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中图分类号 TU973 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0094-01
当前高层建筑结构设计工程师面临的一个首要问题就是怎样才能设计出安全、舒适、经济、美观，并能满足人们精神及物质生活要求的高层建筑。因此，对高层建筑结构设计要点的熟练掌握，是高层建筑结构设计人员的必备基本素质。笔者将多年从事高层建筑结构设计的经验做了一个总结，提出了高层建筑结构设计中一些需要注意的问题，并对高层建筑结构设计的体系作了分析，以供参考。
1 高层建筑结构设计的特点分析
1.1 水平荷载是高层建筑结构设计当中的决定因素
高层建筑所承受的楼面荷载及其自身重量于竖向构件当中的弯矩及轴力数值与高层建筑的实际高度成正比；高层建筑结构中倾覆力矩的产生与水平荷载相关，结构的轴力也由竖向构件所引起，倾覆力矩及轴力都与高层建筑本身的实际高度成正比；对于具有特定高度的建筑来说，竖向荷载在一般情况下是一个定值；而高层建筑结构中的水平荷载数值由结构动力的特性决定，随动力特性变化而变化，尤其是水平荷载当中的风荷载。
1.2 轴向变形在高层建筑结构设计当中是不可忽视的因素
如高层建筑所承受的竖向荷载值较大，可引起柱中出现轴向变形的现象，且幅度较大，从而影响连续梁的弯矩，对连续梁中部的支座处负弯矩值产生了减小作用，而对端支座的负弯矩值及跨中正的弯矩值则是产生了增大作用。较大的竖向荷载值还会影响预制构件下料的长度；在这样的情况下，就需要以轴向变形作为依据的计算值，调整下料长度。此外，竖向荷载值对构件侧移及剪力产生的影响也不可忽视，因其与构件竖向的变形相比较考虑，会产生与不安全结果不相符合的现象。
1.3 侧移是高层建筑结构设计中的控制指标
高层建筑与低矮的楼房不一样，高层建筑结构设计工作中，关键的影响因素为结构侧移；随建筑本身实际高度的增大，水平荷载之下的建筑结构侧移的变形会迅速增大。可以发现，在水平荷载的作用下，需要对结构侧移进行控制，使其保持在一定的限度之内。
1.4 结构延性为高层建筑结构设计的重要指标
高层建筑的结构要比低矮楼房的结构更柔，在地震的作用下，出现的变形幅度会更大，减少了倒塌的现象。在高层建筑的构造方面可采取相应的措施，使之进入到塑性变形的阶段后，仍具有足够延性，保持较强变形能力。
2 高层建筑结构设计体系分析
2.1 剪力墙-框架体系的设计
在高层建筑结构中的框架体系刚度及强度均不能达到要求时，常常需要在高层建筑的平面内适当的位置，建立剪力墙以代替结构中的部分框架，将剪力墙-框架结构体系应用于结构设计当中[3]。当建筑物承受来自水平方向的压力时，剪力墙及框架可以通过刚度足够强的连梁及楼板共同组成相互协同结构工作体系。在剪力墙-框架设计体系中，承受来自垂直方面荷载的主体为框架体系，水平剪力的承受主体为剪力墙；在剪力墙-框架体系中，位移曲线为弯剪型。结构侧向的刚度由于剪力墙的作用而增大，建筑在水平方向上的位移得以减小；框架所承受的水平方向上的剪力出现明显下降的趋势，竖向的内力分布变得均匀。
2.2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙结构体系是指由平面的剪力墙结构组成的建筑主体受力结构。在剪力墙结构体系当中，全部的水平力及垂直荷载由单片的剪力墙所承受。剪力墙结构体系是一种刚性的结构，位移曲线是一种弯曲型结构。剪力墙结构体系的刚度及强度均相对较高，具有一定延性，在传力时具有直接及均匀的优点，整体性好，且抗倒塌的能力较强，不失为一种优良的建筑结构体系，其可建的高度一般大于剪力墙-框架体系。
2.3 筒体结构体系
筒体结构体系指的是以筒体作为抗侧力的构件建筑结构体系，筒体结构体系主要包括筒体-框架、单筒体、多束筒及筒中筒等其他多种形式。可将筒体分为空腹筒及实腹筒两个大类。筒体为空间受力的结构构件与三维竖向的结构单体，由曲面墙或平面墙围成；也可由窗裙梁、密排柱及开孔钢筋外墙等构成。筒体结构体系的强度及刚度均相对较高，在大空间、大跨度等特殊类型的高层建筑中被广泛应用
3 高层建筑结构设计的基本假定分析
由剪力墙及简体框架组成了高层建筑主体结构，组成的方式为平楼板水平连接。因此，在三维空间中精确及完善的分析高层建筑结构设是存在难度的，特别是不同的实用分析方法，要引入不同程度的简化计算模型。以下四种假定是高层建筑结构设计中比较常见的计算模型。
3.1 小变形基本假定
在一般情况下，小变形基本假定在高层建筑结构设计分析中被应用得最多。很多从几何方面入手的研究人员对P—效应进行了详细研究，并得出以下注意事项：在建筑高度与顶点的水平位移的比值大于0.2%的情况下，需高度重视建筑结构受到P—效应影响的程度。
3.2 刚性楼板基本假定
在分析高层建筑结构设计时，存在的问题主要是过于注重平面内刚度，而忽视了平面外刚度。采用刚性楼板基本假定的分析法不仅能将结构的位移自由度减少，计算的方法简化，而且能为筒体结构空间薄壁的杆件理论创造良好的计算及使用条件。在一般的情况下，在剪力墙结构体系及框架结构体系当中运用刚性楼板基本假定是可行的。但是，就竖向刚度结构出现突变的情况而言，受到楼板变形的影响较大，如有些楼板的层数不多、刚度不大及抗侧力构件的间距过大等情况，尤其是结构底部及每层顶部内力的影响更为显著。对于以上问题，要采取一些适当的调整措施进行解决。
3.3 弹性基本假定
目前，在高层建筑结构设计的分析方法当中，弹性基本假定
计算方法被运用的范围较广。尤其在垂直荷载的计算当中，因高层建筑结构长时间处于弹性的工作阶段，实际工作情况与弹性基本假设的情况相吻合。但如果遭到较严重的自然灾害，如较大强风及地震等，建筑结构会因较大的位移幅度而产生裂缝，从而进入到弹塑性的工作阶段。在这样的情况下，为了能使高层建筑结构状态得到真实的反应，只能在结构设计中运用弹塑性分析方法。
3.4 计算图形基本假定
高层建筑结构设计中三维空间的分析方法主要为计算图形基本假定。二维协同分析没有将侧力构件中公共的节点在外位移纳入到分析的范围当中；侧力构件外的刚度及扭转刚度并没有受到高度重视。分析精通杆的三维空间中每一节点时，自由度只有六个，不足以完成分析，使用计算图形基本假定分析法，可以弥补这一缺陷。
4 结束语
高层建筑的快速发展增加了对其力学及结构分析模型等方面的诸多要求。因此，寻找新的结构设计形式与正确的力学分析模型，是当前高层建筑结构设计工作人员的主要奋斗目标；只有找到新型建筑结构设计形式与正确的力学分析模型，才能使高层建筑获得更好的发展。
参考文献
[1]都凤强.高层建筑结构设计的实践探讨[J].科技创新导报,2009,21(8):942-943.
关键词：刍议；高层建筑；结构设计
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，也是建筑过程中一个非常重要的环节，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心, 更不可认为是无关紧要的。
1 高层建筑结构设计的特点
1.1水平荷载成为决定因素
楼房的自重和楼面的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。
1.4 结构延性是重要的设计指标
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，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。
2 高层建筑结构设计的原则
2.1 选择合理的高层建筑结构计算简图
在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计
在进行基础设计选择的时候，需要按照高层建筑的地质条件进行。并且，对高层建筑上部的结构类型与荷载分布进行综合分析，同时对施工条件以及相邻建筑物的影响进行全面的考虑，在综合分析和考虑的基础上选择科学合理的基础方案。需要注意的是，基础方案的选择需要使地基的潜力能够得到最大的发挥，如如果必要的话，可以对地基变形进行检测。
2.3 选择合理的高层建筑结构方案
合理的结构方案必须满足高层建筑设计的结构形式和结构体系的要求，并尽量经济合理，以最少的花费获得最佳的结构设计方案。受力在明确、传力简单是结构体系的基本要求，在相同的结构单元中，应该选择相同的结构体系。选择合理的结构方案的时候，需要分析地理条件、工程设计需求、施工条件、施工材料等等，在对这些指标进行综合分析的基础上进行结构选择，以确定最佳的结构方案。
2.4 对计算结果进行准确的分析
随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
3 高层建筑结构设计中的问题及相应的措施
3.1超高问题
基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。
3.2高层建筑结构的规则性问题
在高层建筑的新的建筑规范中，对高层建筑结构的规则性问题作了很多的限制，例如：对结构嵌固端上层和下层的刚度比进行了规定，对平面规则性进行了规定，等等。此外，在新规范中，还明确规定了高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。所以，为了使工程建设按照设计依次进行下去，避免在施工后期对结构设计进行改动，在高层建筑结构设计中，必须严格按照规范的限制条件进行。
3.3高层建筑结构设计嵌固端的设置
一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。
3.4 高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，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。
3.5 轴压比与短柱问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时， 耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计， 且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值， 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
4 结束语
随着社会的发展和科技的进步，建筑结构不断的发生变化，高层建筑结构形式越来越多，研究高层建筑结构设计有着非常重要的意义。
参考文献：
[1] 范小平，高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J]福建建材，2010，（12）.
随着城市化建设进程不断加快，城市居民人均居住面积不断缩小，土地资源日益紧张，给高层建筑带来了极大的发展空间。高层建筑提高了土地利用率，增大了人均居住面积，已经成为城市未来发展的主要方向，并逐步深入到人们的日常生活中去。结构设计是高层建筑的关键部分，直接影响了高层建筑的实用性能以及后期的维护，做好高层建筑的结构设计，使其满足抗风、抗震等相关标准的同时，还能方便居住用户的生产和生活。
2高层建筑结构设计中存在的问题
2.1短肢剪力墙设置问题
根据近年的高层建筑建设情况来看，短肢剪力墙在高层建筑物结构设计中出现频率较高，而短肢剪力墙的增设对建筑物的稳定性、抗震性能、牢固度的提升不仅没有起到促进作用，反而在一定情况下还会产生不利影响。因此，在设计高层建筑时，应尽量减少短肢剪力墙的使用频率，以提升高层建筑物结构的质量。
2.2嵌固端设置问题
地下室和人防是高层建筑结构设计中不可或缺的组成部分，而且地下室或人防顶板地区通常会修筑嵌固端，这就降低了高层建筑结构的稳定性。设计者在对嵌固端进行布置时，应充分考虑由此引发的问题，如对结构稳定性的影响、嵌固端楼板设计等。嵌固端布局时，应对其上下层的刚度比例、方位布局进行全方位的综合考量，通过专业的计算软件，对各项参数进行准确计算，尽量保障嵌固端布局和抗震缝隙二者之间的平衡。
2.3超高问题
建筑物超高问题是在施工过程中较为普遍的问题，高层建筑在施工过程中若超出相关的建筑标准，将严重影响建筑物结构的稳定性、安全性、抵御灾害的能力等，这是必须避免的问题。一些工程设计单位及建设单位，为了增加工程卖点，不顾客观实际，无限增高建筑工程的高度。相关部门应抓紧制定出台相关的法律法规制度，对高层建筑物的设计高度进行严格规定，并对建筑物的抗震性能、防火性能等其他与安全有关的性能进行科学控制。
2.4设计缺乏科学性
高层建筑物不同于普通的建筑物，该类建筑的机械性能和功能具有自身特点，这就要求在对高层建筑物进行设计时，要加强对结构设计的质量控制。然而，实际情况是，我国很多高层建筑设计者在专业水平和对相关技术法规了解程度方面，还存在极大的不足，无法将高层建筑物的抗震性、安全度和牢固度等参数纳入到结构设计范围之内，更有甚者，部分设计者受业主的影响，在没有充分安全保障的情况下，对高层建筑的结构设计进行更改，这势必会影响高层建筑物的安全性和实用性。高层建筑结构设计是否科学、规范，对于建筑物的使用寿命及用户的安全具有密切联系，应采取积极有效的管控措施，对建筑物的结构设计进行严格管控，保障高层建筑的使用性能和安全性能，维护用户的切身利益。
3高层建筑物结构设计应采取的对策
3.1高层建筑结构设计基础方案的选择
高层建筑设计之前，应对高层建筑工程项目的所在地区实际情况进行自习勘探，了解工程项目所在地区的地质、地貌、水文、气候等要素，在科学的指导下选择基础设计方案；设计人员应对建筑项目的结构类型、荷载情况进行全方位的了解，以便能对工程项目的施工条件、施工影响因素进行准确判断，使基础方案达到最优化。
3.2计算简图的选择
计算简图是高层建筑物结构设计的计算依据，因此，保障计算简图的精准性，对于建筑物结构设计的科学性具有直接影响。
3.3计算工具的选择
现代信息技术的发展及应用，极大的推动了建筑设计行业的发展，在高层建筑结构设计中，可利用先进的计算机技术对工程项目进行结构设计，并通过各参数的优化，实现工程结构设计的安全化、科学化、先进化和节约化。如仿真模拟软件、CAD制图技术等均得到了广泛的应用。高层建筑设计人员应不断提高自身的计算机应用水平，提高工程项目结构设计的效率和安全性。
3.4设计方案的选择
高层建筑工程项目施工之前，应对工程设计方案的可行性进行科学判定，在对设计方案进行评价时，应从工程的经济性角度、实用性角度、科学性及安全性等多个因素进行综合评定，以确保工程项目设计方案能够按照既定计划加以实施。
3.5提高设计技术
高层建筑物结构设计过程中，由于客观、主观因素的影响，不可避免的存在一些技术问题，影响了建筑物的安全性。为避免由于建筑物设计问题而带来的重大安全事故，在设计过程中，应采取有效的控制措施，以杜绝重大灾害的发生。如针对短肢剪力墙设置不合理问题，应根据工程实际情况，均匀分布短肢剪力墙，并对墙体的厚度及光滑度进行严格的质量控制。墙体控制在0.2-0.3m较为合适并保证墙体表面的光滑度；墙体过薄、过厚或墙体凹凸不平，都对建筑结构的稳定性造成极大的影响；同时，还可将部分剪力墙与较长的墙体进行结合，以提高整个建筑工程的安全性。
3.6设计者职业素养的提升
高层建筑结构设计的各项问题的解决，最终需要设计人员的参与，因此，提升设计者的职业素养，对于提升高层建筑物的设计质量具有直接影响。设计者应不断加强专业设计知识的学习，同时还要加强对建筑领域各项技术标准、法律法规知识的学习、以及建筑领域先进设计理念、设计技术、相关的计算机技术的学习，以保障高层建筑设计的先进性和安全性。
4总结
关键词：高层建筑。高层建筑结构设计，问题
1高层建筑结构设计的意义及依据
1.1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。
1.2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。
2高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，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的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；
2.1水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
2.2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。
2.3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、大震不倒。
2.4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，会得出偏于不安垒的结果。
2.5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。
3高层建筑结构设计的几个问题
3.1高层建筑结构受力性能
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。
3.2高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，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。
3.3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(T1)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)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：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。
3.4位移限值、剪重比及单位面积重度
(1)位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移(包括层间位移和顶点位移)是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大(或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡)，以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。
关键词：高层建筑结构设计 程序
一、高层建筑结构设计方面的原则
1、选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2、选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
3、合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
4、正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
5、采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
二、建筑结构设计的基本内容
1、结构设计的程序
建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。
建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计结构分析构件设计绘施工图。
2.建筑物结构设计的要求
为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,必须遵循以下要求:(1)计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;(2)结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合;(3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
三、高层建筑结构设计的几个问题分析
1、高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，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。
2、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：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)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：T3＝(1／5―1／7)T1。
3、砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中，构造不但能够提高墙体的坑剪能力，而且构造柱与圄梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。
在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题。
3.1 构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋 结构中的一个薄弱的部位。
3.2 构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼做承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝。本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。若梁 上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足，方可在梁下布置构造柱。
4、楼板设计常见问题
板是建筑工程中的主要承重构件，是它将楼面，屋面的荷载传给其周围的墙或梁上，楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周，很容易出现设计质量问题，有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。
4.1 设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作用单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符，导致一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。
4.2 板承受线荷载时弯矩计算问题，在民用建筑中，常常在楼板上布置一些非承重隔墙故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝。
4.3 双向板有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩，由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放，短跨方向的跨中钢筋应放在下面，长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面，计算时应用两个方向的各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d（d为短向钢筋的直径）。有的设计得为图省事或对板受力认识不足，而取两上方向的有效高度一致进行配筋计算，致使长跨有效高度偏大，配筋降低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现开明缝的现象。
[关键词]高层建筑；结构设计；选型；结构体系；水平载荷
中图分类号：G621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0192-01
20世纪的最后20年，改革开放之后的中国随着综合国力的提高，新建了大批的高层建筑。但是目前我国内地高层建筑中，仍以高层住宅（12～30层）占主体，约占全部高层建筑的80%，所以钢筋混凝土高层建筑仍是具有很强的优势。本文就高层建筑的结构分析与设计特点进行分析，总结了高层建筑的结构体系类型，最后并分析了抗震设计在高层建筑中的应用。
一、结构分析与设计特点
（一）水平载荷成为决定因素
任何一个建筑结构都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。在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在较高楼房中尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。随着楼房层数的增多，水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。一方面，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所引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面对某一高度楼房来说，竖向荷载的风荷载和地震作用，其数值随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
（二）轴向变形不容忽视
通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。对连续梁弯矩的影响：采用框架体系和框-墙体系的高楼中，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，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，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增大。
（三）侧移成为控制指标
与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。
二、高层家住结构体系结构
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。
当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
三、高层建筑结构分析与设计方法
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。
四、抗震分析与设计在高层建筑的应用
在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态。为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势，是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进行设计，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分。我国现行抗震规范（GB50011-2001）要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下（小震），按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移。对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充计算，并进行罕遇地震作用下（大震）的变形验算。
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，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。其次是材料选用和结构体系的问题，在高层建筑中，我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框-筒、筒中筒和框架-支撑），这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。第三是轴压比与短柱问题，在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。
五、结语
结构设计是一项集结构分析，数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。本文就高层建筑的结构设计的各个方面进行分析，一起有助于提高结构工程师在建筑空间中的设计能力，特别是在处理高层建筑方面的问题上。
参考文献
【关键词】高层建筑；结构设计；分析
1 高层建筑各专业设计的协调
高层建筑设计是个多专业、多程序的复杂系统工程，涉及“建筑、结构、设备”三个基本环节，参与高层建筑设计的工程师都深深体会到，对于每个专业单独而言是最完美的设计，但结合在一起却不是优秀的设计。各专业之间的矛盾如不妥善处理!高层建筑就无法施工，建成后也无法使用。“建筑、结构、设备”是互相制约的三个有机组成部分，高层建筑设计既是各个专业自我完善的过程，也是各个专业之间互相协调的过程。提高高层建筑设计质量，不但依赖于各个专业设计水平的提高，而且在很大程度上取决于“建筑、结构、设备”的协调。我们认为在方案设计、初步设计阶段一般应以建筑专业牵头进行各专业协调，在施工图设计阶段则应以结构专业为主进行各专业协调。
2 高层结构分析设计特点
2.1 水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房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向构件中引起的轴力，是与楼房高度的二次方成正比；另一方面，对某一定高度的楼房来讲，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，其数值则随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化 。
2.2 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，会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。
2.3 侧移成为控制指标。与较低的楼房不同结构侧移已成为高层建筑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。
3 高层建筑的结构体系分析
3.1 框架一剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板与连梁组成协同工作的结构体系。在该体系中，框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架一剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低，且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以，框架一剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
3.2 剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度均比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架一剪力墙体系。
3.3 筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，包括单简体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。
4 高层建筑结构设计的问题分析
4.1 结构选型①结构的规则性问题。新规范对这方面的内容有了较大的变动，增加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时必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。②高度问题。按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。对结构的总高度均有严格的限制，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。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。③嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有2 层或2 层以上的地下室和人防设施，嵌固端有可能设置在地下室顶板或人防顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由于嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，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。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留下安全
隐患。
4.2 地基与基础设计。地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，这不仅仅是因为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，同时也因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性。由于我国幅员辽阔，地质条件相当复杂，仅依据GB50007--2002{地基基础设计规范》，无法对全国各地的地基基础均进行详细的描述和规定，而地方性的“地基基础设计规范”则能够将各地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。
4.3 结构计算与分析。在这一阶段，如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理，是决定工程设计质量的关键。由于新规范中对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识①结构整体计算的软件选择。在进行工程整体结构计算和分析时，必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时问和精力，而且有可能使结构存在不安全隐患。②是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新旧规范中均已涉及，只是新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。③振型数目是否足够。在新规范中增加了一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否需要调整振型数目的取值。
关键词: 高层建筑；结构设计
1. 高层建筑结构的特点：
高层建筑结构常使用框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系和筒体结构体系。
多、高层建筑结构都要承受竖直荷载和风产生的水平荷载，还要抵抗地震的作用效应。多层结构的水平荷载对结构影响通常较小，但在高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为控制因素。随着高度的增加，位移增加很快。但是过大的侧移会使人感觉不舒服，从而影响建筑的使用，会造成非结构构件和结构构件的损坏。所以控制结构的侧移成为高层建筑结构的重点。
1.1 框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙两种结构组成的结构体系。高层建筑结构中框架结构的强度和刚度往往不能满足规范要求，这时候就需要在建筑平面的适当位置（如四周和转角）设置剪力墙来代替部分框架，以增强整体结构体系的强度和刚度，这样便形成了框架-剪力墙结构。在这种结构体系中框架结构主要承受垂直荷载，剪力墙结构主要承受水平剪力。框架-剪力墙结构的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀。
1.2 剪力墙结构
钢筋混凝土剪力墙能够较好地抵抗水平荷载，在剪力墙结构中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙结构属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系。
1.3 筒体结构
筒体结构的种类很多，有筒中筒结构、框架-核心筒结构、框筒-框架结构、多重筒、成束筒等等新式。筒体结构是空间结构，具有很大的强度和刚度，各构件受力比较合理。其抵抗水平作用的能力很强，因而特别适合在超高层结构中采用。
1.4 其他结构
较为新颖的竖向承重结构有悬挂结构、巨型框架结构、巨型桁架结构、高层钢结构中的刚性桁架等多种形式。这些结构形式已经在实际工程中得到应用，如香港汇丰银行大楼采用的是悬挂结构，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架结构，香港中国银行采用的是巨型桁架结构。
2. 高层建筑结构分析和设计方法：
2.1 结构分析中常用的基本假定
① 弹性假定。
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。弹性理论的计算方法是基于结构构件在应力和应变成正比的变化关系。在垂直荷载或一般风力作用下．结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。当遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝．进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
② 小变形假定。
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题(P-效应)进行了二阶研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值，H>1／500时。P-效应的影响就不能忽视了。
③ 刚性楼板假定
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大．而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算简体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
④ 计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：
(1)一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧向位移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。
（2)二维协同分析。 二维协同分析虽然扔将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有3个自由度，楼面内各抗侧力构件的位移均由3个自由度确定。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序采用。
(3)三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调)，而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的简体结构也是不妥当的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度。接符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
3各类结构体系采用的分析方法
① 框架―剪力墙体系
框剪结构在竖向荷载作用下，可以假定各竖向承重结构之间为简支联系，将竖向荷载按简支梁板简单地分配给框架和墙，再将各框架和各剪力墙按平面结构进行分析计算。框架一剪力墙的计算机算，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
② 剪力墙体系
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙．小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
③ 筒体体系
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法i等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。
关键词 超限复杂高层；建筑结构设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0150-01
超限复杂高层建筑结构非常复杂，需要采用科学有效的设计方法，才能够实现设计的效果，确保设计的质量，下面针对于超限复杂高层建筑结构设计进行具体的分析。
1 超限复杂高层建筑结构设计概述
所谓超限复杂高层指的就是超限高层的复杂结构，其中剪力墙的结构设计、梁式转换设计等，在结构上与超限高层有着明显的区别，尤其是内在结构含有错层、跃层、中空等复杂建筑构造。对这类建筑的结构设计中，要比正常的超限高层结构设计复杂的多，尤其是结构的受力平衡点极难确定，而且由于结构的复杂性，在设计中要根据实际需求来对每个结构的剪力墙做好设计工作，因为这涉及到超限复杂高层建筑的抗震能力。美观也是建筑结构设计的重点因素，尤其是超限复杂高层建筑，对于这类建筑的设计外观不会有着传统建筑物的对称外观[1]。因此，在超限复杂高层建筑结构设计中，要将外观设计充分的展现出独有的特性，这样才能表现出超限复杂高层建筑结构设计的特点。
2 超限复杂高层建筑结构设计的特点
2.1 错层结构
错层在我们日常生活中经常见到的一种楼房结构，由于建筑的各个功能区的层高要求不同，针对这一现象设立了错层结构，不仅如此，有很多楼梯结构也存在跃层结构，都是按照功能区的高度不同而划分的，而这也是超限复杂高层建筑结构设计中的一大特点。在超限复杂高层建筑结构设计中，在进行结构模型分析的过程中，按照裙房的设计不同，再结合功能区高度要求的不同，从而实现超限复杂高层建筑物结构设计错层结构的良好设计[2]。
2.2 平面不规则
在对超限复杂高层建筑结构设计的过程中，由于存在的功能区域不同，因此平面结构设计也会存在不规则性，尤其是超限复杂高层建筑的剪力墙、钢筋混凝土等结构的设计中，对侧力构件、承重有着极大的作用，而对每个不同区域测量的抗震平衡点不同，就会导致各个结构出现不同的设计规则，这也是超限复杂高层建筑物结构设计的一大特性。
3 超限复杂高层建筑结构设计
3.1 抗风设计
风荷是建筑结构设计中应考虑的问题，尤其是超限复杂高层的建筑结构设计，因为高度的增加也使得受到风荷的影响越大，特别是在沿海地带的超限复杂高层在结构设计的过程中应将风荷作为重点设计。超限复杂高层建筑结构的抗风设计是将风产生的动力效应结合风振系数，再转变成建筑结构设计中的拟静力进行计算，当然，在抗风设计中需要对拟静力的计算结果通过模型风洞实验、结构动力分析、计算校核等，以保证抗风设计的稳定性和可靠性，否则，未对抗风设计进行校核的建筑物容易在风荷的影响下产生建筑墙体的开裂、玻璃墙体的破坏等，甚至会出现主体结构遭到破坏的现象，因此抗风设计在超限复杂高层建筑结构设计中占有重要的地位。在抗风设计中需要注意设计要点：由于超限复杂高层具有平面不规则性、楼梯高度较高、立面复杂等特征，在进行抗风校核时应采用风洞实验来保证建筑结构的稳定性和安全性；在超限复杂高层建筑之间距离较近时，应对相互之间产生的风力干扰的群体效应作出相应的判断，并将其渗入到抗风设计中[3]。
3.2 抗震设计
抗震设计是建筑物结构设计中的重点设计，尤其是超限复杂高层建筑的结构设计，因为建筑较高的原因，使得承受震力结构本身就处在弱势，因此对超限复杂高层结构中的抗震设计要比一般的建筑结构严格的多，主要在设计中应注意以下几点：对超限复杂高层建筑结构设计的地理位置、地质地貌等周边环节的调查分析，需要结合当地的情况对建筑进行抗震设计；建筑的整体结构设计，如界面大小、应变分布等，要有针对性的进行设计；对建筑结构设计方案进行抗震定量分析，为确保建筑结构抗震性能的优越性，应保证建筑结构的变形弹性需要达到建筑的抗震要求；确定建筑结构的位移和构件变形之间的关系，并在设计的过程中通过测量测试的方式来确定构件的变形值，为建筑结构抗震设计提供依据。
3.3 刚度设计
刚度设计是对建筑整体结构有着固定的作用，尤其是对建筑结构荷载情况有着直接的影响。在超限复杂高层建筑结构设计中，经常会发现结构设计发生扭转的现象，一旦建筑整体结构发生扭转就会使建筑物的水平荷载发生变化，而对建筑物的稳定性和安全性造成极其严重的影响，这种设计的发生主要是三个点不重合而引起的。所谓三个点指的就是建筑整体结构的重心点、建筑结构几何形状的中心点、建筑结构整体刚度的中心点等[4]。对超限高层建筑的刚度设计首先要将各个楼层中分布的水平作用力进行平均分布；将超限复杂高层建筑结构尽量采用规范的平面结构设计，如、矩形、正多边形、方形以及圆形等，这样可以有效的分布作用力，能避免或降低建筑结构发生扭转的问题。当然，超限复杂高层建筑结构也很少存在简单规范的平面设计，因此，对这类特殊的建筑结构刚度设计时，整体平面结构处于不规范的形态，要尽量将其凸现出的结构部分的宽度与厚度的比值确定在可控制的范围内，这样可以充分避免作用力分布不合理而导致建筑结构刚度设计出现问题造成的建筑扭转现象。另外，在对超限复杂高层建筑结构设计时，要从整体结构设计出发，尽量采用对称形态的结构设计，这样可以提高建筑刚度设计的稳定性和可靠性[5]。
4 结束语
在进行超限复杂高层建筑结构设计中，设计人员通过运用有效的设计方法，能够实现设计水平的提高，确保建筑的质量，促进建筑设计工作的顺利进行。
参考文献
[1]生永栓，王永红，陈伟松，博东恒.某超限复杂高层（错层）结构住宅设计[J].建筑结构，2009（S1）.
[2]邱俊强.对高层建筑结构设计中存在问题的分析[J].建材与装饰（中旬刊），2008（05）.
[3]杨亚红.馨雅如小区高层建筑超限工程设计概述[J].科技信息，2011（16）.
