陈海霞
（安徽汇华建筑设计有限公司）
【摘 要】随着高层建筑的设计理念不断更新，对其设计风格也进行了积极的探索和改变，这都将推动现代高层建筑的迅速发展。本文首先说明了高层建筑结构的设计原则及结构体系，笔者经过多年设计经验，简要分析了高层建筑结构设计常见的问题，最后就相关的优化措施进行一定的研究分析，以期为诸多设计师提供一些参考方向。
【关键字】高层建筑；结构设计；常见问题；优化措施
引言
随着高层建筑的快速发展，高层建筑结构设计给结构设计人员提出了更高的要求，合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。当建筑方案确定后,结构从选型和布置开始就存在优化与否的问题,再加上后续每一道工序的精心设计、准确计算、合理选用等全过程的优化设计才能产生优化的结构。笔者经过多年的设计实践，对高层建筑结构设计常见的一些问题进行了简单的分析，并提出了优化措施。
一、高层建筑的结构设计原则及体系
（一）高层建筑结构设计原则
合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。还应当注意与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。
（二）高层建筑结构体系概述
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其主要结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。
1．框架结构体系
框架结构体系是由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，该体系建筑平面布置灵活，结构自重轻，计算理论较成熟，在一定高度范围内造价较低。但是框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下易产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。该体系较多用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库。
2．剪力墙结构体系
剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置承受全部水平和竖向荷载，同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能。其应用于墙体较多、房间面积不太大的住宅和旅馆客房，可以使房间不露梁柱，整齐美观。
3．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，剪力墙作为主要的水平荷载承受构件，框架与剪力墙协同工作，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
4．筒体结构体系
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：框架—筒体结构、筒中筒结构、成束筒结构、巨型结构体系。
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二、高层建筑结构设计中存在的问题
（一）高层建筑结构概念设计及选型不合理
目前一些高层建筑结构设计中，过分地追求美观度和个性化，从而忽略了其设计的科学性和合理性。同时高层建筑的结构设计是多种多样的。框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、筒体结构体系等等。但是在选择过程中存在一定的不合理性。
对于高层建筑来说，“最佳”的结构型式是确定的，但是按照当前的常规做法是不大可能得到完善合理的结构型式的。
（二）没有处理好高层建筑结构的均衡关系
高层建筑结构在布局时还应把握高层建筑的整体尺度、城市和街道尺度、细部尺度。一个造型完美的高层建筑必须很好地均衡主体、裙房和顶部的尺度关系。高层建筑是城市形态的关键因素和重要景点，因此要规划好城市的结构中高层建筑的位置，以及高层建筑与城市街道的关系，保证高层建筑不能对街道行人和正常活动造成影响，也不能造成视觉上的影响。
（三）高层建筑结构设计对受力情况和水平荷载的考虑不够完善
在高层建筑结构设计中，其高度不同，那么其受力情况也就不同，其水平荷载跟竖向荷载共同作用，是对高层建筑整体设计效果进行控制的主要因素。但是随着建筑高度的不断增加，其侧向位移增加的速度也越来越快，底部弯矩也随之加大，其侧向变形过度会导致其结构在横向荷载下，附加应力明显增加，从而出现了填充墙使框架结构的刚度和强度明显增加；导致电梯轨道以及装修等服务设施，出现变形或者裂缝问题，严重危及了高层建筑结构的正常使用功能和耐久性。
三、高层建筑结构设计优化措施要点
建筑结构设计关系到建设工程的美观实用、保证安全可靠、控制造价以及方便施工等诸多方面，因此控制结构设计的质量是相当有必要的。
（一）高层建筑结构设计高度问题的解决
我国有关部门对于高层建筑结构体系的最大高度问题，出台了一系列的规章制度，对其进行了严格的规定与规范，其一便是《高层建筑混凝土结构技术规程》。尤其是近几年来，建筑物的高度不断增加，建筑物自身的参考系数已经超出了《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定。
（二）正确运用计算机辅助设计
工程师在计算机上进行结构分析工作，用计算机辅助完成大部分的图纸设计，因此了解计算机程序的功能、正确使用设计软件直接影响到结构设计的水平。随着建筑业的发展，建筑物规模越来越大，形式也日趋复杂，使得建筑结构设计的内容增多，难度增大，这就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围，熟悉和掌握各项参数的选取条件，真正做到计算机为人服务，为工程设计服务。
（三）满足建筑抗震要求
在进行高层建筑结构设计时，需要确保其结构各部分的刚度是对称的、是均匀的，各结构单元的平面形状也需要尽量保持简单和规则。其结构如果比较复杂，并且不规则、不对称，那么对其复杂的地震应力就非常难以进行计算和处理，比如说应力集中和扭转等，这些对于建筑抗震设计非常不利。所以说，在进行高层建筑结构设计的时候，就需要尽量使地震力作用中心和建筑刚度中心进行重合，一般其偏心距e不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。
（四）对沉降、温度收缩等因素进行综合考虑
在进行高层建筑结构设计中，需要对其沉降缝、防震缝以及伸缩缝进行合理布置和处理，以能够有效地应对沉降、温度收缩以及房屋体型的复杂性等因素，对高层建筑所产生的影响力，提高建筑安全。由于现代结构分析技术和计算手段的提高，现代高层建筑呈现出不规则、不对称或是曲线形的平面设计，耗能减震技术在现代高层建筑中也得到了实际应用。
四、结束语
高层建筑结构设计的任务极为繁重，结构设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，运用恰当的处理方法作出一定的调整与完善，这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。
参考文献：
[1]李济南.浅谈高层建筑结构设计[J].江西建材，2009(04)
论文作者:陈海霞
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年7月供稿
论文发表时间:2015/11/9
标签：结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 体系论文; 荷载论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 《工程建设标准化》2015年7月供稿论文;