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【摘 要】随着高层建筑在我国的迅速发展，复杂的不规则高层建筑越来越多，如何正确进行结构设计和结构计算，以满足新规范的要求，也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。本文从高层建筑的结构方案设计、受力方面、地基与基础设计、结构的总体布置方面阐述了高层建筑结构容易出现的问题,同时提出高层建筑结构设计应注意的问题,仅供参考。
【关键词】高层建筑；结构设计；问题分析
近年来，随着房地产行业的飞速发展和城市化进程的不断推进，城市建设用地日趋紧张，致使建筑功能越来越多样化，高层建筑得的发展是大势所趋。而科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。加上现代人们对于建筑要求的多样化提出了更多和更复杂的要求，产生了很多不规则的复杂高层建筑，使结构设计难度倍增。这就要求建筑师在设计时应注意一些要点问题。
１．结构方案设计应注意的问题
目前，很多设计人员过度依赖电脑设计软件，其实计算软件只是一个设计或计算工具而已，不管设计人员输入的结构体系和结构布置是否符合规范，也不管你所输入的电算信息与实际结构是否真实可靠，它都能计算出一个结果，判断正确与否还是要靠设计师自己对实际结构的认识和对规范以及软件的熟悉程度。实际上，结构的概念设计与建筑师的方案设计也是相互影响、相互协调的。结构概念设计的目的首先是在初步设计以前为所设计的工程项目设定一个总体性的方案，根据建筑意图和使用功能的需要，根据当地建造条件、材料来源和业主对资金的使用等多方面因素的要求，使得下一步的设计施工和维护使用都能做到好快省。由于高层建筑自身的一些特点，如：投资规模大，技术要求高，设计施工复杂，加上地基基础的特殊性，结构设计的最优化并不一定就是综合经济效果的最优化。其次，选用一个合理的高层建筑结构体系也是要在结构概念设计过程中应该解决好的问题。当前，高层建筑的结构体系可以按以下分类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架一剪力墙结构体系、框架一剪力桁架结构体系、框架一核芯筒结构体系、筒中筒结构体系等。众多的结构体系可供结构工程师选择，选取一种或几种体系作为备选，是概念设计时应该确定的。在初步设计时，通过精心的结构计算和技术经济比较选定最经济合理的结构体系。
2.高层建筑结构受力方面应注意的问题
对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。首先，建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想；其次，对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，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；还有，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，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
3.地基与基础设计方面应注意的问题
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失；在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准；地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
4.结构的总体布置应注意的问题
科学合理的建筑结构设计即需要有合理的结构体系还需要有完美的结构布置。因为结构布置会影响到建筑设计方案的效果，影响到建筑的安全和功能的使用。结构的总体布置要考虑控制结构的侧向变形、平面布置、竖向布置、缝的设置和构造等几个方面。
4.1控制结构的侧向变形
建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏非结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。
4.2平面布置
平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。
4.3竖向布置
为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。
4.4缝的设置和构造
建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缠把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。
5.结束语
总之，钢筋混凝土高层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。因此，必须严格按照规范进行设计。彻底消除结构不安全的隐患。
【参考文献】
［１］中华人民共和国国家标准．建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.
［２］中华人民共和国行业标准．高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002.
［３］李玉民.浅谈超高层建筑結构设计问题[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005.
［４］肖峻.高层建筑结构分析与设计[J].中化建设，2008，(12).
［５］范小平.高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J].福建建材，2008.
【关键词】高层建筑；结构设计；问题分析
近年来，随着房地产行业的飞速发展和城市化进程的不断推进，城市建设用地日趋紧张，致使建筑功能越来越多样化，高层建筑得的发展是大势所趋。而科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。加上现代人们对于建筑要求的多样化提出了更多和更复杂的要求，产生了很多不规则的复杂高层建筑，使结构设计难度倍增。这就要求建筑师在设计时应注意一些要点问题。
１．结构方案设计应注意的问题
目前，很多设计人员过度依赖电脑设计软件，其实计算软件只是一个设计或计算工具而已，不管设计人员输入的结构体系和结构布置是否符合规范，也不管你所输入的电算信息与实际结构是否真实可靠，它都能计算出一个结果，判断正确与否还是要靠设计师自己对实际结构的认识和对规范以及软件的熟悉程度。实际上，结构的概念设计与建筑师的方案设计也是相互影响、相互协调的。结构概念设计的目的首先是在初步设计以前为所设计的工程项目设定一个总体性的方案，根据建筑意图和使用功能的需要，根据当地建造条件、材料来源和业主对资金的使用等多方面因素的要求，使得下一步的设计施工和维护使用都能做到好快省。由于高层建筑自身的一些特点，如：投资规模大，技术要求高，设计施工复杂，加上地基基础的特殊性，结构设计的最优化并不一定就是综合经济效果的最优化。其次，选用一个合理的高层建筑结构体系也是要在结构概念设计过程中应该解决好的问题。当前，高层建筑的结构体系可以按以下分类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架一剪力墙结构体系、框架一剪力桁架结构体系、框架一核芯筒结构体系、筒中筒结构体系等。众多的结构体系可供结构工程师选择，选取一种或几种体系作为备选，是概念设计时应该确定的。在初步设计时，通过精心的结构计算和技术经济比较选定最经济合理的结构体系。
2.高层建筑结构受力方面应注意的问题
对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。首先，建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想；其次，对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，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；还有，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，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
3.地基与基础设计方面应注意的问题
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失；在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准；地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
4.结构的总体布置应注意的问题
科学合理的建筑结构设计即需要有合理的结构体系还需要有完美的结构布置。因为结构布置会影响到建筑设计方案的效果，影响到建筑的安全和功能的使用。结构的总体布置要考虑控制结构的侧向变形、平面布置、竖向布置、缝的设置和构造等几个方面。
4.1控制结构的侧向变形
建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏非结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。
4.2平面布置
平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。
4.3竖向布置
为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。
4.4缝的设置和构造
建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缠把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。
5.结束语
总之，钢筋混凝土高层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。因此，必须严格按照规范进行设计。彻底消除结构不安全的隐患。
【参考文献】
［１］中华人民共和国国家标准．建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.
［２］中华人民共和国行业标准．高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002.
［３］李玉民.浅谈超高层建筑結构设计问题[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005.
［４］肖峻.高层建筑结构分析与设计[J].中化建设，2008，(12).
［５］范小平.高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J].福建建材，2008.