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摘要：随着城市建设的迅速发展，高层建筑在城市中应运而生并变的异常普遍。特别是在我国的城市发展中，超高层建筑有时也成为反应城市经济繁荣和社会进步的标志。本文对高层建筑结构设计的特点进行论述，并对结构设计中的相关问题进行深入的分析研究，为相关工程提供参考与借鉴。
关键词：高层建筑；结构设计；设计原则；特点
中图分类号： TU97 文献标识码： A
前言
高层建筑存在诸多问题，高难度，高技术，高风险都需要大量技术工作人员去解决，高层建筑结构设计是一个复杂、长期、循环往复的过程，结构设计工程师在设计的过程不仅要严格执行新规范中相应的构造要求，还要结合实际情况，进行结构分析并且制定多种方案进行比较分析，只有这样才能从根本上消除设计质量的隐患。
1、高层建筑结构在设计时应该遵循的原则
1.1高层建筑结构设计的特点分析研究
1.1.1、水平荷载成为决定因素。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，与楼房高度的两次方成正比，高层建筑楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中所引起的弯矩和轴力的数值，仅与建筑高度的一次方成正比。对某一定高度楼房来说，它的竖向荷载大体上是定值，但是其水平荷载却不是定值，它随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。
1.1.2、结构延性是重要设计指标。与低层建筑相比，在地震作用下高层建筑的结构的变形会更大一些。为了避免高层建筑倒塌，使其具有较强的变形能力，特别需要在其构造设计上采取一定的措施，来保证结构具有足够的延性。
1.1.3、轴向变形不容忽视。在高层建筑中，因为其竖向荷载很大，所以它能够在柱中引起较大的轴向变形，使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大； 此外它还会对预测构件的下料长度、构件剪力和侧移等产生影响。
1.1.4、侧移成为控制指标。与低层建筑不同，结构侧移是高层建筑结构设计中的关键因素。水平荷载下结构的侧移变形随着建筑高度的增加而增大，与建筑高度的四次方成正比。因此，在水平荷载作用下，应将结构的侧移控制在一定的限度范围内。
1.2 选择合适的基础方案
对建筑工程来说，在施工建设时，控制好其地基基础的施工质量，是保证工程整体结构稳定性的重要基础。尤其是对高层建筑来说，只有拥有了一个结构稳定、质量达标的地基基础，其工程的整体质量才能够得到有力的保障。所以，无论是在建筑结构的设计中，还是在建筑结构的具体施工中，都要对建筑的地基基础结构引起相关的重视。在设计阶段，其基础设计要根据建筑工程的实际情况，对其施工现场的土壤性质、水文环境等外部条件进行了解和调查，再结合建筑工程上部结构的类型和载荷分布情况，设计一个合适的、经济合理的地基基础方案。此外，对地基基础结构进行设计时，若遇到某些地理环境相当恶劣的工程，还需要结构设计人员亲临现场，对其地质环境勘察和测量，并拟建一份详细的地质勘察报告作为基础设计的参考资料。
1.3合理选择结构方案
合理的结构设计需要选择一个经济可行的建筑结构方案以及合理结构形式，在选择和确定方案时，需要对工程设计要求、材料供应以及工程所在的地理环境、水文条件等进行实地考察，并对考察结果进行综合分析，与建筑、电、水、暖等专业协商完成后，再在此基础上进行建筑结构选型。
1.4 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
2、高层建筑结构设计的特点
2.1 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。
2.2 结构延性是重要设计指标
相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特別需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
2.3 水平荷载成为决定因素
一方面，因为高层建筑楼房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，仅与建筑高度的一次方成正比；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，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，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变化。
3、高层建筑结构设计中常见问题分析研究
3.1、.结构选型中常见的问题。一是结构的规则性问题。与旧规范相比，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，而且新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构设计工程师在设计上要严格遵守新规范的要求，避免不必要的麻烦。二是嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有人防和地下室，嵌固端有可能设置在人防顶板，也可能设置在地下室顶板等位置。三是结构的超高问题。随着建筑物高度的增加，导致了很多影响因素的有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，发生了质变，比如力学模型选取、材料性能、延性要求、荷载取值、安全指标等，因此，结构设计工程师在设计的过程对该项控制因素应该严格注意。
3.2、结构分析与计算中常见的问题。一是结构整体计算的软件选择。由于各种软件在计算模型上存在着一定的差异，从而导致了计算结果存在或多或少的差异。因此，结构工程师在设计工作中首要的工作就是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，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。二是振型数目是否足够。与旧规范相比，在新规范中增加一个振型参与系数的概念，而且还明确指出该参数的限值。结构的层数与振型数的多少有关，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。三是考虑是否需要分开计算，非结构构件的计算与设计。对高层建筑进行计算分析时结构工程师必须要考虑是将结构人为地分开进行计算，还是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算。如果多塔间刚度相差较大，可能出现即使振型参与系数满足要求的情况，但是这也有是地震力计算误差造成，因此导致结构出现不安全的隐患。在高层建筑中，会存在一些由于建筑功能或美观要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，比如高层建筑屋顶处的装饰构件等，因为高层建筑的风荷载和地震作用均较大，因此，结构设计工程师在设计的过程必须严格按照新规范要求对非结构构件进行计算处理再进行设计。
4、结语
目前，高层建筑已经成为了我国现代化城市建设的重要标志。而它之所以能够成为城市建筑中的主流，其主要原因还是由于其结构设计的独特性。的确，与普通的建筑结构相比，高层建筑结构在设计手段和施工工艺上来说，都拥有着更为先进的，且更能满足现代人居住需要的筹码。也正是因为这样，高层建筑才更需要在建设之前，结合建筑工程的实际情况，通过通过选择各种有效的设计手法来对其结构进行设计，从而实现高层建筑工程的长足发展。
参考文献
[1] 汪玉欣. 高层建筑结构体系浅谈[J]. 黑龙江科技信息. 2011（04）
[2] 张文光，程伟权. 如何加强高层建筑结构设计及分析之我见[J]. 黑龙江科技信息. 2009（03）
[3] 陈沁. 高层结构设计问题分析[J]. 今日科苑. 2007（06）
关键词：高层建筑；结构设计；设计原则；特点
中图分类号： TU97 文献标识码： A
前言
高层建筑存在诸多问题，高难度，高技术，高风险都需要大量技术工作人员去解决，高层建筑结构设计是一个复杂、长期、循环往复的过程，结构设计工程师在设计的过程不仅要严格执行新规范中相应的构造要求，还要结合实际情况，进行结构分析并且制定多种方案进行比较分析，只有这样才能从根本上消除设计质量的隐患。
1、高层建筑结构在设计时应该遵循的原则
1.1高层建筑结构设计的特点分析研究
1.1.1、水平荷载成为决定因素。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，与楼房高度的两次方成正比，高层建筑楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中所引起的弯矩和轴力的数值，仅与建筑高度的一次方成正比。对某一定高度楼房来说，它的竖向荷载大体上是定值，但是其水平荷载却不是定值，它随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。
1.1.2、结构延性是重要设计指标。与低层建筑相比，在地震作用下高层建筑的结构的变形会更大一些。为了避免高层建筑倒塌，使其具有较强的变形能力，特别需要在其构造设计上采取一定的措施，来保证结构具有足够的延性。
1.1.3、轴向变形不容忽视。在高层建筑中，因为其竖向荷载很大，所以它能够在柱中引起较大的轴向变形，使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大； 此外它还会对预测构件的下料长度、构件剪力和侧移等产生影响。
1.1.4、侧移成为控制指标。与低层建筑不同，结构侧移是高层建筑结构设计中的关键因素。水平荷载下结构的侧移变形随着建筑高度的增加而增大，与建筑高度的四次方成正比。因此，在水平荷载作用下，应将结构的侧移控制在一定的限度范围内。
1.2 选择合适的基础方案
对建筑工程来说，在施工建设时，控制好其地基基础的施工质量，是保证工程整体结构稳定性的重要基础。尤其是对高层建筑来说，只有拥有了一个结构稳定、质量达标的地基基础，其工程的整体质量才能够得到有力的保障。所以，无论是在建筑结构的设计中，还是在建筑结构的具体施工中，都要对建筑的地基基础结构引起相关的重视。在设计阶段，其基础设计要根据建筑工程的实际情况，对其施工现场的土壤性质、水文环境等外部条件进行了解和调查，再结合建筑工程上部结构的类型和载荷分布情况，设计一个合适的、经济合理的地基基础方案。此外，对地基基础结构进行设计时，若遇到某些地理环境相当恶劣的工程，还需要结构设计人员亲临现场，对其地质环境勘察和测量，并拟建一份详细的地质勘察报告作为基础设计的参考资料。
1.3合理选择结构方案
合理的结构设计需要选择一个经济可行的建筑结构方案以及合理结构形式，在选择和确定方案时，需要对工程设计要求、材料供应以及工程所在的地理环境、水文条件等进行实地考察，并对考察结果进行综合分析，与建筑、电、水、暖等专业协商完成后，再在此基础上进行建筑结构选型。
1.4 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
2、高层建筑结构设计的特点
2.1 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。
2.2 结构延性是重要设计指标
相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特別需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
2.3 水平荷载成为决定因素
一方面，因为高层建筑楼房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，仅与建筑高度的一次方成正比；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，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，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变化。
3、高层建筑结构设计中常见问题分析研究
3.1、.结构选型中常见的问题。一是结构的规则性问题。与旧规范相比，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，而且新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构设计工程师在设计上要严格遵守新规范的要求，避免不必要的麻烦。二是嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有人防和地下室，嵌固端有可能设置在人防顶板，也可能设置在地下室顶板等位置。三是结构的超高问题。随着建筑物高度的增加，导致了很多影响因素的有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，发生了质变，比如力学模型选取、材料性能、延性要求、荷载取值、安全指标等，因此，结构设计工程师在设计的过程对该项控制因素应该严格注意。
3.2、结构分析与计算中常见的问题。一是结构整体计算的软件选择。由于各种软件在计算模型上存在着一定的差异，从而导致了计算结果存在或多或少的差异。因此，结构工程师在设计工作中首要的工作就是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，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。二是振型数目是否足够。与旧规范相比，在新规范中增加一个振型参与系数的概念，而且还明确指出该参数的限值。结构的层数与振型数的多少有关，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。三是考虑是否需要分开计算，非结构构件的计算与设计。对高层建筑进行计算分析时结构工程师必须要考虑是将结构人为地分开进行计算，还是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算。如果多塔间刚度相差较大，可能出现即使振型参与系数满足要求的情况，但是这也有是地震力计算误差造成，因此导致结构出现不安全的隐患。在高层建筑中，会存在一些由于建筑功能或美观要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，比如高层建筑屋顶处的装饰构件等，因为高层建筑的风荷载和地震作用均较大，因此，结构设计工程师在设计的过程必须严格按照新规范要求对非结构构件进行计算处理再进行设计。
4、结语
目前，高层建筑已经成为了我国现代化城市建设的重要标志。而它之所以能够成为城市建筑中的主流，其主要原因还是由于其结构设计的独特性。的确，与普通的建筑结构相比，高层建筑结构在设计手段和施工工艺上来说，都拥有着更为先进的，且更能满足现代人居住需要的筹码。也正是因为这样，高层建筑才更需要在建设之前，结合建筑工程的实际情况，通过通过选择各种有效的设计手法来对其结构进行设计，从而实现高层建筑工程的长足发展。
参考文献
[1] 汪玉欣. 高层建筑结构体系浅谈[J]. 黑龙江科技信息. 2011（04）
[2] 张文光，程伟权. 如何加强高层建筑结构设计及分析之我见[J]. 黑龙江科技信息. 2009（03）
[3] 陈沁. 高层结构设计问题分析[J]. 今日科苑. 2007（06）