（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）
摘要：根据混凝土高层建筑的特点，在结构设计上注重概念设计，选择抗震和抗风性能较好且经济合理的结构体系，通过高层建筑内力分析及计算，确保建筑结构受力合理，各构件具有延性，避免出现脆性破坏，保证高层建筑的安全性，可靠性及舒适性。
关键词：高层建筑；结构体系；概念设计
前言
随着经济发展和城市化进程加快，地狭人稠的问题日益突出，许多大城市中心城区高楼林立，各种大型的商业综合体，写字楼及住宅都在不断利用城市立体空间，以满足市中心更大的承载量。高层建筑的广泛使用加快了设计和施工的技术发展。现阶段，我国高层建筑仍以混凝土结构为主，部分冲击超高层结构建筑采用钢和混凝土混合结构。保证高层建筑结构安全性和可靠度是结构设计的第一要务。根据高层建筑的特点，结构安全性和可靠性的控制因素一般为地震作用及横向荷载作用（主要为风荷载）。因此，在结构设计上必须要注重其控制性因素考虑，同时注重概念性设计及结构计算相结合。使高层建筑达到安全使用、技术先进、经济合理、方便施工的目标。
1高层建筑的特点
在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）规定“10层及10层以上或房屋高度大于28米的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高层民用建筑混凝土结构”定义为高层建筑。对于结构设计，高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性。高层建筑对风荷载更为敏感，且顶端在风荷载作用下有较大位移，对水平侧移应有严格控制，同时对建筑舒适度进行校核。
2高层建筑的结构体系
要保证高层建筑设计安全性和可靠性，应在传统的计算受力的设计前注重概念设计，通过选取较好的结构体系，使建筑整体处于一个合理的受力状态，对于结构体能充分发挥各构件的抗力，使整体结构处于一个可控的延性状态，从而可以避免其发生脆性破坏，危及人民生命和财产安全。
选取合适的结构体系，主要取决于以下几个方面：首先确定建筑抗震设防类别根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB－50223），然后根据建筑物的高度及高宽比，以及建筑所在抗震设防烈度进行选择。混凝土高层建筑主要的建筑结构体系分为框架、框架—剪力墙、剪力墙、筒体、及板柱—剪力墙五种形式。其中应用较多的结构体系为框架、框架—剪力墙、剪力墙、筒体四种形式。
2.1框架体系
框架结构是由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。框架结构是混凝土结构中应用最广泛一种结构体系，尤其在多层建筑中应用广泛，其具有空间分隔灵活，自重轻，利于抗震，节省材料；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，抗震性能较好。但由于其侧向刚度较小，在高层建筑中其侧向位移及塑性位移角难以满足限值要求，从而制约其在高层建筑中的使用，一般低于60m高层建筑考虑采用此种体系。
2.2框架-剪力墙体系
框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。此种结构处于框架结构和剪力墙结构之间，通过合理的结构布置来兼容两者的优点。从受力角度分析，框架和剪力墙均承受竖向荷载，而水平荷载则大部分由刚度较大的剪力墙体系来承担，这样能改善框架的受力性，使建筑水平刚度加大而水平位移减小，能满足更高的建筑高度要求；整体结构受力介于弯曲型和剪切型之间，对建筑侧向受力状况有较大的改善，能减小底层框架柱截面面积。还能在使用上保持部分框架结构大空间使用要求的优点。因此在很多高层建筑中均有采用此种结构型式，一般在100m或以下建筑应用较为广泛，能满足多种建筑使用要求。
2.3剪力墙体系
剪力墙结构是由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。一般根据墙体是否完全落地分为全部落地剪力墙和部分框支剪力墙。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆剪力墙最大优点是整体性好，侧向刚度大，抗侧力能力比框架优越。同时对比框架结构，剪力墙体系在室内外没有构件的外露和凸出，便于房间的布置。在建筑高度上，比上述两种结构能达到更高高度，但受墙体布置限制，不能满足大空间使用要求，因此只能应用于150m以下的住宅、宾馆等小开间建筑。
2.4筒体结构
筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构。筒体结构由于其刚度较大，是现阶段我国冲击高层建筑新高度常用的一种结构型式，因其抗侧力性能好，易满足位移角限值而运用广泛。筒体结构的筒体分剪力墙围城的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。一般筒体结构分为两大类，框架-核心筒和筒中筒结构。刚度及建筑物完成高度成递增趋势。从力学性能分析，筒体结构整体成剪切型，整体性好，有效抵抗水平荷载，在高度超过一定限值情况下，水平荷载对建筑物本身起控制性因素。但由于筒体分割空间较为严格，内筒一般会成为一封闭或半封闭体，在建筑使用上要结合使用要求尽量合理布置各分区功能，以达到使用效率的最大化。一般200m左右的建筑均有采用，同时一些地标性或是超限的高层建筑均采用此种结构。
3高层建筑结构设计要点
3.1概念性设计
根据高层建筑的特点，在进行建筑整体计算前，需要先对建筑进行概念设计。高层建筑概念设计主要为选择合适的对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等等。
（1）对于结构平面布置，高层建筑力求结构平面形状简单、规则，质量、刚度和承载力分布均匀。应尽可能将结构的质心和几何中心设计于同一点上，这样能有效减小建筑应水平荷载所产生的扭转效应，减小结构潜在危害。同时尽量减小平面凸出或凹进，以减小平面偏心，减小扭转影响。对于体型复杂、平面不规则建筑，宜采用防震缝设计分割为若干规则型式塔楼，降低其不利影响。
（2）对于结构立面布置，高层建筑应力求竖向体型规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。在结构立面布置上避免过大不规则，尤其对于承载结构需布置得当，避免过多采用转换结构，剪力墙尽量落地与基础连接，保证结构安全可靠。
3.2基础设计
高层建筑基础设计应以减小长期重力荷载作用下地基变形、差异变形为主。防止基础发生不均匀沉降是高层建筑基础设计的关键。尤其在有裙房和多塔楼的高层建筑中，由于建筑物自重的不均匀导致传递至基础上内力差距较大，若基础处理不当，容易产生不均匀沉降影响上部结构的正常使用及安全性。在基础选型上，一般多采用筏板基础或桩筏基础等具有较好变形协调能力的基础。同时，在内力分析时，需要对上部结构—基础—地基的共同作用进行综合考虑，能保证其整体变形协调，防止因结构内变形不协调产生的附加内力及附加位移对结构的破坏。同时，基础的挠度也有相应要求；高层建筑带裙房时，其主楼下筏板的挠度值要求在0.5‰以上，并且主楼和相邻裙房柱之间的差异沉降要求在1‰以内，各裙房柱之间的差异沉降要求在2‰以内。
3.3结构设计辅助软件应用要点
高层建筑的结构受力分析现阶段均采用电算分析，一般分为两大类软件，一种是专业的结构设计软件，如PKPM、盈建科、广厦结构CAD等。属于可视化图形建模软件，此类软件是根据具体参数的输入及模型的建立为基础，在软件假定的设计条件下进行结构计算和内力分析，能够较好的提高设计效率，同时也能满足现行相关规范。计算结果需经过两种以上软件的比对，若计算结果差异在可控范围内则认为计算正确，即能满足设计要求。但在使用前必需对软件的使用范围进行充分的了解，对参数的输入有正确的认识，并对计算结构要有有效的判断才能采用。另一类是大型通用软件，如MIDAS、ANSYS、ABAQUS等基于有限元或其他类型的数值计算软件。这类软件能模拟高层建筑中全过程的受力及位移情况，并可以通过可视化或参数化进行建模分析，还能较好的考虑地基-基础-上部结构共同作用的效应。在选择与现实相近的本构模型的前提下，分析结果是可信的且能较好反映出建筑真实受力特性和形变特点。但是，通用软件不能进行相关的规范构件验算，计算结果需要设计人员自行处理后方能进行配筋设计。因此通用软件一般是对于专业设计软件的一个补充验证的功能，还有当建筑物高度或其他指标超限时，应用大型通用软件进行计算分析。
4结语
随着我国建筑行业的不断发展，人们对建筑质量的要求也会越来越高。为了满足对高层建筑的使用要求，建筑结构必须进行科学合理的设计，确保结构的安全性和可靠性，提高高层建筑的舒适度。使建筑的结构设计能够满足客户的诸多需求。
参考文献：
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[2]王慧君，徐勇．高层建筑结构设计的要点探析[J]．科技与企业，2014（06）
[3]杨留学．论高层建筑结构设计的注意事项和要点分析[J]．门窗，2012（08）
[4]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]
论文作者:叶灏桁
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月下
论文发表时间:2016/9/13
标签：结构论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 刚度论文; 荷载论文; 剪力墙论文; 框架论文; 《建筑建材装饰》2015年10月下论文;