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摘要：本文主要通过当前高层建筑结构设计的主要特点出发，归纳了高层建筑结构体系的特征，并对高层建筑结构设计的若干问题进行分析，最后总结了高层建筑结构设计的对策。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
中图分类号：S611文献标识码： A
一、高层建筑结构设计的主要特点
1、结构延性
高层建筑与低层建筑在抗震作用下所导致结构变形的情况更大一些。所以在高层建筑建设过程中，为了避免建筑物遇到地震自然灾害时不会倒塌，需要将其结构设计保持足够的延性，以此来提高高层建筑的抗震能力，时高层建筑具有较强的变形能力。
2、水平荷载
在高层建筑结构设计之中，建筑物的水平荷载是决定高层建筑设计的关键因素。其对整个建筑物产生的倾覆力以及竖构件中产生的轴力，与建筑高度的二次方成正比。而高层建筑物的倾覆力以及竖构件产生的轴力的数值，只与建筑高度一次放成正比。对于一般建筑结构来说，其荷载能力基本为一个定值，而其水平荷载却不是一个定值，它与整个建筑物的结构动力有非常大的关系。
3、侧移
高层建筑整体结构处于一个重试压的情况，整个建筑的荷载力都堆积在地基上的，但是由于其高度的原因，一旦建筑物某一部分发生侧移，就会对整个建筑物产生严重的影响，侧移现象的控制在高层建筑结构设计中占据很重要的位置，必须引起重视。
4、轴向变形
在高层建筑中，因其竖向荷载较大，导致建筑梁柱中产生较打轴向变形，这种情况就会导致梁柱中间的支架发生偏移，对整个建筑结构产生巨大影响，还会对预测构件的下料长度、剪力墙和侧移产生影响。
二、高层建筑结构体系的特征
1、框架结构
框架结构不言而喻就是高层建筑的整体结构，其一般采用的施工技术都是钢结构和钢筋混凝土，它所构成的承载结构都是通过梁柱的节点来实现的，框架结构的成形能够有效的布置建筑物的内部空间，使用起来较为方便，这一结构体系在现代建筑中应用广泛。
2、剪力墙结构
剪力墙结构使用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平荷载的结构成为剪力墙结构，在高层建筑中得到大量应用。但是，其也存在一定的缺点，剪力墙间距不能过大，平面布置不够灵活，在公共建筑中得不到有效的效果。
3、筒体结构
筒体结构有框架结构和剪力墙结构等综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中在房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其抗侧力能力强，意指四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。
4、巨型结构
巨型结构是由大型构件组成的，主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。在受力体系形式下可以分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构等，它是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构。
三、高层建筑结构设计的几个问题
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。
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(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。
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。
3、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。
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，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。
(2)剪重比及单位面积重度结构的剪重比λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标．其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024．0.040；扭转效应明显或基本周期<3.5s的结构剪重比则分别为0.016，0.032，0.064。单位面积重度v0＝G／A(kN／m2)是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输入是否正确的一个重要指标。
以上两个指标不仅在施工图设计阶段，而且在初步设计阶段都是非常重要的数据，其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，結构布置是否合理，电算数据输入是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，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。
四、高层建筑结构设计的对策
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。
五、结语
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。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了各种问题。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
中图分类号：S611文献标识码： A
一、高层建筑结构设计的主要特点
1、结构延性
高层建筑与低层建筑在抗震作用下所导致结构变形的情况更大一些。所以在高层建筑建设过程中，为了避免建筑物遇到地震自然灾害时不会倒塌，需要将其结构设计保持足够的延性，以此来提高高层建筑的抗震能力，时高层建筑具有较强的变形能力。
2、水平荷载
在高层建筑结构设计之中，建筑物的水平荷载是决定高层建筑设计的关键因素。其对整个建筑物产生的倾覆力以及竖构件中产生的轴力，与建筑高度的二次方成正比。而高层建筑物的倾覆力以及竖构件产生的轴力的数值，只与建筑高度一次放成正比。对于一般建筑结构来说，其荷载能力基本为一个定值，而其水平荷载却不是一个定值，它与整个建筑物的结构动力有非常大的关系。
3、侧移
高层建筑整体结构处于一个重试压的情况，整个建筑的荷载力都堆积在地基上的，但是由于其高度的原因，一旦建筑物某一部分发生侧移，就会对整个建筑物产生严重的影响，侧移现象的控制在高层建筑结构设计中占据很重要的位置，必须引起重视。
4、轴向变形
在高层建筑中，因其竖向荷载较大，导致建筑梁柱中产生较打轴向变形，这种情况就会导致梁柱中间的支架发生偏移，对整个建筑结构产生巨大影响，还会对预测构件的下料长度、剪力墙和侧移产生影响。
二、高层建筑结构体系的特征
1、框架结构
框架结构不言而喻就是高层建筑的整体结构，其一般采用的施工技术都是钢结构和钢筋混凝土，它所构成的承载结构都是通过梁柱的节点来实现的，框架结构的成形能够有效的布置建筑物的内部空间，使用起来较为方便，这一结构体系在现代建筑中应用广泛。
2、剪力墙结构
剪力墙结构使用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平荷载的结构成为剪力墙结构，在高层建筑中得到大量应用。但是，其也存在一定的缺点，剪力墙间距不能过大，平面布置不够灵活，在公共建筑中得不到有效的效果。
3、筒体结构
筒体结构有框架结构和剪力墙结构等综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中在房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其抗侧力能力强，意指四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。
4、巨型结构
巨型结构是由大型构件组成的，主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。在受力体系形式下可以分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构等，它是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构。
三、高层建筑结构设计的几个问题
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。
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(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。
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。
3、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。
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，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。
(2)剪重比及单位面积重度结构的剪重比λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标．其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024．0.040；扭转效应明显或基本周期<3.5s的结构剪重比则分别为0.016，0.032，0.064。单位面积重度v0＝G／A(kN／m2)是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输入是否正确的一个重要指标。
以上两个指标不仅在施工图设计阶段，而且在初步设计阶段都是非常重要的数据，其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，結构布置是否合理，电算数据输入是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，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。
四、高层建筑结构设计的对策
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。
五、结语
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。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了各种问题。