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摘要：高层房屋建筑结构的设计与低层、多层建筑结构相比较，其结构专业在各专业中占有很重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、施工工期长短和施工技术的要求和投资的高低等。文章结合笔者多年来在这方面的工作经验，就高层房屋建筑结构的设计概要进行探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；探讨；对策；
随着城市集约化用地要求的不断提高，建筑向高发展的趋势越来明显，西方发达国家在把建筑向高发展的过程中，运用建筑结构技术建筑了很多经典的作品。我国也大力借鉴了这些西方高层钢结构建筑的成功技术，一大批造型新颖、美观实用的高层结构建筑在东部发达地区鳞次栉比，随着产业西行，高层和异结构建筑也开始在西部地区落地生根。但由于目前房屋建筑结构设计周期短，任务重,大多数结构设计仅是根据已确定好的平面和竖向布置,先假定好构件尺寸,通过电算来调整结构的周期、位移、刚度比等,以至于房屋建好后在经济、实用、安全方面留下遗憾。
1．高层建筑的细部结构设计
1.1结构平面的设计与布置
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。
1.2结构立体的设计与布置
结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大的突变。上下楼层收进使得体型较小的情况经常发生，对于收进的尺寸应当限制。
1.3建筑基础的设计与布置
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。
2．高层房屋建筑结构设计中经常出现的问题剖析
2.1地基与基础方面。
在这方面经常出现的问题大多数是：高层房屋建筑基础设计由于设计周期短，设计人员对基础设计没有做到优化设计，对基础进行多方案比较设计、测算，做到即安全又经济。实际上，我们在具体施工时，地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素综合分析基础类型和上部结构。
2.2地下室设计方面。
1）在地下室抗浮设计时，经常出现抗浮地下水位高度不准。给结构带来不安全，因地质质料常常以自然地面向下多少米进行抗浮计算，而实际场地高差较大，无法准确确定水位，所以应经勘察单位确定正确的抗浮水位很重要。
2）地下室裂缝控制，因计算机计算，经常会统一按0.2mm控制，这样会造成钢筋量偏高，应当迎水面按0.2mm，其它按0.3mm控制。
3）地下室外墙配筋计算中有的工程，凡围墙扶壁柱的不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析配筋，又没按双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调原理，外墙竖向受力钢筋、扶壁柱配筋不足，外墙水平钢筋有富余。
2.3高层房屋建筑中柱、梁以及基础的活荷载未按规范乘以折减系数方面。
设计人员设计高层建筑时，在计算梁、柱和基础的活荷载时未按照现行设计规范活荷载乘折减系数计算其效应组合。
2.4房屋建筑高度、高宽比超过现行规范、规程限值方面。
现行的规范、规程给出的房屋最大适用高度和高宽比限值。按照现行抗震规范，高宽比虽然不是强制性条文，但是合理的高宽比对高层建筑的造价有很大的影响，因为高宽比过大（尤其在高烈度地区）将会影响建筑的位移比和剪力墙，柱，梁的配筋。一些高层建筑房屋高度超过最大适用高度规定限值，甚至个别建筑的高度和高宽比均超出規定限值。设计人员在结构设计过程中，对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，会按超限高层建筑进行设计。同时，还有不容忽视的问题，是高层建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低20%。
2.5结构缝设置不合理，缝宽度不足方面。
在实际设计过程中，对于超长建筑物而言，为减少温度变化对结构的不利影响，合理地设置伸缩缝是有必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝，其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响，不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后，若结构再受温度变化的影响，后浇带就不能再起任何作用了。
3．高层房屋建筑结构设计对策
3.1应用剪力墙结构体系设计。
在高层房屋建筑设计中剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为围护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量也较少。
3.2应用筒体结构体系。
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。
3.3减轻高层房屋建筑自重。
高层房屋建筑减轻自重比多层建筑更有意义。我们从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重，意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
4．结束语。
在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资，并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，可以充分利用计算机资源，进行多种结构形式进行结构试算、分析、比较，选择合理的结构类型，可以使建筑工程造价降低5％～30％。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的" 适用、安全和经济" 目标的有效途径。
关键词：高层建筑；结构设计；探讨；对策；
随着城市集约化用地要求的不断提高，建筑向高发展的趋势越来明显，西方发达国家在把建筑向高发展的过程中，运用建筑结构技术建筑了很多经典的作品。我国也大力借鉴了这些西方高层钢结构建筑的成功技术，一大批造型新颖、美观实用的高层结构建筑在东部发达地区鳞次栉比，随着产业西行，高层和异结构建筑也开始在西部地区落地生根。但由于目前房屋建筑结构设计周期短，任务重,大多数结构设计仅是根据已确定好的平面和竖向布置,先假定好构件尺寸,通过电算来调整结构的周期、位移、刚度比等,以至于房屋建好后在经济、实用、安全方面留下遗憾。
1．高层建筑的细部结构设计
1.1结构平面的设计与布置
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。
1.2结构立体的设计与布置
结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大的突变。上下楼层收进使得体型较小的情况经常发生，对于收进的尺寸应当限制。
1.3建筑基础的设计与布置
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。
2．高层房屋建筑结构设计中经常出现的问题剖析
2.1地基与基础方面。
在这方面经常出现的问题大多数是：高层房屋建筑基础设计由于设计周期短，设计人员对基础设计没有做到优化设计，对基础进行多方案比较设计、测算，做到即安全又经济。实际上，我们在具体施工时，地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素综合分析基础类型和上部结构。
2.2地下室设计方面。
1）在地下室抗浮设计时，经常出现抗浮地下水位高度不准。给结构带来不安全，因地质质料常常以自然地面向下多少米进行抗浮计算，而实际场地高差较大，无法准确确定水位，所以应经勘察单位确定正确的抗浮水位很重要。
2）地下室裂缝控制，因计算机计算，经常会统一按0.2mm控制，这样会造成钢筋量偏高，应当迎水面按0.2mm，其它按0.3mm控制。
3）地下室外墙配筋计算中有的工程，凡围墙扶壁柱的不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析配筋，又没按双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调原理，外墙竖向受力钢筋、扶壁柱配筋不足，外墙水平钢筋有富余。
2.3高层房屋建筑中柱、梁以及基础的活荷载未按规范乘以折减系数方面。
设计人员设计高层建筑时，在计算梁、柱和基础的活荷载时未按照现行设计规范活荷载乘折减系数计算其效应组合。
2.4房屋建筑高度、高宽比超过现行规范、规程限值方面。
现行的规范、规程给出的房屋最大适用高度和高宽比限值。按照现行抗震规范，高宽比虽然不是强制性条文，但是合理的高宽比对高层建筑的造价有很大的影响，因为高宽比过大（尤其在高烈度地区）将会影响建筑的位移比和剪力墙，柱，梁的配筋。一些高层建筑房屋高度超过最大适用高度规定限值，甚至个别建筑的高度和高宽比均超出規定限值。设计人员在结构设计过程中，对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，会按超限高层建筑进行设计。同时，还有不容忽视的问题，是高层建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低20%。
2.5结构缝设置不合理，缝宽度不足方面。
在实际设计过程中，对于超长建筑物而言，为减少温度变化对结构的不利影响，合理地设置伸缩缝是有必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝，其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响，不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后，若结构再受温度变化的影响，后浇带就不能再起任何作用了。
3．高层房屋建筑结构设计对策
3.1应用剪力墙结构体系设计。
在高层房屋建筑设计中剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为围护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量也较少。
3.2应用筒体结构体系。
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。
3.3减轻高层房屋建筑自重。
高层房屋建筑减轻自重比多层建筑更有意义。我们从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重，意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
4．结束语。
在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资，并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，可以充分利用计算机资源，进行多种结构形式进行结构试算、分析、比较，选择合理的结构类型，可以使建筑工程造价降低5％～30％。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的" 适用、安全和经济" 目标的有效途径。