摘要：本文是建筑工程師通過闡述述高層建筑結構設計的四個特點即水平荷載成為決定因素、軸向變形不容忽視、側移成為控制指標、結構延性是重要設計指標以及結構設計的結構選型、地基與基礎設計、結構計算與分析等不同方面來介紹高層建筑的結構設計，供準備建筑工程師論文的同行參考。

　　關鍵詞 高層建筑就; 結構設計; 結構選型

　　1 高層建筑結構設計的特點

　　1.1水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎向構件中引起的軸力，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的變化。

　　1.2軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中問支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;還會對預制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。

　　1.3 側移成為控制指標。與較低樓房不同，結構側移已成為高層建筑結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

　　1.4結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高層建筑結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使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 高層建筑通用結構設計體系

　　2.1框架一剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架一剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

　　2.2剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

　　2.3 簡體體系。凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種型式。簡體是一種空間受力構件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。簡體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層。

　　3 建筑結構的控制設計

　　理論和試驗研究均表明，并經震害實踐證明，如果要求建筑結構在遭受地震作用時不破壞或不倒塌，至少應具備下列兩個條件之一：結構的主要部位有足夠的強度儲備，結構的主要部位對地震作用下的強追變形有充分的適應能力，如單純滿足前者，往往需要耗用過多的材料，且若遭受強烈地震作用，結構仍可能破壞或倒塌，從而提出抗震結構按兩階段設計，即在彈必階段按強度控制，在彈塑性階段按變形控制，這樣設計的結構，既有一定的強度，又具有較大的延性和耗能能力，能一定程度地適應強烈地震使結構產生的強迫變形。

　　3.1 機構控制

　　在分析框架和抗震墻結構的倒塌模式的基礎上，提出對破壞機構進行控制，使之發生期望的破壞機構形式，達到既具有足夠強度又具有足夠延性的目的，實現途徑是在結構的特定位置一定數量的人工塑性鉸，對塑性程度及區域進行控制，使得結構在強震時能形成最佳耗能機構，對于一個實際的多層，高層建筑結構，如何實現機構控制，即人工鉸的構造，布置和出現順序的確定，是一個尚待深入研究的課題，且是此方案能否真正實現的關鍵。

　　3.2 梁的延性設計：

　　在梁的端部位置特殊腹筋，可以增強梁端的抗震性能，特別是對于剪跨比小的梁，延性和耗能均有大幅度的提高，用作抗震墻墻肢間的普通連粱和剛性連粱的延性和耗能特趕對整個抗震墻結構的工作影響極大。

　　3.3 柱的延性設計：

　　雖然不希望塑性鉸發生在柱上，但是它們仍需要具有一定的延性和耗能能力，才能保證大震時不倒。試驗表明，采用螺旋箍筋能較大程度地提高柱的延性和后期抗軸壓能力，螺旋箍筋分為矩形箍和圓形箍，單旋箍和復臺箍，其中復合螺旋箍效果最好，圓形箍比矩形箍要好。

　　4 高層建筑結構設計要注意的幾個問題

　　4.1 結構選型。

　　4.1.1結構的規則性問題。新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。” 因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

　　4.1.2結構的超高問題。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

　　4.2地基與基礎設計

　　在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜，作為國家標準，僅僅一本《地基基礎設計規范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

　　4.3非結構構件的計算與設計。

　　在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

　　結束語

　　隨著國民經濟的發展和城市生活水平的不斷提高，使建筑結構設計面臨更嚴峻的要求。在設計中我們要大力發展先進計算理論，加強計算機在結構設計中的應用，加快新型優質建材的研究與應用，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟。在結構設計實踐中我們的概念上要打破建筑結構設計中的墨守成規，充分發揮結構工程師的創新能力，設計創造出更多的優質美觀的建筑。　近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。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

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