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【摘 要】 城市化发展的加速，促使高层建筑结构体系也在不断地更新，除了文中所述的几种结构，在现实生活中还有很多结构，但不管是哪一种结构体系，建筑设计人员，都要对结构进行详细的了解之后，再进行运用，以确保高层建筑设计的安全经济。本文主要对高层建筑结构设计的问题及应对方法进行了分析探讨。
【关键词】 高层建筑;结构设计;布置方式;注意事项
近年来，我国经济发展水平逐年提高，人民群众的物质和文化生活水平也不断提升，因此对于居住环境有了更高质量的需求。而随着房地产业的迅猛发展，如今高层建筑已是琳琅满目，比比皆是，这种情况下，高层建筑结构设计已经成为土建设计人员的重要研究课题。作为土建设计人员，要求其必须了解高层建筑结构设计的基本原则和布置方式，同时更要把握好结构设计中的注意事项。唯有如此才能设计出技术领先、经济实用、安全可靠、质量优良的高层建筑。
一、高层建筑结构设计的特点
1、设计富有技术性和专业性。我们都知道：高层建筑和多层建筑来说，在功能上和设计上会有很大的不同，这是因为对于高层建筑而言，它们的结构设计关系到它的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。
2、水平荷载成为决定因素。水平力在所有建筑结构选择和设计中都是最重要的因素，对于高层建筑来说更是如此，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在建筑结构中起到的作用也随之增大。从专业角度讲，一方面，建筑的自重和露面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，它与建筑高度的一次方成正比;从另一个角度来看，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的平方成正比;另一方面，楼房的荷载能力从竖向荷载来说一般情况是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3、承载力设计需要基础。在高层建筑结构选择和设计上，必须要保证它的承载力基础，特别是要注重刚度的加强，以抵抗侧向力。结构侧移是高层建筑结构设计的关键因素，这是与较低楼房不同的地方。建筑物层数的增加，使得每多一层其侧向力都会发生很大的变化，所以建筑物特别是高层建筑物需要控制水平荷载因素。
4、其他关键因素更需关注。第一是高层建筑的抗风因素，需要要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。第二是高层建筑的抗震要求，应该在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。第三个是高层建筑的地基情况，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。
二、高层建筑结构设计的布置方式
1、平面布置。平面布置的形状相对简单，规则对称，可实现质心、刚心相重合，但当偏心较大时，结构的扭转效应也会增加，从而使端部的构件位移增大，造成应力集中。通常平面不应突出过长。对于扭转大小的问题，可以通过概念设计方法判断得知，其与刚心和质心以及偏心距的计算大体相同，此外还可对结构最远边缘处的最大层间变形与质心处的层间变形进行比较分析，当这一比率超过1.1时则扭转过大，结构就会发生不规则现象。
2、立体布置。立体布置的前提是要求规则均匀。这里的规则指建筑体型规则，如果发生变化，也是渐变体型向着竖直方面发生剧变。这里的均匀指上下体型、承载能力、刚度以及质量分布均匀，这种情况下的变化自然也是均匀的。建筑结构的设计应符合刚度下大上小，从下到上递减的原则。如果下层刚度过小，可能导致下部发生变形，出现薄弱层，甚至造成建筑倒塌的严重后果。即使改變体型的尺寸，也要按照下大上小的规则逐渐改变，切记不可出现过大突变问题。小尺度的收进上部楼层可能时常存在，但应注意对收进尺寸做好限制把握，如果收进部位过高，则收进以后的平面尺寸可能变小，相应的增大了结构的高振型反应。
三、高层建筑结构设计的注意事项
相较于其他建筑结构，高层建筑结构比较复杂，并且计算工作量也较大，同时结构体系的选择会直接影响到高层建筑工程的各个环节，其中包括：平面布置、楼层高度、施工技术以及工程造价等。所以在高层建筑结构设计中，要注意以下几个方面：
1、严格控制侧移指标。高层建筑与其他建筑的不同最直接的表现是楼层多，这也是决定高层建筑结构的根本因素。因为建筑高度越高，水平荷载对结构的侧向形变的影响会越明显，两者之间的关系可以用公式△=qH4/8EI表示，解释为变形程度与建筑高度的4次方成正比例的关系。另外，还有很多因素影响着建筑结构，比如在建筑形式、结构体系以及建筑材料等方面的发展，这也就要求设计师们在进行高层建筑结构设计时，不仅要考虑结构的强度，还要注重结构的抗推刚度，以保证水平荷载所产生的侧移在一定范围内，不然会发生一些严峻情况，如会对住户的心理造成恐慌;造成建筑的主体结构构件损坏;侧移产生的较大的附加内力会造成建筑物倒塌;造成墙体损坏，影响电路运行等。
2、减轻建筑自重。由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的入手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。
3、综合把握概念设计与计算设计。建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事。特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。
4、注重水平力在设计中的影响。与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系;水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。
5、加强抗震设计。在高层建筑结构设计中，抗震设计一直是一个关注点，抗震设计的水平直接与建筑的安全性能和经济性能挂钩。在进行抗震设计中，有两大因素是应重点考虑的，分别是竖向荷载和风荷载，好的抗震性能的标准是“小震不坏，大震不倒”。
6、紧抓轴向变形问题。框架剪力墙体系和框架体系的特点是：框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力大很多，同时在轴向压缩变形这一方面上也是如此。如果建筑的高度达到一定高度时，框架中柱与边柱在轴向变形上的差距就会达到一个很大的数值，导致连续梁中间支座沉陷，发生剧烈的变形，最终使建筑物发生倒塌。
四、结束语
尽管近年来我国高层建筑呈现蓬勃发展之势，然而其总的结构设计远未达到理想要求，随着市场需求的日益复杂和多样，进行高层建筑结构设计时，要求设计师必须在首先遵循设计原则确保计算准确的基础上，还要密切结合实际情况，关注结构布置等问题，制定科学合理的结构设计方案，确保设计出技术领先、经济实用、安全可靠、质量优良的高层建筑。
参考文献：
[1]蔡绍怀.钢管混凝土结构的计算与应用[M].中国建筑工业出版社，2010，09.
[2]张东华.试论高层建筑结构设计分析和问题探讨[J].科技创新导报，2011，11.
[3]王永，胡凌燕.浅析工程建筑结构设计[J].中华民居，2013，02.
【关键词】 高层建筑;结构设计;布置方式;注意事项
近年来，我国经济发展水平逐年提高，人民群众的物质和文化生活水平也不断提升，因此对于居住环境有了更高质量的需求。而随着房地产业的迅猛发展，如今高层建筑已是琳琅满目，比比皆是，这种情况下，高层建筑结构设计已经成为土建设计人员的重要研究课题。作为土建设计人员，要求其必须了解高层建筑结构设计的基本原则和布置方式，同时更要把握好结构设计中的注意事项。唯有如此才能设计出技术领先、经济实用、安全可靠、质量优良的高层建筑。
一、高层建筑结构设计的特点
1、设计富有技术性和专业性。我们都知道：高层建筑和多层建筑来说，在功能上和设计上会有很大的不同，这是因为对于高层建筑而言，它们的结构设计关系到它的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。
2、水平荷载成为决定因素。水平力在所有建筑结构选择和设计中都是最重要的因素，对于高层建筑来说更是如此，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在建筑结构中起到的作用也随之增大。从专业角度讲，一方面，建筑的自重和露面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，它与建筑高度的一次方成正比;从另一个角度来看，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的平方成正比;另一方面，楼房的荷载能力从竖向荷载来说一般情况是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3、承载力设计需要基础。在高层建筑结构选择和设计上，必须要保证它的承载力基础，特别是要注重刚度的加强，以抵抗侧向力。结构侧移是高层建筑结构设计的关键因素，这是与较低楼房不同的地方。建筑物层数的增加，使得每多一层其侧向力都会发生很大的变化，所以建筑物特别是高层建筑物需要控制水平荷载因素。
4、其他关键因素更需关注。第一是高层建筑的抗风因素，需要要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。第二是高层建筑的抗震要求，应该在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。第三个是高层建筑的地基情况，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。
二、高层建筑结构设计的布置方式
1、平面布置。平面布置的形状相对简单，规则对称，可实现质心、刚心相重合，但当偏心较大时，结构的扭转效应也会增加，从而使端部的构件位移增大，造成应力集中。通常平面不应突出过长。对于扭转大小的问题，可以通过概念设计方法判断得知，其与刚心和质心以及偏心距的计算大体相同，此外还可对结构最远边缘处的最大层间变形与质心处的层间变形进行比较分析，当这一比率超过1.1时则扭转过大，结构就会发生不规则现象。
2、立体布置。立体布置的前提是要求规则均匀。这里的规则指建筑体型规则，如果发生变化，也是渐变体型向着竖直方面发生剧变。这里的均匀指上下体型、承载能力、刚度以及质量分布均匀，这种情况下的变化自然也是均匀的。建筑结构的设计应符合刚度下大上小，从下到上递减的原则。如果下层刚度过小，可能导致下部发生变形，出现薄弱层，甚至造成建筑倒塌的严重后果。即使改變体型的尺寸，也要按照下大上小的规则逐渐改变，切记不可出现过大突变问题。小尺度的收进上部楼层可能时常存在，但应注意对收进尺寸做好限制把握，如果收进部位过高，则收进以后的平面尺寸可能变小，相应的增大了结构的高振型反应。
三、高层建筑结构设计的注意事项
相较于其他建筑结构，高层建筑结构比较复杂，并且计算工作量也较大，同时结构体系的选择会直接影响到高层建筑工程的各个环节，其中包括：平面布置、楼层高度、施工技术以及工程造价等。所以在高层建筑结构设计中，要注意以下几个方面：
1、严格控制侧移指标。高层建筑与其他建筑的不同最直接的表现是楼层多，这也是决定高层建筑结构的根本因素。因为建筑高度越高，水平荷载对结构的侧向形变的影响会越明显，两者之间的关系可以用公式△=qH4/8EI表示，解释为变形程度与建筑高度的4次方成正比例的关系。另外，还有很多因素影响着建筑结构，比如在建筑形式、结构体系以及建筑材料等方面的发展，这也就要求设计师们在进行高层建筑结构设计时，不仅要考虑结构的强度，还要注重结构的抗推刚度，以保证水平荷载所产生的侧移在一定范围内，不然会发生一些严峻情况，如会对住户的心理造成恐慌;造成建筑的主体结构构件损坏;侧移产生的较大的附加内力会造成建筑物倒塌;造成墙体损坏，影响电路运行等。
2、减轻建筑自重。由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的入手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。
3、综合把握概念设计与计算设计。建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事。特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。
4、注重水平力在设计中的影响。与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系;水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。
5、加强抗震设计。在高层建筑结构设计中，抗震设计一直是一个关注点，抗震设计的水平直接与建筑的安全性能和经济性能挂钩。在进行抗震设计中，有两大因素是应重点考虑的，分别是竖向荷载和风荷载，好的抗震性能的标准是“小震不坏，大震不倒”。
6、紧抓轴向变形问题。框架剪力墙体系和框架体系的特点是：框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力大很多，同时在轴向压缩变形这一方面上也是如此。如果建筑的高度达到一定高度时，框架中柱与边柱在轴向变形上的差距就会达到一个很大的数值，导致连续梁中间支座沉陷，发生剧烈的变形，最终使建筑物发生倒塌。
四、结束语
尽管近年来我国高层建筑呈现蓬勃发展之势，然而其总的结构设计远未达到理想要求，随着市场需求的日益复杂和多样，进行高层建筑结构设计时，要求设计师必须在首先遵循设计原则确保计算准确的基础上，还要密切结合实际情况，关注结构布置等问题，制定科学合理的结构设计方案，确保设计出技术领先、经济实用、安全可靠、质量优良的高层建筑。
参考文献：
[1]蔡绍怀.钢管混凝土结构的计算与应用[M].中国建筑工业出版社，2010，09.
[2]张东华.试论高层建筑结构设计分析和问题探讨[J].科技创新导报，2011，11.
[3]王永，胡凌燕.浅析工程建筑结构设计[J].中华民居，2013，02.