摘要：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是針對(duì)高層建筑特性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是在滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟(jì)和施工可行的要求下，按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體布置、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算、構(gòu)造和制圖工作，并且尋求優(yōu)化的過程。本文主要針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，分別闡述了框架體系、剪力墻體系、框架—剪力墻體系、筒體體系的特點(diǎn)和優(yōu)勢。確定合理的結(jié)構(gòu)方案、采取正確的計(jì)算模型分析計(jì)算、嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求、細(xì)心繪圖才能保證設(shè)計(jì)的正確性、準(zhǔn)確性，保證工程的安全性，提高工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻；靜力分析

1 高層建筑的工程特點(diǎn)

高層建筑指超過一定高度和層數(shù)的建筑?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010規(guī)定10層及10層以上或房屋高度大于28米的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)為高層建筑。高層建筑可節(jié)約城市用地，縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。

高層結(jié)構(gòu)由于其高度所導(dǎo)致一系列與普通建筑結(jié)構(gòu)不一樣的地方：自重大，對(duì)材料強(qiáng)度和豎向構(gòu)件截面直接相關(guān)；由于其抗震要求，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性有更加嚴(yán)格的要求，需要通過控制軸壓比等措施來實(shí)現(xiàn)；對(duì)風(fēng)荷載更加敏感，且頂端在風(fēng)荷載作用下有較大位移，對(duì)舒適度需要進(jìn)行校核。

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

就我國目前高層建筑的結(jié)構(gòu)體系來看，主要有：框架結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。

框架結(jié)構(gòu)，是由縱梁、橫梁和柱組成的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是梁和柱剛性連接而成骨架的結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，自重輕，整體性和抗震性好，柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間，施工簡便，較經(jīng)濟(jì)；框架結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)：抗側(cè)移剛度小，側(cè)移大，對(duì)支座不均勻沉降較敏感等。根據(jù)受力分析，框架房屋高度增加時(shí)，側(cè)向力作用急劇地增長，當(dāng)建筑物達(dá)到一定高度時(shí)，側(cè)向位移將很大，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。一般適用于10層以下、以及10層左右的房屋結(jié)構(gòu)。

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，又稱框剪結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指由框架和剪力墻共同作為豎向承重構(gòu)件的多（高）層房屋結(jié)構(gòu)體系。由于剪力墻本身具有較好的強(qiáng)度和剛度，因此，在框架體系的強(qiáng)度和剛度達(dá)不到建筑使用需求的時(shí)候，往往會(huì)在框架縱、橫方向的適當(dāng)位置設(shè)置若干剪力墻。在這種結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻共同受力，剪力墻承擔(dān)絕大部分水平荷載，框架則以承擔(dān)豎向荷載為主，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮了框架和剪力墻各自的特點(diǎn)，既能獲得大空間的靈活空間，又具有較強(qiáng)的側(cè)向剛度。所以這種結(jié)構(gòu)形式一般用于寫字樓、商住樓、酒店以及某些工藝用房。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，一般用于25層以下房屋結(jié)構(gòu)。

剪力墻體系是受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成的一種體系。其不僅能夠承擔(dān)結(jié)構(gòu)中水平構(gòu)件所產(chǎn)生的豎向荷載，而且還能夠承擔(dān)水平荷載。剪力墻本身具有較高的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)具有一定的延性，剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，側(cè)向剛度大，適宜做較高的高層建筑，水平力作用下側(cè)移小。缺點(diǎn)是由于剪力墻位置的約束，使得建筑內(nèi)部空間的劃分比較狹小，不能提供大空間房屋。因此較適宜用于賓館與住宅。剪力墻結(jié)構(gòu)常用于25～30層的建筑物。

筒體結(jié)構(gòu)體系由框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與全剪力墻結(jié)構(gòu)綜合演變和發(fā)展而來的。筒體結(jié)構(gòu)體系是將剪力墻或密柱框架集中到建筑的內(nèi)部和外圍而形成的空間封閉式的筒體的結(jié)構(gòu)形式。在側(cè)向風(fēng)荷載的作用下，它的受力特點(diǎn)就類似于一個(gè)固定在基礎(chǔ)上的筒形的懸臂構(gòu)件。迎風(fēng)面受拉，背風(fēng)面受壓。筒體結(jié)構(gòu)可分單筒、筒中筒、桁架筒、成束筒等。筒體可以是剪力墻，可以是密柱，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用數(shù)量不同的筒。筒體結(jié)構(gòu)多用于高層或超高層公共建筑中。筒體結(jié)構(gòu)一般用于30層以上的超高層房屋結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)高度一般不超過80層。

3 高層建筑的結(jié)構(gòu)分析

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)分析基本假定的時(shí)候，通過采用彈性假定的方法來進(jìn)行。目前，彈性的計(jì)算方法已經(jīng)成為了工程上最為常見的結(jié)構(gòu)分析方法。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)在垂直荷載和水平荷載的影響下，會(huì)處于一個(gè)彈性工作階段，在這種條件下，這種彈性假定是基本符合現(xiàn)實(shí)情況的。但是如果遭受到地震和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用的時(shí)候，建筑就會(huì)根據(jù)實(shí)際情況產(chǎn)生不同程度的位移，進(jìn)入到彈塑性的工作階段。此時(shí)如果按照彈性方法對(duì)內(nèi)力和位移情況進(jìn)行計(jì)算，那么其結(jié)果必然不能夠充分反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，因此，必須要采用彈塑性動(dòng)力的分析方法進(jìn)行分析。此外，在計(jì)算側(cè)向位移的時(shí)候，需要采用剛性樓板假定來對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要控制的六個(gè)比值

（1）軸壓比：軸壓比主要為控制結(jié)構(gòu)的延性。

（2）剪重比：剪重比主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性。

（3）剛度比：剛度比主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。

（4）位移比：位移比主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

（5）周期比：周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對(duì)關(guān)系，而非其絕對(duì)大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)過大（相對(duì)于側(cè)移）的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（6）剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題

4.1剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有延性。細(xì)高的剪力墻容易設(shè)計(jì)成具有延性的彎曲破壞剪力墻。當(dāng)墻的長度很長時(shí)，可以通過設(shè)置洞口將長墻分成長度較小的墻段，用以分割墻段的洞口上可設(shè)置約束彎矩較小的弱連梁?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，為保證剪力墻底部出現(xiàn)塑性鉸后具有足夠大的延性，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)塑性鉸的部位加強(qiáng)抗震措施。

4.2結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題：結(jié)構(gòu)的規(guī)則性包括平面規(guī)則和豎向規(guī)則?？拐鹪O(shè)計(jì)的混凝土高層平面宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心，長度不宜過長，平面突出部分的長度不宜過大、寬度不宜過?。回Q向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和收進(jìn)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。在方案階段就要考慮這些問題，避免在施工圖階段受這些問題的限制。

4.3結(jié)構(gòu)的超高問題：在抗震規(guī)范和高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況，對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)大。

4.4嵌固端的設(shè)置問題：由于高層建筑一般都帶有地下室，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板，在這個(gè)問題上，往往容易忽視由嵌固端的改變帶來的一系列問題，如：室內(nèi)外高差特別大的情況下，如果室內(nèi)外高差做到了1.2m，那么嵌固端是在基礎(chǔ)頂板還是在地下室頂板上，在這種情況下，就應(yīng)該考慮兩種嵌固端的位置分別計(jì)算，最后進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

4.5短肢剪力墻的設(shè)置問題：在規(guī)范中，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，最小配筋率比一般剪力墻高出許多，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免增加含鋼量。

5 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑質(zhì)量的要求也會(huì)越來越高。為了能夠?qū)⑷藗兊囊蟪浞譂M足，建筑結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，這樣，不僅能夠有效解決目前市場上土地價(jià)格上漲給工程造價(jià)帶來的影響，有效降低了開發(fā)商的成本，而且還能夠在確保建筑整體質(zhì)量達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，使建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足客戶的諸多需求。同時(shí)，還在很大程度上實(shí)現(xiàn)了房屋外形美觀，結(jié)構(gòu)實(shí)用、舒適的目標(biāo)。