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摘 要：本文主要分析了高层建筑结构设计的基本特点和主要步骤，并针对高层建筑结构设计中的选型设计与抗震设计进行了分析。
关键词：高层建筑; 结构设计；特点及步骤
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
城市化进程的发展，使得高层建筑不断涌现，高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面體形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。我们只有掌握了建筑结构体系的特点才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用。本文就高层建筑结构设计的要点进行初步探讨。
1 高层建筑的特点
( 1) 一般来说，在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。但高层建筑太多、太密集也会对城市带来热岛效应，玻璃幕墙过多的高层建筑群还可能造成光污染现象等。
( 2) 在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。
( 3) 在高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样就会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层建筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。
2 高层建筑结构设计的基本特点
( 1) 高层建筑的水平荷载已成为决定性要素。由于高层建筑的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和建筑高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和建筑高度的二次方成正比关系。因此，对于高层建筑来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷载之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。
( 2) 高层建筑的轴向变形不可忽视。高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度做出调整。
( 3) 侧移已经成为控制性指标。与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为建筑物的高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
( 4) 结构延性成为重要的设计指标之一。相对一般建筑来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大。为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。
3 高层建筑结构设计的步骤
( 1) 确定合理的基础设计方案。一般来说，高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。在设计时，要在最大限度上发挥出地基之潜力，在必要时还要地基变形方面的计算。在基础设计阶段，就要形成完整的地质勘察材料，对于部分缺乏地质报告的建筑物，也要实施现场查看，并参考附近建筑物的相关资料。
( 2) 确定最合适的结构方案。成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系。结构体系不仅要受力明确，而且要传力便捷，相同结构单元不应当混用各不相同的结构体系。因此，一定要对工程设计要求、材料供应及施工情况做出综合分析，和水、暖、电等一起开展协商，并以此为基础开展结构选型，并确定合理的结构方案。
( 3) 确定合适的计算简图。结构计算主要是在计算简图基础之上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。计算简图应当有一定的构造来进行保证。因为实际结构之节点不会是单纯的刚结，但是，计算简图误差要控制在允许的范围内。
4 高层建筑结构的选型设计
在高层建筑的结构设计中，结构选型阶段要注意以下三点:
( 1) 要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。
( 2) 要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新做出设计，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。
5 高层建筑的抗震设计
高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。
6 结论
总之，高层建筑结构设计的任务极为繁重，设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，只有这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。
关键词：高层建筑; 结构设计；特点及步骤
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
城市化进程的发展，使得高层建筑不断涌现，高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面體形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。我们只有掌握了建筑结构体系的特点才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用。本文就高层建筑结构设计的要点进行初步探讨。
1 高层建筑的特点
( 1) 一般来说，在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。但高层建筑太多、太密集也会对城市带来热岛效应，玻璃幕墙过多的高层建筑群还可能造成光污染现象等。
( 2) 在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。
( 3) 在高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样就会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层建筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。
2 高层建筑结构设计的基本特点
( 1) 高层建筑的水平荷载已成为决定性要素。由于高层建筑的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和建筑高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和建筑高度的二次方成正比关系。因此，对于高层建筑来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷载之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。
( 2) 高层建筑的轴向变形不可忽视。高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度做出调整。
( 3) 侧移已经成为控制性指标。与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为建筑物的高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
( 4) 结构延性成为重要的设计指标之一。相对一般建筑来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大。为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。
3 高层建筑结构设计的步骤
( 1) 确定合理的基础设计方案。一般来说，高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。在设计时，要在最大限度上发挥出地基之潜力，在必要时还要地基变形方面的计算。在基础设计阶段，就要形成完整的地质勘察材料，对于部分缺乏地质报告的建筑物，也要实施现场查看，并参考附近建筑物的相关资料。
( 2) 确定最合适的结构方案。成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系。结构体系不仅要受力明确，而且要传力便捷，相同结构单元不应当混用各不相同的结构体系。因此，一定要对工程设计要求、材料供应及施工情况做出综合分析，和水、暖、电等一起开展协商，并以此为基础开展结构选型，并确定合理的结构方案。
( 3) 确定合适的计算简图。结构计算主要是在计算简图基础之上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。计算简图应当有一定的构造来进行保证。因为实际结构之节点不会是单纯的刚结，但是，计算简图误差要控制在允许的范围内。
4 高层建筑结构的选型设计
在高层建筑的结构设计中，结构选型阶段要注意以下三点:
( 1) 要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。
( 2) 要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新做出设计，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。
5 高层建筑的抗震设计
高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。
6 结论
总之，高层建筑结构设计的任务极为繁重，设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，只有这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。