摘要：高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。随着城市化进程的加快，城市用地紧张，市区地价日益高涨，新建项目中高层建筑所占比例越来越大，而且越建越高，建筑类型与功能越来越复杂，结构体系也是越来越多样化。本文针对高层建筑工程结构设计中的一些问题进行了探讨。 
　　关键词：高层建筑；结构设计；方案；优化设计 
　　中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
　　工程概括
　　此工程位于东莞某商住楼项目，建筑总用地面积6650.88平方米，总建筑面积45672.71平方米。地上部分33层,一层为商铺，二层以上均为住宅，地下设二层地下室,分别为地下车库、設备用房和人防地下室。
　　1.东莞地区抗震设防烈度为六度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度0.05g。 2.工程地质情况:周围环境开阔，场地基本平整，地基稳定，建筑场地类别为Ⅱ类，无液化土层等不良地质工程地质现象。场地地层由上及下分别为：杂填土、粉质粘土、粉土、圆砾、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。 
　　二、上部结构方案分析 
　　1.结构方案的概念设计 在建筑方案设计阶段，结构工程师应以自身拥有的高层建筑结构体系功能及其受力、变形特征的整体设计概念与判断能力去帮助建筑师开拓和实现业主梦寐以求的空间形式与功能；并在与建筑师创造性的合作中，用以承载力、刚度、延性为主导的概念设计来整体构思结构总体方案，并明确结构总体系与分体系之间的最佳受力关系的要求；在方案与初步设计阶段，能通过概念性近似计算来进行探索、优化、乃至最后确定分体系及其构件的基本尺寸，并确认设计方案的可行性。 
　　2.上部结构方案选择应考虑的具体问题 （1）满足建筑使用功能的要求。建筑使用功能不同，对结构布置的要求也不一样。如地下车库和商铺均要求有较大的空间和较规则的柱网，以满足使用的要求，并提高利用率；住宅一般开间较小，各房间的隔墙往往无法对齐，大跨度的规则柱网对住宅是不适用的。  （2）应美观适用。在满足建筑使用功能的前提下，结构布置应尽量使建筑美观适用，并尽力拓展建筑的使用空间。譬如住宅如果采用框架结构，室内将会露梁和柱，对于近100米得高层建筑，下部楼层的柱截面面积超过l m2，不但减少了有效使用面积，而且影响美观和室内布置，梁凸出墙面同样影响美观，如果是大跨度的梁，因梁高较大，在梁下无墙处将减少室内净高。  （3）结构应安全可靠。结构体系应受力明确、传力简捷，结构应具有足够的承载力、刚度和延性。应力求平面和竖向规则，尽量避免不规则的结构布置，对于《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中规定的超限条款应特别注意避免。  （4）工程造价。在满足建筑使用功能和结构安全的前提下，应尽量节省工程造价。现阶段很多业主在设计前都会对设计单位提出含钢量控制指标，这就要求设计人员多进行结构方案的比选，并在施工图阶段进行精细的设计。 
　　3.本工程上部结构方案的确定 本工程在建筑方案和初步设计阶段，结构和建筑专业密切配合，采用概念设计的方法，基本确定了结构的总体方案。 因本工程带二层地下车库，一层为商铺，二层以上均为住宅，因此，初步确定在二层设置转换层。但上部住宅有一部分为大户型，另一部分为一室的小户型，一开始就确定了大户型的住宅采用剪力墙结构，至于小户型，可以采用剪力墙结构在二层转换，也可以将下部的框架柱延伸上来，做成框架结构。通过类似的工程比较，小户型住宅采用框架结构比剪力墙结构更费；而且，如果采用框架结构，走廊两侧的框架柱边须与墙边平齐，造成框架梁、柱偏心过大，结构受力不合理；同时，依照美观适用的原则，最终确定小户型住宅也采用剪力墙结构，仅在外墙处因开窗和开洞较多，设置了部分框架柱，并通过建筑立面处理，外墙处框架柱凸出墙面，避免梁、柱偏心。 根据本工程的实际情况，转换层采用梁式转换。 整个工程未采用短肢剪力墙，在不影响建筑功能的前提下，建筑专业做了一些适当的调整，所有剪力墙均满足普通剪力墙的条件。 剪力墙的布置一般应遵循对称、均匀、周边、拐角的原则，转换层以上可按这一原则布置，转换层以下因受到地下车库和商铺建筑功能的制约，建筑周边和角部仅部分位置可设置落地剪力墙，因此加强了楼、电梯井筒的剪力墙布置。 根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的规定，当具备三项及以上一般不规则的建筑，须进行超限审查。因本工程竖向构件不连续，已有一项一般不规则；在初步计算时发现，楼层的最大位移比达到1.35，扭转周期比0.82，因建筑功能不能改变，结构布置不能有太大变化，只能进行微调，最终计算楼层的最大位移比为1.32，超过了1.2，也为一项一般不规则；为避免超限审查，不能再出现不规则项，因此，在平面布置时，对于局部较深的凹槽设置拉梁和拉板，对楼、电梯间周边和局部开洞等楼板削弱的部位加厚周边楼板并加强配筋，凹槽和开洞尺寸均不超过《高规》4.3.6条的要求。 本工程在施工图设计阶段对总体方案仅进行了微调，前期设计所做的工作取得了良好的效果，避免了施工图设计阶段大量的麻烦。 
　　三、基础选型： 高层建筑基础设计比一般建筑基础要更复杂，总的来说，它具有荷载大、埋置深、造价高、施工周期长等特点，高层建筑基础对地基承载力和变形有更高的要求。在选择基础型式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有着密切的关系。 本工程基础型式采用大直径人工挖孔桩基础，以中风化泥质粉砂岩为桩端持力层。基础型式选择主要考虑以下因素：因地下水位较高，水量较大，在基坑设计中采用了帷幕止水的方案，开挖后基坑水量不大，具备人工挖孔桩施工条件；基础荷载大，单柱最大轴力达22000KN；中风化泥质粉砂岩埋藏较浅，距地下室底板约7米左右；人工挖孔桩具有承载力大、成桩质量可靠的特点。 
　　四、结构计算分析 本工程属于复杂高层建筑，根据《高规》的规定，应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力和位移计算；应采用弹性时程分析法进行补充计算。 本工程采用SATWE和ETABS两个软件进行整体内力和位移计算，弹性时程分析采用二组实际记录地震波和一组人工模拟地震波进行分析计算，框支梁采用FEQ软件进行补充计算，所有计算结果均满足规范要求。计算结果不在此一一列举。 
　　五、优化设计  1.建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例，作为结构设计人员，应采取各种有效手段，优化结构设计，实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益 
　　2.本工程主要采取了下措施进行优化设计 （1）配合建筑设计，对建筑设计进行适当调整，使柱网尽可能规则，减少房间布置错位，使结构受力更合理，传力途径更简捷，工程造价更省。 （2）结构方案进行多方案比选和试算，同时利用以往的设计经验并参考类似的工程实例，力争找到最优方案。 （3）优化构件截面，在满足构造要求的前提下，通过仔细的计算和比较，选择合适的截面大小和形状。计算不超筋的截面不一定是最优截面，截面设计应保证结构具有足够的刚度，同时具有较优的配筋水平。过大的截面会使结构刚度过大、增加结构自重、增加钢筋和混凝土用量，造成浪费；截面过小同样会增加钢筋用量，并降低结构安全度。（4）减轻荷载。除了通过优化结构构件截面减轻荷载，本工程的填充墙除外墙采用烧结多孔砖外其余墙体均采用190厚和90厚加气混凝土砌块，同时控制装修荷载，有效减轻了建筑自重。 3.通过优化设计，本工程最终实际用钢量59.5kg/ m2（含基础和地下室），转换层以上用钢量40.2kg/ m2，取得了较好的经济效益。 
　　六、结束语： 总体来说，高层建筑结构设计是一个复杂的过程，应从结构的概念设计着手，选择结构平、立面布置尽量规则以及抗展和抗风性能好的结构体系，并通过合理控制以上指标，使高层的结构布置更加合理，达到更好的效果。