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摘要：随着世界经济的快速发展与人口的飞速增长，高层建筑在世界各国受到了越来越多的重视，文章通过对高层建筑的结构形式与特点进行分析，并对其设计过程中应当注意的问题进行初步探讨，为高层建筑结构设计的发展与完善提供一定的参考价值。
关键词：高层建筑；结构设计
引言
美国是现代高层建筑的起源地与发展地，其高层建筑结构设计与分析水平在全世界处于领先地位，最早的高层建筑代表是在二十世纪初修建的纽约帝国大厦，之后又陆续修建了世贸中心大楼、西尔斯大厦等极具代表性的高层建筑。近年来，随着世界经济中心向亚洲地区的转移，亚洲各国的高层建筑也取得了突飞猛进的发展，加之新材料与新科技的发展推动，亚洲各国的高层建筑逐渐成为了世界高层建筑发展的新重心。
国内的高层建筑发展是在改革开放的大潮下逐步发展起来的，并且在近年来得到了迅速的推广普及，国内高层建筑建设工程数量逐年攀升，建筑高度与层数也不断地被突破。据相关资料显示，国内高层建筑数量涉及住宅、旅游、商务金融等多种类型，在数量上已开始以万为计数单位，高层建筑普遍在30-60层之间，建筑高度为120-200m之间。
1.高层建筑结构受力特点分析
高层建筑的受力特点主要集中在两个部分，一部分是高层建筑自身重力产生的对建筑基础的负荷，另一部分则主要来自建筑外部作用力，这些作用力大部分为水平方向，如风力、地震力等载荷。按照不同的建筑结构形式，高层建筑结构体系主要分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及筒体结构等四大结构，不同的结构体系，其受力特点、结构形式也不同，各有其自身的优缺点。
框架结构的主要受力部分为建筑结构支柱与梁，结构基础用于承受整体受力，三者一起构成高层建筑承重结构，楼板则用于力的传递。框架结构的主要特点是建筑内部空间较大，建筑立面处理相对容易，楼板平面布置灵活方便，其受力特点主要集中在侧向刚度较小，如果建筑层数过多，在受到水平方向负荷时侧移量较大，不利于建筑稳定，因此框架结构在建筑设计高度方面有一定的局限性。
剪力墙结构的特点是整个建筑受到的所有力，包括自身承重以及外部水平或垂直载荷，全部由建筑墙体承受，因此，剪力墙结构在力的传导性能上直接、均匀，不会产生突变。此外，剪力墙结构在整体强度与刚度表现方面优异，整体性与延展性能强，在受到较大的外部作用力，如地震等，结构侧向位移易于控制，不容易倒塌。剪力墙结构在于其建筑平面布置相对死板，因此其适用范围仅仅局限于住宅以及宾馆等建筑。
框架-剪力墙结构体系是框架结构与剪力墙结构各取所长，相互结合而延伸出的一种建筑结构体系。在垂直方向力的传递上，其轴向荷载与变形主要由框架与剪力墙结构共同承担，而在水平方向力的传递上，则主要通过剪力墙来承担，这主要是因为剪力墙结构具有较高的抗侧力与强度。框架-剪力墙结构不仅在力的传导过程中较为均匀、直接，而且在抗侧力与整体性方面都优于框架结构，受到水平负荷后侧向位移较低，因此在高层建筑中较为普及。
筒体结构是近年来新兴起来的一种建筑结构体系，主体结构以筒体为基础，其建筑结构强度与刚度远远优于传统的建筑结构体系。在高层建筑中运用能够极大的提高整个建筑的受力性能，在抗震性、抗侧力以及水平位移等方面优点明显。筒体结构因其在受到水平或者垂直荷载的时候，在力的承载与分配方面更加合理，结构各部件受力均匀，因此主要应用于超高层建筑的结构设计体系中，尤其是具有大空间、大跨度的高层建筑设计。
2.高层建筑结构设计与分析特点
结构设计在整个高层建筑结构设计中所占的比重比非高层建筑结构设计要大得多，其作用也更为重要。不同的建筑结构体系直接关系到建筑整个设计高度、建筑立面与平面的处理与布置，甚至会影响整个建筑施工方案、施工周期的设计与安排、可以说起对建筑工程的各个环节都会产生一定的影响。以建筑结构体系的受力特点为基础，相关设计人员在高层建筑结构设计过程中主要应该考虑建筑垂直负荷、水平负荷以及侧移能力三大方面。
2.1高层建筑结构的垂直负荷分析
高层建筑结构所受垂直负荷影响多存在于框架-剪力墙结构体系中。对于非高层建筑，其轴向力对建筑本身影响较小，同时剪切力也可忽略不计，只需考虑建筑自重对支撑墙的弯矩作用即可。高层建筑在建筑高度、建筑楼层上都远高于低层建筑，因此高层建筑自重大，其垂直方向负荷也大，轴向变形受建筑高度影响大，弯矩作用明显。对于框架体系或者框架-剪力墙建筑结构体系而言，当楼层建筑高度超过一定值的时候，轴线压应力对框架中柱的影响超过对框架边柱的影响，中柱轴向变形明显，造成的直接后果就是中柱下沉，进而引发建筑横梁中间的支座处的负弯矩值缩减，而横梁两侧的负弯矩值则会增大。此外，预制建筑构件的下料长度同样取决于建筑横梁等构件的轴向变形大小，而轴向变形还会对建筑构件的抗剪力与侧移能力造成破坏，带来安全隐患。
2.2高层建筑结构的水平负荷分析
不论高层建筑还是低层建筑，其本身都同时承受着来着垂直方向的负荷与水平方向的荷载，不同于垂直负荷，水平负荷可能来自建筑的任何方向，因此水平载荷是高层建筑结构设计的关键因素。对于低层建筑，水平方向负荷对其影响较小，不会对其产生具有破坏性的内力与位移变形，或者结构损坏，其结构设计主要集中在以重力为主要作用力的垂直负荷控制的结构设计上。高层建筑则不同，因其建筑高度与楼层增多的缘故，除了垂直方向负荷变大之外，其受到风力等外部水平作用力的影响更大，这主要取决于两个方面的考虑，一方面，建筑高度与楼层增加带来的荷载变化对建筑结构尤其是竖构件的轴向作用与弯矩作用增大，且其关系为正相关性，水平荷载则会对建筑结构构件产生倾覆力矩，并与垂直方向轴向影响叠加，放大对建筑结构的破坏，这种毁坏性是与建筑高度之间呈二次方正比的关系，另一方面，水平方向外部作用力，如轴向载荷、风力或者地震等，方向与数值变化快而多，对高层建筑而言，其结构动力特性会随着外部作用力的变坏而产生大幅度的变坏，因此，在高层建筑设计中，水平载荷是其结构设计中的决定性因素。
2.3高层建筑的侧移能力分析
除了对高层建筑结构水平荷载与垂直荷载能力进行分析研究之外，还应当对其结构侧移能力进行控制与承载的计算分析。建筑高度与楼层数的增加，会引起建筑结构组成构件的侧向变形，其侧向变形增加速度约为建筑高度的四次方倍。建筑结构尤其是竖向构件，在发生结构侧移时将会产生附加内力，导致建筑重心改变，当侧移数值超过建筑结构侧移极限时，结构就会变形甚至断裂，对室内居住人员，会引起其恐慌，对建筑内饰则会造成损坏或者室内电气设备、管道开裂，严重时会致使建筑结构出现大裂缝，最终导致建筑坍塌。
因此，在高层建筑结构设计中，不仅要保证结构的强度与结构抗推刚度，还需要将高层建筑的侧移数值控制在规定的安全区域内，这就要求设计人员必须综合考虑建筑材料的应用、新型建筑形式与结构体系的研究，确保建筑结构在受到水平荷载时不会发生侧移过度，保证居民的居住舒适度与安全度。
3.总结
高层建筑结构设计是一门综合性与实用性都很强的技术工作，涉及到工程力学、结构设计与分析、建筑学等多门学科。文章对高层建筑结构设计中用到的体系类型、以及高层建筑受力特点进行探讨分析，对国内建筑结构体系的发展具有一定的借鉴意义。随着建筑结构形式的合理完善与新技术的推动发展，高层建筑必将迎来新一轮的大发展。
参考文献：
[1]李珂.高层建筑结构设计与分析[J].山西建筑，2009，11：70-71.
[2]陈峻帆.谈高层建筑结构设计[J].建筑科学，2012，02：141-142
关键词：高层建筑；结构设计
引言
美国是现代高层建筑的起源地与发展地，其高层建筑结构设计与分析水平在全世界处于领先地位，最早的高层建筑代表是在二十世纪初修建的纽约帝国大厦，之后又陆续修建了世贸中心大楼、西尔斯大厦等极具代表性的高层建筑。近年来，随着世界经济中心向亚洲地区的转移，亚洲各国的高层建筑也取得了突飞猛进的发展，加之新材料与新科技的发展推动，亚洲各国的高层建筑逐渐成为了世界高层建筑发展的新重心。
国内的高层建筑发展是在改革开放的大潮下逐步发展起来的，并且在近年来得到了迅速的推广普及，国内高层建筑建设工程数量逐年攀升，建筑高度与层数也不断地被突破。据相关资料显示，国内高层建筑数量涉及住宅、旅游、商务金融等多种类型，在数量上已开始以万为计数单位，高层建筑普遍在30-60层之间，建筑高度为120-200m之间。
1.高层建筑结构受力特点分析
高层建筑的受力特点主要集中在两个部分，一部分是高层建筑自身重力产生的对建筑基础的负荷，另一部分则主要来自建筑外部作用力，这些作用力大部分为水平方向，如风力、地震力等载荷。按照不同的建筑结构形式，高层建筑结构体系主要分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及筒体结构等四大结构，不同的结构体系，其受力特点、结构形式也不同，各有其自身的优缺点。
框架结构的主要受力部分为建筑结构支柱与梁，结构基础用于承受整体受力，三者一起构成高层建筑承重结构，楼板则用于力的传递。框架结构的主要特点是建筑内部空间较大，建筑立面处理相对容易，楼板平面布置灵活方便，其受力特点主要集中在侧向刚度较小，如果建筑层数过多，在受到水平方向负荷时侧移量较大，不利于建筑稳定，因此框架结构在建筑设计高度方面有一定的局限性。
剪力墙结构的特点是整个建筑受到的所有力，包括自身承重以及外部水平或垂直载荷，全部由建筑墙体承受，因此，剪力墙结构在力的传导性能上直接、均匀，不会产生突变。此外，剪力墙结构在整体强度与刚度表现方面优异，整体性与延展性能强，在受到较大的外部作用力，如地震等，结构侧向位移易于控制，不容易倒塌。剪力墙结构在于其建筑平面布置相对死板，因此其适用范围仅仅局限于住宅以及宾馆等建筑。
框架-剪力墙结构体系是框架结构与剪力墙结构各取所长，相互结合而延伸出的一种建筑结构体系。在垂直方向力的传递上，其轴向荷载与变形主要由框架与剪力墙结构共同承担，而在水平方向力的传递上，则主要通过剪力墙来承担，这主要是因为剪力墙结构具有较高的抗侧力与强度。框架-剪力墙结构不仅在力的传导过程中较为均匀、直接，而且在抗侧力与整体性方面都优于框架结构，受到水平负荷后侧向位移较低，因此在高层建筑中较为普及。
筒体结构是近年来新兴起来的一种建筑结构体系，主体结构以筒体为基础，其建筑结构强度与刚度远远优于传统的建筑结构体系。在高层建筑中运用能够极大的提高整个建筑的受力性能，在抗震性、抗侧力以及水平位移等方面优点明显。筒体结构因其在受到水平或者垂直荷载的时候，在力的承载与分配方面更加合理，结构各部件受力均匀，因此主要应用于超高层建筑的结构设计体系中，尤其是具有大空间、大跨度的高层建筑设计。
2.高层建筑结构设计与分析特点
结构设计在整个高层建筑结构设计中所占的比重比非高层建筑结构设计要大得多，其作用也更为重要。不同的建筑结构体系直接关系到建筑整个设计高度、建筑立面与平面的处理与布置，甚至会影响整个建筑施工方案、施工周期的设计与安排、可以说起对建筑工程的各个环节都会产生一定的影响。以建筑结构体系的受力特点为基础，相关设计人员在高层建筑结构设计过程中主要应该考虑建筑垂直负荷、水平负荷以及侧移能力三大方面。
2.1高层建筑结构的垂直负荷分析
高层建筑结构所受垂直负荷影响多存在于框架-剪力墙结构体系中。对于非高层建筑，其轴向力对建筑本身影响较小，同时剪切力也可忽略不计，只需考虑建筑自重对支撑墙的弯矩作用即可。高层建筑在建筑高度、建筑楼层上都远高于低层建筑，因此高层建筑自重大，其垂直方向负荷也大，轴向变形受建筑高度影响大，弯矩作用明显。对于框架体系或者框架-剪力墙建筑结构体系而言，当楼层建筑高度超过一定值的时候，轴线压应力对框架中柱的影响超过对框架边柱的影响，中柱轴向变形明显，造成的直接后果就是中柱下沉，进而引发建筑横梁中间的支座处的负弯矩值缩减，而横梁两侧的负弯矩值则会增大。此外，预制建筑构件的下料长度同样取决于建筑横梁等构件的轴向变形大小，而轴向变形还会对建筑构件的抗剪力与侧移能力造成破坏，带来安全隐患。
2.2高层建筑结构的水平负荷分析
不论高层建筑还是低层建筑，其本身都同时承受着来着垂直方向的负荷与水平方向的荷载，不同于垂直负荷，水平负荷可能来自建筑的任何方向，因此水平载荷是高层建筑结构设计的关键因素。对于低层建筑，水平方向负荷对其影响较小，不会对其产生具有破坏性的内力与位移变形，或者结构损坏，其结构设计主要集中在以重力为主要作用力的垂直负荷控制的结构设计上。高层建筑则不同，因其建筑高度与楼层增多的缘故，除了垂直方向负荷变大之外，其受到风力等外部水平作用力的影响更大，这主要取决于两个方面的考虑，一方面，建筑高度与楼层增加带来的荷载变化对建筑结构尤其是竖构件的轴向作用与弯矩作用增大，且其关系为正相关性，水平荷载则会对建筑结构构件产生倾覆力矩，并与垂直方向轴向影响叠加，放大对建筑结构的破坏，这种毁坏性是与建筑高度之间呈二次方正比的关系，另一方面，水平方向外部作用力，如轴向载荷、风力或者地震等，方向与数值变化快而多，对高层建筑而言，其结构动力特性会随着外部作用力的变坏而产生大幅度的变坏，因此，在高层建筑设计中，水平载荷是其结构设计中的决定性因素。
2.3高层建筑的侧移能力分析
除了对高层建筑结构水平荷载与垂直荷载能力进行分析研究之外，还应当对其结构侧移能力进行控制与承载的计算分析。建筑高度与楼层数的增加，会引起建筑结构组成构件的侧向变形，其侧向变形增加速度约为建筑高度的四次方倍。建筑结构尤其是竖向构件，在发生结构侧移时将会产生附加内力，导致建筑重心改变，当侧移数值超过建筑结构侧移极限时，结构就会变形甚至断裂，对室内居住人员，会引起其恐慌，对建筑内饰则会造成损坏或者室内电气设备、管道开裂，严重时会致使建筑结构出现大裂缝，最终导致建筑坍塌。
因此，在高层建筑结构设计中，不仅要保证结构的强度与结构抗推刚度，还需要将高层建筑的侧移数值控制在规定的安全区域内，这就要求设计人员必须综合考虑建筑材料的应用、新型建筑形式与结构体系的研究，确保建筑结构在受到水平荷载时不会发生侧移过度，保证居民的居住舒适度与安全度。
3.总结
高层建筑结构设计是一门综合性与实用性都很强的技术工作，涉及到工程力学、结构设计与分析、建筑学等多门学科。文章对高层建筑结构设计中用到的体系类型、以及高层建筑受力特点进行探讨分析，对国内建筑结构体系的发展具有一定的借鉴意义。随着建筑结构形式的合理完善与新技术的推动发展，高层建筑必将迎来新一轮的大发展。
参考文献：
[1]李珂.高层建筑结构设计与分析[J].山西建筑，2009，11：70-71.
[2]陈峻帆.谈高层建筑结构设计[J].建筑科学，2012，02：141-142