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摘要：本文是作者近几年的工作经验总结的简要论述了现代各种高层建筑结构设计的特点和原则，并简要的阐述了高层建筑结构分析与设计方法，最后对抗震分析与设计在高层建筑的应用进行了探讨。从而进一步完善高层建筑结构设计，促进高层建筑的发展。
关键词：高层建筑；结构设计；设计特点原则措施
Abstract: this article is the author of in recent years work experience summarized briefly discusses the modern various high building structure design of the characteristics and principles, and briefly expounded the high-rise building structure analysis and design method, and finally to earthquake analysis and design of high-rise building in the application are discussed. So as to further perfect the high-rise building structure design, and promote the development of the high-rise building.
Keywords: high building; Structure design; Design features principle measures
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
1高层建筑结构设计特点
现代的多层建筑和高层建筑虽然有相同之处，但高层建筑在结构设计方面的要求更高，由于高层建筑和高度比加大，所以在高层建筑中，水平荷载成为结构设计时的主要控制因素。其主要特点有：
1.1水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。
1.2位移成为控制指标
高层建筑尤其是超高层建筑,顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率;防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移,而其限值在现行规范中似偏严,可予放松。
1.3轴向变形在高层建筑中也不可忽视
在高层建筑中，由于竖向荷载在数值在不断加大，则会在柱中引起轴向变形，这在预制构件的下料时就要根据轴向变形重新计算值对下料长度进行调整，以免得也偏于不安全的结果。
1.4抗震设计要求更高
随着地质灾害的频繁发生，特别是近几年地震的震级及地震发生的次数的增加，高层建筑的抗震性能更值得关注，所以结构工程师在设计结构时更加再在抗震的设防方面下功夫，提高高层建筑的抗震性能。
1.5结构延性是重要设计指标
高层建筑结构相对于低层或多层来说，它的结构抗震性能更弱一些，在地震的作用下会比低层或多层变形更大一些，所以在设计结构时，承载力和刚度宜自下而上逐渐减小,变化均匀,连续,不要变。当出现了竖向不规则结构时,我们应考虑多种因素的精确分析方法,最好进行弹塑性时程分析,合理确定软弱楼层的塑性集中变形,采取增大楼层结构延性等措施,提高其变形能力。同时,高层建筑的抗水平力构件应沿房屋周边布置,以便能提供足够大的扭转力矩构件沿周边布置形成空间结构后,也可提供较大的抗倾覆力矩来保证结构具有足够的延性。
2高层建筑结构设计的原则
2.1选用适当的计算简图：结构计算式在计算簡图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，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：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合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。
2.4正确分析计算结果：根据所选取的结构体系,选用准确的结构模型和选取正确的结构设计软件通用的计算软件有SATWE、TAT、TBSA等，结构计算开始前,设计人员先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及根据工程的实际情况,对结构参数和特殊构件进行正确设置。但由于计算机软件功能的不完善，得出的结果往往会有很大差异，所以就需要设计人员闑的工作是选择最适宜的软件来计算，这样不但节省了时间，也避免了不安全隐患的发生。
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；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
3高层建筑结构分析与设计方法
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定：弹性假定；小变形假定；刚性楼板假定；计算图形的假定。
对于框架－剪力墙体系来说，框架－剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。框架－剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。
4抗震分析与设计在高层建筑的应用在我国高层建筑的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：
首先是高度问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，其次是材料选用和结构体系的问题，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。第三是轴压比与短柱问题，在高层建筑结构中,轴压的截面与柱的钢筋要配套，增加结构的延展性。第四，结构工程师在抗震设计中，对薄弱部位应设计出很好的变形能力又不发生转移，采取牢固的抗震措施与抗震构造来保证结构的安全，有利的提高结构总体的抗震能力。
5结语
随着城市经济水平的不段提高，以及人们对物质文化生活需求的不断提升，所以有越来越多的人涌入城市生活，导致了城市人满为患，再加上人口的不断增长，用来缓解城市居民对空间的需求紧张，因为高层建筑可以放置更多的货物、居住更多的人，所以对高层建筑的需求会越来越大，如何能让高层建筑不破坏城市空间的和谐，只有更合理的提高结构设计的能力，这是目前结构工程师需要面临的课题。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：高层建筑；结构设计；设计特点原则措施
Abstract: this article is the author of in recent years work experience summarized briefly discusses the modern various high building structure design of the characteristics and principles, and briefly expounded the high-rise building structure analysis and design method, and finally to earthquake analysis and design of high-rise building in the application are discussed. So as to further perfect the high-rise building structure design, and promote the development of the high-rise building.
Keywords: high building; Structure design; Design features principle measures
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
1高层建筑结构设计特点
现代的多层建筑和高层建筑虽然有相同之处，但高层建筑在结构设计方面的要求更高，由于高层建筑和高度比加大，所以在高层建筑中，水平荷载成为结构设计时的主要控制因素。其主要特点有：
1.1水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。
1.2位移成为控制指标
高层建筑尤其是超高层建筑,顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率;防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移,而其限值在现行规范中似偏严,可予放松。
1.3轴向变形在高层建筑中也不可忽视
在高层建筑中，由于竖向荷载在数值在不断加大，则会在柱中引起轴向变形，这在预制构件的下料时就要根据轴向变形重新计算值对下料长度进行调整，以免得也偏于不安全的结果。
1.4抗震设计要求更高
随着地质灾害的频繁发生，特别是近几年地震的震级及地震发生的次数的增加，高层建筑的抗震性能更值得关注，所以结构工程师在设计结构时更加再在抗震的设防方面下功夫，提高高层建筑的抗震性能。
1.5结构延性是重要设计指标
高层建筑结构相对于低层或多层来说，它的结构抗震性能更弱一些，在地震的作用下会比低层或多层变形更大一些，所以在设计结构时，承载力和刚度宜自下而上逐渐减小,变化均匀,连续,不要变。当出现了竖向不规则结构时,我们应考虑多种因素的精确分析方法,最好进行弹塑性时程分析,合理确定软弱楼层的塑性集中变形,采取增大楼层结构延性等措施,提高其变形能力。同时,高层建筑的抗水平力构件应沿房屋周边布置,以便能提供足够大的扭转力矩构件沿周边布置形成空间结构后,也可提供较大的抗倾覆力矩来保证结构具有足够的延性。
2高层建筑结构设计的原则
2.1选用适当的计算简图：结构计算式在计算簡图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，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：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合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。
2.4正确分析计算结果：根据所选取的结构体系,选用准确的结构模型和选取正确的结构设计软件通用的计算软件有SATWE、TAT、TBSA等，结构计算开始前,设计人员先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及根据工程的实际情况,对结构参数和特殊构件进行正确设置。但由于计算机软件功能的不完善，得出的结果往往会有很大差异，所以就需要设计人员闑的工作是选择最适宜的软件来计算，这样不但节省了时间，也避免了不安全隐患的发生。
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；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
3高层建筑结构分析与设计方法
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定：弹性假定；小变形假定；刚性楼板假定；计算图形的假定。
对于框架－剪力墙体系来说，框架－剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。框架－剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。
4抗震分析与设计在高层建筑的应用在我国高层建筑的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：
首先是高度问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，其次是材料选用和结构体系的问题，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。第三是轴压比与短柱问题，在高层建筑结构中,轴压的截面与柱的钢筋要配套，增加结构的延展性。第四，结构工程师在抗震设计中，对薄弱部位应设计出很好的变形能力又不发生转移，采取牢固的抗震措施与抗震构造来保证结构的安全，有利的提高结构总体的抗震能力。
5结语
随着城市经济水平的不段提高，以及人们对物质文化生活需求的不断提升，所以有越来越多的人涌入城市生活，导致了城市人满为患，再加上人口的不断增长，用来缓解城市居民对空间的需求紧张，因为高层建筑可以放置更多的货物、居住更多的人，所以对高层建筑的需求会越来越大，如何能让高层建筑不破坏城市空间的和谐，只有更合理的提高结构设计的能力，这是目前结构工程师需要面临的课题。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。