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摘要：本文总结了高层建筑设计时水平载荷、整体结构侧移、结构延性和建筑的轴向变形等结构特点，并对高层建筑的抗震设计、基础设计和建筑的自重问题做了重点分析。
关键词：高层建筑，结构设计，抗震，基础，自重
随着社会经济和科学技术的飞速发展，建筑设计理论以及建筑施工技术不断完善，建筑材料与施工机械设备的性能不断改进，这为高层建筑的发展提供了良好的条件。但是高层设计是一项十分复杂的工程，涉及体系众多，为了保证建筑设计的科学和合理性，高层建筑的结构设计必须放在设计工作的首位。
一、高层建筑结构设计总体原则
高层建筑结构设计的最终目的就是保证整座建筑的安全与稳定，因此，高层建筑结构设计也要遵循一定的原则：结构计算在计算简图的基础上进行，在结构设计时一定要选择适当的计算简图；在基础设计时，要综合考虑建筑的整体结构、周围环境以及施工条件，并且要有详细的地质勘测报告，选择科学合理的设计方案。计算机飞速发展为工程设计带来方便的同时，也带来了很多工程计算的问题，由于软件和人为的因素，结构工程师要对电算结果认真分析，仔细校对；结构设计必须确保建筑物具有足够的承载力、刚度以及变形能力，对于结构设计中的关键受力构件以及薄弱位置，必须采取合理的构造措施[1]。
二、结构设计的主要特点
1、 高层建筑结构设计中水平荷载成为设计的决定性因素
（a） （b）
图1 高层结构设计的受力和变形示意图
垂直轴向载荷对高层建筑物的设计有很大的影响，但是由受力分析可以看出，水平载荷同样起着很大的作用，并已成为结构设计的控制因素。
高层建筑结构底部所受的竖直向下的轴向力N和倾覆力矩M与高度H之间的关系如下：
结构底部的轴力N = ωH
结构底部的倾覆力矩
M =1/2 qH2 （均布水平荷载）
式中，ω、q分别为沿建筑单位高度的竖向荷载、均布水平荷载。
对于达到一定高度的建筑来说，建筑物的自重在竖直方向上会产生轴力，由于不同的建筑有着不同的结构设计，所以不可避免还会在某些竖直的构件上产生弯矩，这些数值的大小与建筑的高度成正比关系。
2、 高层建筑结构设计中侧移成为设计的控制指标
因为高层建筑与其它较低的建筑有很大的不同，较高的建筑物受到的风载荷比较多，在此作用下结构的侧移会急剧增大，水平位移增加的速度最快。为了有效抵抗高层建筑结构水平载荷产生的结构侧移，必须慎重选择抗侧力结构体系，不仅要有足够的承载力，而且还要有较强的侧向刚度，将侧移控制在一定的范围之内，避免不安全因素的出现[2]。
3、 高层建筑的结构设计中结构延性成为其中重要的设计指标
与普通高度的建筑不同，高层建筑的柔性会更大一些，因此在地震剪切波的作用下，会产生相对较大的变形。为了确保建筑具有较好的抗震特性，要求结构在塑性变形之后仍然具有较强的结构变形能力和较强的能量吸收和耗散能力。
4、 高层建筑的结构设计中的轴向变形不容忽视
对于高层建筑来说，由于建筑比较高，无法避免相对较大的竖向载荷产生，所以就会在柱中引起比较大的、轴向的变形，对建筑中的连续弯梁的弯矩产生一定的影响，进而连续梁中间支座处的负弯矩值就会减小，相反，跨中正弯矩和端支座的负弯矩就会变大。
三、高层建筑结构设计中的要点分析
1、重点考虑有关抗震的设计要求
抗震设计是高层建筑需要重点考虑的问题，建筑在正常使用的时候存在竖向载荷和风载荷等，为了符合抗震设计所有要求，高层建筑必须要有良好的结构抗震性能[3]。使高层建筑能够在小地震中不坏，中度地震可维修，大地震保持不塌，从而避免大量的人员伤亡和财产损失。建筑结构的延性计算是比较困难的，建筑构件需要达到一定的柱轴压比和剪切压比等等，从而达到理想的延性，保证高层建筑的质量。
非抗震设计时，结构构件截面承载力设计表达式为γ0S≤R
式中： γ0 —结构重要性系数。在一、二、三级的情况下，系数分别不小于1.1、1.0 和0.9[4]。
R — 结构构件的承载力设计值。
抗震设计时，其表达式为S≤γRE
式中， γRE — 承载力抗震调整系数。
对钢筋混凝土构件，按表2-1 中的规定采用，当仅考虑竖向地震作用时，各类结构构件的承载力抗震调整系数均采用1.0。
表1 承载力抗震调整系数
构 架
类
别
梁 轴压比小于0.15 的柱 轴压比不小于0.15的柱
剪力墙 各类构
件
节点
受 力状 态 受弯 偏压 偏压 偏压 局部承压 受剪、偏拉 受剪
γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85
在抗震设计中一般采用材料在非抗震设计时的许可强度值，但是必须要引入承载力抗震调整系数γRE 来提高其承载力。对于轴压比小于0.15的偏心受压柱，其承载力抗震调整系数与梁相同[4]。
2、高层建筑基础设计要求
无论高层建筑还是普通建筑，基础设计都是至关重要的。要保证建筑物的基础有足够的抗压强度和足够的稳定性，将地基的变形限制在允许的范围之内，地基的压强设计值P不大于地基的许用承载力设计值F，即
P=[（F+G）/A] ≤F
式中 F — 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值
G — 基础自重和基础上的土重设计值
A — 基础底面面积
F — 地基承载力设计值（是经深度、宽度修正后的地基承载力）
地基的变形计算值Δ不大于地基的允许变形值Δmax。由于基础需要长期在地下容易受到潮湿的环境，有时甚至会受到地下水的浸渍。基础应该采用具有高耐久性的材料，并且在混凝土中应该适当加大钢筋保护工作。要将建筑物整体的刚度和相邻建筑物的影响综合考虑，做到安全、经济并有足够的强度。
3、减轻高层建筑结构的自重
在高层建筑的结构设计中，如何减轻自重是个十分有意义的问题。单从地基的承载能力或桩基的承载能力来考虑，同样的桩基或者地基，在不加基础造价或处理措施的情况下，减轻建筑物的自重，将会有显著的经济效益。同样，减轻建筑物的自重对建筑物提高自身的抗震性能是一个十分有效的办法，比较轻的自重就会使建筑物在地震上下振动时的惯性大幅减弱，从而减弱对基础造成的冲击。高层建筑的重心比较高，由于地震的作用，在建筑物低层会作用很大的倾覆力矩。由于惯性的作用，在竖直方向上，构件会产生比较大的附加轴向力。所以，在保证设计要求的前提下，减轻建筑物自重就显得尤为重要[3]。
四、结语
如今摩天大楼在世界主要城市已经随处可见，高层建筑的结构设计也给工程设计人员带来新的挑战。在高层建筑结构设计中，工程设计人员必须综合考虑各项设计原则和实际因素，确保高层建筑物的结构设计安全，消除设计安全隐患。
参考文献：
[1] 黎藜，李志壵. 高层建筑结构设计浅析[J].中国建筑企业，2011（6）：27-28.
[2] 杨利，席艳. 浅谈高层建筑结构设计的注意事项[J].城市建设理论研究（电子版），2011（16）.
[3] 殷长顺. 高层建筑结构设计要点分析[J].中华民居，2011（3）：154.
[4] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2004.
关键词：高层建筑，结构设计，抗震，基础，自重
随着社会经济和科学技术的飞速发展，建筑设计理论以及建筑施工技术不断完善，建筑材料与施工机械设备的性能不断改进，这为高层建筑的发展提供了良好的条件。但是高层设计是一项十分复杂的工程，涉及体系众多，为了保证建筑设计的科学和合理性，高层建筑的结构设计必须放在设计工作的首位。
一、高层建筑结构设计总体原则
高层建筑结构设计的最终目的就是保证整座建筑的安全与稳定，因此，高层建筑结构设计也要遵循一定的原则：结构计算在计算简图的基础上进行，在结构设计时一定要选择适当的计算简图；在基础设计时，要综合考虑建筑的整体结构、周围环境以及施工条件，并且要有详细的地质勘测报告，选择科学合理的设计方案。计算机飞速发展为工程设计带来方便的同时，也带来了很多工程计算的问题，由于软件和人为的因素，结构工程师要对电算结果认真分析，仔细校对；结构设计必须确保建筑物具有足够的承载力、刚度以及变形能力，对于结构设计中的关键受力构件以及薄弱位置，必须采取合理的构造措施[1]。
二、结构设计的主要特点
1、 高层建筑结构设计中水平荷载成为设计的决定性因素
（a） （b）
图1 高层结构设计的受力和变形示意图
垂直轴向载荷对高层建筑物的设计有很大的影响，但是由受力分析可以看出，水平载荷同样起着很大的作用，并已成为结构设计的控制因素。
高层建筑结构底部所受的竖直向下的轴向力N和倾覆力矩M与高度H之间的关系如下：
结构底部的轴力N = ωH
结构底部的倾覆力矩
M =1/2 qH2 （均布水平荷载）
式中，ω、q分别为沿建筑单位高度的竖向荷载、均布水平荷载。
对于达到一定高度的建筑来说，建筑物的自重在竖直方向上会产生轴力，由于不同的建筑有着不同的结构设计，所以不可避免还会在某些竖直的构件上产生弯矩，这些数值的大小与建筑的高度成正比关系。
2、 高层建筑结构设计中侧移成为设计的控制指标
因为高层建筑与其它较低的建筑有很大的不同，较高的建筑物受到的风载荷比较多，在此作用下结构的侧移会急剧增大，水平位移增加的速度最快。为了有效抵抗高层建筑结构水平载荷产生的结构侧移，必须慎重选择抗侧力结构体系，不仅要有足够的承载力，而且还要有较强的侧向刚度，将侧移控制在一定的范围之内，避免不安全因素的出现[2]。
3、 高层建筑的结构设计中结构延性成为其中重要的设计指标
与普通高度的建筑不同，高层建筑的柔性会更大一些，因此在地震剪切波的作用下，会产生相对较大的变形。为了确保建筑具有较好的抗震特性，要求结构在塑性变形之后仍然具有较强的结构变形能力和较强的能量吸收和耗散能力。
4、 高层建筑的结构设计中的轴向变形不容忽视
对于高层建筑来说，由于建筑比较高，无法避免相对较大的竖向载荷产生，所以就会在柱中引起比较大的、轴向的变形，对建筑中的连续弯梁的弯矩产生一定的影响，进而连续梁中间支座处的负弯矩值就会减小，相反，跨中正弯矩和端支座的负弯矩就会变大。
三、高层建筑结构设计中的要点分析
1、重点考虑有关抗震的设计要求
抗震设计是高层建筑需要重点考虑的问题，建筑在正常使用的时候存在竖向载荷和风载荷等，为了符合抗震设计所有要求，高层建筑必须要有良好的结构抗震性能[3]。使高层建筑能够在小地震中不坏，中度地震可维修，大地震保持不塌，从而避免大量的人员伤亡和财产损失。建筑结构的延性计算是比较困难的，建筑构件需要达到一定的柱轴压比和剪切压比等等，从而达到理想的延性，保证高层建筑的质量。
非抗震设计时，结构构件截面承载力设计表达式为γ0S≤R
式中： γ0 —结构重要性系数。在一、二、三级的情况下，系数分别不小于1.1、1.0 和0.9[4]。
R — 结构构件的承载力设计值。
抗震设计时，其表达式为S≤γRE
式中， γRE — 承载力抗震调整系数。
对钢筋混凝土构件，按表2-1 中的规定采用，当仅考虑竖向地震作用时，各类结构构件的承载力抗震调整系数均采用1.0。
表1 承载力抗震调整系数
构 架
类
别
梁 轴压比小于0.15 的柱 轴压比不小于0.15的柱
剪力墙 各类构
件
节点
受 力状 态 受弯 偏压 偏压 偏压 局部承压 受剪、偏拉 受剪
γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85
在抗震设计中一般采用材料在非抗震设计时的许可强度值，但是必须要引入承载力抗震调整系数γRE 来提高其承载力。对于轴压比小于0.15的偏心受压柱，其承载力抗震调整系数与梁相同[4]。
2、高层建筑基础设计要求
无论高层建筑还是普通建筑，基础设计都是至关重要的。要保证建筑物的基础有足够的抗压强度和足够的稳定性，将地基的变形限制在允许的范围之内，地基的压强设计值P不大于地基的许用承载力设计值F，即
P=[（F+G）/A] ≤F
式中 F — 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值
G — 基础自重和基础上的土重设计值
A — 基础底面面积
F — 地基承载力设计值（是经深度、宽度修正后的地基承载力）
地基的变形计算值Δ不大于地基的允许变形值Δmax。由于基础需要长期在地下容易受到潮湿的环境，有时甚至会受到地下水的浸渍。基础应该采用具有高耐久性的材料，并且在混凝土中应该适当加大钢筋保护工作。要将建筑物整体的刚度和相邻建筑物的影响综合考虑，做到安全、经济并有足够的强度。
3、减轻高层建筑结构的自重
在高层建筑的结构设计中，如何减轻自重是个十分有意义的问题。单从地基的承载能力或桩基的承载能力来考虑，同样的桩基或者地基，在不加基础造价或处理措施的情况下，减轻建筑物的自重，将会有显著的经济效益。同样，减轻建筑物的自重对建筑物提高自身的抗震性能是一个十分有效的办法，比较轻的自重就会使建筑物在地震上下振动时的惯性大幅减弱，从而减弱对基础造成的冲击。高层建筑的重心比较高，由于地震的作用，在建筑物低层会作用很大的倾覆力矩。由于惯性的作用，在竖直方向上，构件会产生比较大的附加轴向力。所以，在保证设计要求的前提下，减轻建筑物自重就显得尤为重要[3]。
四、结语
如今摩天大楼在世界主要城市已经随处可见，高层建筑的结构设计也给工程设计人员带来新的挑战。在高层建筑结构设计中，工程设计人员必须综合考虑各项设计原则和实际因素，确保高层建筑物的结构设计安全，消除设计安全隐患。
参考文献：
[1] 黎藜，李志壵. 高层建筑结构设计浅析[J].中国建筑企业，2011（6）：27-28.
[2] 杨利，席艳. 浅谈高层建筑结构设计的注意事项[J].城市建设理论研究（电子版），2011（16）.
[3] 殷长顺. 高层建筑结构设计要点分析[J].中华民居，2011（3）：154.
[4] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2004.