对高层建筑结构设计的一些体会
摘要：自从我国进行改革开放以来，建筑行业的发展就突飞猛进，政府着力加强推进城市化的进程，超高层、高层建筑迅速得到发展，尤其是在2000年之后各大城市和地区，高层建筑越来越多。

地震荷载作用与风荷载作用是高层结构设计主要的调节因素，所以，高层结构设计的首要任务是要充分保障结构构件的延性和强度，同时保证结构安全性，这也是充分保障结构构件的延性和强度的基础。

任何一座高层建筑的结构设计，都应在保证结构的经济性、合理性的同时，又应使高层建筑具有足够的安全性，即：具有足够的抗震和抗风能力，具有足够的承载力和变形的能力。

关键词：高层建筑；结构设计；计算分析
前言
随着人们生活水平的不断提高，建筑用地也开始紧张起来。

高层建筑的出现可以有效的缓解城市用地紧张的局面，对于提高人们居住环境与生活水平具有重要的意义与作用。

同时，高层建筑的发展也是城市发展的标志，它是体现一个城市发展水平的重要指南针。

因此，加强对高层建筑的结构设计特点进行分析与研究，对于我国社会发展具有重要的意义。

1合理的概念设计
比数值设计更重要的是概念设计。

概念设计可以充分体现先进的设计思想。

概念设计主要是通过工程实践经验、试验研究、震害教训、力学规律等建立设计对策和设计概念，与量化的计算相比它能更有效
地从总体上提高结构的安全性能，尤其是抗震安全。

概念设计能够正确地解决高层建筑的总体方案，对其作出正确的指导，包括材料的选用和构造处理；结构的平面布置和竖向布置；结构楼面体系的选择；房屋的高宽比；结构抗竖向力体系的选择；变形缝的设置；结构抗侧力体系的选择等问题。

下面主要阐述两点：
1.1结构竖向刚度宜均匀，避免鞭梢效应
为了加大建筑空间而减少剪力墙，或者由于顶部有小面积的凸出或建筑立面有较大的收进，致使建筑立面体型随着高度变化等，都有可能导致结构顶部一部分楼层刚度瞬时变小，这也许会加剧地震时的鞭梢效应，顶部的侧向甩动变形太大也会导致结构破坏，因此进行概念设计时，必须把这些方面的影响进行仔细地思考，在方案设计阶段进行采取加强或调整措施。

总而言之，经过概念设计，应使经济合理，较好满足设计规范的各项要求，力求达到抗震体系选择恰当。

结构适合做成由下向上向心逐渐减小或上下等宽的体型，沿高度向心逐渐减小或结构的抗侧刚度应当沿高度均匀分布是最为重要的。

各层剪力墙的布置严重影响结构竖向刚度的分布。

结构竖向刚度有突变的结构最典型的是框支剪力墙结构，框支层的变形大，容易发生地震震害，为薄弱层。

所以进行结构设计的过程中，不能把大部分或全部剪力墙设计成框架，一定要有一相当数量的落地剪力墙，避免薄弱层引起的震害，将框支剪力墙转换层以上的剪力较均匀的转移到落地剪力墙上。

1.2减少扭转，结构平面布置刚度宜均匀
高层建筑的平面布置应当规则、简单，尽量避免凹进、突出等比
较复杂的平面。

必须注意的是结构平面布置的过程中应该尽量使刚度均匀，即结构的质心与刚心尽量接近，减少地震发生时的扭转，扭转对结构的危害非常之大。

减少结构的扭转：（1）加强结构抵抗扭转的能力；（2）降低地震作用引起的扭转。

平面刚度布置是否均匀关系到能否减少地震作用过程中的扭转作用。

而影响平面刚度分布的主要因素是剪力墙的布置。

不能把剪力墙集中布置在结构平面的一侧或一端。

大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震过程中会产生较大的扭转，而对称布置井筒、剪力墙有利于降低扭转量。

在周边布置刚度很大的框筒，或在周边布置剪力墙等，都有利于抵抗扭转，能增加结构抗扭刚度。

为了降低地震过程中的扭转量，必须考虑平面上质量的分布，质量集中在周边会加大扭转，质量偏心会引起扭转。

2高层建筑结构的设计特点
（1）结构的延性是重要的结构设计标准，与较低矮的楼房相比，高层结构的柔度大一些，当发生地震时会发生较大的变形，为了使结构在塑性阶段具有更强的变形能力，不会倒塌，必须要在结构上采取相应的措施，使结构具有较高的延性。

（2）侧移已经成为控制的指标，与较低矮的楼房相对比，结构的侧移已经成为影响高层结构设计的关键因素。

由于高度的变化，水平荷载使结构的水平侧移迅速增加，所以结构的侧移必须在控制在一定的范围之内。

（3）不能忽略轴向变形，在高层建筑设计中，竖向荷载非常之大，能够使受压柱发生较大的轴向变形，从而使连续梁的弯矩发生不
同的变化，使连续梁中部支座处的受拉弯矩变小，梁端支座处的和跨中的受拉弯矩增大，不仅会影响预制构件的下料长度，需要对下料长度进行调整，还会对构件的侧移和剪力产生影响，会产生不安全的结果。

（4）最为重要的因素是水平荷载，楼房因为自重和楼面使用荷载在竖向构件产生的轴向应力和弯矩与高度成正比。

水平荷载对结构产生倾覆力矩和轴向应力与高度的二次方成正比。

竖向荷载基本上数值的大小不会变化，而水平荷载的数值则变化范围很大。

3高层建筑结构设计应注意的问题
3.1结构选型
对于高层建筑结构而言，在工程设计的结构选型阶段，应注意以下几点：
（1）嵌固端的设置问题。

因为高层建筑往往都带有二层或二层以上的人防或地下室，嵌固端往往设置在人防顶板等位置，也有可能设置在地下室顶板之上，所以在这个问题上，结构设计工程师经常忽略了由嵌固端的设置引起的一系列值得注意的地方，如：在结构整体计算时嵌固端的设置、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端楼板的设计、结构抗震缝设置、嵌固端上下层刚度比的限制与嵌固端位置的协调等相关问题，而忽略任何方面都有导致埋下安全隐患或后期设计工作的大量修改的可能。

（2）结构的超高问题。

在高规与抗规中，关于结构的总高都做了严格的限定，特别在新规范中对于传统的超高问题，除了将旧规范
的限制高度设置为A级的建筑之外，还加入了B级的建筑，所以应该严格注意对结构的该项控制因素，如果建筑为B级建筑或超过了B级，其处理措施和设计方法都会有很大的变化。

在实际设计过程中，曾经出现过因为结构类型的变化而导致该问题被忽略，导致施工图在审查过程中不能通过，需要开专家会议进行论证或必须重新进行设计等工作的情况，对工程造价、工期等的影响非常巨大。

（3）结构的规则性问题。

新规范对这里的内容做出了较大的变动，新规范在这里增加了非常多的限定条件，譬如：嵌固端上下层刚度比信息、平面规则性信息等，另外新规范使用强制性条文，明确指出“建筑不适合采用非常不规则的设计方案”。

所以结构工程师在查阅新规范的限定条件时必须密切关注，以使后期施工图设计阶段工作的顺利进行。

3.2地基与基础设计
在进行地基基础设计时必须认识到地方性规范的重要。

因为我国国土非常广大，地质条件也相当相对较为复杂，作为国家标准，《地基基础设计规范》是没有办法适用于全国各地的地基基础设计，所以建立在部门规章之下的地方性规章。

地方性的“地基基础设计规范”能够把不同地区的地基基础设计处理方法等一些成功的经验规定和描述得更加准确和详细，因此，在地基基础设计的工程中，必须深入学习地方规范和标准，以免对后期设计工作或整个结构设计造成较大的影响。

结构工程师应重视地基与基础的设计，不只是因为此阶段设计的好坏会直接影响后期工作，与此同时地基基础也是所有工程造价
的关键性因素。

所以，如果在这一阶段出现了问题，将可能造成非常严重的后果或无法估量的损失。

3.3结构计算与分析
在结构分析与计算过程中，如何高效、准确地对工程按照规范要求进行设计、处理并进行内力计算，关系到工程设计质量的好坏。

由于新规范对结构整体分析和计算的内容做出了相当多的改进和调整，所以，应该对这一阶段中比较常见的问题有清晰的了解。

（1）振型数目是不是充足。

新规范增添了一个振型参与系数，而且明确指出了这个参数的限值。

因为在旧设计规范里面，并没有提到振型参与系数的，或就算有这个概念，这个参数的限值也不一定与新规范的要求符合，所以，在这个阶段必须分析计算结果中该参数的结果，并且决定是不是要调整振型数目的取值。

（2）地震力是否需要放大，分析建筑隔墙对自振周期的作用。

实际上这部分内容在新老规范中都提到过，不过，新规范中根据大量实测周期明确指出了不同结构体系下高层建筑结构自振周期折减系数的取值。

（3）选择结构整体的计算软件。

当前比较常用的计算软件的种类有很多，但是，由于各软件采用的计算模型有很大的差异，所以导致了各种软件的计算结果都有或大或小的差异。

因此，在对工程整体结构分析和计算时一定要根据计算软件模型的特点和结构类型选择适合的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是意义不大的、哪个是可以作为参考的、哪个是合理的，这是在设计工
作中结构工程师首要的工作。

不然，如果选择了不合适的计算软件，不但有可能使结构有不安全的隐患存在，而且会浪费大量的时间和精力。

如（见表1），即为不同设计软件对同一结构模型进行计算，而得到的不同计算结果。

4结语
高层建筑的结构设计是个复杂的课题。

掌握结构的受力原理和材料的性能，是进行高层建筑结构设计的前提条件。

只有了解各规范条文的宗旨和要求，并在设计中准确应用，融会贯通，才能在设计中不断进步。

参考文献：
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[3]张维岳，徐培福，赵西安，郝锐坤.高层建筑结构设计中的若干问题[J].建筑结构，1981（01）。