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摘要：随着中国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对高层建筑结构的设计也提出了更高的要求，对于工程设计界的工程师思想必须与时俱进、开拓创新，必须在实践中摸索总结经验，实践中推广和运用概念设计的思想，不断提高建筑结构方案设计的水平。本文阐述了高层建筑的结构特征，对高层建筑结构设计的相关问题进行了探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；控制
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
一、高层建筑结构设计的特点
1、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。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。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
2、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，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。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。总而言之，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。
3、 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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，仅与建筑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，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，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变化。
二、 高层建筑结构设计的相关问题分析
1、高层建筑结构体系的选型问题
建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。
根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土結构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小屁偏心受压构件。
根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m 高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。
2 、高层建筑基础的选型问题
高层建筑应选用整体性好、能满足地基承载力和建筑物允许变形要求、并能调节不均匀沉降的基础形式, 达到安全实用和经济合理的目的。一般有筏板基础、箱形基础、条形交叉梁基础等。应根据上部结构类型、层数、荷载及地基承载力选用合理的基础形式。筏形基础有梁板式和平板式, 当建筑物层数较多, 地下室柱距较大、基底反力很大时, 宜优先选用平板式。采用梁板式筏基时, 基础梁截面大必然增加基础埋置深度, 当水位高时更为不利, 梁板的混凝土需分层浇筑, 梁支模费事, 因而增长工期, 综合经济效益反而比平板式差。筏形基础的双向底板的厚度, 除满足正截面承载力外, 主要由冲切、剪切承载力确定。有人认为高层建筑的基础底板厚度按每层若干厘米( 例如每层5 cm) 来确定。这种说法是不科学也是不确切的。
3 、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。建筑结构的振动周期问题包含两方面: ①合理控制结构的自振周期；②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(T1)宜在下列范围内:
框架结构:T1=(0.1～0.15)N
框- 剪、框筒结构:T1=(0.08～0.12)N
剪力墙、筒中筒结构:T1=(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=(13～1/5)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；框- 剪结构和框- 筒结构的位移曲线应为弯剪型。
高层建筑的结构设计人员应不断学习和提高, 通过力学知识和力学规律建立结构受力与变形规律的各种概念, 并注意吸取国内外的震害经验和教训, 重视结构试验研究成果, 结合施工实践,通过大量工程经验的日积月累, 精心设计才能够做出技术先进、安全可靠、经济合理的各种高层建筑的结构设计
参考文献：
[1] 晏斌斌. 高层建筑结构抗震设计分析[J]. 江西建材. 2011(04)
[2] 邱良. 高层建筑结构设计分析[J]. 科技风. 2009(20)
[3] 汤龙辉. 有关高层建筑结构设计中常见的问题分析[J]. 四川建材. 2009(01)
[4] 高天国. 浅析高层建筑结构设计[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(11)
[5] 崔立成. 钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J]. 中国新技术新产品. 2010(01)
[6] 胡胜利. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 建设科技. 2010(02)
关键词：高层建筑；结构设计；问题；控制
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
一、高层建筑结构设计的特点
1、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。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。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
2、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，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。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。总而言之，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。
3、 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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，仅与建筑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，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，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变化。
二、 高层建筑结构设计的相关问题分析
1、高层建筑结构体系的选型问题
建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。
根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土結构体系被广泛的应用在各类的工程结构中，具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，造价低廉，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小屁偏心受压构件。
根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m 高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。
2 、高层建筑基础的选型问题
高层建筑应选用整体性好、能满足地基承载力和建筑物允许变形要求、并能调节不均匀沉降的基础形式, 达到安全实用和经济合理的目的。一般有筏板基础、箱形基础、条形交叉梁基础等。应根据上部结构类型、层数、荷载及地基承载力选用合理的基础形式。筏形基础有梁板式和平板式, 当建筑物层数较多, 地下室柱距较大、基底反力很大时, 宜优先选用平板式。采用梁板式筏基时, 基础梁截面大必然增加基础埋置深度, 当水位高时更为不利, 梁板的混凝土需分层浇筑, 梁支模费事, 因而增长工期, 综合经济效益反而比平板式差。筏形基础的双向底板的厚度, 除满足正截面承载力外, 主要由冲切、剪切承载力确定。有人认为高层建筑的基础底板厚度按每层若干厘米( 例如每层5 cm) 来确定。这种说法是不科学也是不确切的。
3 、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。建筑结构的振动周期问题包含两方面: ①合理控制结构的自振周期；②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(T1)宜在下列范围内:
框架结构:T1=(0.1～0.15)N
框- 剪、框筒结构:T1=(0.08～0.12)N
剪力墙、筒中筒结构:T1=(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=(13～1/5)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；框- 剪结构和框- 筒结构的位移曲线应为弯剪型。
高层建筑的结构设计人员应不断学习和提高, 通过力学知识和力学规律建立结构受力与变形规律的各种概念, 并注意吸取国内外的震害经验和教训, 重视结构试验研究成果, 结合施工实践,通过大量工程经验的日积月累, 精心设计才能够做出技术先进、安全可靠、经济合理的各种高层建筑的结构设计
参考文献：
[1] 晏斌斌. 高层建筑结构抗震设计分析[J]. 江西建材. 2011(04)
[2] 邱良. 高层建筑结构设计分析[J]. 科技风. 2009(20)
[3] 汤龙辉. 有关高层建筑结构设计中常见的问题分析[J]. 四川建材. 2009(01)
[4] 高天国. 浅析高层建筑结构设计[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(11)
[5] 崔立成. 钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J]. 中国新技术新产品. 2010(01)
[6] 胡胜利. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 建设科技. 2010(02)