摘要：隨著高層建筑在我國的迅速發展，建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能愈來愈復雜。高層建筑作為特殊的建筑形式，加強其結構設計的實踐探討非常必要。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數量人口漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。本文從不同角度對加強高層建筑結構設計的思路進行了分析。

　　關鍵詞：高層建筑,結構設計,設計分析

　　1.高層建筑結構設計的意義

　　高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現先進的設計，發揮結構的功能并取得與經濟性的協調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

　　2.高層建筑結構設計的特點

　　軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;此外還會對預測構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

　　2.1結構延性是重要設計指標：相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　2.2水平荷載成為決定因素：一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度變化。

　　3.高層建筑結構設計的幾個問題

　　3.1高層建筑結構受力性能

　　對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。

　　3.2高層建筑結構設計中的扭轉問題

　　建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

　　在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。

　　3.3高層建筑結構設計中的側移和振動周期

　　建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期;控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。

　　(1)結構自振周期

　　高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內：

　　框架結構：T1=(0.1—0.15)N

　　框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N

　　剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04—0.10)N

　　N為結構層數。

　　結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：

　　第二周期：T2=(1/3—1/5)T1;第三周期：T3=(1/5—1/7)T1。

　　(2)共振問題

　　當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。

　　(3)水平位移特征

　　水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型。框架結構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。

　　3.4位移限值、剪重比及單位面積重度

　　(1)位移限值在結構整體計算的輸出結果中，結構的側移(包括層間位移和頂點位移)是一個重要的衡量標準，其數值大小從一個側面反映出結構的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結構剛度過小或過大(或者體現結構兩個主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設計者對其中的結構體系選擇、結構的豎向及平面布置合理性的再思考。

　　(2)剪重比及單位面積重度結構的剪重比(也即水平地震剪力系數)λ=VEK/G是體現結構在地震作用下反應大小的一個指標.其大小主要與結構地震設防烈度有關，其次與結構體型有關，當設防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為0.012，0.024.0.040;扭轉效應明顯或基本周期<3.5 s的結構剪重比則分別為0.016，0.032，0.064。單位面積重度vO=G/A(kN/m2)是衡量結構構件截面取值是否合理和樓層荷載數據輸入是否正確的一個重要指標。式中的G由以下幾部分，即結構構件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰(或吊頂)重、填充墻(包括抹面層)重和樓面使用荷載組成;A則一般以地面以上的建筑面積總和計算，以便有一個相對準確的比較標準。定性地分析比較r O值的大小，可得出以下結果，即一般內部隔墻多的建筑(比如住宅)大于間隔墻少的建筑(比如敝開式辦公室);層數多的建筑略大于層數少的同性質建筑}設防烈度高的建筑大干設防烈度低的同性質同規模建筑，剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。一般高層建筑的單位面積重度在10-18kN/m2之間，除個別較特別的以外，多數在15kN/m2左右。

　　以上兩個指標不僅在施工圖設計階段，而且在初步設計階段都是非常重要的數據，其數值正常與否從另一個側面反映出結構體系的選擇是否合適，結構布置(包括構件截面確定)是否合理，電算數據輸入是否正確，以及最后決定電算結果是否可信可用等，因此結構設計者對這兩個指標切不可掉以輕心，更不可認為是無關緊要的。

　　4.結語

　　隨著高層建筑規模和型式的不斷發展，追求結構形式新穎、受力合理的目標將是結構設計工作者的目標和方向。作為結構工程師，高層建筑結構設計中應根據實際情況做好結構分析，多做方案比較，加強優化設計的實施，高層建筑的結構設計不僅應保證高層建筑具有足夠的安全性，還應保證結構的經濟性、合理性。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。

　　參考文獻：

　　[1]王璐穎.高層建筑結構設計與表現[J];科技致富向導;2010年29期

　　[2]王杰喜.對高層建筑結構樓板設計的探討[J];四川建材;2009年02期