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中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 610000
摘要：近年来，随着经济建设步伐的加快，高层建筑越来越多，为适应各种建筑的具体特点，需要在设计的环节进行加强，而其结构设计就显得尤为重要。笔者结合多年的多、高层建筑结构设计经验，对高层建筑结构设计的原则、注意事项和要点进行了总结分析，与同行交流。
关键词：高层建筑；结构体系；电算；超限高层；不规则；承载力；抗震措施
0引言
随着我国经济的飞速发展，建筑结构专业技术日新月异，高层、超高层建筑已成为城市建筑工程建设的重要组成部分。而当前高层建筑结构设计中存在着一些难题，给建设工作带来一定的困扰，应遵循设计规范与原则，抓住水平荷载、结构延性、轴向变形三大要点，对各种结构体系进行认真的分析和研究，设计出结构形式合理、造价相对较低、适合于城市建设的高层建筑。
一、高层建筑结构设计原则
1.1 选取合理的结构体系
目前国内的高层建筑常用的结构体系有：框架、框架-剪力墙、剪力墙、筒体、板柱-剪力墙、钢结构等。高层建筑结构体系的选取，不仅要与建筑、给排水、电气、暖通等各专业密切配合，而且要积极采用新材料、新的施工工艺和技术，做到与时俱进；同时也要重视建筑本身的平、立面的选型，以实现建筑的安全适用性和经济合理性。
1.2 选取适宜的结构计算简图
高层建筑结构设计中，结构计算简图的选取至关重要。因为计算简图的选取直接影响计算工作量的大小和与实际受力的差异的大小。归纳成以下选取原则：（1）尽可能准确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽量接近实际；（2）使各结构构件受力明确，传力途径简捷。（3）简化甚至忽略对结构内力和变形影响的次要因素，使计算过程大大简化。
1.3 准确解析、核实电算设计结果
目前，在高层建筑结构设计中，大多需要借助电脑建模分析，常用的结构计算软件如：PKPM、盈建科、广厦结构CAD、3D3S、SAP2000等等。由于各种软件所适合的范围和计算程序设定的不同，这就需要结构设计人员使用软件前必须熟悉该软件，否则计算的结果与实际受力情况可能会有很大的差异。当然，电脑程序计算的结果也不能直接用于实践中，主要因为各种程序本身都有一定的不足，所以还需要人工复核电算设计的结果，杜绝电算可能产生的不合理结果对项目施工构造策划产生不良影响。因此，这就要求结构设计人员不仅要输入资料时一定严谨仔细，而且要在后续作业中，对电算设计成果进行严格审核、科学解析，才能做出合理的结构。
表1 不同场地类别的各类建筑抗震设防要求
抗震设防类别
场地类别 甲类 乙类 丙类 丁类
地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施）
Ⅰ类场地 提高 可不提高 按本地区 可不提高 按本地区 可降低一度，
但不低于6度 按本地区 可适当降低，
但不低于6度
Ⅱ类场地及除Ⅰ类、0.15g和
0.30g地区的Ⅲ、
Ⅳ类场地外的其他场地 提高 提高一度 按本地区 提高一度 按本地区 按本地区 按本地区 可适当降低，
但不低于6度
0.15g和0.30g地区的Ⅲ、
Ⅳ类场地 提高 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
注：（1）表中“提高”与“降低”均以本地区抗震设防烈度为基准。
二、高层建筑结构设计要点分析
2.1 结构选型问题
结构选型是一个综合性的问题，不仅要考虑建筑的使用功能、结构上的安全合理，施工上可能性，还要考虑造价上的经济性和艺术上的美观性。所以，充分掌握结构选型的相关知识，兼顾设计及预算，对建筑总体方案和造型设计均会大有益处。因此，在工程设计的结构选型阶段，根据各方面的要求选择适宜的结构体系，使其满足国家相关规范，即设计时尽量避免形成超限高层建筑工程，确实有条件并且需要做成超限高层建筑工程时，也必须严格控制其各项指标，着重注意下面的两点。
2.1.1 控制结构的高度和高宽比
我国现行规范中对钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度区分为A级和B级，并对各种结构体系的高宽比也做出了规定，并且要求对平面和竖向均不规则的高层建筑结构的最大适用高度宜适当降低。当设计房屋高度超出规范中的相关要求，必须严格研究，除非有可靠的工程经验可循，否则不应采用。
2.1.2 限制结构平面和竖向的不规则性
抗震设计时，在高层建筑的一个独立结构单元内，其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心，竖向体型宜规则、均匀。非抗震设计时的高层建筑，可参照超限高层建筑工程抗震设防界定标准做适当放宽，但其计算模型也应满足的各种参数指标。对于形成不规则的高层建筑，除了按计算确定其各种参数指标满足规范要求外，还应对不规则布置形成的薄弱部位进行加强处理。平面不规则常用的加强措施如：加强薄弱部位的拉梁和拉板设置、增大薄弱部位的结构板厚度及加强其配筋等。竖向不规则性常用的加强措施如：适当提高结构薄弱层在地震作用标准值作用下的放大系数、对结构薄弱层的墙、柱加强水平及竖向配筋等。
2.2 嵌固端的选取问题
高层建筑结构分析计算之前，应根据地下室的设置情况、拟采用的基础形式及基础埋深要求、地下室周边土及相邻建筑或裙房刚度对本建筑的约束力大小、是否形成大底盘多塔建筑等条件确定结构的嵌固端在设置在地下室顶板还是基础顶面。选取合理的结构嵌固端，是高层建筑结构计算中的一个重要假定，它不仅关系到结构构件内力计算的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取做仔细研讨，以避免嵌固端的设置不合理带来的一系列问题。
2.3 力学模型的选取及简化问题
高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系，计算分析时应根据平面和立面布置的规则程度、结构体系及结构复杂程度等情况，采用合理的力学模型，其宗旨在于能很准确或者近似准确地反映各结构构件的实际受力情况。由于各种计算模型均有其局限性，不可能百分之百做到完全反映建筑结构本身的每个细微环节，这就需要对局部某些构件做简化处理。如高层住宅中常见的飘窗，由于其本身不是主要结构构件，建立模型时可以把飘窗相关的荷载折算成线荷载、集中荷载及均布扭矩加载与相应的结构梁上，而忽略其本身的刚度及其刚度对整体工作计算的影响，这对整体结构分析是偏于安全的。
高层建筑相对于单层及多层建筑而言，层数更多、重量更大，竖向抗侧力构件（墙、柱、斜撑等）的轴向变形影响就更为显著，模型计算时必须考虑。原因在于：（1）较大的竖向荷载需要通过足够刚度的竖向构件承担；（2）建筑物越高，更大的风荷载、水平地震作用等侧向作用力所产生的水平力、倾覆力矩等也需要足够刚度的抗侧力构件承担；（3）高层建筑整体抗弯、抗剪、抗倾覆作用也需要足够的墙、柱、斜撑等竖向抗侧力构件与梁、板形成协调变形的整体来承担。因此，高层建筑按空间整体计算采用的力学模型必须充分考虑竖向抗侧力构件各种复杂受力情况，适当增大其安全系数。
2.4 材料的采用问题
高层建筑由于其层数多，如何减轻其自重也是高层建筑结构设计应考
摘要：近年来，随着经济建设步伐的加快，高层建筑越来越多，为适应各种建筑的具体特点，需要在设计的环节进行加强，而其结构设计就显得尤为重要。笔者结合多年的多、高层建筑结构设计经验，对高层建筑结构设计的原则、注意事项和要点进行了总结分析，与同行交流。
关键词：高层建筑；结构体系；电算；超限高层；不规则；承载力；抗震措施
0引言
随着我国经济的飞速发展，建筑结构专业技术日新月异，高层、超高层建筑已成为城市建筑工程建设的重要组成部分。而当前高层建筑结构设计中存在着一些难题，给建设工作带来一定的困扰，应遵循设计规范与原则，抓住水平荷载、结构延性、轴向变形三大要点，对各种结构体系进行认真的分析和研究，设计出结构形式合理、造价相对较低、适合于城市建设的高层建筑。
一、高层建筑结构设计原则
1.1 选取合理的结构体系
目前国内的高层建筑常用的结构体系有：框架、框架-剪力墙、剪力墙、筒体、板柱-剪力墙、钢结构等。高层建筑结构体系的选取，不仅要与建筑、给排水、电气、暖通等各专业密切配合，而且要积极采用新材料、新的施工工艺和技术，做到与时俱进；同时也要重视建筑本身的平、立面的选型，以实现建筑的安全适用性和经济合理性。
1.2 选取适宜的结构计算简图
高层建筑结构设计中，结构计算简图的选取至关重要。因为计算简图的选取直接影响计算工作量的大小和与实际受力的差异的大小。归纳成以下选取原则：（1）尽可能准确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽量接近实际；（2）使各结构构件受力明确，传力途径简捷。（3）简化甚至忽略对结构内力和变形影响的次要因素，使计算过程大大简化。
1.3 准确解析、核实电算设计结果
目前，在高层建筑结构设计中，大多需要借助电脑建模分析，常用的结构计算软件如：PKPM、盈建科、广厦结构CAD、3D3S、SAP2000等等。由于各种软件所适合的范围和计算程序设定的不同，这就需要结构设计人员使用软件前必须熟悉该软件，否则计算的结果与实际受力情况可能会有很大的差异。当然，电脑程序计算的结果也不能直接用于实践中，主要因为各种程序本身都有一定的不足，所以还需要人工复核电算设计的结果，杜绝电算可能产生的不合理结果对项目施工构造策划产生不良影响。因此，这就要求结构设计人员不仅要输入资料时一定严谨仔细，而且要在后续作业中，对电算设计成果进行严格审核、科学解析，才能做出合理的结构。
表1 不同场地类别的各类建筑抗震设防要求
抗震设防类别
场地类别 甲类 乙类 丙类 丁类
地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施） 地震
作用 抗震措施
（含抗震构造措施）
Ⅰ类场地 提高 可不提高 按本地区 可不提高 按本地区 可降低一度，
但不低于6度 按本地区 可适当降低，
但不低于6度
Ⅱ类场地及除Ⅰ类、0.15g和
0.30g地区的Ⅲ、
Ⅳ类场地外的其他场地 提高 提高一度 按本地区 提高一度 按本地区 按本地区 按本地区 可适当降低，
但不低于6度
0.15g和0.30g地区的Ⅲ、
Ⅳ类场地 提高 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取 按本地区 分别按8度（0.20g）
和9度（0.40g）采取
注：（1）表中“提高”与“降低”均以本地区抗震设防烈度为基准。
二、高层建筑结构设计要点分析
2.1 结构选型问题
结构选型是一个综合性的问题，不仅要考虑建筑的使用功能、结构上的安全合理，施工上可能性，还要考虑造价上的经济性和艺术上的美观性。所以，充分掌握结构选型的相关知识，兼顾设计及预算，对建筑总体方案和造型设计均会大有益处。因此，在工程设计的结构选型阶段，根据各方面的要求选择适宜的结构体系，使其满足国家相关规范，即设计时尽量避免形成超限高层建筑工程，确实有条件并且需要做成超限高层建筑工程时，也必须严格控制其各项指标，着重注意下面的两点。
2.1.1 控制结构的高度和高宽比
我国现行规范中对钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度区分为A级和B级，并对各种结构体系的高宽比也做出了规定，并且要求对平面和竖向均不规则的高层建筑结构的最大适用高度宜适当降低。当设计房屋高度超出规范中的相关要求，必须严格研究，除非有可靠的工程经验可循，否则不应采用。
2.1.2 限制结构平面和竖向的不规则性
抗震设计时，在高层建筑的一个独立结构单元内，其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心，竖向体型宜规则、均匀。非抗震设计时的高层建筑，可参照超限高层建筑工程抗震设防界定标准做适当放宽，但其计算模型也应满足的各种参数指标。对于形成不规则的高层建筑，除了按计算确定其各种参数指标满足规范要求外，还应对不规则布置形成的薄弱部位进行加强处理。平面不规则常用的加强措施如：加强薄弱部位的拉梁和拉板设置、增大薄弱部位的结构板厚度及加强其配筋等。竖向不规则性常用的加强措施如：适当提高结构薄弱层在地震作用标准值作用下的放大系数、对结构薄弱层的墙、柱加强水平及竖向配筋等。
2.2 嵌固端的选取问题
高层建筑结构分析计算之前，应根据地下室的设置情况、拟采用的基础形式及基础埋深要求、地下室周边土及相邻建筑或裙房刚度对本建筑的约束力大小、是否形成大底盘多塔建筑等条件确定结构的嵌固端在设置在地下室顶板还是基础顶面。选取合理的结构嵌固端，是高层建筑结构计算中的一个重要假定，它不仅关系到结构构件内力计算的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取做仔细研讨，以避免嵌固端的设置不合理带来的一系列问题。
2.3 力学模型的选取及简化问题
高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系，计算分析时应根据平面和立面布置的规则程度、结构体系及结构复杂程度等情况，采用合理的力学模型，其宗旨在于能很准确或者近似准确地反映各结构构件的实际受力情况。由于各种计算模型均有其局限性，不可能百分之百做到完全反映建筑结构本身的每个细微环节，这就需要对局部某些构件做简化处理。如高层住宅中常见的飘窗，由于其本身不是主要结构构件，建立模型时可以把飘窗相关的荷载折算成线荷载、集中荷载及均布扭矩加载与相应的结构梁上，而忽略其本身的刚度及其刚度对整体工作计算的影响，这对整体结构分析是偏于安全的。
高层建筑相对于单层及多层建筑而言，层数更多、重量更大，竖向抗侧力构件（墙、柱、斜撑等）的轴向变形影响就更为显著，模型计算时必须考虑。原因在于：（1）较大的竖向荷载需要通过足够刚度的竖向构件承担；（2）建筑物越高，更大的风荷载、水平地震作用等侧向作用力所产生的水平力、倾覆力矩等也需要足够刚度的抗侧力构件承担；（3）高层建筑整体抗弯、抗剪、抗倾覆作用也需要足够的墙、柱、斜撑等竖向抗侧力构件与梁、板形成协调变形的整体来承担。因此，高层建筑按空间整体计算采用的力学模型必须充分考虑竖向抗侧力构件各种复杂受力情况，适当增大其安全系数。
2.4 材料的采用问题
高层建筑由于其层数多，如何减轻其自重也是高层建筑结构设计应考