摘要：随着经济的发展，高层建筑日渐普遍，高层建筑的基础结构设计也逐渐得到人们的重视。高层建筑结构设计的质量直接关系到建筑的质量，但是在建筑的“增高”过程中，侧移和内力随着结构高度增加而急剧增加，当高层建筑达到一定高度时，侧向位移力很大，这就大幅度提高了对设计的要求。本文围绕高层建筑的特点，以高层建筑结构设计原则为中心，对高层建筑中上部结构及基础的设计中存在的问题进行了重要的探索，供相关技术人员分析。
关键词：高层建筑；基础结构；设计
前言：随着城市建设的不断加快，建筑业有了突飞猛进的发展，高层建筑的结构设计越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点，给工程设计人员提出了更高的要求。高层建筑结构设计和很多因素息息相关，综合考虑当地的地理环境以及周边的环境，合理进行高层建筑的基础结构设计。
1.高层建筑基础结构设计的特点
1.1 轴向变形与侧移不容忽视
采用框架体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI），因而侧移被形象地比作是控制高层建筑结构的度量尺。
1.3水平荷载是决定因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。一方面，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，仅与楼房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，对一定高度建筑来说，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，其数值随着结构动力性的不同而有较大的变化。
1.4结构延性及抗震设计
为了使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，特别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。有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
2.高层建筑结构常见体系
2.1 简体结构
采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体—框架、筒中筒、多束筒等多种型式。简体分实腹筒和空腹筒两种类型，是一种空间受力构件。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强。
2.2 筒体结构
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，常规的三种结构型式往往不能满足要求，这种情况下，可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，类似于竖向悬臂箱形截面梁，具有很大的强度和刚度；也可以由剪力墙形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力，这种由一个或多个筒体（薄壁筒或框筒）来承受水平荷载的结构，称为筒体结构。
2.3 框架—剪力墙结构
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，在框架结构中合理布置适量的剪力墙，便形成了框架—剪力墙结构，是由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了满足这种要求，在设计施工时，务必要保证其强度和抗垂直变形能力，且要保证框架施工的均匀性，确保框架各结构受力平衡；而剪力墙结构则主要承受水平剪力，这种力一般比较大，能够威胁建筑物水平结构的稳性，故而在剪力墙施工时，必须确保其刚性，并在设计时严格注意衔接性与协调性，并在施工完成后严格检查施工质量。
2.4 框架结构
框架结构体系是高层建筑非常重要的结构体系，是由不同材料的建筑构件相互连接构成承重负荷体系的框架建筑结构。布置灵活，能形成较大的室内空间，使用比较方便，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。但是框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重，在地震区尽可能不用。
2.5 剪力墙结构
在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件，剪力墙结构是高层住宅建筑广泛采用的建筑结构形式。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强。剪力墙的设计与施工与高层建筑结构的稳定性息息相关，在设计与施工时，必须严格依照相关的施工标准，并进行严格的质量控制。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。
3.高层建筑结构设计分析和建议
3.1 对高层建筑结构设计的分析
新规范把墙肢截面高厚比为 5-8 的墙定义为短肢剪力墙，且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，应尽可能少采用或不用短肢剪力墙。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，结构工程师在遵循新规范时必须严格注意限制条件，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
3.2 高层建筑结构设计的建议
在设计中，由于高层建筑结构复杂多样，发生地震时地震运动不确定，人们对地震时结构响应的认识有很大的局限性和模糊性，加之材料性能与施工安装时变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果和实际相差较大，不能满足结构安全性、可靠性的要求，因此，还必须非常重视概念设计。概念设计是通过无数的事故分析、历年来国内外震害分析、模拟试验的定量、定性分析以及长期以来国内外的设计与使用分析、归纳、总结出来的，是结构设计人员运用所掌握的知识和经验，从宏观上决定结构设计中的基本问题。
结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当会导致结构安全的事故发生。因此选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件，此外，计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时多方案比较，择优选用。
3.3高层建筑基础设计中应注意的问题
基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶；变形协调，减少不均匀沉降；尽可能考虑基础结构与上部结构和地基土的共同作用。
结语：综上所述，高层建筑结构设计是一项复杂的系统工程，本文详细介绍了现代高层建筑的结构特点，对现代高层结构的常见框架体系进行了分析。高层建筑的基础结构设计，需要工程师不断地创新，不断地总结经验，综合考虑各个因素，为建筑界的发展交上完美的答卷。
参考文献：
[1]郭曼，浅谈高层建筑的结构设计特点及基础结构设计[J].中国科技投资，2013：69-69.
[2]吴雪丹，对高层建筑结构设计特点的分析[J].建筑知识：学术刊，2013，（7）：109-110.
论文作者:王忠鑫
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：结构论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 水平论文; 《基层建设》2017年第16期论文;