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摘要：对于高层建筑的现状发展，在国内的现代化城市中所占的地面比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。通过分析高层建筑本身特点，结合实践中高层建筑可能出现的问题，总结设计经验，为高层建筑的结构设计问题的解决提出建设性的建议。
关键词：高层建筑工程；结构设计特点；问题简析
1 高层建筑结构的特点
1.1整体结构更具有柔和性
与底层建筑相比，高层建筑的整体结构更具有柔和性的特点，在地壳运动和具有震动性环境中极易发生变形，导致建筑物的倾斜，倒塌。因此高层建筑的结构延展性应当作为高层建筑结构设计的一个重要设计指标，在构造上采取适当的措施来避免高层建筑塑性变形阶段之后延展能力的丧失，使其具有更强的抗震性和结构稳定性，从而保障住户的生命财产安全。
1.2竖向载重负荷较大
高层建筑的第一个特点就在于竖向利用空间，这也是在现代城市寸土寸金情形下成为城市建设设计宠儿的首要原因。高层建筑的竖向载荷很大，就可能在柱中引起较大的轴向变形，这样一来，一方面对连续梁弯矩会产生较为严重的影响，对于连续梁中间支座处的负弯矩而言，就会导致负弯矩减小，而对于跨中正弯矩和端支座负弯矩值而言，就会导致两者的扩张，不利于高层建筑的稳固性。另一方面，对于构件下料长度的预测，是依据轴向变形的计算值来对下料长度进行逐步调整，一旦对轴向变形计算值不准，会进一步影响构件剪力和侧移，从而会导致建筑的不安全因素增加。因此，鉴于高层建筑竖向载重负荷较大的特点，要充分考虑轴向变形的程度。
1.3水平荷载的重要作用
所谓水平荷载是指，物体受水平方向的作用力，在高层建筑的设计时，一旦高度确定，其竖向荷载基本上为定值，变动幅度不大，而建筑的稳定性是与高层建筑的荷载能力与建筑高的比值度紧密相关的，一般而言，建筑高度与建筑物自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值为正相关，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩和由此在竖构件中引起的轴力的数值，是与建筑高度的平方成正比，因此竖向荷载大体定值的情况下，可以通过结构特性不同可以改变的水平荷载就成为设计时重点注意的地方，将水平荷载的风荷载和地震作用数值通过合理的结构设计控制在有利于建筑的最完美的状态。
2 高层建筑结构设计的原则
2.1精确原则
这体现在结构计算简图选择和合理误差的处理上，建筑结构计算式计算结果的精确性是关系到整体结构安全的重要因素，因此在计算简图的选择上要选用得当，保证计算结果的精确性，同时计算简图还应有相应的构造措施来保证。在实践中，结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，因此要考虑到计算简图的合理误差，在结构实际情况与程序不符的情况下，要求结构工程师多加校对分析，合理判断。
2.2合理原则
这体现在合理基础方案和结构方案的选择上，结合场地实际情况充分考虑。在基础方案的选择上要根据工程地质条件，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综合分析，必要时应进行地基变形验算，将地基的价值发挥到最大。鉴于基础深埋对高层建筑的重要影响，在高层建筑中可以加入地下室的设计，地下室外墙建议采用钢筋硷墙，顶板厚不宜小于160mm，具有较大的层间刚度的地下室利于高层建筑的整体稳定，调整地基不均与沉降。
2.3灵活原则
要认识到结构设计不是一成不变的，要根据实际情况时刻加以调整的。高层建筑具有工程量大，设计环节多的特点，因此工程设计师要时刻谨记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉”这一原则，在施工的过程中，要注意构件的延性性能，对设计中的薄弱部位予以加强，充分考虑温度应力的影响力，此外，还要对材质的性能加以考量，例如钢筋的锚固长度，特别是钢筋的执行段锚固长度。
3 高层建筑结构设计中的具体问题
3.1剪力墙设计问题
短肢剪力墙是指为墙肢截面高厚比为5～8的墙，新规范根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，这样一来工程设计 师在高层建筑的设计时就应避免使用短肢剪力墙，以减少后续工作中的麻烦。选择较长剪力墙的设计时，加入开洞设计，但是要注意当墙段高宽比大于2时一般为弯曲破坏，墙段高宽比小于2时一般为剪切破坏，因此每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，这样可以充分提高剪力墙的延性，避免高层建筑的脆性破坏。另外，考虑到单片剪力墙若承担过大的水平剪力可能会被最先破坏，就会导致结构抗侧力构件依次被破坏，因此在开洞时要形成弱连梁，这样就要求开结构洞时一定要开大洞，连梁跨高比宜大于6，这样才能使较长剪力墙开洞后形成两个较独立的墙肢，避免洞口较小时剪力墙因为侧向刚度较大，遭到剪切脆性破坏，但是应当注意的是，墙肢截面高度不宜大于8m，否则不利于高层建筑结构的整体稳定。
3.2嵌固端的设计问题
嵌固端的选取是高层建筑结构计算中尤为重要的简化假定，嵌固端大多设置在地下室顶板或者设置在人防顶板等位置，在高层建筑中，二层或者二层以上的地下室和人防是普遍设计的，也就是说嵌固端在高层建筑中是一个较为频繁的应用，若是忽略这些问题将会给后期的设计工作带来极大的不便，可能会整体结构设计方案的大规模变动。因此在嵌固端楼板的设计上，要充分考虑材质和位置上的选择。另外对于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都要多加考虑，以防导致后期的设计冲突。
3.3轴压比与短柱的问题
高层建筑整体结构本身更具有柔和性的特点，如果柱的塑性变形能力小，就会使得结构的延性变得差，一旦遭遇地震或者强烈地壳运动，柱不能很好地耗散和吸收地震能量，建筑就会面临倾倒，倒塌的危险。因此高层建筑结构中，为了控制柱的轴压比，会选择做柱的截面很大的设计，但是在柱的纵向的钢筋一般选用构造配筋，这样一来即使采用高强混凝土，也不能將柱断面尺寸控制在较小的尺寸。因此不妨考虑在结构中强柱弱梁设计，将梁的良好延性的特点充分发挥，这样柱子进入屈服的可能性就会减小，轴压比值也会随之减小。另外，对于短柱而言，不能根据柱的长细比来确定，而是应该根据柱的剪跨比小于2来确定属于短柱，这一概念的明确更有利于轴压比的控制。
3.4安全问题
高层建筑是竖向空间利用，属于类封闭空间，面对的安全问题主要是在发生危险时能及时的疏散和避险，因此在空间结构的设计上总体布局要保证畅通安全，可以在一层多设通道，便于疏散。保证采光设施或者照明系统紧急情况下的正常使用，可以选用自于区域变电所，同时自备的发电设备，既经济也合理。还要考虑合理进行防火分区的设计。另外，由于是高层就要考虑防雷击的问题，好的设计就要利用高层建筑物的结构来做好防雷措施，除了常规装设避雷针和避雷网的方法，还可以构建接地装置，利用结构中的主钢筋作引下线，使钢筋混凝土基础作接地装置，利用扁钢在建筑物周围做避雷带。从而防止雷电对于建筑物的损害。而金属可能会由于静电产生火花，导致安全隐患，因此建筑物内的金属物体和突出屋面的金属物都要和地面相接，减少安全隐患。
4 结论
鉴于国内建筑业的发展与时俱进，结构设计在国内建筑技术领域取得了较高的发展。建筑结构设计是一个十分复杂的工作，需要有十分专业的技能，同时还要有认真的工作态度。这是因为建筑结构设计是后续施工的前提，没有扎实的设计，后期的施工再好，最终高层建筑工程的质量也不会很高。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
关键词：高层建筑工程；结构设计特点；问题简析
1 高层建筑结构的特点
1.1整体结构更具有柔和性
与底层建筑相比，高层建筑的整体结构更具有柔和性的特点，在地壳运动和具有震动性环境中极易发生变形，导致建筑物的倾斜，倒塌。因此高层建筑的结构延展性应当作为高层建筑结构设计的一个重要设计指标，在构造上采取适当的措施来避免高层建筑塑性变形阶段之后延展能力的丧失，使其具有更强的抗震性和结构稳定性，从而保障住户的生命财产安全。
1.2竖向载重负荷较大
高层建筑的第一个特点就在于竖向利用空间，这也是在现代城市寸土寸金情形下成为城市建设设计宠儿的首要原因。高层建筑的竖向载荷很大，就可能在柱中引起较大的轴向变形，这样一来，一方面对连续梁弯矩会产生较为严重的影响，对于连续梁中间支座处的负弯矩而言，就会导致负弯矩减小，而对于跨中正弯矩和端支座负弯矩值而言，就会导致两者的扩张，不利于高层建筑的稳固性。另一方面，对于构件下料长度的预测，是依据轴向变形的计算值来对下料长度进行逐步调整，一旦对轴向变形计算值不准，会进一步影响构件剪力和侧移，从而会导致建筑的不安全因素增加。因此，鉴于高层建筑竖向载重负荷较大的特点，要充分考虑轴向变形的程度。
1.3水平荷载的重要作用
所谓水平荷载是指，物体受水平方向的作用力，在高层建筑的设计时，一旦高度确定，其竖向荷载基本上为定值，变动幅度不大，而建筑的稳定性是与高层建筑的荷载能力与建筑高的比值度紧密相关的，一般而言，建筑高度与建筑物自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值为正相关，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩和由此在竖构件中引起的轴力的数值，是与建筑高度的平方成正比，因此竖向荷载大体定值的情况下，可以通过结构特性不同可以改变的水平荷载就成为设计时重点注意的地方，将水平荷载的风荷载和地震作用数值通过合理的结构设计控制在有利于建筑的最完美的状态。
2 高层建筑结构设计的原则
2.1精确原则
这体现在结构计算简图选择和合理误差的处理上，建筑结构计算式计算结果的精确性是关系到整体结构安全的重要因素，因此在计算简图的选择上要选用得当，保证计算结果的精确性，同时计算简图还应有相应的构造措施来保证。在实践中，结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，因此要考虑到计算简图的合理误差，在结构实际情况与程序不符的情况下，要求结构工程师多加校对分析，合理判断。
2.2合理原则
这体现在合理基础方案和结构方案的选择上，结合场地实际情况充分考虑。在基础方案的选择上要根据工程地质条件，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综合分析，必要时应进行地基变形验算，将地基的价值发挥到最大。鉴于基础深埋对高层建筑的重要影响，在高层建筑中可以加入地下室的设计，地下室外墙建议采用钢筋硷墙，顶板厚不宜小于160mm，具有较大的层间刚度的地下室利于高层建筑的整体稳定，调整地基不均与沉降。
2.3灵活原则
要认识到结构设计不是一成不变的，要根据实际情况时刻加以调整的。高层建筑具有工程量大，设计环节多的特点，因此工程设计师要时刻谨记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉”这一原则，在施工的过程中，要注意构件的延性性能，对设计中的薄弱部位予以加强，充分考虑温度应力的影响力，此外，还要对材质的性能加以考量，例如钢筋的锚固长度，特别是钢筋的执行段锚固长度。
3 高层建筑结构设计中的具体问题
3.1剪力墙设计问题
短肢剪力墙是指为墙肢截面高厚比为5～8的墙，新规范根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，这样一来工程设计 师在高层建筑的设计时就应避免使用短肢剪力墙，以减少后续工作中的麻烦。选择较长剪力墙的设计时，加入开洞设计，但是要注意当墙段高宽比大于2时一般为弯曲破坏，墙段高宽比小于2时一般为剪切破坏，因此每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，这样可以充分提高剪力墙的延性，避免高层建筑的脆性破坏。另外，考虑到单片剪力墙若承担过大的水平剪力可能会被最先破坏，就会导致结构抗侧力构件依次被破坏，因此在开洞时要形成弱连梁，这样就要求开结构洞时一定要开大洞，连梁跨高比宜大于6，这样才能使较长剪力墙开洞后形成两个较独立的墙肢，避免洞口较小时剪力墙因为侧向刚度较大，遭到剪切脆性破坏，但是应当注意的是，墙肢截面高度不宜大于8m，否则不利于高层建筑结构的整体稳定。
3.2嵌固端的设计问题
嵌固端的选取是高层建筑结构计算中尤为重要的简化假定，嵌固端大多设置在地下室顶板或者设置在人防顶板等位置，在高层建筑中，二层或者二层以上的地下室和人防是普遍设计的，也就是说嵌固端在高层建筑中是一个较为频繁的应用，若是忽略这些问题将会给后期的设计工作带来极大的不便，可能会整体结构设计方案的大规模变动。因此在嵌固端楼板的设计上，要充分考虑材质和位置上的选择。另外对于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都要多加考虑，以防导致后期的设计冲突。
3.3轴压比与短柱的问题
高层建筑整体结构本身更具有柔和性的特点，如果柱的塑性变形能力小，就会使得结构的延性变得差，一旦遭遇地震或者强烈地壳运动，柱不能很好地耗散和吸收地震能量，建筑就会面临倾倒，倒塌的危险。因此高层建筑结构中，为了控制柱的轴压比，会选择做柱的截面很大的设计，但是在柱的纵向的钢筋一般选用构造配筋，这样一来即使采用高强混凝土，也不能將柱断面尺寸控制在较小的尺寸。因此不妨考虑在结构中强柱弱梁设计，将梁的良好延性的特点充分发挥，这样柱子进入屈服的可能性就会减小，轴压比值也会随之减小。另外，对于短柱而言，不能根据柱的长细比来确定，而是应该根据柱的剪跨比小于2来确定属于短柱，这一概念的明确更有利于轴压比的控制。
3.4安全问题
高层建筑是竖向空间利用，属于类封闭空间，面对的安全问题主要是在发生危险时能及时的疏散和避险，因此在空间结构的设计上总体布局要保证畅通安全，可以在一层多设通道，便于疏散。保证采光设施或者照明系统紧急情况下的正常使用，可以选用自于区域变电所，同时自备的发电设备，既经济也合理。还要考虑合理进行防火分区的设计。另外，由于是高层就要考虑防雷击的问题，好的设计就要利用高层建筑物的结构来做好防雷措施，除了常规装设避雷针和避雷网的方法，还可以构建接地装置，利用结构中的主钢筋作引下线，使钢筋混凝土基础作接地装置，利用扁钢在建筑物周围做避雷带。从而防止雷电对于建筑物的损害。而金属可能会由于静电产生火花，导致安全隐患，因此建筑物内的金属物体和突出屋面的金属物都要和地面相接，减少安全隐患。
4 结论
鉴于国内建筑业的发展与时俱进，结构设计在国内建筑技术领域取得了较高的发展。建筑结构设计是一个十分复杂的工作，需要有十分专业的技能，同时还要有认真的工作态度。这是因为建筑结构设计是后续施工的前提，没有扎实的设计，后期的施工再好，最终高层建筑工程的质量也不会很高。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。