时间：2023-07-18 17:24:51
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇高层建筑结构设计原理，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
前言
由于土地资源的利用越来越紧张，为了缓解这种情况，高层建筑成为城市建设的重点，并且具有各种各样的建筑结构设计的高层建筑方案层出不穷。在这个过程中，既出现了优秀的新型结构设计，为以后的高层建筑设计提供了参考，同时也有一些不符合建筑原理的设计方案，造成了人、物、财三个方面的损失。所以在当前高层建筑结构设计复杂的情势下，我们有必要对高层建筑结构设计问题进行深入地研究，以提高我国城市发展的进度和质量。
1 高层建筑结构设计的现状分析
目前，高层建筑的结构材料主要是钢筋混凝土和钢材这两种。钢筋混凝土材料的原材料丰富，制作成本低，并且在使用时效上、耐火性上以及承重能力上都有很好的效果，如果能够使用在合理的、科学的结构设计方案上，可以提高建筑物的抗震能力，但不足的是，钢筋混凝土材料本身质量过大，而且构件断面也很大，这对运输和施工增加了困难。相比较钢筋混凝土材料而言，钢材的材质很轻，也具有很好的韧性和强度，施工工艺比较简单，抗震性较好，但钢材的制作成本很高，而且耐火性很差，如果在对防火工程有要求的建筑物上使用，还要涂上大量的防火涂料，这样一来，工程造价会大幅度增长，并且严重影响施工进度。当今，在发达国家，大多数的高层建筑是钢结构的，而我国只有少部分高层建筑是钢结构的。综合考虑钢结构和钢筋混凝土的优缺点，把两者在高层建筑结构设计中组合起来才会取到更好的效果。
2 高层建筑结构设计过程中存在的主要问题
高层建筑的结构设计要考虑的因素有很多，往往很多设计师会忽略掉一些因素，结果导致方案在现实中无法进行施工或是在使用过程中建筑物的功能不能满足居民的要求，具体主要的问题有：没有考虑到地震和超大强风的情况，导致在这种情况下高层建筑产生水平侧向力；高和宽的比例没有拿捏准确，导致建筑物不够稳定；没有注重薄弱环节的设计，导致建筑物在体型、刚度及其立面的质量等方面出现问题；变形缝的设置不够合理，变形节点处的构造没有处理好，没有考虑到因温度、风力以及基础沉降等方面对建筑物造成影响的可能性；没有考虑到在基础比较深、重量比较大等比较特殊的地质条件下的设计和施工问题等等。
在上述的主要问题的基础上，我们可以总结出，在高层建筑的结构设计过程中，要综合考虑抗震和抗风、消防以及扭转四个方面的结构问题。
（1）抗震结构：抗震结构一直是高层建筑结构设计的重点和难点，因为高层建筑的结构比较复杂，在加上有的设计人员不能灵活地利用设计原理，抗震结果的计算不够准确，最终导致抗震结构设计方案不够完善，使高层建筑在使用中的抗震效果不是很好。
（2）抗风结构：高层建筑由于高度太高，很容易改变风在建筑表层的流动性以及空气的动力效应，使高层建筑的薄弱环节产生震动，破坏高层建筑的外部造型以及稳定性。为了提高高层建筑的稳定性，我们有必要完善高层建筑物的抗风设计。
（3）消防设计：对于人群集中的高层建筑，消防设计是一个重点，并且我国相关的建筑规章制度中明确提出，高层建筑必须要有科学的消防设计。但消防设计中遇到的难点有：使用的材料具有较高的易燃性、排烟比较难、居住人口较多、不易疏散等。
（4）扭转问题：在高层建筑结构设计之中，要达到三心合一的要求，即建筑结构的结构中心、几何形心和刚度中心要尽量重合。因为如果三心没有合一，会导致建筑物发生扭转的现象，严重破坏建筑结构。
3 高层建筑结构设计的应对措施
3.1 不断完善抗震结构的设计方案
要想完善高层建筑的抗震结构设计，必须从以下几个方面入手：一是合理设置抗侧力结构，以加强建筑结构的稳定性和连续性；二是提高剪力墙的性能，因为剪力墙的性能关乎到建筑物在地震的情况下能否较好地减轻地震对建筑物结构的损害；三是加大桩基础的埋置深度，以加固建筑物的基础；四是简化建筑物的结构，保持对称，除此之外，还可以对建筑物进行一体化设计，提高整体结构的连续性，加强抗震效果。
3.2 不断完善抗风结构的设计方案
完善抗风结构设计方案可以从加固基础和减小风力的影响这两个方面进行，要想做到前者，就要加大桩基础的埋置深度，而达到后者的做法是增设耗能结构，这样一来可以减小风力效应对建筑物的损坏。除此之外，还要加大高层建筑的抗风能力和结构承载力。
3.3 不断完善消防设计
对于高层建筑物来说，消防设计是非常重要的。消防设计的水平不仅决定了高层建筑的使用性能，还牵扯到群众的生命安全问题，所以在这个问题上，我们必须严肃对待，尽量做到最好。在消防设计上，我们首先要关注消防结构的距离，要按照相关规定进行严格地控制。为了提高建筑物的防火性能，我们可以适当地加大耐火和防火材料的使用量，尽可能地降低易燃材料的使用量。另外，疏散系统也是完善消防设计的一个途径，因为很多建筑都是因为疏散系统不够完善最终造成悲剧的。疏散系统的最好设计是让其呈垂直状态，这样一来，就可以保证疏散的效率。除此之外，还可以适当地添加避难层、耐火区等具有特殊防火功能的区域，全面提高高层建筑的消防能力。同时，还可以在高层建筑中设置独立的隔离结构，是为了在火势较大的情况下，为无法逃生的人员提供隔离区域，控制火势的蔓延，以争取救援的时间。
3.4 合理的进行平面布局
三心合一是高层建筑的结构要求之一，这个标准的提出是为了避免高层建筑因发生扭转问题对建筑整体造成损害，所以在设计过程中要谨遵这个要求，具体做法是在高层建筑中尽可能地选用比较规则、分布比较均衡和简单的平面图形，比如矩形、正方形、正多边形、圆形等，要极力避免使用十字形、T型、L型等比较复杂的平面图形。如果出现特殊情况，要根据现有的相关规范对其进行合理的设计，但仍要保持一个结构原则，那就是“保持对称”，因为一旦有某个结构过于突出，会影响到其他结构的稳定性。
4 结语
虽然近年来，我国高层建筑的发展速度很快，但在质量上来说，其情势不容乐观。所以，迫在眉睫的是提高高层建筑结构设计的水平，不管是抗震结构设计，还是消防结构设计，或是基础的加固，设计人员都要综合考虑到各种因素，并切实掌握现实情况，及时掌握国内外高层建筑结构设计的最新动态，做到能够灵活利用设计知识，不断地在实践中积累经验，设计出合理科学的结构方案，使高层建筑安全舒适。
参考文献：
[1]钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D].重庆大学硕士学位论文，2006.
关键词：高层建筑 方案设计 结构分析
Abstract: with China's rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems.
Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis
中图分类号 : TU3文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国经济的快速增长，城市规划用地日趋紧张，发展高层建筑是城市未来的趋势。高层建筑坚实的物质基础是随着科学技术进步和经济发展带来的。如今建筑功能的的多样化使人们提出了更多和更复杂的要求，出现了许多复杂的不规则的高层。在建筑行业内部有些人员忽略了其结构设计的根本所在，有些设计人员过分依靠设计软件，盲目的生搬硬套，造成建筑结构设计无法一次性完成。所以，本文对建筑结构设计、计算分析等问题深入的进行一次分析探讨，希望能对建筑结构设计的同行起到积极的作用。
1、高层结构方案的设计
现在许多建筑结构工程师太多依赖结构设计软件，对设计软件的结果盲目的生搬硬套，结构工程师对结构的体系、结构的布置符不符合规范，或者算出的信息和实际的情况是不是一致，是不是真实可靠都只是用结构计算软件来设计和计算，虽然能设计和计算出一个结果，但是这些的结构设计结果是需要设计师来判断正确与否的，这就需要结构工程师自身有较高的结构水平、对软件的深入了解以及对规范的熟悉程度。
在实践中，设计人员的建筑设计方案和结构设计是相互协调、相互影响的，在初步设计之前做的工程项目来设定一个总体方案是概念设计的目的，根据使用功能、设计意图、现场的建筑条件、材料的来源以及业主对项目资金的使用等许多方面因素的要求，这样对下一步的设计、施工和维护使用能做到又快又省力。根据高层建筑结构的自身特点，比如设计施工比较复杂或者对施工技术要求比较高，投入资金又很大，加上地基结构的特殊性，这样结构的优化设计并不能带来综合经济效果的最优化，例如在高层建筑的深基坑支护设计施工过程中，直接放坡不需要用支护来设计的结构方案是比较经济的的方法，但是后果可能会出现深基坑变形和变大，造成施工工期延长导致资金回报慢一些因素，第二，选择一个适合的结构设计体系也是要在建筑结构概念设计过程中解决好的问题。目前来说，高层建筑结构体系分几种类型：①剪力墙结构；②框架结构；③框架剪力墙结构④框架核芯筒结构；⑤筒中筒结构；在这么多的结构体系中，让设计师们可供选择一种或几种结构体系用来备选，在建筑结构概念设计时确定。透过建筑结构的计算和各个方面的技术经济比较确定最为经济合理的结构设计体系。
2、高层建筑结构设计分析
2.1、模型的计算
建筑结构设计的重要内容之一是结构分析，通过计算来确定结构在各种作用下的效应，研究的结论要能说明和评估真实结构在预设作用下的效应。结构的安全性、经济学和实用性是否科学合理都是通过结构分析来确定的。结构分析的重中之重都是在于通过模型的计算分析来确定的，它包含理论的计算、合理的选择计算简图，这是研究分析结构的基础和重点。
在实际中，不管模型分析是哪种，都无法完全精确的描述其真实的结构，都是在实际的结构中取一定程度的近似值。通常情况下，建立模型结构分析时，都会用一些假定，比如结构材料均质连续都是假设的，这样的假定对结构宏观力学性能不会产出明显的误差，整体的性能的效应都是主要结构构件参与的。但是次要构件与非结构构件对性能的影响都是假定忽略了，就是说忽略了结构中作用较小构件的刚度，通过假定，根据构件在结构整体性能中应发挥的作用来进行确定是否能忽略，可以忽略相对和对主体影响较小的变形。
2.2、理论计算
建模是计算理论的一个重要组成部分，对建筑结构设计的研究理论计算分为两种：①线性理论；②非线性理论。其中以第一种线性理论比较成熟，是目前结构工程师们对建筑结构设计时普遍运用的一种计算理论。在结构设计的承载力状态中，极限和正常使用极限状态都是普遍常用其中。非线性计算理论又分为两种：①材料非线性；②几何非线性；第一种是材料、构件以及截面的本构关系。比如荷载与位移，弯短与曲率，应力与应变等等都是非线性的，对于几何非线性，通常都是结构变形产生内力的二阶效应造成荷载效应与荷载之间出现的这种关系。
在选择两种计算理论的分析时还是要根据项目的具体情况而定，通常采用线性计算理论分析，因为在一般建筑结构设计时，使用其分析比较简便。不过在遇到建筑结构跨度大，或者超高层建筑结构设计时，二阶效应会使结构变形比较大，所以还是要采用非线性计算分析。
2.3、建筑结构设计的方法
在建筑结构设计时，解析和数值是结构分析时采用的两种数学方法，通常简单的结构模型求解中适用于此方法，但是遇到建筑结构复杂，一个数学模型不能被很多建筑结构抽象成一个可以用连续函数表达，并且边界条件也无法用连续函数表达的情形下，这样就不能选择运用这个方法，所以在此情形下就要用数值法求解，数值法又分为有限条，有限单元，有限差分等方法，就目前来看，应用较为广泛是有限单元法，方法原理是将建筑结构拆分一个有限单元组合体，这样方便剖析真实的建筑结构和模拟，一般情形下可以模拟几何形状复杂结构解析，单元可以按照不同的连接方式组合在一起，但其本身有可以有不同的几何形状。在建筑设计时，结构工程师对于有限单元结构分析的常用软件有ETABS，PKPM，SAP，ANSYS等系列。
2.4、建筑结构概念设计
建筑概念设计是在研究设计方案过程时，通过我们自身具备的经验基础，选择和布置好结构体系，能准确把握好其结构特性，能保证在预期的范围内把结构在预设的各项作用下控制住，其中的内容包含：①结构选型，②结构平面，③竖向布置，④结构侧向刚度控制，⑤温度作用考虑等。概念设计是结构工程师必须掌握也是很难完全掌握的能力之一，在普遍运用计算机设计的今天，概念设计理念对于判断结构设计的计算结果的合理性，正确性有很大的作用。
2.5、建筑结构总体布置
我们通过选择合理的结构体系以及较好的结构布置，使建筑结构设计更加合理科学。往往完美的建筑设计方案的效果也都是需要结构不断的想办法去实现的，但是有很多的建筑方案有时候会要求结构牺牲安全性和经济性去达到建筑的美观效果，我们应该深入去分析结构的安全性，原则性的问题绝对不能迁就建筑，以防止造成结构功能和安全上的问题。结构布置要全面考虑以下几个因素方面:
⑴、控制结构的侧向变形
建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。
⑵、平面布置
平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。
⑶、竖向布置
为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。
⑷、缝的设置和构造
建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缠把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。
三、小结
高层建筑混凝土结构设计是一个复杂、漫长、重复的过程，如果不想让整个设计过程中变得更复杂或者设计出的结果造成不安全的因素都必须要仔细和有耐心，不能出现遗漏和错误。总之，作为结构工程师，我们要从自身做起，要求自己严格按照规范规定进行设计，有时候也要拒绝和不能妥协业主方、投资方提出的无理要求而进行违规操作设计，负责任、认真的工作态度加上日积月累的设计经验都是成为优秀设计师的结构工程师，只有在不断学习，不断总结经验，对我们自己设计的每一个项目做到负责任的精益求精，才能真正把结构设计做好，成为一个优秀的结构工程师。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准．建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.
关键词：高层建筑；结构设计；问题；措施
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、高层建筑结构设计的原则
1、计算简图的选择要适宜
在高层建筑的计算简图中有大家公认的一个原则，在各种方案选取的时候必须除去个人的主观意见，综合各方面因素来选择一个最为合适的设计方案，方案的选取与工程的整体机构安全有着直接的联系。无论对于哪一项工程来讲，只有在计算简图的基础上才能进行建筑结构的初步计算，因此我们可以看出对于选取合适的计算简图是极为重要的。众所周知，再精准的计算与设计，误差在施工的过程中都是不可避免的。实际上，在工作中误差是可以存在的，只要我们把误差的范围合理的控制在一定的标准之内，那么误差对于工程的整体质量就不会产生很大的影响，因此需要我们更加精确的来计算简图，保证与实际误差相差较小。
2、基础方案的选择
不能因为工程的需要而使周围的环境遭到破坏，以至于周边环境的生态平衡遭到破坏，是现在设计的一个环保性特点。任何一个工程都必须以环境为中心来进行设计和施工，使工程能够很好地融入到自然中，使生态环境平衡和谐共存。在进行基础方案的设计时，首先要把各个方面的相关因素每一项都要进行考虑，把每一方面的因素都要综合起来，然后对工程的整体进行一系列的评估来考虑其经济性，接着进行对设计方案的正式审核，最后再进行施工，在施工过程中始终要以可持续发展为中心的理念进行施工，那么工程的质量定会有一定的保障。
3、结构方案的选择
由于高层建筑的结构特点是很复杂的，在施工时我们要对各个方面的问题进行考虑，例如线路的安排，供水问题等每一方面我们都必须要考虑周全。在结构设计方案中有一些重点考虑的部分，例如：周围的施工环境、材料的选择要求、抗击自然灾害的能力。我们必须要严格遵守原则：水平和竖直。结构方案不只是施工单位一方面的事情，使用方和施工单位要意见达成统一，在设计中和以后的发展方向上要仔细详细的展望，为了选择更合理的结构设计方案，能够最大限度的达到预期的目的。
4、对计算结果准确的分析
现在，计算机技术的进步使得计算机技术在高层建筑的结构设计中能够进行应用，但是不同的计算机软件有可能导致计算结果出现一定的偏差，因此对计算机软件的计算结果需要我们进行准确分析和把握。那么进行建筑结构设计的人员必须在结构设计方面有充分实际的技能，还要充分的了解所应用的计算机软件，因此才能对计算机结果进行客观而准确的分析。基于计算机软件的不完善性，软件可能存在缺陷，计算结果有可能会使得计算结构与实际情况存在一定的偏差，出现偏差时要求结构设计人员对计算结果进行判断，在设计中做出一定程度的调整，来适应结构设计的要求。
二、当前高层建筑结构设计中出现的问题
随着高层建筑的不断兴建，我国很多高层建筑的结构设计中都暴露出了一些问题，对高层建筑的建设带来了不利的影响。
1、对高层建筑抗侧力结构的设计
与多层建筑相比，高层建筑在高度和层数上都有一个明显的突破。从结构设计的角度，高层建筑与多层建筑在设计方法以及设计原理上基本是一致的。两者的区别主要体现在水平荷载作用，高层建筑的结构材料必须能够抵抗更大的水平荷载，对于高层建筑特别是带高位转换层、多塔楼和大底盘的高层建筑，都很容易在抗侧力结构上出现问题。
2、高层建筑地基基础设计的问题
高层建筑的地基基础设计要求很高，有很多高层建筑的地基基础设计没有对荷载进行全面的考虑，在进行局部填土、隔墙设置等都没有对荷载偏心的影响进行考虑。在地基基础设计中，没有进行冲切、抗剪和抗弯的处理。
3、高层建筑在轴压比的控制上的问题
轴压比的限制比在高层建筑中有着严格的规定，很多高层建筑的设计难以满足轴压比的规范要求，很多构件的截面受到了限制。轴压比的限制对高层建筑的质量会产生很大的影响。
4、高层建筑对连梁的结构设计
高层建筑的连梁设计包括截面的尺寸、剪压比的限制、连梁的剪力设计取值等等。如果高层建筑中对连梁的设计不准确，截面高度过大，跨度过小，就会影响高层建筑的抗震效果。一旦发生地震，连梁的剪力和弯矩过大，难以达到相应的抗震规范，影响高层建筑的使用安全。
5、高层建筑结构设计中对结构计算的结果难以判断
对结构计算结果进行判断并不容易，高层建筑结构计算所要考虑的因素众多，不仅要对结构自振周期、振型曲线、水平位移特征等因素进行考虑，还要考虑其抗震设计的合理性。因此，很多高层建筑的设计中难以对结构计算的结果进行准确的判断，往往遗漏一些影响因素，造成结构计算的不合理。
三、解决高层建筑结构设计问题的具体措施
1、如何对高层建筑结构地基基础进行设计
当高层建筑的设计中有地下室这一内容时，要对荷载进行全面的考虑，地下室的外挑部分、局部填土、停车、水池等都会受到荷载偏向的影响。
在对筏基和箱基的梁板配筋进行计算时，必须对底板上直接作用的梁板自重和荷载进行相应的扣除，当箱筏的四边边区格和四角的地基反应力过大的时候要对其进行加强配筋。
如果高层建筑的地面有中庭设计，就必须对基础底沿的轴线上进行基础梁的设置。在使用倒梁法进行内力分析时，注意不到顶的中间柱是不能够作为支点的，在进行集中荷载计算时必须同时计算柱底反力。
在对箱基进行结构设计时，要注意对洞口上下的连梁进行考虑，验算其截面面积，如果洞口的大小或者位置出现修改，要对连梁抗剪强度和抗弯进行复核。
如果采用的整体筏基和箱基的设计，就要对其桩土进行考虑，桩土的共同工作会产生一定的影响。在对基础底板进行计算时，要对桩同作用的状态或桩沉降状态下的地基反力进行考虑。
2、如何对高层建筑的轴压比进行控制
一般来说提高混凝土的强度是对高层建筑轴压比进行控制的直接方法。如果还不能达到相关标准，则还可以使用其他方法来对轴压比进行控制。
混凝土的变形能力受到柱的箍筋的影响，因此可以通过对混凝土的横向变形进行约束，来对裂缝的扩展进行延缓，并对截面抗剪能力进行提高。增大配箍率、使用合适的配箍形式都可以实现结构延性的提高。在设计时，如果采用井字复合箍进行沿柱全高，且保持箍筋的直径、间距和肢距，一般来说直径在8毫米以上，间距在100毫米以内，肢距在100毫米以内。如果采用复合螺旋箍进行沿柱全高，则要保证8毫米以上的箍筋直径，100毫米以内的螺距和100毫米以内的肢距。
在弹性模量方面，钢筋的弹性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了较多的纵向钢筋在柱中，有余轴向压力的影响，钢筋会承担更多的压力，从而降低混凝土承担的压力。在设计中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%都必须加入纵向钢筋。
提高混凝土强度等级对轴压比的控制有直接的效果，但混凝土的强度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土强度等级不超过C60。
3、如何进行连梁设计
在《高层建筑混凝土结构设计规程》以及《建筑抗震设计规范》等相关设计规范当中都明确的规定了连梁的截面尺寸、剪压比限制以及剪力设计取值等内容。在具体的工程设计过程当中，因为连梁具有较小的跨度以及高度较大的截面，因此在地震的作用下，弯矩和剪力在经过内力的计算之后都比较大，因此无法使规范的要求得到充分的满足，在对其进行设计的时候必须要以不同的情况为根据从而采取不同的措施。在地震作用下，为了对连梁的延性进行保障，并对剪力和弯矩进行有效的传递，刚度折减的系数就要高于0.55；在风荷载的作用下，为了将连梁的裂缝控制在正常的适用范围内，就要使刚度折减的系数高于0.80。此外，如果调整刚度折减系数后连梁仍然难以满足要求，则可以采用内调幅，并配置足够的箍筋。若连梁的超筋较多时，可以对连梁的高度进行减小，以减小剪力和弯矩。
四、结构设计中应注意的问题
在建筑行业我们要不断的提升自己，主要从以下几方面：技术领域，先进的技术是提高我们自身能力的保障，只有不断的学习先进的技术，才能够紧跟科学的脚步，也要鼓励员工学习先进的科学技术发展创新；在设备方面，我们应该加大对先进的设备的投入力度，要做到我们的技术与世界接轨，对于那些新的高科技的设备一定要严格按照说明书的指导步骤进行使用。这样不但能够提高我们的能力而且能够更好的运用这些高端的设备，从而大大的提高使用寿命；只有这样我们才会更好的壮大自己，保证我们的工程质量，让人们能够更加安心的生活，提高生活质量。
五、结束语
为了充分的保证高层建筑结构设计的安全性和可靠性，我们应对其结构设计中的若干问题进行深入的研究和分析，针对这些问题选择最具针对性并且科学合理的设计对策，在高层建筑结构的设计和施工过程中，相关人员应具备清晰的概念设思路，同时选择最有效的设计措施和施工方法，从而促进我国高层建筑的健康发展。
参考文献：
[1]汤兰.试论高层建筑结构设计中的若干问题[J].黑龙江科技信息,2014,25:198.
[2]方泽鹏.分析高层民用建筑结构设计的要点和常见问题[J].建筑设计管理,2014,08:58-59+100.
关键词：高层建筑结构设计；教学内容；教学方法；教学手段
高层建筑结构设计课程的教学内容涉及混凝土结构、结构力学、结构抗震等知识的综合应用，作为培养从事土木工程设计、施工、预算、招投标工作的高级工程技术人才的土木工程专业，一般将高层建筑结构设计课程设置为一门专业限选课。土木工程专业毕业生的就业方向主要有结构设计、工程施工技术管理、预算和招投标等岗位，这些工作岗位都与高层建筑结构设计具有密切联系。土木工程结构设计岗位的主要工作内容已由多层建筑设计转变为高层建筑设计；从事土木工程施工管理工作，必须掌握高层建筑结构的识图与读图等知识，清楚高层建筑中哪些是主要受力构件，哪些是构造构件，在施工过程中遇到一些简单的高层事故应如何处理，等等，这些都有赖于该课程的学习；土木工程预算和招投标管理工作中大量的分析计算都要靠计算机来完成，要求工作人员要在看懂图纸（很多是高层建筑图纸）的基础上建立分析模型，做到不多算、不漏算，这也有赖于该课程的学习。工程专业开设该课程的意义由此可见。但是，由于种种因素的影响，目前该课程教学中还存在不少现实问题。鉴于此，本文拟从教学内容、教学模式、教学方法、教学过程等方面探讨高层建筑结构课程的教学改革问题，希望能为该课程教学质量的提高提供参考。
一、课程教学内容规划
随着我国经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算，教学内容十分丰富，但该课程的学时往往十分有限，因此，合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期，主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等，与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系，也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性，教师处理与已开设课程重复的内容时，应做到“重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点”[1]。例如：荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似，按照相似的内容讲典型的原则，对该部分内容，教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算（考虑风震系数），而活荷载计算可不考虑不利布置；框架结构设计部分的一些内容，与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，对该部分内容，教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数；高层建筑结构基础设计部分的一些内容，与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。
二、课程教学模式
在开设高层建筑结构设计课程时，学生已具备一定的专业技能，但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点，教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合，着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程，有利于处理“懂”与“会”的关系，学生可以先懂后会，也可以先会后懂或边懂边会。此外，教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所，广泛开展直观教学，实现课堂教学与实习实训的一体化，从而有效提升学生的综合能力。
三、课程教学方法与教学手段
高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。
(一)课堂教学
课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主；要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；要注意培养学生终身学习的观念，力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中，还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论学习与实践环节相结合[3]。第一，课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点，并向学生指定课外自学的内容和思考题，以培养学生的自学能力，化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二，开展课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强，思维灵活，喜欢独立思考问题。因此，在全班或小组内围绕一个问题开展讨论，让学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生学习的积极性和主动性，充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中，可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论，让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲，教师可先提出问题，让学生在小组讨论的基础上，选出代表到黑板前陈述意见，这样既可活跃课堂气氛，提高教学效果，也可提高学生的表达能力。第三，课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容，教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组（宜以宿舍为单位）讨论。教师还可结合单元教学内容，组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动，如PKPM建模大赛等，以锻炼提高学生的知识运用能力。第四，理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明，很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解，难以联系具体工程实例；结构设计只是停留在单个构件上，不明确结构整体设计的思路。因此，教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例，通过对工程实例的详细讲解，使学生加深对理论知识的理解，提高应用能力。比如，对高层建筑常用的三种结构，即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，教师可借助实际工程项目，依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制，通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路，加深对规范条文的理解。需要说明的是，教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践，也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践（包括结构选择、结构建模、施工图绘制等），是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。
(二)PKPM软件应用教学
PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程，主要有以下三个教学步骤：(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中，要通过讲解和练习，使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧，理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31；结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中，应要求学生按照相关要求，结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数，并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中，应指导学生通过对计算结果的分析，判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求，并对不满足要求的参数进行调整。
(三)工程设计实践教学
开展高层建筑结构设计课程实践教学，有利于学生强化工程概念和感性认识，激发学习主动性，提高创新能力。在工程设计实践教学中，教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑，了解其构型、结构体系、存在的施工问题等；可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模，如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模，20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模，20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。
(四)课程考核
高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合，但笔试成绩一般占总成绩的80%，这容易导致学生只重视理论而忽视实践，不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力，可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中，笔试成绩占总成绩的50%，试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试；上机操作成绩占总成绩的20%，可以给定房屋建筑平面图和立面图，让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模；实践环节成绩占总成绩的30%，内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。
四、教学过程的组织
如前所述，在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题，其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构，调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等，并形成文字。导入新课时，教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况，并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中，教师应突出重点，把握难点，可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时，可先分述每种结构体系的概念，再举例分析典型的结构体系布置，然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构，最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式，而在安排有小组前期调研的情况下，应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外，教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，以实现学以致用，不断提高学生的实践应用能力。例如，为了提高应用型技术人才培养质量，黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地，为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台，教师引导学生到这里结合教学内容参观实践，无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。
作者:邵莲芬 单位:黄淮学院
参考文献：
[1]牛海成，徐海宾．面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．
[2]刘圆圆．浅谈《高层建筑设计》课程改革方案[J]．城市建设理论研究：电子版，2014(36)：8119―8120．
[3]孟丽岩，王涛，陈勇，等．高层建筑结构设计课程教学方法的改革与实践[J]．黑龙江教育（理论与实践），2015(3)：77―78．
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
一、抗风结构设计
（一）高层建筑对风振十分敏感，因此抗风压成为了高层建筑结构设计的重点任务之一。由于高层建筑本身楼层建筑较高，其对上层风的阻隔作用也就变得十分明显，风由于高层建筑的阻挡，其空气动力效应也将随之改变，会产生对高层建筑的动力荷载。因此，风压对高层建筑具有较高的危害性，如若风压过大，也可能会直接导致高层建筑的主体结构承受过大的动力荷载，而遭到损坏，甚至发生墙体裂缝、内外装饰物脱落等现象。
（二）解决方法
1.抗高压风设计
高层建筑面临的高风压问题一直是高层建筑抗风设计的难点，由于高风压的作用，风荷载将加大对高层建筑物的内部构件压力，如果此压力超出建筑物本身的设计范围，加之与水平力的相互叠加必然对高层建筑产生结构性破坏。因此，高层建筑承受高压分的部位一定要进行结构加固设计，根据建筑物具体所在区域的高压风作用特点，设计不同强度的钢筋混凝土，增加高层建筑抗高压风部位的风荷载承受能力。
2.基础抗风设计
高层建筑抗风结构设计，首先要做到的就是基础结构设计的稳定性。主要在设计中着重注意两个方面：一，采用配比级别较高的沙石进行回填，且回填的要做到密实，切记不可留有空隙，防止风压的水平作用对高层建筑结构的威胁；二，在高层建筑基础持力层的底部一定要设置抗拔性锚杆，确保建筑整体具有足够的抗拔强度。
3.耗能减振抗风设计
耗能减震系统是高层建筑抗风优化设计中十分重要的部分，耗能减震系统最大程度上减少了风荷载对高层建筑的威胁，耗能减震系统主要就是由梁柱、楼板、支撑，以及剪力墙等构件共同组成，耗能减震系统就是各个部件采用合理的设计方式，采用具有高粘弹性的材料连接在一起，从而起到综合性耗能减振的结果。
二、抗震结构设计
（一）高层建筑结构十分复杂，往往在高层建筑中，结构设计人员无法全面的将抗震原理融入建筑结构设计之中。同时地震具有非常发性，高层建筑往往在结构设计上抗震数据分析简便，抗震系数难以得到保障。如若高层建筑在结构设计中不能够将地区地震特点融入总体规划布局之中，并合理设计结构局部，建筑物必将难以抵御地震危害，这对建筑物使用者造成的伤害也是巨大和难以挽回的。
（二）解决方法
1.剪力墙抗震设计
在剪力墙的设计中，要着重注意重点设计增加承重构件的抗侧力，必须要满足对建筑物承载的耗能能力和持续性，从而提高各构件的抗震能力。同时，剪力墙的截面设计也是抗震设计的重点所在：一方面，需要设计中确保剪力墙能够与连续梁组组成具有较强延续性的结构体系，从而确保楼板抗震刚度；另一方面，需要不断提高剪力墙结构侧面的强度，从而对建筑物水平位移进行控制，防止建筑为因地震导致移位现象的发生。
2.地基抗震设计
高层建筑在地震中的破坏主要来源与地基沉降，如果高层建筑地基出现沉降，其结构必然受到破坏。因此，高层建筑结构设计中，首先要对地基抗震进行针对性的设计。第一，要对建筑物得建筑平面进行简化设计，尽量减少在阴角部位的布局，将高度不同和形状不同的建筑物以栋为单位进行分割，从而提高地基的强度和刚度；第二，要将桩箱合理埋置在一定的深度，保持建筑物上部结构和群桩受力的合理分布。
三、消防结构设计
（一）高层建筑必然建筑规模庞大，因此其内部结构必然十分复杂，而为了满足各种不同的结构施工，必然采用各种各样的功能性材料，其中高层建筑的大部分材料均具有可燃性，这就大大增加了高层建筑的火灾发生可能性，也加重了火灾发生后的灭火难度。同时由于上层空气对流性较强，高空中的风力也十分强劲，一旦高层建筑发生火灾，可燃性的建筑材料必然借助风势越烧越大。此外，高层建筑的疏散线路必然处于垂直状态，很难以将大量人员及时疏散至地面。再者高层建筑发生火灾排烟也成为了一大难题，据相关统计显示，烟熏的致亡率比直接火烧高出许多。这也为高层建筑消防结构设计必须要严格把控，做到万无一失提出了硬性要求。
（二）解决方法
1.安全疏散设计
高层建筑物安全疏散结构的设计其主要困难，在于解决高层建筑的垂直疏散问题。由于高层建筑物的疏散属于垂直状态，而一旦发生火灾，电梯又会紧急断电而无法使用，因此楼梯也就成为了高层建筑的唯一安全疏散通道。所以楼梯必须要具有双重疏散功能，首先能够为楼内人群提供快捷的疏散通道，其次还应当具备防烟防火功能，避免在疏散途中对疏散人群造成二次伤害。另外在高层建筑设计中，还应当充分考虑主要可燃物的性质和具体数量，从而推断出高层建筑一旦发生火灾，火灾的最大蔓延速度，通过此速度在楼梯间合理设置火灾避难室，为无法及时撤离的人们提供避难场所。
2.防火间距设计
高层建筑的防火间距设计，应当根据每栋建筑物之间的相互间距设计，从每栋建筑物最突出的可燃物边缘作为计算始点，但是由于各个建筑物必然存在位置、功能、火灾承受能力、可燃物多少等内在特点，计算方式也可根据建筑物的具体情况灵活掌握。但是防火间距设计中，必须要最大限度的满足建筑物防火安全要求，尤其是为建筑物排烟留出足够间距。
四、结语
高层建筑的抗震、抗风和消防结构的设计关系到整个建筑物的安全性和使用寿命，这三个方面也是高层建筑物设计的难点所在，如若存在O计隐患，其后果必然是灾难性的。为了最大程度的消除高层建筑在抗震、抗风和消防结构中的设计缺陷。
参考文献：
关键词：高层建筑;结构；设计;选型
Abstract: With the rapid development of China's national economy, city high-rise building construction is developing rapidly, but the quality of design, and is not very ideal. In the tall building structural design, structural engineers not only pay attention to the accuracy of structural calculation and ignore the actual situation of the construction scheme, and should be based on the actual make rational structure scheme selection.
Key words: high-rise building; structure design; selection;
中图分类号：F407.9 文献标识码A 文章编号
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。对于高层建筑的结构设计, 首先摆在结构工程师面前的是结构选型的问题。高层建筑结构的选型通常要遵循一定的原则, 它不仅考虑到建筑物的适用性、经济性、抗震性能,而且要考虑施工安装的影响。
1高层建筑结构设计的特点
1.1 水平力是设计主要因素
设计在多层建筑结构设计中，主要考虑结构竖向荷载。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。因为结构自重和楼面使用荷载在竖向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、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑结构高度的两次方成正比。另一方面，对于一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力特性的不同而有较大的变化。
1.2 侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比(= qH4/8EI)。另外，高层建筑随着高度的增加、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度。
1.3 抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
1.4减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，作用于结构上的地震剪力大，地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
1.5轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2高层建筑结构选型与建筑设计
2.1在结构的功能要求被确定以后，即可根据功能要求进行结构的选型。例如对于高层建筑，在选型上可以考虑框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构以及筒中筒结构等，在用材上可考虑钢结构、钢筋混凝土结构、组合结构等。对于大多数建筑物，工程造价中约有50%～70%用于结构工程，而且结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的50%～70%。因此搞好结构工程对于建筑工程建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用。
2.2搞好结构工程的关键在于结构选型，如果选型不当，即使结构计算很精确，也有可能给结构的安全使用及耐久性带来无法弥补的缺陷，所以结构选型对于结构的全寿命优化有着举足轻重的作用。在非地震区的高层建筑，水平荷载以风荷载为主。所以非地震区高层建筑选型宜选用有利于抗风作用的建筑体型，也就是宜选用风压体型系数较小的建筑体型，比如圆形、椭圆形等。流线型的建筑体型以及由下往上逐渐变小的截锥形体型的体型系数相对较小，有利于抗风。在进行结构平面布置时，宜使用结构平面形状和刚度分布尽量均匀对称，以减轻风荷载作用下扭转效应对结构内力和变形的影响，并应限制结构高宽比，防止倾覆和失稳。地震区高层建筑的体系选型，实际上属于抗震概念设计范畴，它是在总结震害规律及工程经验的基础上，以宏观概念为指导，正确地解决高层建筑的总体方案，选择合理的结构体系，以达到合理抗震。通常应选择对抗震有利的地段，选用整体性较好的基础，立体结构应具有合理的地震作用传递途径，拥有多道抗震防线，具有必要的刚度和强度，具有合理的刚度和强度分布，避免竖面侧移刚度的突变。另外亦宜选择风压体型系数较小的形状并限制高宽比。
2.3对于低层、多层或高层建筑，其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加，由于以下两个原因，竖向结构体系成为设计的控制因素：较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒；更重要的是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，必须精心设计。高层建筑的竖向结构体系从上到下一层层地传递累积的重力荷载，因此要求较大的柱或墙截面来承受这些荷载。同时，这些竖向结构体系还必须把风荷载或地震作用等侧向荷载传给基础。可是，与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性的，而是随建筑物的增高而迅速增大。例如，在其它条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底上的倾覆力矩近似地与建筑物高度的平方成正比，而建筑物顶部的侧向位移与其高度的4次方成正比。地震的效应甚至更加显著。当低层或多层建筑的结构按恒载及活荷载设计时，柱、墙、楼梯或电梯井就自然能承受大部分水平力，问题主要是抗剪。在“矮”房子的框架中，可以填充一些墙板，甚至全部填满墙板的办法很容易获得适当的附加支撑效果，而不必另外再加大原来竖向荷载所需要的柱和梁的尺寸。高层建筑并非如此。这是因为在高层建筑中，主要问题是抗弯和抵抗变形，而不仅仅是抗剪。为了使高层建筑足以抵抗相当大的侧向荷载和侧移，常常不得不进行专门的结构布置，柱、梁、墙和板的截面总是要大一些。
3高层建筑结构分析与设计要点分析
3.1水平荷载成结构设计决定性因素
任何一座高层建筑结构都需要同时承受竖向自重荷载（其他竖向荷载）和侧向风压产生的横向水平荷载作用，另外还必须具备抵御设计烈度要求的地震作用的能力。在高层（尤其是超高层）建筑结构中，尽管结构自重等竖向荷载对结构受力具有重要的影响作用，但横向水平荷载（通常情况下主要包过风荷载和地震作用）是结构分析计算时的决定性因素。随着高层建筑结构的建筑高度不断增加，其横向水平荷载作用在结构设计中的重要性将快速上升。一方面，因为结构自重和楼面使用荷载在结构竖向构件中将引起一定的作用，而横向水平荷载对高层结构整体产生的倾覆作用将使得高层建筑结构在结构竖向构件中产生较大的拉力或者压力作用；另一方面，对高层建筑结构来说，结构自身自重的竖向荷载作用和地震作用，也会随结构自身的动力特性而引起大幅增大。
3.2结构侧移成为控制性因素
与低层结构不同，高层建筑结构的横向侧移已成为结构设计过程中的控制线技术参数，并且随着结构高度的增加，横向风压或地震作用下水平荷载引起的高层结构侧向位移变化会快速增加。因此，在高层建筑结构设计过程中，不仅要确保结构各构件具有足够的强度以提抗可能承受的风荷载作用或地震作用引起的结构内力，还要求结构整体具有足够大的抗侧移刚度，确保结构在横向力作用下引起的侧向位移值可控制在规范要求的限度范围内。由此可见，高层建筑的结构安全和使用功能的充分发挥，与结构体系的抗侧移性能密切相关。
3.3结构延性成为重要考虑因素
与低层或大跨建筑相比，高层建筑结构的柔性则相对明显，在相同地震作用下的结构变形要严重的多。为避免结构整体倒塌等严重后果，结构设计时应确保高层结构在进入塑性变形受力阶段后仍具有相对较强的变形耗能能力。因此，结构设计人员通常要在结构的相应部位采取恰当的加强措施，来保证结构整体具有足够的延性和耗能能力。
4结语
现代高层建筑结构设计是一项集数学分析、结构设计以及计算机优化设计于一体的综合性技术工作，同时也是一项创新性很强的实践活动。为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
参考文献
[1]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
自二十世纪八十年代以来，随着我国建筑业的不断发展，高层建筑越来越受青睐，结构形式更是倾向于复杂化、多样化。因此结构设计人员也将面临着高层建筑结构设计的质量问题。高层建筑结构体系在承受自重垂直力的同时，还要更多的承担风荷载和地震力水平力的作用，而随着建筑高度的增高这两种水平力就越大。这将是高层建筑结构存在的严重质量问题，这将足以引起对高层建筑结构设计的质量问题引起足够的重视。本文主要就高层建筑结构设计质量问题的提升相关问题进行探析。
关键字：高层建筑，结构设计，质量通病，提升方案
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
引言
由于我国现代化事业的不断推进，人类对建筑的需求越来越多，而高层建筑在设计中遇到的质量问题严重威胁着我们的安全。这就使得设计人员在设计时严格把握质量相关的问题。首先从高层建筑的定义作为出发点，考虑高层建筑结构的受力特点，来思考设计中存在的质量问题。针对存在的问题，设计提出提出高层建筑结构设计质量相关问题的提升方案。为了拥有一个安全舒适的环境，就意味着设计人员对建筑结构设计时严把质量关。
高层建筑的定义
高层建筑就是指超过一定高度和层数的多层建筑,不同国家对高层建筑的划分也不一样。美国把24.6m或7层以上的视为高层建筑；日本把31m或8层及以上视为高层建筑； 英国把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。而在我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑视为高层建筑。
各国虽然不一样，但是世界各国基本是将高层建筑定位在10层或30m左右。因为,火灾发生时，不超过10层左右的建筑可通过消防车扑救，更高的建筑很难利用消防车扑救，需要更多自救措施。从受力上讲，不超过10层左右的建筑，由竖向荷载产生的内力占主导地位，水平荷载的影响较小。
高层建筑结构的受力特点
因为高层结构建筑的高度使得它与其他一般建筑结构的受力特点有所不同。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑, 竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的, 但随着高度的不断增加,竖向结构体系成为设计的控制因素。
3.高层建筑结构设计中的质量通病及原因分析
3.1部分结构设计不合理,安全隐患比较多
有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,以至于整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的甚至相差一半,更为过分的是一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。
3.2防火设计问题比较突出
一些设计人员对防火规范、规定不熟悉,对建筑物分类有错误,以至于在设计中对防火标准执行有误区,消防处理不当,存在很多安全隐患;一些重要场所的安全疏散出口、疏散门开启方向不对,影响安全疏散;有些设计中的防火分区面积太大,防火间距过长,设计存在随意性;有些消防设施设计不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防设施将不能发挥有效作用。
3.3设计深度达不到规定要求
一些设计人员制作图纸时“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中存在缺详图的现象;一些重要的应该用图纸反映的内容只标注“见图集”、“由设备厂家确定”等,施工图设计表述有歧义,不能反映工程的全貌;一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。这是由于设计人员没有高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;或是设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解;再者就是设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模式,对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。
高层建筑结构设计中的质量相关问题的提升方案
地基与基础设计
基础是建筑物最下面的构件，它与土层相接触，承受建筑物的全部荷载。基础下面承受荷载的土层叫做地基，它承受由基础传来的建筑物的全部荷载。由此可见在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性。 因为我国占地面积较广，地质条件相当复杂，只有一本《地基基础设计规范》根本没有办法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，故作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以免对整个结构设计或后期设计工作造成影响。
4.2 使用计算机辅助设计
目前,建筑设计领域中广泛应用计算机辅助设计系统,工程师在计算机上进行结构分析工作,利用计算机辅助来完成大部分的图纸设计。中国建筑科学研究院pkpmcad 工程部开发的pkpm系列微机建筑工程cad 系统、广东省建筑设计研究院和深圳市广厦科技有限公司联合开发的广厦建筑结构cad等都是比较优秀的建筑设计软件,涉及的内容也是比较全面的。但需要指出的是设计软件都是根据国家现行规范的要求结合不同的结构体系的受力特点加以模拟简化得来得,因而设计软件都有一个有效使用期限和合理适用范围。随着建筑业的发展,建筑物规模越来越大,形式也日趋复杂,使得建筑结构设计的内容增多,难度增大,这也就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围,熟悉和掌握各项参数的选取条件,真正做到计算机为人服务,为工程设计服务。
正确选择材料，加强抗震性能
周所周知建筑越高对抗性也就越差。故在材料选择方面，使用延性加好的高强度的轻质材料来减小地震的作用，例如结构构件采用钢混或纯钢结构，外墙围护采用铝合金或玻璃幕墙，楼屋面采用压型钢板加砼面层等。
4.4 采用正确的结构体系
对于结构设计而言，依据建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，进而选择相应的结构体系，大致可以分为如下几类：框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系、剪力墙结构体系、筒形结构体系、其他结构体系。
4.4.1框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系
这种结构体系能使高层住宅在很大程度上降低自重, 又能使内部空间分隔拥有更大的灵活性, 故在国内广泛使用。
4.4.2剪力墙结构体系
剪力墙是高层住宅最常用的结构体系, 采用剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量, 一般用钢量比框剪结构少, 而且室内无外露梁柱, 用户比较喜欢。
4.4.3筒形结构体系超过30层以上的高层建筑受到较大的侧力, 为一般结构体系所不能承受, 而筒形结构的刚度较大, 中央设有井筒, 设置的柱子形成筒状柱网, 核心井筒与周围框架共同工作, 形成抗侧力极强的结构体系。
4.4.4其他结构体系高层建筑的新结构体系大部分是探索性的, 如筒中筒结构的发展, 或者束状筒的组合, 外筒桁架交错, 以中心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。
结束语
随着社会经济的快速发展，人们对建筑物结构类型要求也越来越高。近几年我国的房价也是飞跃的上涨，对于我们来说房屋建筑的质量问题也因此而备受关注。房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。由此可知，高层建筑结构设计的责任任道而重远，要通过不断的学习，不断提升理论知识的同时还要与实践更好的结合，准确抓住高层建筑设计的要点，使高层建筑的质量得以提升。希望经过设计人员的不断努力，不断创新，使我国的高层建筑的质量更上一层。
参考文献
[1]禤强，史杰，朱春华．建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析[j]．广西城镇建设．2010（01）
[2]支旭东，范峰，沈世钊．基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究[j]．工程力学．2010（01）
【关键词】高层建筑；结构设计；剪力墙结构；刚度
0 引言
在高层建筑中，剪力墙结构具有较高的结构刚度、较大的承载能力、良好的结构整体性、较少的钢材用量等特点，它主要由墙肢和连梁两种构件形成承重和抗侧力结构体系。研究发现，对于同一座高层建筑项目，选择不同的结构类型，其结构稳定性能具有较大的差别。而剪力墙结构可以确保高层建筑的安全、稳定、经济、耐久、合理等。因此，剪力墙结构已经广泛应用在高层建筑结构设计中，剪力墙结构优化设计显得尤为重要。
1 高层建筑剪力墙的受力特点
研究发现，高层建筑剪力墙结构可以抵抗较大的水平荷载的作用，因此在较大地震灾害发生时，剪力墙结构可以起到较好的抗震效果。同时，剪力墙结构还有较大的抗侧移能力、结构刚度大、消震能力强等特点。
（1）结构延性。与低层建筑结构相比，高层建筑结构由于高宽比较大而具有较大的柔和性，在较大地震灾害发生后，它会产生较大的侧向变形，而剪力墙结构变形能力相对较差。因此在高层建筑剪力墙结构设计时，需要对结构的延性进行多次测试，并应用合适的建筑材料以及采取相应的措措施使剪力墙结构具有良好的延性以提高结构的抗倒塌能力。
（2）轴向变形。在进行高层建筑轴向结构设计时，要明确高层建筑结构承受荷载的基本情况。研究表明，随着建筑结构高度的增加，其所承受的竖向荷载则会越大，且竖向荷载与高度两者表现出一次线性关系。这样则会增大连接柱的轴向变形，使连续梁的弯矩受到较明显的影响。此外，预制梁结构施工材料也会受到较大的影响。因此，在高层建筑剪力墙结构设计时，要控制结构的轴向变形，并优化剪力墙设计，确保建筑结构的稳定性
（3）水平载荷。建筑结构在承受竖向荷载作用的同时，还承受风荷载、地震作用等水平荷载。当建筑结构的整体高度比较低时，由结构本身的重力引起的竖向荷载对结构的作用比较明显，水平荷载作用在结构上，产生的内力和位移相对比较小，有时在计算中可忽略水平荷载的影响；而较高层建筑的结构设计中，却往往由水平荷载起控制。剪力墙具有强度高和刚度大的特点，不但可以承受结构自重、活载、雪载等竖向荷载，还能很好的抵抗风荷载、地震作用等水平荷载。高层建筑结构设计，既要确保结构的刚度、强度以及充足的抗震性能等关键因素，同时还要设计多道抗震防线，减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能。
（4）结构侧移。研究发现，在低层或多层建筑结构设计时，根据建筑结构所承载的永久荷载和可变荷载进行结构设计时，柱、墙、楼梯或电梯井可以承受大部分的水平荷载的作用。关键在于抗剪的设计，在高度较小的框架结构中，可以用填充墙板的方法增加适当的附加支撑，这就避免了用增大柱的尺寸来确保结构的稳定。可是，高层建筑结构中并不像低层建筑那么简单，因为在高层建筑中，关键问题是抵抗变形和倾覆力矩，而非仅是结构抗剪问题。研究表明，为了使高层建筑剪力墙结构可以抵抗较大的水平荷载和侧向位移，一般需要进行特殊的结构平面布置，增大结构构件的尺寸，如增大梁、柱的截面尺寸和墙、板的厚度等。
2 剪力墙体系结构设计
2.1 剪力墙抗震结构设计。在地震灾害多发地区，高层建筑结构的设计，本质上属于结构抗震概念设计，它是在总结当地地震灾害的发生规律以及工程经验的基础上，以抗震设计理念为主导，正确的选择高层建筑结构的总体方案，选取合适的结构体系，以达到结构的抗震性能。一般在高层建筑选址时，应首先选择抗震有利的地段，然后结构设计时应选用整体性能较好的基础类型及结构体系，结构体系应该具有合理的传递地震作用的途径，结构构件不但应具有很好的强度和刚度，还必须具备较好的延性，并应设置多道抗震设防防线，同时要消除因建筑体型不规则所产生的结构侧移刚度突变现象的发生。
对于任何一座建筑结构的设计，其水平和竖向结构体系设计的基本原理是相似的。但是随着建筑结构高度的增加，高层建筑结构设计的限制因素将发生变化：由于高度的增加，结构的竖向荷载成为结构设计的主要控制因素，较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒尺寸来承担，而地震作用也随之相应增加，从而导致侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形明显增大。所以必须科学严谨的进行设计，确保高层建筑结构的稳定性能。
2.2 剪力墙的布置设计。在进行剪力墙选型布置时，需要根据建筑结构的特点以及建筑使用功能进行合适的设计。剪力墙应尽量布置在建筑物的端部、转角、平面突变处以及荷载较大的部位，如山墙、楼电梯间等。同时剪力墙布置应双向均匀、间距合理（如表1），尽量使平面的刚心和重心重合，这样可以有效地减少地震作用下的扭转效应。截面形式宜采用“I”、“L”、“T”型等组合墙形式，少用一字墙、不宜采用太多短肢墙，确保剪力墙的稳定性和延性。
表1 剪力墙间距
注：B为楼面宽度，单位m。
2.3 剪力墙厚度设计。在高层建筑的剪力墙结构设计时，设计人员要明确剪力墙的厚度要求，确保高层建筑的稳定性，在剪力墙结构设计时需注意以下几点：第一，剪力墙需要有合适的厚度，使得剪力墙的稳定性、刚度和强度得到基本保障。在计算剪力墙厚度时，建筑设计师需要根据结构层高的最小值选取合适的剪力墙结构厚度，并为建筑施工人员提供施工便利；第二，在确定剪力墙结构厚度时，需要确定剪力墙结构的支撑点，例如，剪力墙与剪力墙相交处以及剪力墙与楼板交接处均可以作为支撑点；第三，在高层建筑结构抗震设计时，要根据高层建筑的层数以及施工材料进行底层结构加强设计，若高层建筑处于地震发生频率较大的区域上时，需要加强底部剪力墙结构厚度，这样可以很大程度上提高建筑结构的抗震性能。
2.4 剪力墙的配筋设计。剪力墙的钢筋包括墙身分布筋和边缘构件内的纵筋与箍筋。墙身水平分布筋主要承受水平剪力，其作用相当于箍筋，一般布置在竖向钢筋的外侧。边缘构件内的纵向钢筋主要是抵抗水平力作用下所产生的弯矩，同时，它与箍筋一道压缩墙肢端部的混凝土，大大的提高了剪力墙的抗压变形能力。设计人员在进行剪力墙配筋设计时，必需清晰的了解各种钢筋所起的作用，在满足最小配筋率的基础上根据剪力墙的形状、受力特征以及所处的结构部位进行科学配筋，在满足强度要求的前提下，最大限度的提高剪力墙的延性和耗能能力，确保结构安全。
3 结束语
综上所述，由高层建筑结构特点可知，为了满足结构具有较高刚度与强度以及充足的抗震性能等关键因素，减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能。需要在高层建筑剪力墙结构设计时，加强对剪力墙结构承受结构自重、风荷载、雪荷载、地震作用等设计。
参考文献
【关键词】：高层建筑；结构设计；措施
Abstract: This paper mainly analyzed on the structure of high-rise building’s characteristics, and put forward improving structure design quality measures, to ensure the construction safety, prolongs the service life of purpose and the relevant reference learning.
Key words: high-rise building; structure design; measures
中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
一、高层建筑结构设计的意义及依据 1、概念设计的意义。高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 2、概念设计的依据。高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
高层建筑结构的特点
1、框架结构体系。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在70m以下。
2、剪力墙结构体系。利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。
3、筒体结构。单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。
巨型结构。巨型结构一般由两级结构组成。第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型衍架杆件（超级衍架），以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。
三、 提高建筑结构设计质量的措施
1、重视概念设计。所谓的概念设计就是运用清晰的结构概念,不经数值计算,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理 、震害、实验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑结构实际受力状况与计算假设间的差异，对结构和构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在脑海中进行一个 “优化”过程，运用概念设计方法可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能,，并以此为目标与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，明确总体结构体系与分体结构体系的最优受力方案。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性。同时，这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。概念设计是结构设计的核心和灵魂，它统领结构设计的全过程，贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证了工程师在设计中的主导地位。
2、做好资料收集工作，认真确定计算参数。对于建筑工程来讲，由于其所处的地理位置，决定了在进行结构设计时所涉及的具体参数会存在一定的特殊性。例如，不同地区具有不同的风压、雪压、地震强度、土壤类别等，因此，在进行参数的选取和计算时应充分考虑这些因素。另外，对于比较特殊的建筑，还必须根据试验和以往类似工程的一些经验来确定有关参数的取值。在进行建筑结构设计前，要尽量收集与设计相关的信息，如工程资料、具体规范等，资料收集的越多，参数的确定也就越准确，同时，还可以避免因为参数不合理而导致返工情况的发生。
3、重视结构计算与地基基础设计。建筑结构计算结果是施工图设计的重要依据，并且计算结果是否正确直接关系到建筑结构设计的可靠性和安全性，所以必须引起设计人员的高度重视。例如在楼板计算中应选用正确的计算方法进行楼板计算，对于连续板不能选用单向板的计算方法，对于双向板计算应考虑材料泊松比对其的影响，以避免由于未调整跨中弯矩而造成计算值不准确 ；基于科学技术的不断发展，大多数结构计算均采用计算程序进行计算，这种计算结果虽然精确度很高，但是缺少与必要的设计经验相结合，所以必须对电算结果进行分析、评价，以此判断其正确与否，可否作为建筑结构设计的依据。
地基基础设计是建筑结构设计中的重要环节，该环节的设计质量优劣直接与后期设计工作是否能够顺利开展息息相关。为使地基基础设计更符合建筑所在地的地基基础类型特点 ，设计人员应在熟知国家相关标准的前提下，对地方性的《地基基础设计规范》加以深入学习 ，明确地基基础特点，丰富地基基础设计经验，掌握设计处理的方法，使地基基础设计更符合建筑工程的实际地理情况。
4、互相配合，充分沟通。为了能够确保建筑结构设计的质量，在获得提资图时，要避免盲目的建模计算和上机绘制图纸。应该先进行详细认真的分析，同时还要多和建筑设计师进行相互沟通，详细了解整个工程的概况以及相关情况，尽可能的对建筑图纸的意图和平立剖的关系理解透彻，如有必要可适当组织各个专业一起开展协调会，对各专业之间需要注意和配合的地方进行明确，尽量统一标准和做法，使个专业之间的工作能够充分协调，相互配合，避免出现由于设计图纸和设计方案不一致而出现反复调整的局面，有效地提高建筑结构设计的质量。
四、抗震分析与设计在高层建筑的应用
为了满足地震作用下对结构的功能要求，我们在对高层设计时，有必要计算和研究结构的弹塑性变形能力。现代国内外抗震设计的发展趋势，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分，根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求来进行设计。
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，对于高层的建筑物，我们应该采取科学谨慎的态度。随着建筑物高度的不断增加，很多影响因素都会发生质变，即一些参数本身超出现有规范的适宜范围，如延性要求、材料性能、安全指标、荷载取值等，在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。其次是轴压比与短柱问题，在钢筋混凝土的高层建筑结构中，为了控制柱的轴压比而让柱的截面很大，但柱的纵向钢筋却是构造配筋。由于柱的塑性变形能力小，所以结构的延性就差，当遭遇地震时，吸收和耗散地震的能量少，结构就特别容易被破坏。第三是材料选用和结构体系的问题。在高层建筑中，我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%，然而国外特别在地震区，是以钢结构为主。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外也都还没有经受较大地震作用的考验。依据现在我国建筑钢材的品种、类型和钢结构的加工制造能力，应尽可能采用钢管混凝土（柱）结构、钢骨混凝土结构或钢结构，以减小柱断面的尺寸，并改善结构的抗震性能。第四，在一些烈度区采用了构造措施和较低的抗震措施。有人提出要在设防烈度下采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震构造措施抗和震措施来保证结构的安全。现在不少专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要。
关键词：高层建筑； 结构设计； 常见问题
Abstract: With the high-rise buildings in China's rapid development, and the increase of construction height, the building types and functions are more and more complicated, the structure system is more diverse, and the high-rise building structure design becomes the main emphasis and difficulty for engineers. Aiming at the aspects of the features of the structural design, structural type selection, structure calculation, contortion problems, lateral displacement, this paper analyses the problems needing to pay attention for reference.
Keywords: high-rise buildings; structure design; common problems
中图分类号：TU972 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
随着社会经济的迅速发展，人民物质生活水平的不断提高，居住条件的不断改善，高层住宅如雨后春笋一座座拔地而起。一个优秀的建筑结构设计往往是适用、安全、经济、美观便于施工的最佳结合。
一、高层建筑结构设计特点
1.1决定因素——水平荷载。因为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，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。
1.2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。
1.3控制指标——侧移。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。
二、高层建筑结构受力性能
往往建筑师对于一个建筑物考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
三、针对不同类型的高层建筑，合理选择相应的结构体系
3.1结构的规则性问题
在此新规范在这方面增添了相当多的限制条件， 例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
3.2结构的超高问题
我国对于抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为 A 级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑， 因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为 B级高度建筑甚或超过了 B 级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。 在实际工程设计中， 出现过由于结构类型的变更而忽略该问题， 导致施工图审查时未予通过， 必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、 造价等整体规划的影响相当巨大。
3.3嵌固端的设置问题
通常高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计 嵌固端上下层刚度比的限制 嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
3.4短肢剪力墙的设置问题
从新规范中看出，对墙肢截面高厚比为 5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
四、高层建筑结构设计中的侧移和振动周期问题
高层建筑结构设计中的侧移和振动周期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。
4.1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 一 0.15） N
框一剪、 框一筒结构： 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= （1/3—1/5） T1
第三周期： T2= （1/5—1/7） T1
4.2 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。
五、高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑三心分别为建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心,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。
六、侧向位移的限值
由于高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。 控制顶点位移u/H的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H限值。另外， 为使结构具有较好的防倒塌能力， 应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移u/H的主要目的是防止填充墙、 装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
七、建筑结构设计的发展展望
（1）概念设计将发挥越来越大的作用。 概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造的问题，以达到合理抗震设计的目的。 概念设计是根据抗震设计的复杂性、 难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震， 避免不必要的繁琐计算， 同时为抗震设计创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。
（2）采用先进的计算理论。空间受力分析，非弹性变形分析，塑性内力分析，由加载到破坏的全过程受力分析，时程分析，最优化设计，方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越来越多的应用。
关键词：高层 结构设计 要点探讨
高层建筑结构设计的意义和依据
1、概念设计的意义。高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。2、概念设计的依据。高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
二、高层建筑结构设计的几个要点分析1、高层建筑结构受力方面对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。
与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
2、地基与基础设计方面地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。 在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
3、砌体结构设计方面（1）底层框架――剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题。底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架――剪力墙结构,上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼,底层为商店,餐厅、邮局等空间房屋,上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积,将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上,各层设计有挑梁,但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝,该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算。但实际结构中,悬挑梁上部墙体均为整体砌筑,且下部墙体均兼上层挑梁的底摸,这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。上述挑梁的设计计算与实际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因,解决的办法要么改变计算简图及受力路线,要么注意施工顺序和施工工序。（2）砌体结构布置方式及抗震分析。第一，横墙承重的结构布置:一般房屋为矩形平面,其横向刚度远小于纵向刚度, 因此有足够数量的横墙,是提高结构抗震性能的主要途径。由震害可知,墙体多为剪切破坏,因此,为了提高横墙的抗震能力,必须提高其抗剪强度。主要措施是提高材料的强度等级,增加横墙上的轴压力。为此,应尽量使横墙成为承重和隔断合二为一的墙体。第二，纵横墙共同承重的结构布置。当房间较大时,设有沿进深方向的梁支承于纵墙上,使纵墙承重。楼板沿纵向搁置, 故形成横墙承重,横墙间距不入,一般可满足抗震要求,同时纵墙也因轴压力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置,这种方案实际应用不多。第三纵墙承重的结构布置。该种布置方案,横墙间距大、数量小,且轴压力较小,故对抗震不利;纵墙多易引起弯曲破坏,应慎重选用。第四，混合承重结构布置。这种布置可有多种布置方式,如内框架砌体结构、底层框架砌体结构及局部框架砌体结构等。这种结构体系由两种结构材料弹性模量和动力性能相差很大的两种结构体系组成,因而不是一种良好的抗震结构形式。但因其能满足建筑使用要求,提供较大的使用空间,且结构经济、方便施工,应用较多。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节,应从抗震的概念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。
4、高层建筑结构设计中的侧移和振动周期建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；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(T 1)宜在下列范围内：框架结构：T1=(0.1―0.15)N框一剪、框筒结构：T1=(0.08-0.12)N剪力墙、筒中筒结构：TI=(0.04―0.10)NN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=(1／3―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t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。
参考文献：【1】赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004
关键词 ：高层建筑 结构设计 特点 原则 问题
一、高层建筑结构设计特点
高层建筑结构要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。一般低层结构的水平荷载对结构影响较小，但在高层建筑中，水平荷载和地震作用是重要因素。随着高度的增加，位移增加很快，过大的侧移会影响建筑使用，会造成非结构构件和结构构件的损坏。所以必须将结构的侧移控制在一定的范围之内。
1 水平力是设计是首要考量
在高层建筑中，不同于在低层和多层房屋的结构当中以重力为导向的竖向荷载是控制结构设计。高层建筑结构设计中，水平荷载有着决定性的作用，水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。 虽然竖向荷载还会给结构设计带来一定的影响但竖向荷载大体上是定值，不足以改变结构性质。
2 结构位移设计是控制方法
高层建筑当别是超高层建筑，因此结构位移也成为结构设计的控制指标。顶点位移的限值决定了数值大小以及其振动的频率;防止结构因为变形过大导致其受到损坏以及破坏最主要的控制因素就是层间相对位移，对于其限值在现行的规范当中有点严格，可以适当的放松。 在高层建筑当中轴向变形在高层建筑中也不可忽视。因为竖向荷载的数值是在不断加大的，可能会在柱中产生轴向变形的问题，所以在进行采购预制构件时就应当依照轴向变形重新计算值调整下料的长度，防止不安全的因素影响结果。
3 结构延性是重要设计指标
相对于低层或多层来说高层建筑的结构抗震性是很弱的，在地震的作用下可能会出现比低层以及多层更大的变形，因此进行结构设计时，刚度以及承载力应当是自下而上渐渐减小的，变化均匀且连续，不会出现太多的变化。若是竖向不规则结构出现的话，就必须认真把多种因素的考虑精确并仔细的分析，尤其得进行弹塑性时程分析，采取增大楼层结构延性等措施，合理确定软弱楼层的塑性集中变形，把其变形的能力提高。于此同时，应沿房屋周边布置高层建筑的抗水平力构件，这样就可以为其提供足够大的扭转力矩构件，并且其沿周边布置之后会形成一定的空间结构，还能够为其提供较大的抗倾覆力矩从而保证结构的延性。
4 抗震设计要求更高
近几年来地震灾害频繁发生，震级在不断地增加，建筑物损坏造成严重的后果，危机人们生命安全和财产安全。因此高层建筑的抗震性能更值得关注，结构工程师在对结构进行设计的时候必须加大在抗震的设防方面的研究力度，把高层建筑的抗震性能有效的提高，使得高层建筑物结构质量达到做到小震不坏、大震不倒。
二、高层建筑结构设计原则
1 亲近性原则
高层建筑的设计兴建，只单纯考虑建筑物自身的建设尺度远远不够，高层建筑是人为设计、为人服务的城市建设项目，因此以人为本的建筑理念应该是高层建筑设计的根本要求。应充分考虑人们对高层建筑的视觉观感、亲近感等要求，把冰冷的混凝土钢筋水泥建造的高楼大厦真正的变成人们生活的一部分，有亲切感和实用感。注意高层建筑的近人尺度设计。近人尺度其实是人们对高层建筑的一个整体感官把握，注重人为感觉、使用价值和审美要求，设计尺度应参考多数人的尺度系数与之成为相应比例特别是人们接触的到的细节部分如台阶、门、窗、阳台、柱子、装饰等尺度的处理。
2 协调性原则
高层建筑应注意与建筑整体尺度方面的考量。建筑整体尺度，包括高层建筑的各个组成部分，如楼层主体、顶部结构等各部门的比例协调统一等注意相对尺度，而且要注意高层建筑中细节部分的层次要求。
3 实用性原则
高层建筑具有楼层高、居民多的特点，因此在进行建筑高层设计时应充分考虑实用性的问题，比如高层建筑物的稳定性、抗震性、防火性以及各种电气设备安装位置、楼梯间空间安排、建筑物整体划分的合理程度，只有本着实用科学的原理才能发挥高层建筑的整体优势。
4 环保性原则
高层建筑设计规划中，对节能环保元素的应用也应予以重视。一方面，选择自然环境和地理环境都较为优秀的位置建设，例如考虑交通便捷性、空气环境质量好、采光照明好等条件来规划。另一方面建筑节能设计要贯穿建筑规划设计，合理应用环保技术，如太阳能电池板、地热设计、雨水回收系统等先进技术，以便形成系统的高层建筑节能体系，营造能耗低、环境舒适的居住环境。对空间的利用也要把握节能环保，从分考虑高层建筑的空间占用科学合理的进行利用。
5 整体性原则
注重高层建筑与城市环境的整体性考量，因此要注意环境尺度的合理把握。环境尺度，包括考虑高层建筑所处城市地理位置、城市大小、周围街道尺度环境、建筑物的轮廓设计要求等，要根据具体的环境比例要安排高层的建设。
三、浅谈高层建筑结构设计应注意的问题
1 防雷的问题
高层建筑的高度和结构集中度较高，容易受到雷击。因此高层建筑设计中对于防雷的设计要求比较重要，常见的避雷设施有在易受雷击的部位和建筑的顶端位置安装避雷针、避雷网避雷带，注意接地装置的设置。建筑物结构中含有的金属物体和阁楼等部位带有的金属物体都要进行接地处理，从而防止高层建筑受到雷击灾害。？
2 抗风的问题
高层建筑高度较高，不稳定性较大，容易受气流的影响。在设计高层建筑轮廓时要考虑风向、风流的作用力。设计科学合理的结构尽量保护建筑物的结构稳定和牢固。将抗风设计考虑到高层的建筑结构设计中去充分分析和研究这一重要课题。
3 电气的问题
高层建筑的用电包括楼层配电、消防电源、应急照明以及电梯的用电。其中楼层配电是基本的设计要求，要保证配电线路的科学合理安排;消防电源作为紧急情况下必要的设施，应该在高层建筑设计中给予充分考虑，作为紧急电源要与基础供电电源分属两个不同区域的供电所，保证基础用电停止时消防用电正常使用;应急照明系统用电包括楼梯通道路线指示牌电源的供给、消防照明设备的使用等，要保证应急照明系统的科学合理设置，便于疏散人群保证安全;电梯的用电，高层建筑设计电梯的设置是基本配备，要根据楼层居民人口数量来选择相对荷载量的电梯，电梯的安装也要选择便捷、安全的位置，为了保证停电时电梯的运转正常电梯的电源也要相对独立便于居民生活。
4 防火的问题
高层建筑总体布局结构繁琐复杂，而且高层人口居住较为密集，因此居民日常生活中的防火问题应充分考虑到。首先是人群疏散通道的设计要求，走廊、楼梯通道要保证畅通安全便于疏散。有采光、照明设备要保证正常工作避免踩踏事件的发生，并且要注意进行防火区的划分。其次是消防设施的配备，设计时要将建筑物室内、外消防给水系统设计到位，灭火器、消火栓的位置安排要科学合理。
防火中一个重要的问题是防烟，烟雾窒息导致的伤害远大于明火的伤害，因此在高层设计时也考从分考虑烟雾的排放，楼梯设置位置考虑通风条件，设计阳台、窗户、凹廊等增加排烟保证通风。
参考文献：
