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摘要：本文通过结合笔者从事结构设计实践经验，针对高层建筑结构的受力性能、设计要点、及其计算分析等进行了深入探讨，以有效地完善高层建筑结构设计，为同行提供参考借鉴。
关键词：高层建筑；结构设计；结构体系；计算分析
Abstract: in this article, through combining the practical experience in structure design, structure in high-rise building the mechanical properties, the key points of design, and its calculation and analysis are discussed thoroughly, to effectively improve high-rise building structural design, as to provide a reference for counterparts.
Keywords: high building; Structure design; Structure system; Calculation and analysis
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
引言
随着用地日渐紧张，高层建筑得到了迅速发展。同时新技术的不用创新，使得高层建筑结构的发展得以实现。但鉴于建筑高度的不断增加以及建筑形态的不断复杂化，这些都为高层建筑结构设计带来了新的挑战。而通过工程实践表明，从概念设计以及设计要点上来把握高层结构设计，可为其得以实现提供了基础，现通过结合实践经验，提出高层建筑结构设计时各方面的设计要点，为同行所参考。
高层建筑结构受力性能
建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。而对于高层建筑来说，竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的，但随着高度的不断增加，使得高层建筑的竖向结构体系成为设计的控制因素，这主要是由高层建筑结构的受力性能所决定。其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑结构设计中，所考虑的不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯与抵抗变形的能力。显然，从高层建筑结构的的受力性能来看，高层结构的设计应当重点考虑以下几点大方向，然后分别就这些设计原则来从设计措施出发给予加强。
（1）水平荷载成为决定因素。一方面， 因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值， 仅与楼房高度的一次方成正比； 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力， 是与楼房高度的两次方成正比； 另一方面，对某一定高度楼房来说， 竖向荷载大体上是定值， 而作为水平荷载的风荷载和地震作用， 其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
（2）大的轴向变形。在高层建筑中，鉴于其竖向荷载数值很大，导致柱引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响造成连续梁中问支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响， 要求根据轴向变形计算值对下料长度进行调整； 另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
（3）应当注重侧移。高层结构与较低楼房不同之处在于，高层结构的侧向位移相当显著，其是高层建筑结构设计中的关键因素。尤其是随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
（4）应当重视结构延性。相对于较低建筑来说，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力， 避免倒塌， 特别需要在构造上采取恰当的措施， 来保证结构具有足够的延性。
结构计算分析
如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进， 因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。而目前对于高层建筑结构整体计算的软件选择，比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA 或ETABS、SAP 等，由于各软件在采用的计算模型上存在一定差异，导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个是意义不大的。
高层结构设计要点
4.1如何有效降低结构扭转
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，尤其是对于高层结构设计时应当要求建筑三心尽可能汇于一点。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为了有效地避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破壞，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。同时有可能建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时应尽可能使结构处于对称状态。
4.2如何有效限制侧向位移
高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H 的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H 限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移△u/H 的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
4.3如何有效限制周期比
结构周期反映了结构体系的柔刚性，周期越长表明了该结构的整体刚度越柔，同时结构的位移也就越大。显然控制结构的位移与控制结构的周期是同一性质的，结构位移与结构周期是息息相关的，前者随后者的增大而单调增长。抗震规范和高规还提出了对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比的限定规定。对于侧向刚度沿竖向分布基本均匀的较规则结构，其规律性较强，扭转为主的第一周期Tt和平动为主的第一周期T1都比较好确定，但是对于平面或竖向布置不规则的结构，则难以直观地确定Tt和T1。为了便于设计人员执行这条规定，通过在软件中增加了根据振动方向因子判断各振型的振动形态功能和主振型判断功能。
4.4如何正确设置短肢剪力墙
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，以有效地避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
4.5嵌固端的设置问题
目前对于高层建筑来说都会设置有地下室或者人防，因此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，对于嵌固端的设置问题上，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，如嵌固端楼板的设计、 嵌固端上下层刚度比的限制、 嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而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。
结语
新高规和新抗震规范的改进，对高层建筑结构设计的要求不断地完善。但对于高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加，这些都为高层结构设计带来了新的挑战。作为工程设计人员必须充分地理解新规范软件的编制原理，密切结合新规范和工程实际情况，只有概念清晰，采取合适的设计措施，才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
[1] 陈磊. 高层建筑结构分析与设计[J]. 黑龙江科技信息，2002，(03)：35～39.
[2] 吴综泽. 高层建筑结构设计与概况设计[J]. 广东科技，2011，(06)：78～80.
[3] 朱克炎，马会军. 高层建筑结构设计浅析[J].山西建筑，2009，(03)：111～113.
关键词：高层建筑；结构设计；结构体系；计算分析
Abstract: in this article, through combining the practical experience in structure design, structure in high-rise building the mechanical properties, the key points of design, and its calculation and analysis are discussed thoroughly, to effectively improve high-rise building structural design, as to provide a reference for counterparts.
Keywords: high building; Structure design; Structure system; Calculation and analysis
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
引言
随着用地日渐紧张，高层建筑得到了迅速发展。同时新技术的不用创新，使得高层建筑结构的发展得以实现。但鉴于建筑高度的不断增加以及建筑形态的不断复杂化，这些都为高层建筑结构设计带来了新的挑战。而通过工程实践表明，从概念设计以及设计要点上来把握高层结构设计，可为其得以实现提供了基础，现通过结合实践经验，提出高层建筑结构设计时各方面的设计要点，为同行所参考。
高层建筑结构受力性能
建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。而对于高层建筑来说，竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的，但随着高度的不断增加，使得高层建筑的竖向结构体系成为设计的控制因素，这主要是由高层建筑结构的受力性能所决定。其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑结构设计中，所考虑的不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯与抵抗变形的能力。显然，从高层建筑结构的的受力性能来看，高层结构的设计应当重点考虑以下几点大方向，然后分别就这些设计原则来从设计措施出发给予加强。
（1）水平荷载成为决定因素。一方面， 因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值， 仅与楼房高度的一次方成正比； 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力， 是与楼房高度的两次方成正比； 另一方面，对某一定高度楼房来说， 竖向荷载大体上是定值， 而作为水平荷载的风荷载和地震作用， 其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
（2）大的轴向变形。在高层建筑中，鉴于其竖向荷载数值很大，导致柱引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响造成连续梁中问支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响， 要求根据轴向变形计算值对下料长度进行调整； 另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
（3）应当注重侧移。高层结构与较低楼房不同之处在于，高层结构的侧向位移相当显著，其是高层建筑结构设计中的关键因素。尤其是随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
（4）应当重视结构延性。相对于较低建筑来说，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力， 避免倒塌， 特别需要在构造上采取恰当的措施， 来保证结构具有足够的延性。
结构计算分析
如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进， 因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。而目前对于高层建筑结构整体计算的软件选择，比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA 或ETABS、SAP 等，由于各软件在采用的计算模型上存在一定差异，导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个是意义不大的。
高层结构设计要点
4.1如何有效降低结构扭转
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，尤其是对于高层结构设计时应当要求建筑三心尽可能汇于一点。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为了有效地避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破壞，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。同时有可能建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时应尽可能使结构处于对称状态。
4.2如何有效限制侧向位移
高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H 的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H 限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移△u/H 的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
4.3如何有效限制周期比
结构周期反映了结构体系的柔刚性，周期越长表明了该结构的整体刚度越柔，同时结构的位移也就越大。显然控制结构的位移与控制结构的周期是同一性质的，结构位移与结构周期是息息相关的，前者随后者的增大而单调增长。抗震规范和高规还提出了对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比的限定规定。对于侧向刚度沿竖向分布基本均匀的较规则结构，其规律性较强，扭转为主的第一周期Tt和平动为主的第一周期T1都比较好确定，但是对于平面或竖向布置不规则的结构，则难以直观地确定Tt和T1。为了便于设计人员执行这条规定，通过在软件中增加了根据振动方向因子判断各振型的振动形态功能和主振型判断功能。
4.4如何正确设置短肢剪力墙
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，以有效地避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
4.5嵌固端的设置问题
目前对于高层建筑来说都会设置有地下室或者人防，因此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，对于嵌固端的设置问题上，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，如嵌固端楼板的设计、 嵌固端上下层刚度比的限制、 嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而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。
结语
新高规和新抗震规范的改进，对高层建筑结构设计的要求不断地完善。但对于高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加，这些都为高层结构设计带来了新的挑战。作为工程设计人员必须充分地理解新规范软件的编制原理，密切结合新规范和工程实际情况，只有概念清晰，采取合适的设计措施，才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
[1] 陈磊. 高层建筑结构分析与设计[J]. 黑龙江科技信息，2002，(03)：35～39.
[2] 吴综泽. 高层建筑结构设计与概况设计[J]. 广东科技，2011，(06)：78～80.
[3] 朱克炎，马会军. 高层建筑结构设计浅析[J].山西建筑，2009，(03)：111～113.