摘要：高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。本文从高层建筑的结构设计特点、布置原则、基础等方面介绍高层建筑从设计到建造的过程。
关键词：高层建筑结构；设计选型
引言：随着高层建筑的发展，高层建筑的可行性方案越来越多，虽然使高层建筑更趋于个性化，但却使建筑设计阶段的工作量和任务难度有所增加。因此，设计师在对高层建筑结构进行设计时，更多考量建筑的用途和功能，将高层建筑的结构尽可能优化，以适应用户对高层建筑的多样化需求。
一、高层建筑结构的布置原则与要求
1.1结构平面布置
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干较简单、规则的独立结构单元。对地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。
1.2结构立体布置
结构竖向布置最基本的原则是规则均匀。规则是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常在该楼层因过大的变形而引起倒塌；均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，及其的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大突变。
二、高层建筑结构特点
2.1楼（屋）盖结构整体性要求高
高层建筑结构的整体共同工作特性主要是各层楼板（包括楼面梁系）作用的结果，由于楼板在自身平面内的刚度很大，变形较小，故在高层建筑中一般都假定楼板在自产生平面内只有刚体位移（仅产生平动和转动），而不改变形状，并忽略楼板平面外的刚度。因此，在高层建筑结构中的任一楼层高度处，各抗侧力结构都要受到楼板刚体移动的制约，即位移协调，这时抗侧刚度大的竖向平面结构必然要分担较多的水平力。
2.2水平荷载对结构的影响大
侧移成为结构设计的主要控制目标之一。对一般建筑物，其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制，而在高层建筑结构中，高宽比增大，水平荷载产生的侧移和内力所占比重增大，成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。
2.3高层建筑结构中构件的多种变形影响大
在一般房屋结构分析中，通常只考虑构件弯曲变形的影响，而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响，一般因为其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，沿高度逐渐积累的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大，对结构内力分配的影响大，构件中的轴向变形影响必须加以考虑。
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2.4结构受到动力荷载作用时的动力效应大
根据结构本身特点不同，如结构类型与形式，结构高度与高宽比，结构的自振周期与材料的阻尼比等不同，结构受到地震作用或风荷载作用时，产生的动力效应对结构的影响也不同，有时这种动力效应严重影响结构物的正常使用，甚至造成房屋的破坏。
三、高层建筑结构选型的若干思考
3.1水平承重结构的选型
水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度：普通钢筋混凝土楼面6m内；预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时，框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架―剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖；框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对现浇楼盖，混凝土强度等级不宜低于C20，也不宜高于C40。
3.2竖向承重结构的选型
在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物高度和用途。不同结构体系的强度和刚度不一样，因而其适应的高度也不同。框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架―剪力墙结构和剪力墙结构可满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用筒体结构。当建筑物高度超出规范表中数值时，要进行专门的研究，采取有效措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类：住宅、旅馆及公共性建筑。住宅建筑一般采用剪力墙结构。
3.3下部结构的选型
（1）柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40d。（2）交叉梁基础：即双向为条形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。（3）片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时采用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。（4）复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。可用于填土、饱和及非饱和粘性土。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表，目前已大量应用于高层建筑地基。其既可适用于条形、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。
结束语：高层建筑物减轻了住房压力，但也带来安全隐患，其结构设计显得尤为重要，随着设计理念的不断发展，高层建筑物必将朝着更合理的方向发展。高层建筑结构的选型与结构布置直接影响结构安全性与经济性，设计中应根据房屋高度、高宽比等多方面因素选取合理的结构体系。
参考文献
[1]张连生.刘德龙.高层建筑混凝土剪力墙设计要点[J]吉林勘查设计2010（1）
[2]胡文湛.浅谈高层建筑结构分析与设计[J]江西建材2011（1）
论文作者:谢建堂
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/24
标签：结构论文; 楼盖论文; 建筑结构论文; 高层论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 高度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;