摘要：进入21世纪，高层建筑在现代经济格局中得到了快速发展，高层建筑几乎已经成为了当前城市发展过程中的主流，并且其发展速度也是越来越快，未来，高层建筑将迎来更广阔的发展空间，值得期待。与此同时，我们需要加大对高层建筑结构设计的新技术的研究，对促进高层建筑的结构设计的进一步优化，促进高层建筑的建设做出一些总结性的努力。下面我们将针对高层建筑的结构设计的主要特点进行较为简要的分析。
关键词：高层建筑；结构设计；特点；原则；常见问题 ；新技术
1、高层建筑设计的原则
1.1正确的结构计算简图。在计算简图的基础上进行高层建筑结构的设计计算，如果计算简图的选择不合理，很容易造成结构的不稳定，诱发安全事故，因此，要保证结构设计的安全可靠就要对计算简图进行正确的选择，而且还要采用与之相应的构造方法确保安全，实际应用中，高层建筑结构节点不仅仅是钢节点或饺节点，确保和计算简图的误差在标准规定的范围内。
1.2合理的结构基础设计。结构基础的设计要根据高层建筑的具体地质条件进行选择，对高层建筑的上部结构类型与荷载的分布情况以及施工条件进行综合全面的分析，确保设计的合理。此外，基础设计还要确保地基的潜在能力得到最大化的发挥，如果施工条件允许要进行必要的地基变形检验，在进行设计之前一定要有较为科学详细的地质勘察报告，通常情况下，具有相同结构单元的可以采取相同的类型。
1.3合理的建筑结构方案。结构设计方案不仅仅需要满足经济性要求，而且还要满足结构形式和体系的要求。结构体系的要求就是要保证受力的明确以及传力的简单。在相同结构的单元中，要选择与之相应的结构体系，一旦高层建筑的地基处于不稳定状态，那么应力就需要平面和竖向的规则。在对建筑的地理状况、施工条件以及选材等方面综合分析的基础上，与结构中供电、供水等的设计相协调一致状况下，进行结构的合理选择，进而确定设计结构方案的科学性。
1.4对计算结果进行精确的分析。在科技的不断进步和广泛应用下，高层建筑结构设计采用计算机的模式已得到了较为成熟的应用。由于施工的实际状况与计算机程序之间会有一定的误差，难免会出现不准确的现象，因此，操作人员在得到计算结果后需要对结果进行多次的检验复核，最后得出准确的计算结果。
2、高层建筑结构设计的相关特点
众所周知，高层建筑的结构设计工作远比单层和多层建筑的结构设计要复杂的多得多，合理的结构设计方案直接关系到高层建筑的建设质量、安全性。我们要做好高层建筑的结构设计工作就要首先了解相关设计工作的自身的特点。高层建筑结构设计的特点如下：
2.1 水平力是设计的主要因素。我们都知道，在单层或者多层建筑中竖向载荷是其主要的结构设计。但在此方面，高层建筑的结构设计却有着其自身独特的特点，竖向载荷虽然在此仍占据着较为重要的作用，但水平载荷在高层建筑的结构设计中却具有决定性的作用。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。
2.2 侧移成成为设计的主要指标。高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生不良的后果。
2.3 抗震设计要求更高，延性成为结构设计的重要指标。一般的高层建筑都有较高的抗震性要求，所以具有其他的建筑的结构设计中所不具有的特点，即要求结构高的延性和抗震性，使其做到“小震不坏，大震不倒”。
2.4 高层建筑结构设计中的概念和理论设计同样重要。随着当代科学技术的不断发展，虽然我们有很多的手段在假想的条件下对高层建筑在地震条件下的抗震性能进行较为准确的分析，但由于地震的各种要素的不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，使得专家们的实际测量与真实的实际情况常常有较大的出入，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，各种的复杂因素交织在一起，这就为常规的理论性计算带来了很大的难度。所以，高层建筑的结构设计是离不开概念设计的。
以上就是高层建筑的结构设计中的自身独特点。正是对这些特点较为系统的论述，才能对高层建筑的结构设计的相关技术有较好的把握，才能有对其具有更为透彻的理解和解读。下面我们从高层建筑结构设计的原则出发进行较为简略的论述。
2、高层建筑结构设计的原则
2.1 选择合理的高层建筑基础结构设计。在施工前，我们应该提前勘察好当地的地质条件、施工条件等，并分析好高层建筑上部的载荷分布情况和结构类型，并在较为充分的准备的情况下，进行合理的高层建筑的结构基础设计。
2.2 合理、准确分析计算结果。当今，计算机信息技术获得飞速发展，呈现日新月异之势。在高层建筑的结构设计中，计算机信息技术也得到大规模的应用，极大的提高了结构设计等相关工作的工作效率。它已经成为建筑专家进行设计计算等相关工作的重要技术工具。但往往实际情况与计算结果有出入，所以需要相关的建筑专家对计算结果运用相关的专业知识进行进一步的较为精确的分析和加工，形成更为正确的针对高层建筑结构设计的计算结果。
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3、高层建筑结构设计中常见的问题
3.1材料的选用和结构体系问题。随着世界人口的增多，地震带来的影响越来越大，因此许多国家都在寻找合适的建筑材料和建筑架构。中国高层建筑的结构体系都借鉴于外国，最常用的是核心简体系，建筑材料大多使用钢筋混凝土，而发达国家的建筑材料已经普遍采用钢材。当核心筒式建筑遇到地震时，钢筋混凝土容易发生变形，因此需要加强建筑中使用钢筋的强度。有些时候仅依靠钢框架不能保证建筑的抗震性，需要在建筑中加装伸臂结构，使建筑物安全性得到增强，减少侧移值。
高层建筑的建筑材料一定要确保合格，有条件的建筑公司可以将钢筋混凝土中的钢筋用钢骨或钢管替代，以提高建筑物的抗震能力。或者建筑物过高时也可采用此方法。日本有专家研究标明，对于钢筋混凝土结构，实腹式型钢与格购式型钢相比，前者抗震能力更强，这对中国的建筑是良好的建议。另外，在高层建筑的结构设计发生变化时，应建设结构转化层，可以增加本层建筑的强度。
3.2扭转问题。在高层建筑的结构设计中，建筑的“三心”非常重要。建筑的“三心”主要是指建筑结构的中心、几何形心以及刚度中心，在进行结构的设计时要确保“三心”的汇聚，保证“三心”集中于一点，实现三心合一。高层建筑结构设计中扭转问题的出现会严重影响到“三心”顺利的集中在一起，高层建筑的扭转问题主要是受到水平压力作用造成的。
3.3轴压比与短柱问题。轴压比是指柱的轴压力设计值与抗压力设计值之比，能够反映柱的受压情况。为了保证钢筋混凝土建筑中柱子的抗压能力，立柱都会被建造的很粗，内部钢筋一般是构造配筋。即使加强混凝土的强度，立柱也不会有明显的变细。而如果横梁的延伸性比较好，则可以适量降低轴压比。而短柱是指剪跨比不大于二的柱子，因此，高层建筑的柱子也不全部属于短柱。
3.4超高问题。超高问题也是当前高层建筑结构设计中比较突出的一个问题，所谓的超高问题主要就是指很多高层建筑建设单位无视相关制度和标准的规定而过度的把高层建筑的高度增加，因为高层建筑高度的增加在很大程度上能够提升其经济利润，但是从另外一方面看，这种超高问题对于高层建筑结构的影响却是极为不利的，尤其是对于高层建筑的稳定性和抗震能力会产生较大的干扰，一旦遭遇地震或者强风等自然灾害很容易发生一定的危险，导致高层建筑结构出现断裂或者是倒塌等现象，最终危机人们的人身和财产安全。
4、高层建筑结构设计的新技术
由于高层建筑的上部载荷和地基的基础性压力都很大，所以我们应该采用整体性良好和具有较大的承载能力的基础设计形式。根据此情况我们可以采用桩基或复合地基。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。它有两种的做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。
现阶段，应用较为广泛的另一种高层建筑结构设计的设计体系的技术是框架结构体系技术。它的侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移和柱的轴向变形产生的侧移。它具有较多的其他结构设计技术说没有的优越性因素：空间布置的灵活性、计算理论的相对成熟性、结构自重轻、一定范围内造价的低廉性等。
我要说的另一个高层建筑结构设计的结构设计体系新技术是剪力墙结构体系。剪力墙结构采用现浇钢筋混凝土，墙体沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好。合理设计的延性剪力墙具有良好的抗震性能。该结构体系创新性的运用了剪力墙这一特殊结构作为抵消载荷和侧向力主要结构，是一种性能优越的抗震墙结构，在高层建筑的结构设计中具有极大的应用前景。过往的历史也证明该结构极佳的抗震性能。但我们要知道的是它也具有灵活性差、应用范围较窄和自重大等缺点，所以在具体的施工应用中，我们应该严格遵循因地制宜的原则来选择合适的结构设计的结构体系。
我要说的最后一个是框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、延性好的特点，又有剪力墙结构刚度大，承载力大的特点。框架—剪力墙结构是一种双重抗侧力结构。这种混合型的结构设计新技术也反映了高层建筑结构设计领域的综合技术化趋势。
5、结束语
综上所述，随着我国经济的迅速腾飞带来的是建筑业的快速发展，特别是高层建筑方面的发展，这也反过来推动了该领域研究工作的进一步的深入。作为高层建筑建设的基础性工作的结构设计，也急需新技术的支撑，才能获得较大的市场竞争力。总之，钢筋混凝土高层建筑结构设计，是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，作为这一系统的任意环节出现差错，都会产生系统性的灾难性的后果。所以，高层建筑结构设计相关技术的重中之重是其安全性和合理性以及可推广性。
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论文作者:张铎
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/20
标签：高层建筑论文; 结构设计论文; 结构论文; 建筑论文; 体系论文; 刚度论文; 载荷论文; 《基层建设》2016年第34期论文;