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摘要：随着城市化发展以及建筑用地的逐渐减少，高层建筑日益增多。高层建筑的结构设计不仅应保障高层建筑具有足够的安全性，而且还应保障结构的经济性与合理性。和多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。
关键词：高层建筑；结构特点；结构体系
引言
自从我国进行改革开放以来，我国建筑行业的发展突飞猛进，由于经济的发展加之土地资源宝贵，所以高层建筑更是有如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，导致同一工程由不同的人设计其土建造价可能差别很大，造成不必要的浪费。因此必须要充分地理解高层建筑结构的特点以及高层建筑结构的体系，只有这样才能保证高层建筑设计达到经济合理、确保质量、技术先进和安全适用的原则。
1.高层建筑结构设计的意义及特点
高层建筑结构设计的意义在于高层建筑能做到结构功能与外部条件相一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
高层建筑结构设计的特点，就是将高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：
水平力是设计主要因素。在低层和多层房屋结构中，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。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向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、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。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。
抗震设计要求更高。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.高层建筑结构设计布置要求
2.1 高层建筑结构的设计原则
（1）高层建筑的结构设计应该重视结构的构造与选型，优先选择抗风和抗震能力好而且经济效益良好的结构体系以及平、立面布置方案，并且还要加强对构件的连接。在进行抗震设计的过程中，应该确保结构整体的抗震性能，从而使得建筑的整体结构具有足够的承载力、延性和刚度。（2）钢筋混凝土高层建筑的结构设计应该要与建筑、施工和设备相互配合，做到经济合理、技术先进、安全适用，并且要积极应用新的材料、新的工艺以及新的技术。
2.2平面结构布置要求
高层建筑结构设计的平面形状应采用规则的结构布置，要尽量做到简单、规则、对称，使结构的质心与刚心重合。由于建筑功能要求必须进行不规则设计时，可以将建筑结构进行划分，使其形成比较规则的简单独立结构单元，防止产生扭转效应。扭转效应对建筑结构中的端部构件位移，建筑结构扭转过大还会出现应力集中现象，造成建筑结构的破坏。判定建筑结构扭转十分过大有两种方法：第一，概念设计法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计者在进行平面结构布置时，近似计算出质心和刚心，找出偏心距，并通过控制平面规则性，尽量让质心和刚心重合。第二，比值法。通过控制楼层最大弹性水平位移与楼层两端弹性水平位移的比值来确定结构扭转情况，如果比值超过1.2，则为结构扭转不规则。
2.3 竖向结构布置要求
高层建筑结构竖向布置的最基本原则是均匀、规则。均匀是指建筑结构的上下体型、刚度、承载力和质量的分布及变化均匀。就建筑结构的上下体型来讲，应当是自下而上逐渐收进，且应限制收进尺寸，不应出现过大变化或突然变化。上部楼层收进后，楼层的平面尺寸会减小，高振型影响会加大。如果竖向结构布置上部楼层设计过大，就会造成扭转明显加大，头重脚轻，使建筑结构失去稳定性。就建筑结构的刚度来讲，其竖向结构设计也应该为下大上小，从下而上逐渐减小。如果建筑结构下层设计刚度较小，会形成建筑结构薄弱层，导致建筑结构下部变形，严重的还会造成建筑倒塌。规则主要是指建筑体型规则。如果必须要求变化，也应是有规则的渐变。建筑体型严重不规则的的建筑在地震时特别容易形成集中变形，引发倒塌事故。
3.设计难点分析
3.1剪力墙布置方面
在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使结构具有适宜的侧向刚度。剪力墙和加强部位主要体现在以下三个方面：（1）抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为加强部位，这样可以对塑性铰部位可以有更明确的措施，与由于温度、收缩等需要的加强措施区别；（2）剪力墙塑性铰出现后，剪力墙应具有足够的延性，剪力墙底部塑性铰出现都有一定范围，该范围内应当加强构造措施，提高其抗剪切破坏的能力；（3）为安全起见，设计剪力墙时将加强部位范围适当扩大，抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，为避免加强区太高，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。
3.2短肢剪力墙的设置方面
在新规范中，对墙肢截面高厚比为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。因此，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。近年兴起的短肢剪力墙结构，有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，应用逐渐广泛。但是由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，考虑高层住宅建筑的安全，其剪力墙不宜过少、墙肢不宜过短，可以对短肢剪力墙的应用范围应在设计中加以限制，并采取一些加强措施。
3.3嵌固端的设置方面
嵌固端的设计方面，其有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4.结语
随着城市化发展进程的加快，国内的高层建筑不断涌现，作为一名建筑设计人员，在高层建筑结构设计中，应始终坚持概念设计的理念，必须要充分地理解高层建筑结构的特点以及高层建筑结构的体系，只有这样才能保证高层建筑设计达到经济合理、确保质量、技术先进和安全适用的原则。
参考文献：
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[3]莫荣建.高层建筑结构设计要点分析[J].建筑?建材?装饰，2009.1
论文作者:焦宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/3/31
标签：结构论文; 建筑结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 荷载论文; 剪力墙论文; 建筑论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;