高層建筑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的產(chǎn)物。隨著大城市的發(fā)展，城市用地緊張，市區(qū)地價(jià)日益高漲，促使近代高層建筑的出現(xiàn)，電梯技術(shù)的改進(jìn)更使高層建筑越建越高。宏偉的高層建筑是經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，具有重要的宣傳效應(yīng)，在日益激烈的商業(yè)競(jìng)爭中，更扮演了重要的角色。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù)

1.1概念設(shè)計(jì)的意義

高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理。

1.2概念設(shè)計(jì)的依據(jù)

高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1水平力是設(shè)計(jì)主要因素

在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度成正比；而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對(duì)一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。

2.2軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；此外還會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

2.3結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對(duì)于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題

3.1基礎(chǔ)埋深問題

高層建筑通常設(shè)地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

3.1.1提高地基承載力。當(dāng)高層建筑采用天然地基時(shí)，地基承載力可進(jìn)行修正。隨著基礎(chǔ)埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對(duì)地基承載力的要求。

3.1.2有利于高層建筑上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻，地下室頂板厚不宜小于16Omm，地下室具有較大的層間剛度，同時(shí)地下室外墻周邊土也提供了很大的側(cè)向剛度和約束。因此設(shè)地下室有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，有利于協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體變形，調(diào)整地基不均勻沉降。

3.2受力問題

建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

對(duì)于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或井筒；其二，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。

與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)不是線性增加的，是隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其項(xiàng)部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

3.3超高問題

3.3.1結(jié)構(gòu)的超高問題：在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度以外，增加了B級(jí)高度，處理措施與設(shè)計(jì)方法都有較大改變。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)巨大。

3.3.2短肢剪力墻的設(shè)置問題：在新規(guī)范中，對(duì)墻肢截面高厚比為4～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，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，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，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。

3.3.3嵌固端的設(shè)置問題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室項(xiàng)板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

3.3.4結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題：新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

3.4抗震問題

（1）應(yīng)當(dāng)注意防震縫的設(shè)計(jì)，必須留有足夠的寬度。

（2）平面形狀或剛度不對(duì)稱，會(huì)使建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn)，震害嚴(yán)重。

（3）凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng)，破壞嚴(yán)重。

（4）高層部分和低層部分之間的連接構(gòu)造不合理。

（5）框架柱截面太小，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不夠而發(fā)生剪切破壞或柱頭壓碎。

（6）由于沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大，使樓層變形過分集中而產(chǎn)生破壞。

（7）地基的穩(wěn)定性問題要特別注意。

（8）伸縮縫和沉降縫寬度過小，碰撞破壞很多。

（9）不應(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間，樓板有大洞口，因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。

（1O）外縱墻門窗洞口過大，連梁尺寸太小，容易產(chǎn)生破壞。

（11）中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消了部分剪力墻，產(chǎn)生剛度或承載力突變，形成結(jié)構(gòu)薄弱層。

4、結(jié)語

總之，隨著高層建筑規(guī)模和形式的不斷發(fā)展，追求結(jié)構(gòu)形式新穎、受力合理的目標(biāo)將是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者的目標(biāo)和方向。作為結(jié)構(gòu)工程師，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)分析，多做方案比較，加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、合理性。