本文选自国家级期刊《中国住宅设施》，《中国住宅设施》由中国房地产及住宅研究会主办，建设部主管，是集经济、技术、信息于一体，深入、生动、及时、全面的反映住宅设施市场动态及国内外住宅设 施发展状况，面向国内外公开发行的国家级建设综合信息类优秀期刊。国际刊号ISSN1672-5093，国内刊号CN11-5143/TU，邮发代号 82-276。
摘要：随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。本文对高层建筑结构设计中的几个问题进行探讨。以达到保证建筑的安全、延长其使用寿命的目的。
关键词：高层建筑,结构设计,特点,问题,规划
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与多层建筑结构相比，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面布置、立面体形、楼层高度、设备布置、施工技术、工期长短和投资造价等。其主要特点有；
1水平力是设计主要因素。在多层建筑结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。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。因为建筑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，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值随着结构动力特性的不同而有较大的变化。
2侧移成为重要控制指标。与多层结构不同，结构侧移已成为高层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。考虑到安全性和舒适性，侧移应被控制在某一限度之内。
3抗震设计要求更高。和多层建筑相比，高层建筑自身的特点决定了其对地震作用更为敏感，一旦破坏对人们的生产生活甚至生命财产安全影响更大。有抗震设防的高层建筑结构，必须采取比多层建筑更严格的抗震措施，以保证其具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
4轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在竖向承重构件中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁内力分布产生影响，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。
5结构延性是重要设计指标。
相对于多层而言，高层结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
二、高层建筑结构设计中经常会出现的一些问题
1基础埋深问题
基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定。但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。若不满足以上条件，高层建筑的基础埋深则应从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
（1）提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
（2）有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋砼墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有利于协调结构整体变形，调整地基不均与沉降。
2地下室顶板作为结构底部嵌固层的条件
当地下室顶板作为结构底部嵌固层的时候，应该要能约束结构底部的平动和转动，故必须要满足下列条件：
（1）地下室顶板与室外高差不宜过大，宜小于1/3层高。
（2）以楼层剪切刚度计算，地下室的刚度不宜小于相邻上部结构刚度的2倍，不应小于1.6倍。计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，“相关部位”指地上结构外扩不超过三跨或20米的地下室范围。楼层侧向刚度比按《高规》附录E.0.1条公式计算。这里需指出的是，高规12.2.1条规定，高层建筑地下室顶盖作为上部结构的嵌固端时，地下室顶板应避免开设大洞口。当地下室顶盖开有较大洞口时，即使剪切刚度比满足要求，也不能认为地下室顶盖为上部结构的嵌固端。
3房屋高宽比
房屋高度指室外地面至主楼主要屋面的高度。房屋宽度按所考虑方向的最小投影宽度作为建筑物的计算宽度。
对带裙房的高层建筑，当裙房面积与其上塔楼面积比大于2.5或裙房抗侧刚度与其上塔楼抗侧刚度比大于2.0时，可取裙房以上部分的房屋高度和宽度计算高宽比。
4建筑结构不规则性界定
建筑结构不规则性除应按高规3.4与3.5节的相关规定界定外，还需注意以下问题：
（1）计算结构的周期比和位移比时采用刚性楼板假定。
（2）当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。此时，可按照“强周边，弱中间”的原则调整结构抗侧力构件的布置。若结构侧移较小，则适当削弱建筑中部抗侧力构件，如取消、缩短、减薄剪力墙，加大洞口减小连梁高度，用跨高比大于5的框架梁代替跨高比小于5的连梁等。若结构侧移较大，可加强建筑周边结构抗侧力构件的刚度，尤其是以结构刚心为参照点的建筑远端。对带裙房高层建筑，裙房部分楼层的位移比往往超规范规定。此种现象常见于裙房平面长宽尺寸较大，裙房边缘离结构刚心较远时。由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此对于裙房部分可不按高层建筑的要求执行，位移比可适当放宽。
（3）对某些有底部大空间要求的建筑，如底部为商场或商业网点而上部为住宅或公寓的商住建筑，或因功能需要，上部隔墙较多较密而下部为开场大空间的建筑，均属于上下层刚度差别较大的竖向不规则建筑。此时刚度变化处的下一层宜按薄弱层的要求调整内力。
5框架结构梁柱偏心距较大应采取的措施
框架结构梁柱偏心较大时，将导致节点核心区受剪面积减小，且梁端弯矩作用在节点上时出现扭矩。因此当梁柱偏心距大于柱截面在该方向宽度的1/4时，可加大梁宽或设置梁水平腋。当设置梁水平腋时，在梁柱节点处形成了较强的刚域，梁塑性铰将外移。因此水平加腋梁的梁端箍筋加密区长度应取普通框架梁箍筋加密区长度与加腋水平长度之和。梁端水平腋的尺寸若不能同时满足《高规》6.1.7-1、2、3条，则应首要满足前两条的规定。
6较长剪力墙宜开设洞口
高规7.1.2条规定：“较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m。”此条规定主要基于以下考虑：
（1）提高剪力墙的延性，避免脆性破坏。过长的剪力墙抗侧刚度很大，在水平剪力作用下易首先破坏，导致整个结构抗侧力构件依次破坏。细高的剪力墙(高宽比大于3)容易设计成具有延性的弯曲破坏剪力墙。当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小的墙段，使每个墙段成为高宽比大于3的独立墙肢或联肢墙，洞口上可设置弱连梁。
（2）当墙段长度（即墙段截面高度）很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不宜过大。
7悬挑梁的梁高选用问题
悬挑梁的梁高不应小于净悬挑长度的1/6，并应验算其挠度。部分结构设计师常忽略对挑梁挠度的计算，梁高设计比较小，造成梁截面受压区的应力过高。在正常使用状态下，梁截面的受压区产生非线性徐变，梁的挠度随时间推移而逐渐加大。挑梁的变形导致了梁板裂缝，由于挑梁变形的不断扩大，裂缝也随之加宽，直接影响建筑物的正常使用。挑梁的变形使得梁支座截面上部受拉区出现跨比较大的竖向裂缝。受支座附近的剪弯作用影响，竖向的裂缝在梁支座位置斜向延伸成为斜裂缝，缝越靠上宽度越大。挑梁截面过于窄小对建筑结构的抗震效果影响很大。悬挑结构对非水平地震的作用极为敏感。当梁高较小时，梁截面的受压区高度相应较大，梁的延性较小，在竖向地震作用下梁容易发生断裂而失去承载力。
三、高层建筑的规划设计
1避免高层建筑密集。高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利，却给城市空间带来很多压力，造成城市空间和城市交通的拥挤，一些高层建筑玻璃幕墙的大面积使用也造了成大量光污染。
2控制超高层建筑数量。一些已建成的超高层建筑投入使用后表明收益并不乐观，可以说仅仅是体现城市形象，提高城市知名度。
3高层建筑与城市街道。高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段，这些地段的街道本身交通荷载就较大，在规划设计时要对这些街道进行扩展，加大其通行能力。
四、结语
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到的各种问题。从而使高层建筑设计与城市空间的融合不断地完善发展。
参考文献：
[1]梅洪元，付本臣。中国高层建筑创作理论发展研究[R].高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2002.
[2]赵西安。现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2004.
[3]于险峰。高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术，2009。
