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摘要：随着我国经济的快速提升，以及城市化的的迅速发展，建筑的类型与功能多样化，高度不断增加，形成了不同的结构体系；高层建筑成为成为城市的主要标志，高层结构设计也随之成为结构工程师设计工作的主要工作，结合高层建筑结构设计，浅析建筑结构设计中重点和难点应注意的问题。
关键词：高层建筑；概念设计；构件设计；结构设计；结构分析问题
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
引言
建筑结构设计是对建筑结构形式的总体把握，它涉及专业多，环节复杂，工作强度大，工作难度大，是一项复杂的综合性业务，需要设计人员在进行结构方案设计时对其有系统的概念把握。
1 建筑结构设计的基本要求
1.1 结构形式
建筑的划分标准，基本上以建筑使用功能、建筑材料、结构形式等进行分类。根据建筑使用功能的不同，可大体上划分为工业建筑和民用建筑，民用建筑又可分为住宅建筑和公共建筑；根据建筑物材料的不同，可以划分为混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构等；根据建结构形式的不同，可以划分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒体结构等。高层建筑结构形式主要以剪力墙为主，并根据建筑使用功能要求，进行结构形式的变化。
1.2 高层建筑结构的设计要求
1.2.1整体设计要求
整体设计指标是建筑结构设计的基本要求，是进行结构构件设计的前提，必须认真对待。
1.2.2构件设计要求
在进行建筑物结构构件设计时，首先，结构构件要进行在极限状态的承载能力的计算，在满足承载能力的要求下，可以保证结构的安全性；其次是要进行正常状态下承载能力的计算，保证结构能满足建筑功能的正常发挥，同时，实现建筑专业对建筑物的设计构想。
2建筑结构分析应注意的问题
2.1建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架柱、剪力墙等）通过水平构件（楼盖）连接构成的大型空间结构体系，要想完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。以下是常见的一些基本假定：
2.1.1弹性假定：目前，工程上使用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是，在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移而出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。如果此时仍按弹性方法计算内力和位移，则不能反映结构的真实工作状态，而应按弹塑性动力分析方法进行设计。
2.1.2小变形假定：小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。有不少研究人员对几何非线性问题（P-Δ效应）进行了研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时，则P-Δ效应的影响就不能忽视。
2.1.3刚性楼板假定：许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法，并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来讲，对于框架體系和剪力墙体系，采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，如楼板刚度较小、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，则楼板变形的影响较大，特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可对这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
2.1.4计算图形的假定：高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要是三维空间分析。二维协同分析并未考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度，对于具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度；按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲。
2.2建筑结构的计算机分析方法
2.2.1框架-剪力墙结构：框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大多采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式也不相同。框架-剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
2.2.2剪力墙结构：剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。按受力特性的不同，单片剪力墙可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。剪力墙的类型不同，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法，此法较为精确，而且适用于各类剪力墙。但由于其自由度较多,机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
2.2.3筒体结构：按照对计算模型处理手法的不同，筒体结构的分析方法可分为3类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只进行几何分布上的连续化，以便应用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上来分析。这类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型,是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆薄壁杆系矩阵位移法。这种方法是将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构，空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度,比空间杆增加了1个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。三维空间分析的精度较高，但其未知量较多,计算量较大，在不引入其他假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw（Nc、Nw为柱及墙肢数目）。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层的总自由度数降为3（Nc+Nw）+4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
3 建筑结构设计存在的问题及对策
3.1建筑结构概念设计方面的问题及对策
概念设计是结构设计人员的知识和经验的主要体现，从总体上决定结构设计中的基本问题。对于新人及不善于总结的结构设计人员来说，概念设计问题有点高深并不知如何在设计过程中把握。由于设计周期短，有些设计人员在设计过程中,满足于照抄照搬并加以适当的改动, 或者盲目套用其他地方的建筑结构设计，以完成任务。
结构设计中要主要把握好以下几个方面的问题：根据建筑使用功能、房屋高度、地理位置、设防地震等级，选择合理的结构类型；建筑结构主要所受的外力因素，竖向荷载与水平荷载对不同结构体系的受力特点；竖向荷载与水平荷载的传力途径；结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部分和薄弱环节；预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围；抗震房屋应设计成具有高延性的耗能结构，并具有多道防线。
3.2结构构件设计方面的问题及对策
建筑结构构件设计中，往往会出现构件的超筋现象，结构设计人员就在不停地调整模型，找不到问题的关键所在，耗费大量的时间和精力，也没有提升设计水平，对于这种普遍存在的现象，介绍几个结构设计中易出现的问题，以起到抛砖引玉的作用。
结构设计当中，梁、柱、墙肢等构件会出现不同的超限现象，引起超限的几个关键因素有这么几个：结构构件的剪跨比、剪压比和轴压比等。
剪跨比、剪压比和轴压比是判断梁、柱和墙肢等抗侧力构件抗震性能的重要指标。剪跨比用于区分变形特征和变形能力，剪压比用于限制内力，保证延性，轴压比是判断柱和墙肢等抗侧力构件抗震延性的另一重要指标。
4 结语
建筑结构设计的关键在于，简单直接、刚柔相济、整体统一。在设计中要从整体问题考虑，统筹安排，抓住问题关键。当然这些要求需要扎实的理论知识和丰富的经验，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。
通过加深对建筑结构设计原则与实际建筑任务相结合,从结构设计中不断总结工程经验,可以有效地提高结构设计专业水平。
参考文献：
1 李国胜编著 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例（第二版）
2 国家标准建筑抗震设计规范GB50011-2010
3 行业标准 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010
4 付旭东.建筑结构设计中应注意的问题浅析[J].今日科苑，2010（8）.
5 姜牛.建筑结构设计中应注意的问题浅析[J].价值工程，2010（36）.
关键词：高层建筑；概念设计；构件设计；结构设计；结构分析问题
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
引言
建筑结构设计是对建筑结构形式的总体把握，它涉及专业多，环节复杂，工作强度大，工作难度大，是一项复杂的综合性业务，需要设计人员在进行结构方案设计时对其有系统的概念把握。
1 建筑结构设计的基本要求
1.1 结构形式
建筑的划分标准，基本上以建筑使用功能、建筑材料、结构形式等进行分类。根据建筑使用功能的不同，可大体上划分为工业建筑和民用建筑，民用建筑又可分为住宅建筑和公共建筑；根据建筑物材料的不同，可以划分为混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构等；根据建结构形式的不同，可以划分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒体结构等。高层建筑结构形式主要以剪力墙为主，并根据建筑使用功能要求，进行结构形式的变化。
1.2 高层建筑结构的设计要求
1.2.1整体设计要求
整体设计指标是建筑结构设计的基本要求，是进行结构构件设计的前提，必须认真对待。
1.2.2构件设计要求
在进行建筑物结构构件设计时，首先，结构构件要进行在极限状态的承载能力的计算，在满足承载能力的要求下，可以保证结构的安全性；其次是要进行正常状态下承载能力的计算，保证结构能满足建筑功能的正常发挥，同时，实现建筑专业对建筑物的设计构想。
2建筑结构分析应注意的问题
2.1建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架柱、剪力墙等）通过水平构件（楼盖）连接构成的大型空间结构体系，要想完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。以下是常见的一些基本假定：
2.1.1弹性假定：目前，工程上使用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是，在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移而出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。如果此时仍按弹性方法计算内力和位移，则不能反映结构的真实工作状态，而应按弹塑性动力分析方法进行设计。
2.1.2小变形假定：小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。有不少研究人员对几何非线性问题（P-Δ效应）进行了研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时，则P-Δ效应的影响就不能忽视。
2.1.3刚性楼板假定：许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法，并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来讲，对于框架體系和剪力墙体系，采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，如楼板刚度较小、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，则楼板变形的影响较大，特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可对这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
2.1.4计算图形的假定：高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要是三维空间分析。二维协同分析并未考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度，对于具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度；按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲。
2.2建筑结构的计算机分析方法
2.2.1框架-剪力墙结构：框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大多采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式也不相同。框架-剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
2.2.2剪力墙结构：剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。按受力特性的不同，单片剪力墙可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。剪力墙的类型不同，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法，此法较为精确，而且适用于各类剪力墙。但由于其自由度较多,机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
2.2.3筒体结构：按照对计算模型处理手法的不同，筒体结构的分析方法可分为3类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只进行几何分布上的连续化，以便应用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上来分析。这类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型,是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆薄壁杆系矩阵位移法。这种方法是将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构，空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度,比空间杆增加了1个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。三维空间分析的精度较高，但其未知量较多,计算量较大，在不引入其他假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw（Nc、Nw为柱及墙肢数目）。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层的总自由度数降为3（Nc+Nw）+4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
3 建筑结构设计存在的问题及对策
3.1建筑结构概念设计方面的问题及对策
概念设计是结构设计人员的知识和经验的主要体现，从总体上决定结构设计中的基本问题。对于新人及不善于总结的结构设计人员来说，概念设计问题有点高深并不知如何在设计过程中把握。由于设计周期短，有些设计人员在设计过程中,满足于照抄照搬并加以适当的改动, 或者盲目套用其他地方的建筑结构设计，以完成任务。
结构设计中要主要把握好以下几个方面的问题：根据建筑使用功能、房屋高度、地理位置、设防地震等级，选择合理的结构类型；建筑结构主要所受的外力因素，竖向荷载与水平荷载对不同结构体系的受力特点；竖向荷载与水平荷载的传力途径；结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部分和薄弱环节；预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围；抗震房屋应设计成具有高延性的耗能结构，并具有多道防线。
3.2结构构件设计方面的问题及对策
建筑结构构件设计中，往往会出现构件的超筋现象，结构设计人员就在不停地调整模型，找不到问题的关键所在，耗费大量的时间和精力，也没有提升设计水平，对于这种普遍存在的现象，介绍几个结构设计中易出现的问题，以起到抛砖引玉的作用。
结构设计当中，梁、柱、墙肢等构件会出现不同的超限现象，引起超限的几个关键因素有这么几个：结构构件的剪跨比、剪压比和轴压比等。
剪跨比、剪压比和轴压比是判断梁、柱和墙肢等抗侧力构件抗震性能的重要指标。剪跨比用于区分变形特征和变形能力，剪压比用于限制内力，保证延性，轴压比是判断柱和墙肢等抗侧力构件抗震延性的另一重要指标。
4 结语
建筑结构设计的关键在于，简单直接、刚柔相济、整体统一。在设计中要从整体问题考虑，统筹安排，抓住问题关键。当然这些要求需要扎实的理论知识和丰富的经验，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。
通过加深对建筑结构设计原则与实际建筑任务相结合,从结构设计中不断总结工程经验,可以有效地提高结构设计专业水平。
参考文献：
1 李国胜编著 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例（第二版）
2 国家标准建筑抗震设计规范GB50011-2010
3 行业标准 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010
4 付旭东.建筑结构设计中应注意的问题浅析[J].今日科苑，2010（8）.
5 姜牛.建筑结构设计中应注意的问题浅析[J].价值工程，2010（36）.