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摘要：在社会逐渐趋向于现代化发展的背景下，使得复杂高层与超高层建筑也如雨后春笋般不断落成在城市之中，如何做好复杂高层和超高层建筑的结构设计成了设计师们关注的重点。本文就基于以上因素，对复杂高层与超高层建筑结构设计的要点进行相关概述，以期能够为从事建筑结构设计的设计人员提供帮助。
关键词：复杂高层；超高层建筑；结构选型；控制参数；性能化设计
前言：在社会逐渐趋向于现代化发展的背景下，使得复杂高层与超高层建筑也如雨后春笋般不断落成在城市之中。目前我国超高层建筑最高的是“武汉绿地中心”总高度为636米；其次是“深圳平安国际大厦”总高度为646米；排名第三的是“上海中心大厦”总高度为632米。为从根本上确保此类复杂高层与超高层建筑结构的稳定性与使用寿命，以切实巩固与夯实建筑行业在社会主义市场经济中所占据的重要地位，现阶段建筑企业就应将工作的重点放在紧抓复杂高层与超高层建筑结构设计质量上，并为推动起地区间的经济的全面发展奠定坚实的基础。
1、复杂高层与超高层建筑结构选型
复杂高层与超高层建筑较为常见的结构形式包括：钢筋混凝土框架-核心筒结构、钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢框架-钢筋混凝土核心筒结构、钢框架-支撑结构、混合结构、巨型结构等。近年来，新兴的斜网格结构在办公大厦中也有不少成功应用的案例。楼屋盖体系包括：钢—混凝土组合楼盖、钢筋混凝土梁板楼盖、钢筋混凝土预应力楼盖等。基础形式通常可选用桩基础、桩-筏基础、筏板基础、箱型基础等形式。从概念上讲，处于地震设防地区的超高层建筑应该遵循体型简单、规整的原则，在建筑平面和立面上尽量规则。不过，体型规则并不等同于方盒子。优秀的超高层建筑都能够将良好的使用功能、完美的体型和立面与合理的结构布置很好的统一起来。
2、复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制参数
1）轴压比——控制轴压比主要是为了控制结构的延性。《建筑抗震设计规范》[1]及《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]对剪力墙和框架柱均有相应限值要求。
2）周期比——控制周期比是为了控制结构的扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大。模型计算中可以通过增加结构周边抗扭刚度或削弱结构中间刚度来满足周期比的要求。
3） 位移比——控制层间位移比主要是为了控制结构平面的规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
4） 刚度比——主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则按高规予以加强。
5） 刚重比——主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
6） 层间受剪承载力比——控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层应予以加强。
7） 剪重比——剪重比为地震作用与重力荷载代表值的比值。主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当剪重比偏小且与规范限值相差较大时，宜调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。但剪重比过大时，则说明结构的经济技术指标较差。
8） 軸向变形——超高层建筑竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。对于超高层建筑结构，由于层数多，高度高，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使超高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。因此，超高层建筑必须考虑轴向变形对结构的影响。
3、复杂高层与超高层建筑结构抗震性能化设计
3.1 建筑结构工程抗震超限审查范围
我国高层建筑的抗震设计都是基于规范中的分析方法和构造措施。而规范是对较成熟工程实践经验的总结，各种方法如反应谱法和时程分析法等均采用了一系列的假定。如果规则性方面超出规范限值太多时，无法满足这些假定条件，若仍完全按照规范的方法进行设计，将影响计算结果的可靠性。针对这种情况，建设部2002年颁布了《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》[3]（建设部令第111号）文件、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[4]文件，对以下三类高层建筑划定为超限高层建筑，并规定此类建筑必须进行抗震性能化设计。
1）房屋高度超过《抗规》[1]第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度、超过《高规》[2]第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程，即高度超限的高层建筑。
2）房屋高度不超过规定，但建筑结构布置属于《抗规》、《高规》规定的特别不规则的高层建筑工程，即规则性超限的高层建筑，具体见表1，表2，表3。
3）特殊类型高层建筑，以及超限大跨度屋盖结构。
注：深凹进平面在凹口设置连梁，其两侧的变形不同时仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续中的开洞对待，序号a、b不重复计算不规则项；
局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。
3.2 建筑结构性能化设计方法
基于性能的抗震设计方法是一种强调性能控制与资源最优化的设计观念[5][6]。要实现基于性能的抗震设计思想，必须对建筑物在地震作用下的损伤进行有效控制。对于超限高层建筑工程，首先要根据结构复杂和超限程度，综合考虑抗震设防类别、设防烈度、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，确定合理的性能目标，确定关键部位、关键构件在不同地震水准下的承载力、变形和延性等性能设计指标，性能设计指标宜经过必要的试算分析后确定，性能指标不宜太低，否则起不到加强作用；也不宜过高，否则会使造价过高，造成不必要的浪费。抗震性能化设计包括小震作用下弹性分析及弹性时程分析、中震作用下的中震弹性和中震不屈服分析以及大震作用下的静力弹塑性分析和动力弹塑性分析。根据分析结果对薄弱部位提出抗震加强措施以确保结构在各设防烈度下满足预期的抗震性能目标要求。目前国内分析软件有中国建筑科学研究院研发的PKPM（Satwe）软件和SAUSAGE动力弹塑性分析软件、北京迈达斯技术有限公司研发的MIDAS有限元分析软件、北京盈建科软件股份有限公司研发的YJK分析软件。
总结：复杂高层和超高层建筑结构设计是影响综合性极强的工作，在满足建筑使用功能需求的同时，通过全盘考虑的方式采取严格的设计措施和设计途径，提高建筑结构的整体安全性。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准编写委员会.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]中华人民共和国国家标准编写委员会.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011
[3] 《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》（建设部令第111号）
[4]建质[2015]67号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S].北京：中华人共和国住房和城乡建设部，2015
[5]马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题.[J].同济大学学报，2002，30，（12）：1429-1434
[6]徐培福，戴国萤.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究。[J]土木工程学报，2005，38（1）：1-10
关键词：复杂高层；超高层建筑；结构选型；控制参数；性能化设计
前言：在社会逐渐趋向于现代化发展的背景下，使得复杂高层与超高层建筑也如雨后春笋般不断落成在城市之中。目前我国超高层建筑最高的是“武汉绿地中心”总高度为636米；其次是“深圳平安国际大厦”总高度为646米；排名第三的是“上海中心大厦”总高度为632米。为从根本上确保此类复杂高层与超高层建筑结构的稳定性与使用寿命，以切实巩固与夯实建筑行业在社会主义市场经济中所占据的重要地位，现阶段建筑企业就应将工作的重点放在紧抓复杂高层与超高层建筑结构设计质量上，并为推动起地区间的经济的全面发展奠定坚实的基础。
1、复杂高层与超高层建筑结构选型
复杂高层与超高层建筑较为常见的结构形式包括：钢筋混凝土框架-核心筒结构、钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢框架-钢筋混凝土核心筒结构、钢框架-支撑结构、混合结构、巨型结构等。近年来，新兴的斜网格结构在办公大厦中也有不少成功应用的案例。楼屋盖体系包括：钢—混凝土组合楼盖、钢筋混凝土梁板楼盖、钢筋混凝土预应力楼盖等。基础形式通常可选用桩基础、桩-筏基础、筏板基础、箱型基础等形式。从概念上讲，处于地震设防地区的超高层建筑应该遵循体型简单、规整的原则，在建筑平面和立面上尽量规则。不过，体型规则并不等同于方盒子。优秀的超高层建筑都能够将良好的使用功能、完美的体型和立面与合理的结构布置很好的统一起来。
2、复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制参数
1）轴压比——控制轴压比主要是为了控制结构的延性。《建筑抗震设计规范》[1]及《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]对剪力墙和框架柱均有相应限值要求。
2）周期比——控制周期比是为了控制结构的扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大。模型计算中可以通过增加结构周边抗扭刚度或削弱结构中间刚度来满足周期比的要求。
3） 位移比——控制层间位移比主要是为了控制结构平面的规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
4） 刚度比——主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则按高规予以加强。
5） 刚重比——主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
6） 层间受剪承载力比——控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层应予以加强。
7） 剪重比——剪重比为地震作用与重力荷载代表值的比值。主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当剪重比偏小且与规范限值相差较大时，宜调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。但剪重比过大时，则说明结构的经济技术指标较差。
8） 軸向变形——超高层建筑竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。对于超高层建筑结构，由于层数多，高度高，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使超高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。因此，超高层建筑必须考虑轴向变形对结构的影响。
3、复杂高层与超高层建筑结构抗震性能化设计
3.1 建筑结构工程抗震超限审查范围
我国高层建筑的抗震设计都是基于规范中的分析方法和构造措施。而规范是对较成熟工程实践经验的总结，各种方法如反应谱法和时程分析法等均采用了一系列的假定。如果规则性方面超出规范限值太多时，无法满足这些假定条件，若仍完全按照规范的方法进行设计，将影响计算结果的可靠性。针对这种情况，建设部2002年颁布了《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》[3]（建设部令第111号）文件、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[4]文件，对以下三类高层建筑划定为超限高层建筑，并规定此类建筑必须进行抗震性能化设计。
1）房屋高度超过《抗规》[1]第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度、超过《高规》[2]第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程，即高度超限的高层建筑。
2）房屋高度不超过规定，但建筑结构布置属于《抗规》、《高规》规定的特别不规则的高层建筑工程，即规则性超限的高层建筑，具体见表1，表2，表3。
3）特殊类型高层建筑，以及超限大跨度屋盖结构。
注：深凹进平面在凹口设置连梁，其两侧的变形不同时仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续中的开洞对待，序号a、b不重复计算不规则项；
局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。
3.2 建筑结构性能化设计方法
基于性能的抗震设计方法是一种强调性能控制与资源最优化的设计观念[5][6]。要实现基于性能的抗震设计思想，必须对建筑物在地震作用下的损伤进行有效控制。对于超限高层建筑工程，首先要根据结构复杂和超限程度，综合考虑抗震设防类别、设防烈度、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，确定合理的性能目标，确定关键部位、关键构件在不同地震水准下的承载力、变形和延性等性能设计指标，性能设计指标宜经过必要的试算分析后确定，性能指标不宜太低，否则起不到加强作用；也不宜过高，否则会使造价过高，造成不必要的浪费。抗震性能化设计包括小震作用下弹性分析及弹性时程分析、中震作用下的中震弹性和中震不屈服分析以及大震作用下的静力弹塑性分析和动力弹塑性分析。根据分析结果对薄弱部位提出抗震加强措施以确保结构在各设防烈度下满足预期的抗震性能目标要求。目前国内分析软件有中国建筑科学研究院研发的PKPM（Satwe）软件和SAUSAGE动力弹塑性分析软件、北京迈达斯技术有限公司研发的MIDAS有限元分析软件、北京盈建科软件股份有限公司研发的YJK分析软件。
总结：复杂高层和超高层建筑结构设计是影响综合性极强的工作，在满足建筑使用功能需求的同时，通过全盘考虑的方式采取严格的设计措施和设计途径，提高建筑结构的整体安全性。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准编写委员会.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]中华人民共和国国家标准编写委员会.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011
[3] 《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》（建设部令第111号）
[4]建质[2015]67号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S].北京：中华人共和国住房和城乡建设部，2015
[5]马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题.[J].同济大学学报，2002，30，（12）：1429-1434
[6]徐培福，戴国萤.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究。[J]土木工程学报，2005，38（1）：1-10