文献：
（1）朱镜清结构抗震分析原理，地震出版社，2002，11
（2）傅学怡，实用高层建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社，1999
（3）丰定国，王社良，抗震结构设计，武汉：武汉理工大学出版社，2003
（4）李阎魁，高层建筑与城市空间景观形象初探——兼论上海城市高层建筑的布局与控制，《规划师》2000年第三期
（5）田银生，刘韶军，《建筑设计与城市空间》，天津大学出版社
【关键词】高层建筑 结构设计 抗震 城市规划
高层建筑形式在古代就已经存在了，早在公元前五百多年的古巴比伦就建造了被称之为世界七大奇迹之一的“空中花园”。据记载，其形式之华丽壮观，放置在任何空间之中都可以说是一道绝美的风景。近代随着科学技术的发展，尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用，为高层建筑发展创造了前所未有的机遇。同时，对高层建筑结构设计等方面也提出了越来越多的要求。
一、高层建筑结构设计的相关问题
1. 高层建筑结构的受力性能
建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的，但随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形。
2.高层住宅的结构体系
2.1剪力墙结构体系
剪力墙是高层住宅最常用的结构体系，采用剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量，一般用钢量比框剪结构少，而且室内无外露梁柱。剪力墙结构体系是以一系列剪力墙纵横相交，既作为承重结构又作为分间隔断墙。由于墙体纵横交错，比框架结构中的刚度大得多。这是抵抗高层建筑风荷载及地震力水平荷载的有利条件，这种体系的缺点是由于剪力墙组成许多小开间，虽然结构的整体性较强，但平面布局受到了严格的约束。
2.2框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系
这种体系能使高层住宅大幅度降低自重，又能使内部空间分隔有更大的灵活性，因而在国内被广泛使用。但由于框架体系刚度不大，建筑越高，这一弱点就越明显，抗高空风荷载和抗地震的能力也较低。因而往往在框架结构体系中的适当部位增加剪力墙，以辅助框架结构之不足，此外，框架柱常常要在室内外露，影响了用户的使用效果，而采用异形框架柱，结构计算又比较复杂。
2.3筒形结构体系
超过30层以上的高层建筑受到较大的侧力，为一般结构体系所不能承受，而筒形结构的刚度较大，中央设有井筒，外围设置的柱子形成筒状柱网，核心井筒与周围框架共同工作，形成抗侧力极强的结构体系。核心井筒作为电梯间、楼梯间、设备管道间使用。井筒与四周钢筋混凝土柱网之间有横梁或板联系。全部的内隔墙为轻质墙，外墙为保温的围护墙。内外筒之间可以自由分隔，十分灵活。
2.4其他结构体系
高层建筑的新结构体系大部分是探索性的，如筒中筒结构的发展，或者束状筒的组合，外筒桁架交错，以中心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。
3.结构计算与分析
如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。
结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，由于各软件在采用的计算模型上存在一定差异，导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的。
4.高层建筑结构设计中的扭转问题
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構发生扭转振动效应。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。
5.侧向位移的限值
高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移△u/H的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
二、高层建筑的抗震设计
1.高层建筑抗震设计常见的问题
在高层建筑的建设中，其中最主要的问题是对它的抗震问题的研究，其中又以中短柱问题为最主要的问题。抗震设计中常见的一些问题包括以下方面：（1）缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。（2）结构的平面布置。（3）一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。（4）底框砖房超高超层。（5）抗震设防标准掌握不当。（6）结构的竖向布置。（7）抗震构造柱布置不当。（8）框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。（9）结构其他问题。（10）平面布局的刚度不均。（11）防震缝设置。（12）结构抗震等级掌握不准。 上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，有认识方面的原因有计划经济向市场经济转化过程中出现的原因，有设计人员忽视了抗震概念设计方面的原因（未能从整体、全局上把握好），有法律建设方面的原因（在工程抗震设防管理方面缺乏国家政府法律依据，特别是处罚方面）。
2.改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
2.1使用复合螺旋箍筋高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
2.2采用分体柱由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。
2.3采用钢管砼柱钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4.6%以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。
三、高层建筑与城市规划
作为城市规划专业专业毕业的学生，工作的一年之中我对高层建筑与整个城市的关系同样关注。随着高层建筑技术的迅速发展，高层建筑已经成为城市空间中不可缺少的元素，成为城市的一道亮丽风景，然而高层建筑与城市空间的融合依然存在一些缺陷。
1.避免高層建筑密集
高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利，却给城市空间带来很多压力，造成城市空间和城市交通的拥挤，甚至是一些史料不及的污染和危害，比如一些高层建筑玻璃幕墙的大面积使用造成以前未出现过的光污染；还有就是形成高压风带和风口，这些会造成意想不到的后果。因此在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制，避免高层建筑的集中分布。
2.高层建筑与城市街道
高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段，这些地段的街道本身交通荷载就较大，高层建筑将大大增加这些街道的交通压力，分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度，同时在规划设计时要对这些街道进行扩展，加大其通行能力。
3.控制超高层建筑数量
超高层建筑往往以其象征性和代表性而存在，实际上这类建筑既不经济又不合理，一些已建成的超高层建筑投入使用后表明收益并不乐观，可以说仅仅是体现城市形象，提高城市知名度。
结语
高层建筑已走过百年历史，从其出现之日起就成为城市的焦点，其形式和风格也不断的发展变化着，我国的高层建筑虽然相对发达国家起步较晚，但已经取得了很大的成就，像北京、上海、深圳等城市的高层建筑可以说代表了中国高层建筑的发展史，高层建筑在未来的发展值得期待。
参考文献：
（1）朱镜清结构抗震分析原理，地震出版社，2002，11
（2）傅学怡，实用高层建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社，1999
（3）丰定国，王社良，抗震结构设计，武汉：武汉理工大学出版社，2003
（4）李阎魁，高层建筑与城市空间景观形象初探——兼论上海城市高层建筑的布局与控制，《规划师》2000年第三期
（5）田银生，刘韶军，《建筑设计与城市空间》，天津大学出版社