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摘要：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，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。本文主要对高层建筑结构设计相关问题进行了简要分析。
关键词：高层建筑；结构设计；原则
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
由于城市化进程的不断加速，高层建筑已成为反映城市经济繁荣和社会进步的重要标志。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
一、高层建筑结构设计概述
1、设计要求
（1）刚度要求。高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。
（2）侧向力。目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
（3）延展性。高层建筑远比多层建筑重要，若要避免建筑在地震等作用下不发生严重倒塌以及给人员延长逃生的时间等问题，就必须在进行混凝土结构的设计时，保证满足刚度和侧向力的要求下，使其结构具备足够的延展性能。
2、设计原则
（1）高层建筑结构方案的选择
合理的结构设计方案对于工程来讲是十分关键的，好的设计方案在满足结构形式和体系的基础上，还要充分考虑造价成本，把经济适用发挥到最大程度。结构体系的最基本的原则是受力明确、传力简单，结构方案尽满足使用、安全要求的基础上，尽量的简洁。在相同的机构单元中的结构体系选择应该统一，如果高层所在的地域地震频发，那么在应力的设计上应该满足平面和竖向的全部规则。最终的结构方案的确定，需要对地理条件，工程设计需求，材料的选择，施工条件进行全面的考量和整合，并且和建筑水、暖、电各个分项相互协调，综合各方面因素进行最后的敲定。
（2）高层建筑结构后计算简图的选择
计算简图是进行高层建筑結构设计的基础，是所有计算数据的出处和根源所在。关系到各环节的建筑尺寸和误差。如果不能选择合理的计算简图，对于结构安全就会埋下隐患。因此，高层建筑结构设计的安全保障前提，就是合理计算简图的选择。同时，在选择了计算简图之后，还应该采用相应的构造方法保证其安全性。在结构的实际施工中，结构节点不单单是钢节点或者铰接点，要使得计算简图的误差在规定的允许范围之内。
（3）计算结构进行准确的分析
科技的发展也推动建筑领域不断的进步，计算机作为现在科技发展的集中产物，自然在建筑结构设计中也得到了广泛的应用。经过几年的发展，市场上的计算机软件种类和数量都大大提升，但问题也随之涌现出来，很多时候，统一种类的计算数据在不用软件中处理产生的结果并不一致。这就对计算数据的准确程度提出了严苛的校对要求，也对结构设计人员的能力提出了更高水平的要求。在全面了解软件的使用范围和条件的基础上，选择最为合理准确的软件也成为设计人员必须完成的课题。与此同时，建筑结构受到各种不可掌控的实际情况制约，与计算机得出的理想结果不能达到完全的吻合，因此在计算机辅助设计的同时，设计人员的主导能力还是最为关键的。另外在计算过程中，应该尽量减少人工输入误差或者软件自身存在缺陷所造成的计算结果不准确，加强得出结果后的校正工作，加以合理的主观判断，得出最终准确有效的计算成果。
（4）高层建筑基础设计的选择
高层建筑的基础设计应该以地质条件作为依据，地层结构的不同，在地基的类型方面也会有所差异。不仅如此，在建筑基础方案的选择方面，还应该充分考虑高层建筑上部的结构类型、荷载的分布特征、施工的技术条件以及相邻的结构物基础之间是否存在影响等方面的因素。基础方案的选择，最终目的是能够使得地基的潜力在最大程度上得到开发和利用。必要的时候，应该以模型的形式对地基的变形情况进行检验。在建筑区域的地质勘探报告有在缺陷时，应该进行现场勘查，参考附近相邻建筑物的基础结构资料，制定出最为合理的基础设计方案。
二、高层建筑结构设计的布置方式
1、平面布置
平面布置的形状相对简单，规则对称，可实现质心、钢心相重合，但当偏心较大时，结构的扭转效应也会增加，从而使端部的构件位移增大，造成应力集中。通常平面不应突出过长。对于扭转大小的问题，可以通过概念设计方法判断得知，其与钢心的质心以及偏心距的计算大体相同，此外还可对结构最远边缘处的最大层间变形与质心处的层间变形进行比较分析，当这一比率超过1.1时则扭转过大，结构就会发生不规则现象。
2、立体布置
立体布置的前提是要求规则均匀。这里的规则指建筑体型规则，如果发生变化，也是渐变体型向着竖直方面发生剧变。这里的均匀指上下体型、承载能力、刚度以及质量分布均匀，这种情况下的变化自然也是均匀的。建筑结构的设计应符合刚度下大上小，从下到上递减的原则。如果下层刚度过小，可能导致下部发生变形，出现薄弱层，甚至造成建筑倒塌的严重后果。即使改变体型的尺寸，也要按照下大上小的规则逐渐改变，切记不可出现过大突变问题。小尺度的收进上部楼层可能时常存在，但应注意对收进尺寸做好限制把握，如果收进部位过高，则收进以后的平面尺寸可能变小，相应的增大了结构的高振型反应。
三、高层建筑结构设计应注意的问题
1、结构选型
（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和地下室，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不会被动。
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，一本《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，所以作为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，必须深入地学习地方规范，以免对后期设计工作或整个结构设计造成较大的影响。结构工程师一直是比较重视地基与基础设计，不只是因为此阶段设计的好坏会直接影响后期工作，与此同时也是由于地基基础也是所有工程造价的关键性因素，所以在这一阶段出现的问题，可能会是非常严重的甚至会造成无法估计的损失。
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和处理并内力，关系到工程设计质量的好坏。因为新规范对结构整体分析和计算的部分内容做出了相当多的改进和调整，所以，对这一阶段中的比较常见的问题必须有清晰的了解。
（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小或大的差异。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。
结束语
随着高层建筑结构规范和抗震规范的不断改进，对高层建筑结构设计的要求也不断提高。这就要求工程设计人员必须充分了解高层建筑结构设计的特点以及设计要点，密切结合设计规范和工程实际情况，不断提高设计水平。
参考文献
[1]李祖钞.高层建筑结构设计中的常见问题探讨[J].建材发展导向，2011.
[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.
[3]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010.
作者简介：
李杰(1982—)男，安徽省池州市东至县人，建筑工程师，本科学历，主要从事工业和民用建筑工程设计工作。
关键词：高层建筑；结构设计；原则
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
由于城市化进程的不断加速，高层建筑已成为反映城市经济繁荣和社会进步的重要标志。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
一、高层建筑结构设计概述
1、设计要求
（1）刚度要求。高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。
（2）侧向力。目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
（3）延展性。高层建筑远比多层建筑重要，若要避免建筑在地震等作用下不发生严重倒塌以及给人员延长逃生的时间等问题，就必须在进行混凝土结构的设计时，保证满足刚度和侧向力的要求下，使其结构具备足够的延展性能。
2、设计原则
（1）高层建筑结构方案的选择
合理的结构设计方案对于工程来讲是十分关键的，好的设计方案在满足结构形式和体系的基础上，还要充分考虑造价成本，把经济适用发挥到最大程度。结构体系的最基本的原则是受力明确、传力简单，结构方案尽满足使用、安全要求的基础上，尽量的简洁。在相同的机构单元中的结构体系选择应该统一，如果高层所在的地域地震频发，那么在应力的设计上应该满足平面和竖向的全部规则。最终的结构方案的确定，需要对地理条件，工程设计需求，材料的选择，施工条件进行全面的考量和整合，并且和建筑水、暖、电各个分项相互协调，综合各方面因素进行最后的敲定。
（2）高层建筑结构后计算简图的选择
计算简图是进行高层建筑結构设计的基础，是所有计算数据的出处和根源所在。关系到各环节的建筑尺寸和误差。如果不能选择合理的计算简图，对于结构安全就会埋下隐患。因此，高层建筑结构设计的安全保障前提，就是合理计算简图的选择。同时，在选择了计算简图之后，还应该采用相应的构造方法保证其安全性。在结构的实际施工中，结构节点不单单是钢节点或者铰接点，要使得计算简图的误差在规定的允许范围之内。
（3）计算结构进行准确的分析
科技的发展也推动建筑领域不断的进步，计算机作为现在科技发展的集中产物，自然在建筑结构设计中也得到了广泛的应用。经过几年的发展，市场上的计算机软件种类和数量都大大提升，但问题也随之涌现出来，很多时候，统一种类的计算数据在不用软件中处理产生的结果并不一致。这就对计算数据的准确程度提出了严苛的校对要求，也对结构设计人员的能力提出了更高水平的要求。在全面了解软件的使用范围和条件的基础上，选择最为合理准确的软件也成为设计人员必须完成的课题。与此同时，建筑结构受到各种不可掌控的实际情况制约，与计算机得出的理想结果不能达到完全的吻合，因此在计算机辅助设计的同时，设计人员的主导能力还是最为关键的。另外在计算过程中，应该尽量减少人工输入误差或者软件自身存在缺陷所造成的计算结果不准确，加强得出结果后的校正工作，加以合理的主观判断，得出最终准确有效的计算成果。
（4）高层建筑基础设计的选择
高层建筑的基础设计应该以地质条件作为依据，地层结构的不同，在地基的类型方面也会有所差异。不仅如此，在建筑基础方案的选择方面，还应该充分考虑高层建筑上部的结构类型、荷载的分布特征、施工的技术条件以及相邻的结构物基础之间是否存在影响等方面的因素。基础方案的选择，最终目的是能够使得地基的潜力在最大程度上得到开发和利用。必要的时候，应该以模型的形式对地基的变形情况进行检验。在建筑区域的地质勘探报告有在缺陷时，应该进行现场勘查，参考附近相邻建筑物的基础结构资料，制定出最为合理的基础设计方案。
二、高层建筑结构设计的布置方式
1、平面布置
平面布置的形状相对简单，规则对称，可实现质心、钢心相重合，但当偏心较大时，结构的扭转效应也会增加，从而使端部的构件位移增大，造成应力集中。通常平面不应突出过长。对于扭转大小的问题，可以通过概念设计方法判断得知，其与钢心的质心以及偏心距的计算大体相同，此外还可对结构最远边缘处的最大层间变形与质心处的层间变形进行比较分析，当这一比率超过1.1时则扭转过大，结构就会发生不规则现象。
2、立体布置
立体布置的前提是要求规则均匀。这里的规则指建筑体型规则，如果发生变化，也是渐变体型向着竖直方面发生剧变。这里的均匀指上下体型、承载能力、刚度以及质量分布均匀，这种情况下的变化自然也是均匀的。建筑结构的设计应符合刚度下大上小，从下到上递减的原则。如果下层刚度过小，可能导致下部发生变形，出现薄弱层，甚至造成建筑倒塌的严重后果。即使改变体型的尺寸，也要按照下大上小的规则逐渐改变，切记不可出现过大突变问题。小尺度的收进上部楼层可能时常存在，但应注意对收进尺寸做好限制把握，如果收进部位过高，则收进以后的平面尺寸可能变小，相应的增大了结构的高振型反应。
三、高层建筑结构设计应注意的问题
1、结构选型
（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和地下室，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不会被动。
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，一本《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，所以作为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，必须深入地学习地方规范，以免对后期设计工作或整个结构设计造成较大的影响。结构工程师一直是比较重视地基与基础设计，不只是因为此阶段设计的好坏会直接影响后期工作，与此同时也是由于地基基础也是所有工程造价的关键性因素，所以在这一阶段出现的问题，可能会是非常严重的甚至会造成无法估计的损失。
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和处理并内力，关系到工程设计质量的好坏。因为新规范对结构整体分析和计算的部分内容做出了相当多的改进和调整，所以，对这一阶段中的比较常见的问题必须有清晰的了解。
（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小或大的差异。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。
结束语
随着高层建筑结构规范和抗震规范的不断改进，对高层建筑结构设计的要求也不断提高。这就要求工程设计人员必须充分了解高层建筑结构设计的特点以及设计要点，密切结合设计规范和工程实际情况，不断提高设计水平。
参考文献
[1]李祖钞.高层建筑结构设计中的常见问题探讨[J].建材发展导向，2011.
[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.
[3]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010.
作者简介：
李杰(1982—)男，安徽省池州市东至县人，建筑工程师，本科学历，主要从事工业和民用建筑工程设计工作。