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摘要：近几年来，高层建筑在我国特别是一些大城市如雨后春笋般出现，不断增加。随着高层建筑快速发展的需求，建筑的高度也日益增加，导致设计难度不断增加。建筑功能及类型也变得越来越复杂，同时结构体系也比以前多样化，高层建筑的初步结构设计也逐渐成为工程师设计工作的重点和难点。本文通过对高层初步结构设计的影响因素及结构体系做了探讨。
关键词：高层建筑 初步结构设计 影响因素
0 引言
高层建筑是在人民生活需求与社会生产的需要而出现的，是现代城市化、商业化和工业化的必然结果。随着科学技术水平不断提高，出现的高强度轻质材料和建筑中机械化、电气化的实现，因此，提供给了高层建筑发展所需要的物质基础及技术条件。但随着高层建筑结构高度的增加和复杂程度不断变难，也给高层建筑结构设计带来了更多新课题与更高水平的挑战。因此，如何设计一个安全的、经济合理的、功能齐全及舒适美观的高层建筑， 既能符合人们精神生活的追求，又能满足人们生产的需要，这是建筑结构设计师们不得不面对及要解决的首要问题。因此，本文简要的进行了对高层建筑的结构初步设计一些要点的探讨。
一、高层建筑初步结构设计要考虑的因素
1.水平荷载因素
所有的建筑结构，都要承受着垂直荷载及由风产生的水平荷载，而本身又要具备抵抗地震作用的功能。一般的低层楼房，通常只需要考虑以重力为代表的竖向荷载进行结构设计，而由水平荷载产生的无论是内力还是位移都很小，结构所受到影响也相对较小；但在高楼大厦这般建筑，尽管初步结构设计要考虑垂直载荷的重要影响，可是对高层建筑起着决定性作用的却是水平荷载。随着楼层数量的不断增加，水平荷载越发成为控制结构设计的因素。因为一方面， 楼房本身重量及楼面产生的荷载，对垂直构件所引起的轴力与弯矩的数值与建筑的高度成正比；而结构受水平荷载产生的倾覆力矩及在竖直的构件中所造成的轴力，却与楼房高度的平方成正比；而另一方面， 对一指定高度楼房，来自垂直荷载的风荷载及受地震作用，其数值与结构的动态特性的不同，而产生较大幅度的变化。某一高层结构中，如果竖向荷载对竖构件中发生的轴向力为N，水平荷载为q，其中对结构产生的倾覆力矩为M，建筑高度取H，它们之间存在的关系式如下：
竖直荷载 N =WH
水平倒三角荷载 M = 1/3qH2
水平均布荷载 M = 1/2qH2
其中， W是作用在楼房每米高度上的竖向荷载（kN/m）
2.轴向变形因素
在竖向荷载大的高层建筑，其柱不仅可以导致比较大的轴向变形，也会造成连续梁弯矩受到很大的影响，并最终减少中间支承连续梁负弯矩值，加大跨中正弯矩值及末端轴承负弯矩值。此外， 还会对预制构件中的下料的长度造成影响，因此，在下料长度的调整过程中，应根据计算轴向变形的值。
3、侧移因素
高层建筑和较低的或多层建筑有所不同， 在高层结构设计中结构侧移是一关键因素，横向结构在设计时，高层结构已经成为一个关键的因素。随着楼层数量的增加，结构受水平荷载下的侧向变形快速增大，同时和建筑物高度的4次成正比。目前，高層建筑的高度在增加、高强度轻质材料的应用、新结构体系和新的建筑形式的出现，侧向位移的快速增大，所以，在设计过程中不但要使结构有足够的强度，同时也要有足够强的抗推刚度，做到在水平荷载下结构侧移被控制在一定的限度，不然将出现以下情况：
（1）由于侧移产生的附加内力较大，对竖向构件的侧向位移增大时，会造成偏心加剧，而产生的附加内力值大于一定数值时，则将导致房屋侧塌。
（2）让人感觉不适或造成恐慌。
（3） 造成填充墙及建筑装饰出现开裂或损坏现象，造成电梯轨道受影响导致不能正常操作。
（4）造成主体结构构件产生裂缝，甚至受到损坏。
4.刚度比
刚度比是一个重要的指标进行控制垂直不规则结构。在《抗震规范》及《高规》提出，有关软件提供有关刚度比三种计算方式，分别是剪弯刚度、剪切刚度及地震力和对应的层间位移比。正确对三种计算刚度比的方法及适用范围，这是刚度比计算的关键所在。
二、高层建筑的结构体系
1. 框架结构体系
在结构体系上，早期大多数是采用框架结构。因为它对平面布置灵活且空间大，可以满足多功能的需要，所以成为了高层建筑主要的结构形式。但由于框架结构能产生的侧向刚度较小，在一般节点连接的侧风或地震作用下，将会有出现较大的变形。因此，对这种结构形式在高度建设及层数结构形式上有了限制。
2.剪力墙结构体系
在建筑的更高层数的要求下，并结合住房、公寓及酒店对单开间的需求，就使到较高层数的剪力墙结构的出现。剪力墙结构的侧向刚度良好及平面布置规整，根据功能要求，建造一个自底向上的现浇钢筋混凝土剪力墙，用它来抗侧风和地震所起到的作用是很不错的，因此，它允许建筑物出现的高度明显高于框架结构。但注意的是墙中水平分布及竖向分布的钢筋直径应大于8mm，而间距不能大于300mm，温度应力及收缩应力较大的位置，要适当加粗。在水平分布的钢筋沿墙两个侧面是要双排式布置同时要用拉筋连系，而拉筋的直径要大于6mm，间距又要小于600mm。钢筋水平分布及竖向分布的最小配筋率都要达到0.2%，并在重要部位要适当有所提高。
但剪力墙结构本身也存在缺陷，就是平面布置的灵活性较差，而且在使用上也有一定限制性。因此，它的适用范围不是很大，只是适用于住房、公寓和酒店等建筑，现在我国大多数的高层住宅建筑都是采用剪力墙结构为主。
3.框架联合剪力墙结构体系
建筑功能它比较有灵活性，又可以满足强风与地震作用下的考验， 把框架结构与剪力墙结构两者的优点结合起来，形成框架-剪力墙这一结构体系。因为架结构的优点是布置灵活，而剪力墙结构则有较好的抗侧力功能，通过两者结合后形成的结构体系可符合一般建筑功能的要求， 设置一些剪力墙在适当的位置，既符合建筑布置需要，同时也是结构抗侧力的需要。因此，在结合之后，框架-剪力墙结构体系有了更宽的范围和适应高度，是一种比较好用的结构系统，并有了广泛应用。
三、高层建筑结构设计与构造要求
框架-剪力墙结构中的框架与剪力墙截面的设计，不但要满足框架截面设计与剪力墙截面设计的原则，还应该重视以下要求：
1. 框架适用高度、抗震等级及高宽比的调整
在进行抗震设计时， 要使框架与剪力墙双方共同承担地震作用下对房屋的倾覆力。如果由框架承担超过倾覆力矩的50%时，也就是说框架部分占了主要地位。50%以上的倾覆力矩，部分描述框架已经在主要的位置，应加强抗震能力的储备。合适的高度及高宽比的取值，可在框架结构与剪力墙结构两者之间取值，按框架部分所承担的总倾覆力矩百分比而定，当这个百分比接近0时，则取接近剪力墙结构的高宽比与适用高度，当百分比接近100%时，则取接近框架结构的适用高度与高宽比。
2.框架剪力墙的框架总剪力调整
在框架-剪力墙结构中，柱与剪力墙相比抗剪刚度是很小的，因此在地震作用下， 主要是由剪力墙来承担起楼层因地震造成的总剪力，而框架柱承担的只是很小一的部分，所以，框架由于地震效应所引起的内力是很小的，但框架是抵抗地震第二防线，不能过于单薄，为了确保框架部分具备一定的抗震能力，要求使框架部分能承担的地震剪力不能小于一定值。然而框架剪力的调整要以楼层剪力达到楼层最小剪力系数为前提，才能去进行调整。
四、 结束语
高层建筑设计难度及复杂性要比普通的多层建筑难得多，不管是建筑的使用功能还是结构安全性、体系合理性及设备配套等都有着更高的要求。同时结构专业如何才能做得更好，这是我们应该继续深入研究的课题，所以我们要通过总结过去的设计经验， 向前辈学习以及吸收设计同行的优点和先进的技术，以不断提高自身的设计水平，是我们不断奋斗的目标。
参考文献
[1]阴 杰.高层建筑结构设计若干问题分析[J].山西建筑，2008
[2]王全凤.高层建筑结构力学分析的进展[J].力学与实践，1994
[3]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技.2007.
关键词：高层建筑 初步结构设计 影响因素
0 引言
高层建筑是在人民生活需求与社会生产的需要而出现的，是现代城市化、商业化和工业化的必然结果。随着科学技术水平不断提高，出现的高强度轻质材料和建筑中机械化、电气化的实现，因此，提供给了高层建筑发展所需要的物质基础及技术条件。但随着高层建筑结构高度的增加和复杂程度不断变难，也给高层建筑结构设计带来了更多新课题与更高水平的挑战。因此，如何设计一个安全的、经济合理的、功能齐全及舒适美观的高层建筑， 既能符合人们精神生活的追求，又能满足人们生产的需要，这是建筑结构设计师们不得不面对及要解决的首要问题。因此，本文简要的进行了对高层建筑的结构初步设计一些要点的探讨。
一、高层建筑初步结构设计要考虑的因素
1.水平荷载因素
所有的建筑结构，都要承受着垂直荷载及由风产生的水平荷载，而本身又要具备抵抗地震作用的功能。一般的低层楼房，通常只需要考虑以重力为代表的竖向荷载进行结构设计，而由水平荷载产生的无论是内力还是位移都很小，结构所受到影响也相对较小；但在高楼大厦这般建筑，尽管初步结构设计要考虑垂直载荷的重要影响，可是对高层建筑起着决定性作用的却是水平荷载。随着楼层数量的不断增加，水平荷载越发成为控制结构设计的因素。因为一方面， 楼房本身重量及楼面产生的荷载，对垂直构件所引起的轴力与弯矩的数值与建筑的高度成正比；而结构受水平荷载产生的倾覆力矩及在竖直的构件中所造成的轴力，却与楼房高度的平方成正比；而另一方面， 对一指定高度楼房，来自垂直荷载的风荷载及受地震作用，其数值与结构的动态特性的不同，而产生较大幅度的变化。某一高层结构中，如果竖向荷载对竖构件中发生的轴向力为N，水平荷载为q，其中对结构产生的倾覆力矩为M，建筑高度取H，它们之间存在的关系式如下：
竖直荷载 N =WH
水平倒三角荷载 M = 1/3qH2
水平均布荷载 M = 1/2qH2
其中， W是作用在楼房每米高度上的竖向荷载（kN/m）
2.轴向变形因素
在竖向荷载大的高层建筑，其柱不仅可以导致比较大的轴向变形，也会造成连续梁弯矩受到很大的影响，并最终减少中间支承连续梁负弯矩值，加大跨中正弯矩值及末端轴承负弯矩值。此外， 还会对预制构件中的下料的长度造成影响，因此，在下料长度的调整过程中，应根据计算轴向变形的值。
3、侧移因素
高层建筑和较低的或多层建筑有所不同， 在高层结构设计中结构侧移是一关键因素，横向结构在设计时，高层结构已经成为一个关键的因素。随着楼层数量的增加，结构受水平荷载下的侧向变形快速增大，同时和建筑物高度的4次成正比。目前，高層建筑的高度在增加、高强度轻质材料的应用、新结构体系和新的建筑形式的出现，侧向位移的快速增大，所以，在设计过程中不但要使结构有足够的强度，同时也要有足够强的抗推刚度，做到在水平荷载下结构侧移被控制在一定的限度，不然将出现以下情况：
（1）由于侧移产生的附加内力较大，对竖向构件的侧向位移增大时，会造成偏心加剧，而产生的附加内力值大于一定数值时，则将导致房屋侧塌。
（2）让人感觉不适或造成恐慌。
（3） 造成填充墙及建筑装饰出现开裂或损坏现象，造成电梯轨道受影响导致不能正常操作。
（4）造成主体结构构件产生裂缝，甚至受到损坏。
4.刚度比
刚度比是一个重要的指标进行控制垂直不规则结构。在《抗震规范》及《高规》提出，有关软件提供有关刚度比三种计算方式，分别是剪弯刚度、剪切刚度及地震力和对应的层间位移比。正确对三种计算刚度比的方法及适用范围，这是刚度比计算的关键所在。
二、高层建筑的结构体系
1. 框架结构体系
在结构体系上，早期大多数是采用框架结构。因为它对平面布置灵活且空间大，可以满足多功能的需要，所以成为了高层建筑主要的结构形式。但由于框架结构能产生的侧向刚度较小，在一般节点连接的侧风或地震作用下，将会有出现较大的变形。因此，对这种结构形式在高度建设及层数结构形式上有了限制。
2.剪力墙结构体系
在建筑的更高层数的要求下，并结合住房、公寓及酒店对单开间的需求，就使到较高层数的剪力墙结构的出现。剪力墙结构的侧向刚度良好及平面布置规整，根据功能要求，建造一个自底向上的现浇钢筋混凝土剪力墙，用它来抗侧风和地震所起到的作用是很不错的，因此，它允许建筑物出现的高度明显高于框架结构。但注意的是墙中水平分布及竖向分布的钢筋直径应大于8mm，而间距不能大于300mm，温度应力及收缩应力较大的位置，要适当加粗。在水平分布的钢筋沿墙两个侧面是要双排式布置同时要用拉筋连系，而拉筋的直径要大于6mm，间距又要小于600mm。钢筋水平分布及竖向分布的最小配筋率都要达到0.2%，并在重要部位要适当有所提高。
但剪力墙结构本身也存在缺陷，就是平面布置的灵活性较差，而且在使用上也有一定限制性。因此，它的适用范围不是很大，只是适用于住房、公寓和酒店等建筑，现在我国大多数的高层住宅建筑都是采用剪力墙结构为主。
3.框架联合剪力墙结构体系
建筑功能它比较有灵活性，又可以满足强风与地震作用下的考验， 把框架结构与剪力墙结构两者的优点结合起来，形成框架-剪力墙这一结构体系。因为架结构的优点是布置灵活，而剪力墙结构则有较好的抗侧力功能，通过两者结合后形成的结构体系可符合一般建筑功能的要求， 设置一些剪力墙在适当的位置，既符合建筑布置需要，同时也是结构抗侧力的需要。因此，在结合之后，框架-剪力墙结构体系有了更宽的范围和适应高度，是一种比较好用的结构系统，并有了广泛应用。
三、高层建筑结构设计与构造要求
框架-剪力墙结构中的框架与剪力墙截面的设计，不但要满足框架截面设计与剪力墙截面设计的原则，还应该重视以下要求：
1. 框架适用高度、抗震等级及高宽比的调整
在进行抗震设计时， 要使框架与剪力墙双方共同承担地震作用下对房屋的倾覆力。如果由框架承担超过倾覆力矩的50%时，也就是说框架部分占了主要地位。50%以上的倾覆力矩，部分描述框架已经在主要的位置，应加强抗震能力的储备。合适的高度及高宽比的取值，可在框架结构与剪力墙结构两者之间取值，按框架部分所承担的总倾覆力矩百分比而定，当这个百分比接近0时，则取接近剪力墙结构的高宽比与适用高度，当百分比接近100%时，则取接近框架结构的适用高度与高宽比。
2.框架剪力墙的框架总剪力调整
在框架-剪力墙结构中，柱与剪力墙相比抗剪刚度是很小的，因此在地震作用下， 主要是由剪力墙来承担起楼层因地震造成的总剪力，而框架柱承担的只是很小一的部分，所以，框架由于地震效应所引起的内力是很小的，但框架是抵抗地震第二防线，不能过于单薄，为了确保框架部分具备一定的抗震能力，要求使框架部分能承担的地震剪力不能小于一定值。然而框架剪力的调整要以楼层剪力达到楼层最小剪力系数为前提，才能去进行调整。
四、 结束语
高层建筑设计难度及复杂性要比普通的多层建筑难得多，不管是建筑的使用功能还是结构安全性、体系合理性及设备配套等都有着更高的要求。同时结构专业如何才能做得更好，这是我们应该继续深入研究的课题，所以我们要通过总结过去的设计经验， 向前辈学习以及吸收设计同行的优点和先进的技术，以不断提高自身的设计水平，是我们不断奋斗的目标。
参考文献
[1]阴 杰.高层建筑结构设计若干问题分析[J].山西建筑，2008
[2]王全凤.高层建筑结构力学分析的进展[J].力学与实践，1994
[3]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技.2007.