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摘要：随着城市化进程的加剧，人口与用地之间的矛盾日益突出，城市建筑不可避免的向着高层化发展。由此，带来了高层建筑结构设计的一系列问题。论文主要阐述了高层建筑体系的选型问题，并重点分析了高层建筑在结构设计中所受到的影响。
关键词：建筑；结构设计；高层
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
国人对高层建筑有着由衷的喜爱，把它看做城市综合力量的体现。在世界著名的特高建筑中，我国占有绝大部分比例。高层建筑结构设计所遇到的问题远远比想象中的复杂。不仅仅是抗震，抗风性，还要满足自身的使用性能。其实，高层建筑作为未来的建筑趋势，必然会引起人们的关注，我们也应该拿出足够的精力来对待这个问题。
1 高层建筑的特性
高层建筑不仅仅是低矮建筑加高这么简单，而是有着更为复杂的结构体系。在进行相关的结构设计工程中，要考虑以下几个要素：
建筑的支撑结构。
高层建筑要承受更大的应力，所以其基体和承重墙要有足够的强度。在进行相关建筑材料的选择过程中，要考虑到抗震性能、抗老化性能。越高的建筑对防风性能的要求就越高。高层建筑建筑中的承重和支持系统比普通建筑占有更大的比重。
1.2 建筑的后勤保障结构。
包括供水、防火、电气管线与逃生系统。建筑越高，对供水与逃生系统的要求就要越高。在发生灾害时，要保障人员能够在最短的时间撤离危险区域。高层建筑中的使用人员对电气系统的要求更严格，如果大楼的电气系统出现问题，会影响到更多的人。
建筑的附加结构。
高层建筑的结构设计缺乏灵活性，即一次设计就要满足以后几十年的使用要求。所以，在建筑的具体设计阶段工程师会大胆的加入新的因素。近几年出现的智能化建筑与高层建筑是紧密联系的，一些节能化建筑材料更多的应用在高层建筑中。
2 高层建筑的设计原则
2.1 选用适当的计算简图
结构简图的选择要符合实际施工要求，因为结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故的发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2.2 选择合适的基础方案
高层建筑对地基的要求更为严格，所以选择合适的基础方案显得尤为重要。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。
2.3 合理选择结构方案
合适的结构施工方案不仅要满足建筑使用的科学性、安全性与美观性的要求，还要考虑到经济性能、施工的便利性与复杂性。施工方案的确定是与当地社会实际紧密联系的，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
2.4 正确分析计算结果
在结构设计中的数据采集与计算会产生误差，而由于计算机的使用，不同设计软件也会出现不同的计算结果。这就要求工程师系统的分析计算误差，找出在计算中不严谨的地方，尤其注意數据现场采集的严谨性与输入的准确性，避免因为人工误差和软件本身缺陷而造成的计算失误。
2.5 采取相应的构造措施
结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能，适当的加强薄弱部位的保护力度。注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度。结合当地实际自然条件，考虑到温度变化对建筑材料的影响。
3 高层建筑结构分析与设计特点
3.1 轴向变形产生的应力不容忽视
通常在低层建筑结构分析中,只考虑弯矩项,因为轴力项影响很小,而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,情况就不同了。由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显着的改变。对连续粱弯矩的影响:采用框架体系和框一墙体系的高楼中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力, 中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种差异轴向变形将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷, 从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。对构件剪力和侧移的影响,与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较,不考虑竖杆件轴向变形时,各构件水平剪力的平均误差达30%以上,结构顶点侧移减小一半以上。
3.2 水平载荷是设计重点
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载及风荷载这样的水平荷载，还要承受地震作用。在较低楼房中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计,水平荷载产生的内力和位移很小,对结构的影响也就较小；但在较高楼房中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响,水平荷载却起着决定性的作用。一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩, 以及由此在竖构件中所引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比；另一方面,对某一高度楼房来说,竖向荷载大体是定值；而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3.3 结构侧移成为控制指标
与低层建筑不同, 结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素,随着楼层高度的增加,水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时,不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗侧刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,保证良好的居住和工作条件。
3.4 结构延性是重要因素
相对低层结构而言,高层结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采以恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
4 高层建筑结构设计问题及对策
4.1 结构的超高问题
高层建筑对于标高有着严格的限制，新的设计规范对于建筑超高的处理措施有了较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
4.2 短肢剪力墙的设置问题
新的设计规范对短肢剪力墙在高层建筑的应用增加了许多限制，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
4.3 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
5 总结
论文分析了高层建筑结构设计的特点及容易出现问题的地方，并结合作者自身的工作经验提出改良建议。随着我国城市化进程的加剧，越来越多的高层建筑必然会出现在我们的生活中。建筑结构设计师要结合新的设计规范，系统的分析出现的问题，才能设计并最终建造出高质量的精品工程。
参考文献
[1]梅洪元，付本臣．中国高层建筑创作理论发展研究[R]．高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2006.
[2]赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2007.
关键词：建筑；结构设计；高层
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
国人对高层建筑有着由衷的喜爱，把它看做城市综合力量的体现。在世界著名的特高建筑中，我国占有绝大部分比例。高层建筑结构设计所遇到的问题远远比想象中的复杂。不仅仅是抗震，抗风性，还要满足自身的使用性能。其实，高层建筑作为未来的建筑趋势，必然会引起人们的关注，我们也应该拿出足够的精力来对待这个问题。
1 高层建筑的特性
高层建筑不仅仅是低矮建筑加高这么简单，而是有着更为复杂的结构体系。在进行相关的结构设计工程中，要考虑以下几个要素：
建筑的支撑结构。
高层建筑要承受更大的应力，所以其基体和承重墙要有足够的强度。在进行相关建筑材料的选择过程中，要考虑到抗震性能、抗老化性能。越高的建筑对防风性能的要求就越高。高层建筑建筑中的承重和支持系统比普通建筑占有更大的比重。
1.2 建筑的后勤保障结构。
包括供水、防火、电气管线与逃生系统。建筑越高，对供水与逃生系统的要求就要越高。在发生灾害时，要保障人员能够在最短的时间撤离危险区域。高层建筑中的使用人员对电气系统的要求更严格，如果大楼的电气系统出现问题，会影响到更多的人。
建筑的附加结构。
高层建筑的结构设计缺乏灵活性，即一次设计就要满足以后几十年的使用要求。所以，在建筑的具体设计阶段工程师会大胆的加入新的因素。近几年出现的智能化建筑与高层建筑是紧密联系的，一些节能化建筑材料更多的应用在高层建筑中。
2 高层建筑的设计原则
2.1 选用适当的计算简图
结构简图的选择要符合实际施工要求，因为结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故的发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2.2 选择合适的基础方案
高层建筑对地基的要求更为严格，所以选择合适的基础方案显得尤为重要。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。
2.3 合理选择结构方案
合适的结构施工方案不仅要满足建筑使用的科学性、安全性与美观性的要求，还要考虑到经济性能、施工的便利性与复杂性。施工方案的确定是与当地社会实际紧密联系的，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
2.4 正确分析计算结果
在结构设计中的数据采集与计算会产生误差，而由于计算机的使用，不同设计软件也会出现不同的计算结果。这就要求工程师系统的分析计算误差，找出在计算中不严谨的地方，尤其注意數据现场采集的严谨性与输入的准确性，避免因为人工误差和软件本身缺陷而造成的计算失误。
2.5 采取相应的构造措施
结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能，适当的加强薄弱部位的保护力度。注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度。结合当地实际自然条件，考虑到温度变化对建筑材料的影响。
3 高层建筑结构分析与设计特点
3.1 轴向变形产生的应力不容忽视
通常在低层建筑结构分析中,只考虑弯矩项,因为轴力项影响很小,而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,情况就不同了。由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显着的改变。对连续粱弯矩的影响:采用框架体系和框一墙体系的高楼中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力, 中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种差异轴向变形将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷, 从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。对构件剪力和侧移的影响,与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较,不考虑竖杆件轴向变形时,各构件水平剪力的平均误差达30%以上,结构顶点侧移减小一半以上。
3.2 水平载荷是设计重点
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载及风荷载这样的水平荷载，还要承受地震作用。在较低楼房中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计,水平荷载产生的内力和位移很小,对结构的影响也就较小；但在较高楼房中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响,水平荷载却起着决定性的作用。一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩, 以及由此在竖构件中所引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比；另一方面,对某一高度楼房来说,竖向荷载大体是定值；而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3.3 结构侧移成为控制指标
与低层建筑不同, 结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素,随着楼层高度的增加,水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时,不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗侧刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,保证良好的居住和工作条件。
3.4 结构延性是重要因素
相对低层结构而言,高层结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采以恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
4 高层建筑结构设计问题及对策
4.1 结构的超高问题
高层建筑对于标高有着严格的限制，新的设计规范对于建筑超高的处理措施有了较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
4.2 短肢剪力墙的设置问题
新的设计规范对短肢剪力墙在高层建筑的应用增加了许多限制，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
4.3 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
5 总结
论文分析了高层建筑结构设计的特点及容易出现问题的地方，并结合作者自身的工作经验提出改良建议。随着我国城市化进程的加剧，越来越多的高层建筑必然会出现在我们的生活中。建筑结构设计师要结合新的设计规范，系统的分析出现的问题，才能设计并最终建造出高质量的精品工程。
参考文献
[1]梅洪元，付本臣．中国高层建筑创作理论发展研究[R]．高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2006.
[2]赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2007.