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摘要：随着高层建筑的快速发展，如何做好高层建筑的结构设计，解决可能出现的问题，是设计人员面临的一个重要课题。高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。本文对高层建筑结构设计中的几个问题进行探讨。
关键词：高层建筑；受力性能；结构设计；分析
Abstract: with the rapid development of high-rise buildings, how to do the structure design of high-rise building, solve the problems that may arise, is an important issue facing designers. High-rise building structure design should not only ensure the high-rise building with adequate security, should also guarantee the economic, reasonable structure. This paper discusses several problems in the structure design of high-rise building.
Key words: high-rise building; mechanical properties; structure design; analysis
中图分类号： [TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1高层建筑结构设计的意义及依据
1.1概念设计的意义高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
1.2概念设计的依据高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
2高层建筑结构设计的几个问题
2.1高层建筑结构受力性能
对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
2.2高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态，也可尽量提高结构周边刚度，削弱结构中间部位的刚度，这样可以减轻结构的扭转。
工程实例：佛山市南海区丹灶镇云山峰景项目某住宅
该工程为典型的不规则平面形式，该栋住宅总高55米，设防烈度为7度，场地土为II类，风荷载为0.5KN/m2。
该工程在方案阶段剪力墙布置如下图（1），中间核心筒剪力墙较多，周边刚度较弱，结果如图（2）显示，第一周期为扭转为主，扭转刚度明显比较弱。对该结构布置进行调整，减少中间核心筒剪力墙，加强周边梁刚度，如图（3），计算结果如图（4）显示，第一周期变为平动为主，扭转刚度得到明显改善。
图（1）
图（2）
图（3）
图（4）
2.3高层建筑结构设计中的侧移和振动周期
建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
（1）结构自振周期高层建筑的自振周期（T 1）宜在下列范围内：
框架结构：T1=（0.1—0.15）N框一剪、框筒结构：T1=（0.08-0.12）N剪力墙、筒中筒结构：TI=（0.04—0.10）N N为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：
第二周期：T2=（1／3—1／5）T1；第三周期：T3＝（1／5—1／7）T1.
（2）共振问题当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。
（3）水平位移特征水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。
2.4位移限值、剪重比及单位面积重度
（1）位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移（包括层间位移和顶点位移）是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大（或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡），以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。
（2）剪重比及单位面积重度结构的剪重比（也即水平地震剪力系数）λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标。其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024.0.040；扭转效应明显或基本周期<3.5 s的结构剪重比则分别为0.016，0.032，0.064.单位面积重度v0＝G／A（kN／㎡）是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输入是否正确的一个重要指标。式中的G由以下几部分，即结构构件自重、楼面建筑面层及天棚抹灰（或吊顶）重、填充墙（包括抹面层）重和楼面使用荷载组成；A则一般以地面以上的建筑面积总和计算，以便有一个相对准确的比较标准。定性地分析比较r 0值的大小，可得出以下结果，即一般内部隔墙多的建筑（比如住宅）大于间隔墙少的建筑（比如敝开式办公室）；层数多的建筑略大于层数少的同性质建筑}设防烈度高的建筑大干设防烈度低的同性质同规模建筑，剪力墙多的建筑大于剪力墙少甚至仅为框架的建筑。一般高层建筑的单位面积重度在10－18kN／㎡之间，除个别较特别的以外，多数在15kN／㎡左右。
以上两个指标不仅在施工图设计阶段，而且在初步设计阶段都是非常重要的数据，其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，结构布置（包括构件截面确定）是否合理，电算数据输入是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心，更不可认为是无关紧要的。
3重点提高结构重要部位的延性
为了提高高层建筑的抗震能力和抗倒塌能力，在结构设计时应该尽可能的提高所有构件的延展性。但是在具体操作中，想要完全做到这一点是不切实际的。因而，通常会选择提高结构中重要构件或是某些构件中的一些关键部位的延性。
在竖向结构对于刚度沿高度均匀分布、结构比较简单的高层建筑，在提高延性时主要侧重于底部构件；对于底盘较大的高层建筑，在结构设计时應该着重提高主楼和裙楼屋面相衔接处构件的延性；对框支结构则要重点加强底部几层或是底层框架的延性；而对于那些不规则立面的高层建筑，要注意提高形体突变处构件的延性。
在结构平面位置上，应该注意建筑周边转角处、平面突变处和复杂平面各翼相接处构件的延性；对偏心结构，则主要是加大建筑物周边特别是刚度较差一侧构件的延性；对那些有多道抗震防线抗侧力构件，在结构设计时要着重加大第一道防线构件的延性。
4结语
随着高层建筑的快速发展，在高层建筑的结构设计中都可能会遇见各种问题。这就需要工程设计人员不断的提高自身的知识和业务能力，结合高层建筑工程的具体状况，对结构设计中的各项问题进行合理分析和科学判断，并运用恰当的方法进行处理和完善，保证高层建筑结构的设计质量。
参考文献
[1] 安海峰. 论高层建筑结构设计研究[J]. 中小企业管理与科技, 2010, (11) .
[2] 刘伟琼. 关于高层建筑结构设计探析[J]. 中国新技术新产品, 2011, (03)
关键词：高层建筑；受力性能；结构设计；分析
Abstract: with the rapid development of high-rise buildings, how to do the structure design of high-rise building, solve the problems that may arise, is an important issue facing designers. High-rise building structure design should not only ensure the high-rise building with adequate security, should also guarantee the economic, reasonable structure. This paper discusses several problems in the structure design of high-rise building.
Key words: high-rise building; mechanical properties; structure design; analysis
中图分类号： [TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1高层建筑结构设计的意义及依据
1.1概念设计的意义高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
1.2概念设计的依据高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
2高层建筑结构设计的几个问题
2.1高层建筑结构受力性能
对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
2.2高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态，也可尽量提高结构周边刚度，削弱结构中间部位的刚度，这样可以减轻结构的扭转。
工程实例：佛山市南海区丹灶镇云山峰景项目某住宅
该工程为典型的不规则平面形式，该栋住宅总高55米，设防烈度为7度，场地土为II类，风荷载为0.5KN/m2。
该工程在方案阶段剪力墙布置如下图（1），中间核心筒剪力墙较多，周边刚度较弱，结果如图（2）显示，第一周期为扭转为主，扭转刚度明显比较弱。对该结构布置进行调整，减少中间核心筒剪力墙，加强周边梁刚度，如图（3），计算结果如图（4）显示，第一周期变为平动为主，扭转刚度得到明显改善。
图（1）
图（2）
图（3）
图（4）
2.3高层建筑结构设计中的侧移和振动周期
建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
（1）结构自振周期高层建筑的自振周期（T 1）宜在下列范围内：
框架结构：T1=（0.1—0.15）N框一剪、框筒结构：T1=（0.08-0.12）N剪力墙、筒中筒结构：TI=（0.04—0.10）N N为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：
第二周期：T2=（1／3—1／5）T1；第三周期：T3＝（1／5—1／7）T1.
（2）共振问题当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。
（3）水平位移特征水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。
2.4位移限值、剪重比及单位面积重度
（1）位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移（包括层间位移和顶点位移）是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大（或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡），以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。
（2）剪重比及单位面积重度结构的剪重比（也即水平地震剪力系数）λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标。其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024.0.040；扭转效应明显或基本周期<3.5 s的结构剪重比则分别为0.016，0.032，0.064.单位面积重度v0＝G／A（kN／㎡）是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输入是否正确的一个重要指标。式中的G由以下几部分，即结构构件自重、楼面建筑面层及天棚抹灰（或吊顶）重、填充墙（包括抹面层）重和楼面使用荷载组成；A则一般以地面以上的建筑面积总和计算，以便有一个相对准确的比较标准。定性地分析比较r 0值的大小，可得出以下结果，即一般内部隔墙多的建筑（比如住宅）大于间隔墙少的建筑（比如敝开式办公室）；层数多的建筑略大于层数少的同性质建筑}设防烈度高的建筑大干设防烈度低的同性质同规模建筑，剪力墙多的建筑大于剪力墙少甚至仅为框架的建筑。一般高层建筑的单位面积重度在10－18kN／㎡之间，除个别较特别的以外，多数在15kN／㎡左右。
以上两个指标不仅在施工图设计阶段，而且在初步设计阶段都是非常重要的数据，其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，结构布置（包括构件截面确定）是否合理，电算数据输入是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心，更不可认为是无关紧要的。
3重点提高结构重要部位的延性
为了提高高层建筑的抗震能力和抗倒塌能力，在结构设计时应该尽可能的提高所有构件的延展性。但是在具体操作中，想要完全做到这一点是不切实际的。因而，通常会选择提高结构中重要构件或是某些构件中的一些关键部位的延性。
在竖向结构对于刚度沿高度均匀分布、结构比较简单的高层建筑，在提高延性时主要侧重于底部构件；对于底盘较大的高层建筑，在结构设计时應该着重提高主楼和裙楼屋面相衔接处构件的延性；对框支结构则要重点加强底部几层或是底层框架的延性；而对于那些不规则立面的高层建筑，要注意提高形体突变处构件的延性。
在结构平面位置上，应该注意建筑周边转角处、平面突变处和复杂平面各翼相接处构件的延性；对偏心结构，则主要是加大建筑物周边特别是刚度较差一侧构件的延性；对那些有多道抗震防线抗侧力构件，在结构设计时要着重加大第一道防线构件的延性。
4结语
随着高层建筑的快速发展，在高层建筑的结构设计中都可能会遇见各种问题。这就需要工程设计人员不断的提高自身的知识和业务能力，结合高层建筑工程的具体状况，对结构设计中的各项问题进行合理分析和科学判断，并运用恰当的方法进行处理和完善，保证高层建筑结构的设计质量。
参考文献
[1] 安海峰. 论高层建筑结构设计研究[J]. 中小企业管理与科技, 2010, (11) .
[2] 刘伟琼. 关于高层建筑结构设计探析[J]. 中国新技术新产品, 2011, (03)