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摘要：高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，本文阐述了高层建筑的结构特征，对高层建筑结构设计的相关问题进行了分析，总结了高层建筑结构设计控制方法。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；控制
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
钢筋混凝土高层建筑结构设计, 是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程, 任何在这过程中的遗漏或错误, 都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。因此, 在每个结构设计过程中, 都应该进行认真的分析和计算, 并且要不断地进行优化设计,最终达到既经济、合理, 又安全、耐久的结构设计结果。
一、高层建筑的结构特征
1、框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
2、剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌能力强,是一种良好的结构体系,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
3、筒体体系。凡采用筒體为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系。筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度, 各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
二、 高层建筑结构设计的相关问题分析
1、地基的基础设计问题
在建筑设计中，地基基层的设计问题也是制约建筑工程质量的因素。在这一阶段，如果地基的控制出现问题，要依据地方性规范进行处理，并保证地基的整体性控制，最终减少由于地基问题而引起的不必要的损失。
2、短肢剪力墙的设置问题
新规范中对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙。且对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了较多的限制。所以在设计中工程师尽可能的少采用或不采用短肢剪力墙,以免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3、结构的超高问题
建筑工程的高度问题主要体现在建筑物的抗震以及高度控制的规范，因此，对于结构的高度问题需要进行相应的控制与调整。最终保证工程符合整体要求。
4、嵌固端的设置问题
因为高层建筑一般都带有地下室和人防设施,所以嵌固端的位置可能设置在地下室顶板,也可能设置在人防顶板上。在这个问题上,结构设计工程师往往会忽视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、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端上下层刚度比的限制、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题, 忽略其中任何一个方面,都可能导致后期设计工作大量修改或留下安全隐患。
三、高层建筑结构设计控制
在高层建筑结构的设计中，如何精确地设计建筑物并控制进行相应的分析，保证建筑结构的整体完善，要利用一些软件进行相应的调整。这是决定建筑设计好坏的关键因素。要对计算机软件进行系统的选择，以消除结构不安全隐患存在。
1、对于地震的因素控制
地震时，由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动，房屋振动时产生的惯性力就是地震荷载。地震波可能使房屋产生垂直振动与水平振动，但一般对房屋的破坏主要是由水平振动引起，因此，设计中主要考虑水平地震力。地震荷载是惯性力， 因此它的大小除了和结构的质量有关外，还和结构的运动状态有关， 通常把结构的运动状态（各质点的位移、速度、加速度）称为地震反应。地面运动情况可以由地面加速度波形来描述，不同的地震、不同的场地、不同的震中距都会产生不同的地面运动。据观测，在岩石等坚硬地基中，地震波的卓越周期大约是0.1-0.3秒左右，而在深层软土地基中，其卓越周期可能达到1.5-2 秒。这样的周期与一般的建筑物周期(0.3-3 秒)相当接近，因而一般建筑物的地震反应比较明显，在达到一定震动强度时，很容易引起震害。一般情况下，结构较柔，周期加长时，地震力减小。高层建筑具有较长的自振周期，容易跟地震波中的长周期分量发生共振。且地震波在土中传播时，短周期分量衰减迅速，长周期分量则传播较远。大量震害表明：与低层建筑相比，高层建筑受地震影响的范围更广一些，振害后果也更严重一些，特别在软土地基上，更是如此。所以较确切地估计高层建筑的地震作用，是十分必要的。
2、将水平荷载列为结构设计控制的主要因素
在设计上我们对结构内力、位移与高度之间的相互关系进行综合考虑后发现，除了轴向力是与高度之间是正比例关系以外，随着高度的上升，位移和弯矩都不是线性变化的，而是呈现出指数曲线上升形态，从这个角度出发，随着高层建筑层数的增加，对水平荷载的控制显得越来越重要，成为控制的主要因素。实践证明，设计上必须思考水平力作用下结构是否优化，同时该问题对材料的用量也有很大的影响。
3、将侧移作为重要的控制指标
将高层建筑与多层建筑结构设计相比，前者应比后者更多的关注与结构侧移，应将结构侧移作为高层建筑结构设计中的一个关键性的控制因素。相关调查资料显示，侧移的危害是相当大的，是填充墙或建筑装饰开裂或损坏的主要原因，从业主心理来看，居住人员会因为建筑物发生明显侧移而感到不适或惊慌；从结构上看，侧移将给建筑构件带来较大的附加内力，特别是对竖向建筑构件而言，一旦侧向位移有所增大将偏心加剧，使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏，当附加内力值达到一定的数值后将引起整个建筑物的侧塌。理论研究和大量实验表明，随着高层建筑层数的增加，在水平荷载作用下结构的侧移变形呈现出迅速增大状态，所以，在设计上必须将结构在水平荷载作用下的侧移作为重要指标进行严格的控制，必须将其控制在某一限度之内。
4、结构分析与计算
在结构分析与计算阶段, 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和处理, 是决定工程设计质量好坏的关键。
（1）结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE, TAT, TBSA 或ETABS, SAP 等, 但是, 由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异, 因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。
（2）是否需要地震力放大, 考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及, 只是, 在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
（3）振型数目是否足够。在新规范中增加了一个振型参与系数的概念, 并明确提出了该参数的限值。
（4) 多塔之间各地震周期的互相干扰, 是否需要分开计算。一段时间以来, 大底盘, 多塔楼的高层建筑类型大量涌现, 而在计算分析该类型高层建筑时, 是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算, 还是将结构人为地分开进行计算, 是结构工程师必须注意的问题。
总之，高层结构设计时, 要特别重视结构形式的布置, 计算结果的分析, 构件配筋的合理性, 首先从最初始的结构体形布置入手, 层层把关, 使结构设计真正做到刚柔相济, 经济合理, 使高层建筑结构设计在配合建筑功能的基础上, 使之更加经济, 完善合理。
参考文献：
[1]郑志刚.建筑结构体系设计[J]. 民营科技. 2010(07)
[2] 邱海军,倪国葳,秦春霞.浅谈高层建筑混凝土结构设计[J]. 科技创新导报. 2010(05)
[3] 袁小玲. 浅谈高层建筑结构设计的要点[J]. 科技信息, 2011,(15) .
[4] 王续晶. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 价值工程, 2011,(09) .
[5] 徐萍,叶明峰. 抗震概念设计在建筑结构设计中的应用[J]. 江苏建材, 2011,(02) .
关键词：高层建筑；结构设计；问题；控制
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
钢筋混凝土高层建筑结构设计, 是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程, 任何在这过程中的遗漏或错误, 都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。因此, 在每个结构设计过程中, 都应该进行认真的分析和计算, 并且要不断地进行优化设计,最终达到既经济、合理, 又安全、耐久的结构设计结果。
一、高层建筑的结构特征
1、框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
2、剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌能力强,是一种良好的结构体系,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
3、筒体体系。凡采用筒體为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系。筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度, 各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
二、 高层建筑结构设计的相关问题分析
1、地基的基础设计问题
在建筑设计中，地基基层的设计问题也是制约建筑工程质量的因素。在这一阶段，如果地基的控制出现问题，要依据地方性规范进行处理，并保证地基的整体性控制，最终减少由于地基问题而引起的不必要的损失。
2、短肢剪力墙的设置问题
新规范中对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙。且对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了较多的限制。所以在设计中工程师尽可能的少采用或不采用短肢剪力墙,以免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3、结构的超高问题
建筑工程的高度问题主要体现在建筑物的抗震以及高度控制的规范，因此，对于结构的高度问题需要进行相应的控制与调整。最终保证工程符合整体要求。
4、嵌固端的设置问题
因为高层建筑一般都带有地下室和人防设施,所以嵌固端的位置可能设置在地下室顶板,也可能设置在人防顶板上。在这个问题上,结构设计工程师往往会忽视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、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端上下层刚度比的限制、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题, 忽略其中任何一个方面,都可能导致后期设计工作大量修改或留下安全隐患。
三、高层建筑结构设计控制
在高层建筑结构的设计中，如何精确地设计建筑物并控制进行相应的分析，保证建筑结构的整体完善，要利用一些软件进行相应的调整。这是决定建筑设计好坏的关键因素。要对计算机软件进行系统的选择，以消除结构不安全隐患存在。
1、对于地震的因素控制
地震时，由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动，房屋振动时产生的惯性力就是地震荷载。地震波可能使房屋产生垂直振动与水平振动，但一般对房屋的破坏主要是由水平振动引起，因此，设计中主要考虑水平地震力。地震荷载是惯性力， 因此它的大小除了和结构的质量有关外，还和结构的运动状态有关， 通常把结构的运动状态（各质点的位移、速度、加速度）称为地震反应。地面运动情况可以由地面加速度波形来描述，不同的地震、不同的场地、不同的震中距都会产生不同的地面运动。据观测，在岩石等坚硬地基中，地震波的卓越周期大约是0.1-0.3秒左右，而在深层软土地基中，其卓越周期可能达到1.5-2 秒。这样的周期与一般的建筑物周期(0.3-3 秒)相当接近，因而一般建筑物的地震反应比较明显，在达到一定震动强度时，很容易引起震害。一般情况下，结构较柔，周期加长时，地震力减小。高层建筑具有较长的自振周期，容易跟地震波中的长周期分量发生共振。且地震波在土中传播时，短周期分量衰减迅速，长周期分量则传播较远。大量震害表明：与低层建筑相比，高层建筑受地震影响的范围更广一些，振害后果也更严重一些，特别在软土地基上，更是如此。所以较确切地估计高层建筑的地震作用，是十分必要的。
2、将水平荷载列为结构设计控制的主要因素
在设计上我们对结构内力、位移与高度之间的相互关系进行综合考虑后发现，除了轴向力是与高度之间是正比例关系以外，随着高度的上升，位移和弯矩都不是线性变化的，而是呈现出指数曲线上升形态，从这个角度出发，随着高层建筑层数的增加，对水平荷载的控制显得越来越重要，成为控制的主要因素。实践证明，设计上必须思考水平力作用下结构是否优化，同时该问题对材料的用量也有很大的影响。
3、将侧移作为重要的控制指标
将高层建筑与多层建筑结构设计相比，前者应比后者更多的关注与结构侧移，应将结构侧移作为高层建筑结构设计中的一个关键性的控制因素。相关调查资料显示，侧移的危害是相当大的，是填充墙或建筑装饰开裂或损坏的主要原因，从业主心理来看，居住人员会因为建筑物发生明显侧移而感到不适或惊慌；从结构上看，侧移将给建筑构件带来较大的附加内力，特别是对竖向建筑构件而言，一旦侧向位移有所增大将偏心加剧，使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏，当附加内力值达到一定的数值后将引起整个建筑物的侧塌。理论研究和大量实验表明，随着高层建筑层数的增加，在水平荷载作用下结构的侧移变形呈现出迅速增大状态，所以，在设计上必须将结构在水平荷载作用下的侧移作为重要指标进行严格的控制，必须将其控制在某一限度之内。
4、结构分析与计算
在结构分析与计算阶段, 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和处理, 是决定工程设计质量好坏的关键。
（1）结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE, TAT, TBSA 或ETABS, SAP 等, 但是, 由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异, 因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。
（2）是否需要地震力放大, 考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及, 只是, 在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
（3）振型数目是否足够。在新规范中增加了一个振型参与系数的概念, 并明确提出了该参数的限值。
（4) 多塔之间各地震周期的互相干扰, 是否需要分开计算。一段时间以来, 大底盘, 多塔楼的高层建筑类型大量涌现, 而在计算分析该类型高层建筑时, 是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算, 还是将结构人为地分开进行计算, 是结构工程师必须注意的问题。
总之，高层结构设计时, 要特别重视结构形式的布置, 计算结果的分析, 构件配筋的合理性, 首先从最初始的结构体形布置入手, 层层把关, 使结构设计真正做到刚柔相济, 经济合理, 使高层建筑结构设计在配合建筑功能的基础上, 使之更加经济, 完善合理。
参考文献：
[1]郑志刚.建筑结构体系设计[J]. 民营科技. 2010(07)
[2] 邱海军,倪国葳,秦春霞.浅谈高层建筑混凝土结构设计[J]. 科技创新导报. 2010(05)
[3] 袁小玲. 浅谈高层建筑结构设计的要点[J]. 科技信息, 2011,(15) .
[4] 王续晶. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 价值工程, 2011,(09) .
[5] 徐萍,叶明峰. 抗震概念设计在建筑结构设计中的应用[J]. 江苏建材, 2011,(02) .