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摘要：文章主要是对高层建筑结构设计的基本特点和主要步骤进行分析探讨，并阐述了高层建筑结构设计中的选型设计与抗震设计。
关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A
引言
鉴于我国高层建筑呈几何级快速增长，高层建筑的类型和功能也变得越来越复杂，而其结构体系也变得更为多样化，在此过程中出现任何遗漏或者错误，都极有可能导致整个设计变得更为复杂，或者造成设计的不安全。因此，高层建筑的结构设计问题是一个长期而复杂的过程，也是建筑师开展设计工作的重点与难点。文章主要是对高层建筑结构设计的基本特点和主要步骤进行分析探讨，并阐述了高层建筑结构设计中的选型设计与抗震设计。
一、高层建筑结构设计的基本特点
（一）高层建筑的水平荷载已成为决定性要素。由于楼房的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和楼房高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和楼房高度的二次方成正比关系。因此，对于某一座具有一定高度的建筑物来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷載之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。
（二）高层建筑的轴向变形不可忽视。高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度作出调整。
（三）高层建筑侧移已经成为控制性指标。与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
二、高层建筑结构设计的主要步骤
（一）确定合理的基础设计方案
在高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。在基础设计阶段，就要形成完整的地质勘察材料，对于部分缺乏地质报告的建筑物，也要实施现场查看，并参考附近建筑物的相关资料。
（二）确定最合适的结构方案
成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是要选择切实可行的结构形式与结构体系。结构体系不仅要受力明确，而且要传力便捷，相同结构单元不应当混用各不相同的结构体系。因此，一定要对工程设计要求、材料供应及施工情况作出综合分析，和水、暖、电等一起开展协商，并以此为基础开展结构选型，并确定合理的结构方案，有必要时还要对多个方案进行比较，并做到择优选用。
（三）确定合适的计算简图
结构计算主要是在计算简图之基础上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。计算简图应当有一定的构造来进行保证。因为实际结构之节点不会是单纯的刚结，但是，计算简图误差要控制在允许的范围内。
（四）准确分析计算的结果
在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是因为如今软件的种类极多，而不同软件常常会出现不一样的计算结果。所以，设计人员要对各项技术条件进行全面地了解。在进行电脑辅助设计时，只要程序与某一个结构的实际状况不一致，或者人工输入出现错误，或者软件的本身存在缺陷，都会造成错误的计算结果，所以需要工程师在得到计算之后进行认真分析与校核，并作出最为合理的判断。
三、高层建筑结构的选型设计
在高层建筑的结构设计中，结构选型阶段要抓好下面三点：
（一）要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。
（二）要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级之高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新作出设计，或者需要召开专家会议加以论证，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。
（三）要注重嵌固端设置。因为高层建筑普遍带有二层或者二层以上的地下室与人防工程，嵌固端极有可能被设置于地下室的顶板上，同时也有可能被设置于人防顶板等处。所以，在这一问题上因为结构设计人员常常会忽视因嵌固端设置而导致的一系列问题。比如，要重视对嵌固端楼板之设计、加强对嵌固端上下层刚度比之限制、在进行结构整体运算时做好嵌固端设置等。
四、高层建筑的抗震设计
高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。比如，我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。
结语
总而言之，高层建筑结构设计的任务极为繁重，工程设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，运用恰当的处理方法作出一定的调整与完善，这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。
关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A
引言
鉴于我国高层建筑呈几何级快速增长，高层建筑的类型和功能也变得越来越复杂，而其结构体系也变得更为多样化，在此过程中出现任何遗漏或者错误，都极有可能导致整个设计变得更为复杂，或者造成设计的不安全。因此，高层建筑的结构设计问题是一个长期而复杂的过程，也是建筑师开展设计工作的重点与难点。文章主要是对高层建筑结构设计的基本特点和主要步骤进行分析探讨，并阐述了高层建筑结构设计中的选型设计与抗震设计。
一、高层建筑结构设计的基本特点
（一）高层建筑的水平荷载已成为决定性要素。由于楼房的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和楼房高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和楼房高度的二次方成正比关系。因此，对于某一座具有一定高度的建筑物来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷載之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。
（二）高层建筑的轴向变形不可忽视。高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度作出调整。
（三）高层建筑侧移已经成为控制性指标。与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
二、高层建筑结构设计的主要步骤
（一）确定合理的基础设计方案
在高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。在基础设计阶段，就要形成完整的地质勘察材料，对于部分缺乏地质报告的建筑物，也要实施现场查看，并参考附近建筑物的相关资料。
（二）确定最合适的结构方案
成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是要选择切实可行的结构形式与结构体系。结构体系不仅要受力明确，而且要传力便捷，相同结构单元不应当混用各不相同的结构体系。因此，一定要对工程设计要求、材料供应及施工情况作出综合分析，和水、暖、电等一起开展协商，并以此为基础开展结构选型，并确定合理的结构方案，有必要时还要对多个方案进行比较，并做到择优选用。
（三）确定合适的计算简图
结构计算主要是在计算简图之基础上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。计算简图应当有一定的构造来进行保证。因为实际结构之节点不会是单纯的刚结，但是，计算简图误差要控制在允许的范围内。
（四）准确分析计算的结果
在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是因为如今软件的种类极多，而不同软件常常会出现不一样的计算结果。所以，设计人员要对各项技术条件进行全面地了解。在进行电脑辅助设计时，只要程序与某一个结构的实际状况不一致，或者人工输入出现错误，或者软件的本身存在缺陷，都会造成错误的计算结果，所以需要工程师在得到计算之后进行认真分析与校核，并作出最为合理的判断。
三、高层建筑结构的选型设计
在高层建筑的结构设计中，结构选型阶段要抓好下面三点：
（一）要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。
（二）要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级之高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新作出设计，或者需要召开专家会议加以论证，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。
（三）要注重嵌固端设置。因为高层建筑普遍带有二层或者二层以上的地下室与人防工程，嵌固端极有可能被设置于地下室的顶板上，同时也有可能被设置于人防顶板等处。所以，在这一问题上因为结构设计人员常常会忽视因嵌固端设置而导致的一系列问题。比如，要重视对嵌固端楼板之设计、加强对嵌固端上下层刚度比之限制、在进行结构整体运算时做好嵌固端设置等。
四、高层建筑的抗震设计
高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。比如，我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。
结语
总而言之，高层建筑结构设计的任务极为繁重，工程设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，运用恰当的处理方法作出一定的调整与完善，这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。