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摘要：现如今，高层建筑的发展已成为人们居房生活的主流选择。而高速的发展中往往存在一系列问题，譬如在设计质量方面上。由于建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量日渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。本文简述了高层建筑的结构设计特点，并对此产生的问题作出了分析。
关键词：高层建筑、结构设计、要点
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
一、前言
现如今，高层建筑的发展已成为人们居房生活的主流选择。而高速的发展总中往往存在一系列问题，譬如在设计质量方面上。由于建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量日渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
二、高层建筑结构设计特点
水平荷载是高层建筑结构的决定性因素。其一，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和其在竖构件中引起的轴力与楼房高度的两次方成正比；其二，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的变化。轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震的影响下，变形将会更大一些。为了保证具有较强的变形能力使结构在进入塑性变形阶段后避免倒塌，就必须在构造上采取适当的措施加以保护，来确保结构具有足够的延性。
三、高层建筑的结构体系
不同的建筑会采用不同的结构体系。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力是在建筑中首要解决的问题，所以确定和设计抗侧力结构体系就变成了结构设计的关键问题。在高层建筑中，基本的抗侧力单元包括剪力墙、框架、实腹筒(又称井筒)框筒及支撑．由这几种单元演变成许多结构体系。
1、框架结构体系
框架结构具体是指横向以及纵向框架利用梁、柱组成的，并承受竖向以及建筑水平荷载的建筑结构体系。这种框架结构表现单一但在平面布置上显得十分的灵活、同时空间大足以满足多种功能需要，特别是将这种结构布置利用于休息厅、商场、餐厅、会议厅中。
2、剪力墙结构体系
剪力墙结构具体是指巧妙的利用建筑物纵横的墙体对竖向与水平荷载进行承受的结构。一般情况下，钢筋混凝土是建筑的剪力墙的墙体材料首要选择，其厚度应确保大于16cm，剪力墙良好侧向刚度有利于高建筑对震的抵抗作用。在建筑过程中出于对经济角度的考虑，剪力墙之间的间距应保持在6-8m左右。
3、框架—剪力墙结构
框架—剪力墙拥有纯框架和剪力墙两种结构的优点，不但可以满足结构的抗侧力需要，而且也可以满足高层建筑布置的需要。因为剪力墙承担了建筑整体大部分的剪力，所以在框架的整体受力状况和建筑内力的整体分布上有了较好的改善。同时框架所承受整体建筑水平的剪力也得到了一定程度的减少，并且使沿建筑高度的分布也表现的均匀。在一般的情况下，整个高层建筑全部的剪力墙约可以承受建筑80%水平荷载，而建筑全部框架可承担20%水平荷载。而剪力墙如果太少，则结构侧向的变形也就同时增大；剪力墙太多会使经济上浪费，同时还会带来较多的限制给后期的超高层建筑。
4、筒体结构体系
筒体结构体系具体是指一个或者几个筒体作为竖向的承重结构超高层建筑結构体系，这种体系主要是依靠筒体来进行水平荷载的承受，同时这种体系具有十分良好的空间刚度以及抗震能力。因此，筒式结构的超高层建筑体系在平面的布置以及满足相关功能的方面具有明显优势。
四、高层建筑结构设计的优化
1、抗风结构设计的优化
抗风结构设计分为四个步骤进行优化：
（1）基础设计，抗风结构需要建立在结构稳定性的基础上， 一方面要采用级配比较高的砂石，保证回填材料的密实程度， 防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁，另一方面是在基础持力层的底部设置抗拔锚杆，通过锚杆钻孔、杆体制作安装、注浆等，提高抗拔锚杆的应用功能，使得地下室的基础具有足够的抗拔强度。
（2）耗能减振系统的设置，设计高层建筑非承重构件的时候，利用耗能减振系统减少风荷载对建筑物的作用，系统由耗能支撑、剪力墙、梁柱、楼板等构成，减振系统的设置在结构合理设计的基础上，还要采用粘弹性比较强的阻尼材料，提高其耗能减振的作用。
（3）水平力和风荷载叠加问题的解决思路，高层建筑面临高风压的问题，风的荷载作用加大结构构件的内力，如果超过其承受的范围之外，将出现水平力和风荷载的重叠， 对建筑物产生一定的结构性破坏作用。因此高风压区域要进行加固设计，一方面要分析水平风压的作用力大小以及影响程度，另一方面控制影响建筑物水平压力的土压力，在此基础上增大结构的水平荷载内力，并采用强度较高的钢筋混凝土，以便控制结构构件的钢筋含量，减缓水平力风荷载叠加带来的负面影响。
2、抗震结构设计的优化
抗震是高层建筑物结构设计必须考虑的重点内容，其设计的功能性需求比较强，其优化设计的内容如下：
（1）提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度的提高，满足其连续和均匀稳定性。笔者通过相关的地震资料总结，抗侧力构件能够使得高层建筑物的结构在平面布置时处于对称状态，在一定程度上满足结构抗震的需求。
（2）地基的抗震设计，地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计，一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度和强度，另一方面则是将桩箱埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。
（3）剪力墙的结构设计，提高承重结构构件的抗侧力，满足承载力的延续性和耗能能力，有效地提高抗震效果。剪力墙的截面是设计的重点内容，一方面要通过与连续梁组成延续性较强的结构体系，保证楼板的刚度，另一方面是提高结构侧面的强度， 最大限度控制建筑物的水平位移范围。
（4）简体结构受力构件的抗震能力也是重点的设计内容，笔者认为简体构件需要具备良好的完整性并呈对称均匀的布置状态，譬如洞口和筒角内壁保持一定间距，并验算厚度及其稳定性，适当增加扶壁柱，这样一来，底部位置的结构就能符合一级和二级的抗震需求。
五、结语
随着人们生活水平的提高，城市建设用地越来越紧张，高层建筑只会趋向于越来越多，并向着超高化、功能综合化、环境生态化、普遍化的方向不断发展，所以高层建筑的结构体系的选择问题将会变得日益突出。因此，结构工程师应根据结构方案的具体实际情况，做出合理的结构方案选择，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
参考文献：
郭院成：《建筑结构体系概念和设计》，黄河水利出版社，2001年
韩孝永：《高层建筑结构用钢浅析》，《梅山科技》， 2008年01期
祝元志：《BIM 在建筑行业的应用、前景与挑战》，《建筑》， 2010年03期
关键词：高层建筑、结构设计、要点
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
一、前言
现如今，高层建筑的发展已成为人们居房生活的主流选择。而高速的发展总中往往存在一系列问题，譬如在设计质量方面上。由于建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量日渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
二、高层建筑结构设计特点
水平荷载是高层建筑结构的决定性因素。其一，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和其在竖构件中引起的轴力与楼房高度的两次方成正比；其二，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的变化。轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震的影响下，变形将会更大一些。为了保证具有较强的变形能力使结构在进入塑性变形阶段后避免倒塌，就必须在构造上采取适当的措施加以保护，来确保结构具有足够的延性。
三、高层建筑的结构体系
不同的建筑会采用不同的结构体系。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力是在建筑中首要解决的问题，所以确定和设计抗侧力结构体系就变成了结构设计的关键问题。在高层建筑中，基本的抗侧力单元包括剪力墙、框架、实腹筒(又称井筒)框筒及支撑．由这几种单元演变成许多结构体系。
1、框架结构体系
框架结构具体是指横向以及纵向框架利用梁、柱组成的，并承受竖向以及建筑水平荷载的建筑结构体系。这种框架结构表现单一但在平面布置上显得十分的灵活、同时空间大足以满足多种功能需要，特别是将这种结构布置利用于休息厅、商场、餐厅、会议厅中。
2、剪力墙结构体系
剪力墙结构具体是指巧妙的利用建筑物纵横的墙体对竖向与水平荷载进行承受的结构。一般情况下，钢筋混凝土是建筑的剪力墙的墙体材料首要选择，其厚度应确保大于16cm，剪力墙良好侧向刚度有利于高建筑对震的抵抗作用。在建筑过程中出于对经济角度的考虑，剪力墙之间的间距应保持在6-8m左右。
3、框架—剪力墙结构
框架—剪力墙拥有纯框架和剪力墙两种结构的优点，不但可以满足结构的抗侧力需要，而且也可以满足高层建筑布置的需要。因为剪力墙承担了建筑整体大部分的剪力，所以在框架的整体受力状况和建筑内力的整体分布上有了较好的改善。同时框架所承受整体建筑水平的剪力也得到了一定程度的减少，并且使沿建筑高度的分布也表现的均匀。在一般的情况下，整个高层建筑全部的剪力墙约可以承受建筑80%水平荷载，而建筑全部框架可承担20%水平荷载。而剪力墙如果太少，则结构侧向的变形也就同时增大；剪力墙太多会使经济上浪费，同时还会带来较多的限制给后期的超高层建筑。
4、筒体结构体系
筒体结构体系具体是指一个或者几个筒体作为竖向的承重结构超高层建筑結构体系，这种体系主要是依靠筒体来进行水平荷载的承受，同时这种体系具有十分良好的空间刚度以及抗震能力。因此，筒式结构的超高层建筑体系在平面的布置以及满足相关功能的方面具有明显优势。
四、高层建筑结构设计的优化
1、抗风结构设计的优化
抗风结构设计分为四个步骤进行优化：
（1）基础设计，抗风结构需要建立在结构稳定性的基础上， 一方面要采用级配比较高的砂石，保证回填材料的密实程度， 防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁，另一方面是在基础持力层的底部设置抗拔锚杆，通过锚杆钻孔、杆体制作安装、注浆等，提高抗拔锚杆的应用功能，使得地下室的基础具有足够的抗拔强度。
（2）耗能减振系统的设置，设计高层建筑非承重构件的时候，利用耗能减振系统减少风荷载对建筑物的作用，系统由耗能支撑、剪力墙、梁柱、楼板等构成，减振系统的设置在结构合理设计的基础上，还要采用粘弹性比较强的阻尼材料，提高其耗能减振的作用。
（3）水平力和风荷载叠加问题的解决思路，高层建筑面临高风压的问题，风的荷载作用加大结构构件的内力，如果超过其承受的范围之外，将出现水平力和风荷载的重叠， 对建筑物产生一定的结构性破坏作用。因此高风压区域要进行加固设计，一方面要分析水平风压的作用力大小以及影响程度，另一方面控制影响建筑物水平压力的土压力，在此基础上增大结构的水平荷载内力，并采用强度较高的钢筋混凝土，以便控制结构构件的钢筋含量，减缓水平力风荷载叠加带来的负面影响。
2、抗震结构设计的优化
抗震是高层建筑物结构设计必须考虑的重点内容，其设计的功能性需求比较强，其优化设计的内容如下：
（1）提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度的提高，满足其连续和均匀稳定性。笔者通过相关的地震资料总结，抗侧力构件能够使得高层建筑物的结构在平面布置时处于对称状态，在一定程度上满足结构抗震的需求。
（2）地基的抗震设计，地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计，一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度和强度，另一方面则是将桩箱埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。
（3）剪力墙的结构设计，提高承重结构构件的抗侧力，满足承载力的延续性和耗能能力，有效地提高抗震效果。剪力墙的截面是设计的重点内容，一方面要通过与连续梁组成延续性较强的结构体系，保证楼板的刚度，另一方面是提高结构侧面的强度， 最大限度控制建筑物的水平位移范围。
（4）简体结构受力构件的抗震能力也是重点的设计内容，笔者认为简体构件需要具备良好的完整性并呈对称均匀的布置状态，譬如洞口和筒角内壁保持一定间距，并验算厚度及其稳定性，适当增加扶壁柱，这样一来，底部位置的结构就能符合一级和二级的抗震需求。
五、结语
随着人们生活水平的提高，城市建设用地越来越紧张，高层建筑只会趋向于越来越多，并向着超高化、功能综合化、环境生态化、普遍化的方向不断发展，所以高层建筑的结构体系的选择问题将会变得日益突出。因此，结构工程师应根据结构方案的具体实际情况，做出合理的结构方案选择，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
参考文献：
郭院成：《建筑结构体系概念和设计》，黄河水利出版社，2001年
韩孝永：《高层建筑结构用钢浅析》，《梅山科技》， 2008年01期
祝元志：《BIM 在建筑行业的应用、前景与挑战》，《建筑》， 2010年03期