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摘要：高层建筑的结构设计关系到建筑物的整体形态，在建筑结构设计中是非常重要的。建筑高度的不断增加，建筑类型与功能愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为主要重点和难点之所在。因此，研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。
关键词：高层建筑；结构设计；方法
前言
随着高层建筑的迅速发展，结构理论和建筑技术也不断得到提高，高层建筑结构形式开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样。建筑类型与功能不在是简单的结构体系化的要求，更注重于多样化，所以高层建筑结构设计也越来越成为建筑结构工程师的重中之中的工作内容。
1高层建筑结构的特点
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，高层建筑的结构设计和多层建筑结构设计相比，在整个建筑设计过程中所占的比重更大，位置更重要。高层建筑结构受到自身特性的约束，和一般的建筑有个很大程度的不用。它在承受建筑结构自身自重和活动荷载组成的竖向荷载同时，还要承受有外界由风压以及水平地震作用所产生的水平荷载。很多时候，高层结构还应该考虑地震发生时产生的竖向地震作用影响。由此可见高层建筑对于抗震能力的要求有多么苛刻。一般来讲，多层建筑结构在水平荷载和竖向荷载作用下，受到的影响有限，但是高层就不同了。在外界地震作用之下，高层建筑受到的结构破坏是毁灭的，而就风压方面而言，高层的外界风力也是多层所不能比拟的。随着建筑物高度的不断增加，高层建筑过大的侧移不会影响居住者的舒适程度，但是对于结构的影响很大，过大的侧移会损坏建筑的结构与非结构构件。鉴于此，在进行高层建筑设计的过程中，把侧移控制在合理的范围之内是重要的标准，这样才能在实用性和安全性方面得到平衡。因此，可以说，在高层建筑结构设计中的核心内容就是通过对外界地震作用以及风压作用的计算，做好抗侧力结构的设计。
2高层建筑结构设计问题分析及方法
2.1合理的选择结构体系
高层建筑结构平面布置应力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；为了能避免在高层建筑结构中出现集中的凹角和狭长的缩颈部位的问题，在平面布置上应做到简单、规则、对称的原则。避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间位置偏置，以免产生扭转的影响。竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多，力求刚度均匀渐变，避免产生应力集中。《高层建筑混凝土结构技术规程》在结构的规则性方面也规定了相应的条文，例如：平面规则性信息、竖向规则性信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循规范的这些限制条件上必须严格注意，发现问题应及时和建筑工程师沟通，以避免在后期设计中带来麻烦。
2.2房屋的适用性高度和高宽比
在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制不仅做了A级高度的建筑外，同时增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于忽略该问题，导致施工图审查时没有通过，必须重新进行设计的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。A、B级高度高层建筑建筑的高宽比限值也相应不同。但在复杂体型的高层建筑中，如何计算高宽比是一个比较难以确定的问题。一般可按所考虑方向的最小投影宽度来计算，对于突出建筑物的很小的的局部结构，比如楼电梯间等，一般不应包括在计算宽度内。对于带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑。
2.3嵌固端的位置设置问题
在有地下室的结构设计时，地下室的顶板是否作为上部结构的嵌固是很重要的。这不仅仅是关系到计算结构的内力的大小，而且在某些工程中会整体结构成为一个超限建筑，对结构设计造成难点。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端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，因此，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：抗震设计的多高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。地下室中超出上部主楼范围且无地上结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。对于9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。地下室的现浇顶板厚度不宜小于180mm，且不宜有较大洞口。地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍（地下室柱子多出的纵向钢筋不应向上延伸，而应锚固于地下室顶板的框架梁内），地下室剪力墙的配筋不应少于地上一层剪力墙的配筋。对于边柱和角柱，由于只有一面有梁，为满足该梁端截面实际弯矩承载力不宜小于柱下端实际承载力的要求，可采用增大梁截面，或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这些问题在设计中都应注意，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。
2.4短肢剪力墙的设置问题
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，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3高层建筑结构分析的基本假定
3.1弹性假定
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。
3.2小变形假定
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题（P-Δ效应）进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时，P-Δ效应的影响就不能忽视了。
3.3刚性楼板假定
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。
3.4计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：（1）一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。（2）二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度，楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。（3）三维空间分析。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
4高层建筑结构设计中的特殊问题
4.1位移的限值问题
在高层建筑中，决定其定点位移的限值因素不仅是数值大小，还与振动频率密切相关。一般人对高层建筑中的振动频率感知是很敏感的，而对震动幅度的大小则相对较弱，因此只要结构的摆动频率不是过高就能满足建筑的应用舒适度，对于为了避免由于结构的变形过大而产生的层间相对位移现象，限值在现有的规范中是较严格的，可以适当放松其指标规定。再加上各种计算程序在算法中的区别，同一个结构若采取不同的程序进行计算，那么对层间位移数值也会造成较大差异，最主要原因就是每个软件对“层间位移”的定义各不相同，有些是充分考虑楼层在经过转动后其最大角点的位移状况，有些则单指楼层的形心位移情况。对于较规则的高层建筑而言，形心位移是十分重要的，而角点位移则主要反映出结构楼层实际位移状况，也是工程师在结构设计中应注意的问题。
4.2高层建筑中竖向刚度变化
为了进一步调整高层建筑高度在竖向的分布问题，混凝土墙的厚度及柱子截面的尺寸沿着竖向进行变化，混凝土的等级也应适当变化在三次左右，并相互交错处理。而经过大量实践计算表明，高层建筑中上下楼层的刚度比值至少控制在0.77上，对于结构刚度变化明显、可能产生突变受力的楼层，如地下室顶板、钢骨混凝土柱、塔楼大屋面和大洞口的楼层等，都需要加厚楼板，并采用双层配筋，以提高楼板平面的刚度，发挥刚性横隔板的作用，保障建筑安全使用。
5结语
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。要准确抓住高层建筑工程结构的设计要点，并对所计算的结果进行全面合理的分析与科学准确的判断，并运用更为恰当的处理方法作出合理的调整与完善，这样我们才能设计出硬质量的高层建筑。
参考文献：
[1]吴勍．高层建筑结构设计应注意的问题[J]．江西建材，2012（04）
[2]甘桂其，聂凤玲．房屋建筑结构设计中优化技术的应用探讨[J]．现代企业教育，2015（2）
[3]GB50010－2010混凝土结构设计规范[S]
论文作者:周盛亮
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年8月上
论文发表时间:2016/8/16
标签：结构论文; 高层建筑论文; 位移论文; 结构设计论文; 建筑结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 《建筑建材装饰》2015年8月上论文;