项目来源：广东省品牌专业建设资助项目（2016gzpp016）。
摘要：现代城市中高层建筑是城市的主要建筑，创造着城市引人注意的轮廓线，本文对高层建筑结构设计的几个要点进行了探讨。
关键词：结构设计原则；问题；水平作用
1高层建筑结构设计原则
进行高层建筑结构设计时，需要遵循2个原则：一是钢筋混凝土高层建筑结构设计需要密切配合建筑、设备和施工，实现安全适用、经济合理以及技术先进，新技术、新工艺和新材料应当积极采用。而是高层建筑结构设计应当给予结构选型和构造足够的重视，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平面、立面布置方案，并注意加强构造连接。抗震设计中，应当着重强调结构整体抗震性能，整个结构需满足足够的承载力、刚度和延性。
2概念设计与理论计算
概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。概念设计带有一定经验性。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。实践表明，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出，其主要内容为：
2.1应特别重视建筑结构的规则和均匀性(包括平面规则性和竖向规则性)。
2.2合理选择建筑结构体系包括：明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力；结构除需要满足水平方向的刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
3结构整体稳定性
结构整体稳定性是高层建筑结构设计的基本要求，对结构稳定性的控制，避免建筑在地震时发生倾覆。一般高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小；当高层、超高层建筑高宽比较大，水平风荷载、地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算很重要，它直接关系到结构安全度的控制。当结构整体稳定验算符合高规5.4.4条，或通过考虑P-Δ效应提高了结构的承载能力后，对于不满足整体稳定的结构，必须调整结构布置，提高结构的整体刚度（只有高宽比很大的结构才有可能发生）。
对于高宽比较大的高层、超限高层建筑，要验算大震下的稳定性（抗倒塌能力，弹塑性变形分析验算）：薄弱部位弹塑性层间位移角应满足规范相应限制并偏严控制；要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值；要求多遇地震作用下基础底面无零应力区，罕遇地震作用下基础底面底面零应力区不应超过基础底面面积的15%~25%（不同地区，抗震设防烈度不同限值有差异）。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),对高层建筑尤其是高宽比大于4的高层建筑的整体抗倾覆提出了更严格的要求。
4水平作用
任何建筑结构都要抵抗竖向荷载和水平荷载，在低层和多层结构设计中，往往是以重力为代表的竖向荷载起控制作用，对于高层结构的设计，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要作用，但起控制作用的是水平荷载。之所以如此，其根本原因在于随着高度的增加，水平力（风荷载或水平地震作用）产生的内力和位移迅速增大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如把房屋结构看成一根最简单的悬臂杆件，在竖向荷载作用下，产生的轴力仅与高度成线性比例，但在水平荷载作用下，其弯矩与高度的二次方成正比；侧向顶点位移与高度的四次方成正比。因此，在高层建筑结构设计中，抗侧力的设计是关键，水平荷载是决定因素。对于一定高度的建筑物，作为其水平荷载的风荷载和地震作用将随结构动力特性的不同而有显著的变化。
5 侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计的关键因素。随着建筑高度增加，水平荷载作用下结构侧向变形迅速增大，结构侧移与高度呈现四次方关系上升。在高层建筑结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载力，还要求具有足够的抵抗侧向力的刚度，以保证结构在水平荷载作用下所产生的侧移限制在规范规定的范围内。侧移是高层建筑的要害问题，之所以要控制结构侧移，其主要原因有：
5.1 侧移过大，使建筑物内的人在心理上产生不适应，控制结构侧移是保证建筑物正常使用的需要。
5.2 侧移过大，使建筑物内的填充墙、建筑装饰和电梯轨道等服务设施产生裂缝、变形，甚至损坏。
6抗震设计
高层建筑结构的抗震设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载以外，还必须使建筑结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒；设计尽可能设置多道抗震防线，采用具有联肢墙、壁式框架的剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构等多重抗侧力结构体系。高层建筑避免采用纯框架结构。结构抗震能力是有承载力和变形能力两者共同决定的，建筑结构刚度、承载力和延性设计相匹配，结构的抗震能力好，结构设计体系才是最好的。计算结构的延性是困难的，结构或构件的延性是通过一系列的构造措施实现的。在高层建筑设计中，为使结构具有良好的延性，构件要有足够截面尺寸，柱的轴压比、梁和剪力墙的剪压比、构件的配筋率都要适宜，应遵照规范、规程的要求。例如延性剪力墙设计原则：“强墙弱梁、强剪弱弯、限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件、加强重点（薄弱）部位、连梁特殊措施”等。
7高层建筑结构设计要点
对于高层建筑结构设计来说，主要有以下几点需要格外注意。
7.1水平力是设计主要因素
低层和多层房屋结构中，通常是以重力为代表的竖向荷载，决定着结构设计。但高层建筑却不然，竖向荷载仍很重要，但水平荷载才有决定性作用。与此同时，对于有一定高度的建筑而言，竖向荷载总体上是一定值，但充当水平荷载的风荷载和地震作用，它们的数值往往都随着结构动力性的差异而有着比较大的变化。设计时，水平力应当格外重视。
7.2侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移是高层结构设计中的关键因素。建筑高度增加，水平荷载下结构的侧向变形将迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。
另外，高层建筑设计中，结构需要具有足够的强度，还应当具有足够的抗推刚度，保证结构在水平荷载下产生的侧移在某一限度内。设计时，应当牢牢掌握侧移作为控指标。
结论
随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快，城市规模不断增大，人口不断增加，使得城市住房建设用地高度紧张，以及人民对生活质量的高标准的追求，新建高层建筑是城市发展的必然趋势。这就必然给结构工程们对高层建筑的设计也带来了许多新的课题和更高的挑战。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中国建筑工业出版社，2010.
[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:徐明 陈红
论文发表刊物:《知识-力量》2019年8月25期
论文发表时间:2019/5/7
标签：结构论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 水平论文; 刚度论文; 延性论文; 《知识-力量》2019年8月25期论文;