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摘要：近年来，随着经济建设步伐的加快，高层建筑越来越多，为适应各种建筑的具体特点，需要在设计的环节进行加强，而其结构设计就显得尤为重要。笔者结合多年的多、高层建筑结构设计经验，对高层建筑结构设计的原则、注意事项和要点进行了总结分析，与同行交流。
关键词：高层建筑；结构体系；电算；超限高层；不规则；承载力；抗震措施
0引言
随着我国经济的飞速发展，建筑结构专业技术日新月异，高层、超高层建筑已成为城市建筑工程建设的重要组成部分。而当前高层建筑结构设计中存在着一些难题，给建设工作带来一定的困扰，应遵循设计规范与原则，抓住水平荷载、结构延性、轴向变形三大要点，对各种结构体系进行认真的分析和研究，设计出结构形式合理、造价相对较低、适合于城市建设的高层建筑。
一、高层建筑结构设计原则
1.1选取合理的结构体系
目前国内的高层建筑常用的结构体系有：框架、框架-剪力墙、剪力墙、筒体、板柱-剪力墙、钢结构等。高层建筑结构体系的选取，不仅要与建筑、给排水、电气、暖通等各专业密切配合，而且要积极采用新材料、新的施工工艺和技术，做到与时俱进；同时也要重视建筑本身的平、立面的选型，以实现建筑的安全适用性和经济合理性。
1.2选取适宜的结构计算简图
高层建筑结构设计中，结构计算简图的选取至关重要。因为计算简图的选取直接影响计算工作量的大小和与实际受力的差异的大小。归纳成以下选取原则：（1）尽可能准确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽量接近实际；（2）使各结构构件受力明确，传力途径简捷。（3）简化甚至忽略对结构内力和变形影响的次要因素，使计算过程大大简化。
1.3准确解析、核实电算设计结果
目前，在高层建筑结构设计中，大多需要借助电脑建模分析，常用的结构计算软件如：PKPM、盈建科、广厦结构CAD、3D3S、SAP2000等等。由于各种软件所适合的范围和计算程序设定的不同，这就需要结构设计人员使用软件前必须熟悉该软件，否则计算的结果与实际受力情况可能会有很大的差异。当然，电脑程序计算的结果也不能直接用于实践中，主要因为各种程序本身都有一定的不足，所以还需要人工复核电算设计的结果，杜绝电算可能产生的不合理结果对项目施工构造策划产生不良影响。因此，这就要求结构设计人员不仅要输入资料时一定严谨仔细，而且要在后续作业中，对电算设计成果进行严格审核、科学解析，才能做出合理的结构。
表1不同场地类别的各类建筑抗震设防要求
抗震设防类别
场地类别
甲类
乙类
丙类
丁类
作用
抗震措施
（含抗震构造措施）
地震
作用
抗震措施
（含抗震构造措施）
地震
作用
抗震措施
（含抗震构造措施）
地震
作用
抗震措施
（含抗震构造措施）
提高
可不提高
按本地区
可不提高
按本地区
可降低一度，
但不低于6度
按本地区
可适当降低，
但不低于6度
0.30g地区的Ⅲ、
Ⅳ类场地外的其他场地
提高
提高一度
按本地区
提高一度
按本地区
按本地区
按本地区
可适当降低，
但不低于6度
Ⅳ类场地
提高
分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
按本地区
分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
按本地区
分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
按本地区
分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
注：（1）表中“提高”与“降低”均以本地区抗震设防烈度为基准。
二、高层建筑结构设计要点分析
2.1结构选型问题
结构选型是一个综合性的问题，不仅要考虑建筑的使用功能、结构上的安全合理，施工上可能性，还要考虑造价上的经济性和艺术上的美观性。所以，充分掌握结构选型的相关知识，兼顾设计及预算，对建筑总体方案和造型设计均会大有益处。因此，在工程设计的结构选型阶段，根据各方面的要求选择适宜的结构体系，使其满足国家相关规范，即设计时尽量避免形成超限高层建筑工程，确实有条件并且需要做成超限高层建筑工程时，也必须严格控制其各项指标，着重注意下面的两点。
2.1.1控制结构的高度和高宽比
我国现行规范中对钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度区分为A级和B级，并对各种结构体系的高宽比也做出了规定，并且要求对平面和竖向均不规则的高层建筑结构的最大适用高度宜适当降低。当设计房屋高度超出规范中的相关要求，必须严格研究，除非有可靠的工程经验可循，否则不应采用。
2.1.2限制结构平面和竖向的不规则性
抗震设计时，在高层建筑的一个独立结构单元内，其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心，竖向体型宜规则、均匀。非抗震设计时的高层建筑，可参照超限高层建筑工程抗震设防界定标准做适当放宽，但其计算模型也应满足的各种参数指标。对于形成不规则的高层建筑，除了按计算确定其各种参数指标满足规范要求外，还应对不规则布置形成的薄弱部位进行加强处理。平面不规则常用的加强措施如：加强薄弱部位的拉梁和拉板设置、增大薄弱部位的结构板厚度及加强其配筋等。竖向不规则性常用的加强措施如：适当提高结构薄弱层在地震作用标准值作用下的放大系数、对结构薄弱层的墙、柱加强水平及竖向配筋等。
2.2嵌固端的选取问题
高层建筑结构分析计算之前，应根据地下室的设置情况、拟采用的基础形式及基础埋深要求、地下室周边土及相邻建筑或裙房刚度对本建筑的约束力大小、是否形成大底盘多塔建筑等条件确定结构的嵌固端在设置在地下室顶板还是基础顶面。选取合理的结构嵌固端，是高层建筑结构计算中的一个重要假定，它不仅关系到结构构件内力计算的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取做仔细研讨，以避免嵌固端的设置不合理带来的一系列问题。
2.3力学模型的选取及简化问题
高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系，计算分析时应根据平面和立面布置的规则程度、结构体系及结构复杂程度等情况，采用合理的力学模型，其宗旨在于能很准确或者近似准确地反映各结构构件的实际受力情况。由于各种计算模型均有其局限性，不可能百分之百做到完全反映建筑结构本身的每个细微环节，这就需要对局部某些构件做简化处理。如高层住宅中常见的飘窗，由于其本身不是主要结构构件，建立模型时可以把飘窗相关的荷载折算成线荷载、集中荷载及均布扭矩加载与相应的结构梁上，而忽略其本身的刚度及其刚度对整体工作计算的影响，这对整体结构分析是偏于安全的。
高层建筑相对于单层及多层建筑而言，层数更多、重量更大，竖向抗侧力构件（墙、柱、斜撑等）的轴向变形影响就更为显著，模型计算时必须考虑。原因在于：（1）较大的竖向荷载需要通过足够刚度的竖向构件承担；（2）建筑物越高，更大的风荷载、水平地震作用等侧向作用力所产生的水平力、倾覆力矩等也需要足够刚度的抗侧力构件承担；（3）高层建筑整体抗弯、抗剪、抗倾覆作用也需要足够的墙、柱、斜撑等竖向抗侧力构件与梁、板形成协调变形的整体来承担。因此，高层建筑按空间整体计算采用的力学模型必须充分考虑竖向抗侧力构件各种复杂受力情况，适当增大其安全系数。
2.4材料的采用问题
高层建筑由于其层数多，如何减轻其自重也是高层建筑结构设计应考虑的重要课题之一。近年来，建筑幕墙的使用不仅能有效替代建筑外围墙体，也减轻了自重，还能减少温度对结构本身的影响，并能对建筑起到保温节能的效果，故应积极推广采用。同样，室内填充墙、隔墙也应积极轻质材料减轻自重，如空心砌块、各种轻质复合墙板等，并应保证其与主体结构有可靠的连接，同时与主体结构保持协调变形。
2.4高层建筑结构的抗震设计
2.4.1计算恰当的地震作用及采用合理的抗震措施
抗震设计的高层建筑应按现行相关国家标准及规范确定抗震设防类别，同时根据建筑抗震设防类别及建筑场地类别等要求确定其地震作用、抗震措施（含抗震构造措施）。结合我国经济有较大发展而人均经济水平仍属于发展中国家的情况，目前仍然以“小震不坏、中震可修、大震不倒”作为抗震设防目标。历次大地震的经验表明，同样或相似的建筑，建造于Ⅰ类场地时震害较轻，建造于Ⅲ、Ⅳ类场地震害较轻。国家标准对Ⅰ类场地上的各种建筑的抗震措施做出了适当放松，同时对Ⅲ、Ⅳ类场地上的各类建筑及需要提高设防标准的建筑均加强了其抗震措施及抗震构造措施，具体详后表一。这种做法，着眼与把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上，既经济又有效，性价比高，符合我国目前的国情。
（2）设计甲类建筑时，计算的地震作用高于本地区设防烈度要求，按批准的地震安全性评价结果确定。
2.4.2加强结构构件的优化设计
为实现抗震设防三大目标的，整个结构不同部位的各构件，可按抗震承载力、变形能力、构造的抗震等级选用相同或不同的抗震性能要求。其核心思想在于允许构件层间产生一定的弹、塑性变形，保证各构件及节点有良好的延性，不至于发生脆性破坏。同时，以“强柱弱梁、强剪弱弯、强结弱杆、强压弱拉”为设计指导原则，适当增强薄弱部位构件、保证钢筋的锚固长度、考虑温度应力的影响，对各结构构件进行优化设计。
三、重视高层建筑地基与基础设计
高层建筑应选择优先选择阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地作为地基，并远离河岸，避开不利地形。在地震区，高层建筑宜尽量避免在建造于断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段。
高层建筑基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型与载荷分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，采用整体性较好、满足地基承载力和变形要求、减小不均匀沉降的基础形式。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同类型的基础形式。
地基与基础设计在高层建筑结构设计中有着举足轻重的作用，对于高层建筑质量的的好坏起着关键性的作用，常说：“万丈高楼从地起”，说的就是这个道理。所以，在进行高层建筑地基基础设计时，一定要对国家及相关地方规范进行深入理解，并借鉴相似工程以及本地区的各种工程经验，避免不合理的地基与基础设计。为此，在进行高层建筑的地基与基础设计时应注意以下几个问题：
1、基础的沉降量和局部沉降量差值不应大于规范规定的允许值；
2、根据地基与已知相关条件选用合理的基础形式及合理的地基承载力，并考虑上部结构刚度对基础的影响；
3、基础与地下结构的结构构造设计应满足建筑防水的要求；
4、应综合考虑经济效益，不仅考虑基础本身的用料、工期和造价，还应考虑土方、降水、施工条件等施工期间可能出现的问题及施工技术难度，以及使用期间可能发生的问题等，提出合理的处理措施和建议。
四、结束语
高层建筑是未来建筑的重要形式，要做好高层建筑的设计，应以结构设计为立足点，使高层建筑在满足功能齐全和外形美观的前提下，实现对结构安全和社会效益的最大化，形成适合我国目前经济发展和城市建设的建筑形式。
参考文献：
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