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摘要：随着经济的快速发展，高层建筑在我国大部分城市也陆续涌现。对于高层建筑结构而言，其结构体系的选择，更主要的是与荷载因素相关，因此，高层建筑结构的设计首先必须以其不同荷载对结构产生的影响为依据，选择最为合理的方案。
关键词：高层建筑；结构设计；策略
Abstract: with the rapid development of economy, high-rise buildings in most of our cities also have emerged. For high-rise building structure is concerned, its choice of structural system, and more importantly and load factors, therefore, the structure of the high-rise building design must first with its different load on the impact of the structure for the basis, choose the most reasonable scheme.
Keywords: high building; Structure design; strategy
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
近年来我国建筑层数和建筑高度增加，利用结构空间作用，又发展了框架——简体结构、简中简结构、多简结构和巨型结构等多种结构体系。高层建筑结构的承载能力、侧移刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其采用结构体系有着密切关系。不同结构体系，适用于不同层数、高度和功能的建筑。在高层结构设计中，水平力是控制的主要因素，在地震区水平力是高层建筑结构设计的决定因素。剪力墙结构刚度大、周期短、地震作用大，在设计中应注意调整结构刚度。
1高层建筑的特点
1.1在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。设计精美的高层建筑还可以为城市增加景观，如马来西亚首都的石油大厦和上海的金茂大厦等。但高层建筑太多、太密集也会对城市带来热岛效应，玻璃幕墙过多的高层建筑群还可能造成光污染现象。
1.2在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。例如在新加坡的新建居住区中，由于建造了高层建筑群，留下了更多地面空间，可以更好地建设城市绿化和人们休闲活动空间。
1.3高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样就会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。
2 高层建筑结构设计控制策略
2.1减轻结构自重
对于高层建筑而言，从地基承载力以及地震效应的角度来说，减轻结构自重意义重大．不仅意味着减少基础造价和处理措施，而且可有效防止地基沉降以及框架柱的压力变形，同时也提高了结构的抗震性能。为了达到减轻结构自重的目的，可以采取的措施有两点。
2.1.1使用轻质高强材料
目前，在使用轻质材料方面，高强钢材、高强混凝土、钢管混凝土、轻骨料混凝土等材料在国内外的高层建筑当中得到了广泛的应用。大量的工程实例表明，使用这些轻质材料，对于减轻结构自重起到了重大的作用。同时，减轻结构自重另一个重要方面就是减轻填充墙体材料的重量。国内外已经出现了不少高质量的轻质板材，如各种蜂窝低芯复合板，它们轻质、高强，对于减轻填充墙体的重量意义重大。
2.1.2用优化方法减轻自重
高层建筑有不同的结构形式，其中有部分的结构形式可以进行优化设计。高层建筑结构的优化设计从方法上来说即是以建筑物的总重最轻及造价最低为目标函数，以结构构件如框架梁、柱截面及剪力墙数为设计变量，以强度、刚度、稳定等为约束变量。在满足约束变量的情况下，变换其设计变量以达到最优化的设计。通过这样的对结构的优化，可以减少工程造价，并且减轻结构自重。
2.2控制水平荷载对结构的影響
对于高层建筑而言，水平荷载是结构设计的决定因素，为了减少水平荷载对建筑结构的影响，必须采取如下措施。
2.2.1选择合适的体型
针对水平载荷对高层建筑的影响，首要的问题是为高层建筑选择合适的体型，不同的体型水平作用力的分布有着不同的变化。一个总的原则是建筑物的平面形状力求简单对称，尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式．避免使用凹型或凸型结构。当然，考虑到城市规划的要求以及建筑场地的限制，这一原则只是一个目标，实际工程实例当中，很难做到高层建筑的平面形式非常对称简单，但仍然要尽可能建筑平面形式对称，并将不规则部分的比值控制在许可的范围之内。同时，为了防止扭转振动的发生，必须尽可能使得高层建筑的重心、刚度重心以及几何中心合一。
2.2.2提高结构的侧向刚度
（1）采用高刚度材料
从材料的角度来说，目前我国高层建筑主要采用钢筋混凝土结构，因此如何充分发挥混凝土与钢筋的综合优势，对于提高结构的刚度意义重大。这两种材料根据设计要求可以有多种组合，比较常见的是型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。型钢混凝土结构充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能，钢筋混凝土与型钢，共同受力，外包混凝土对型钢有较强的约束作用，可防止型钢的局部屈曲，提高了结构的整体刚度和抗扭能力。而钢管混凝土结构在高层建筑结构中的优势更加明显，由于在钢管中填入混凝土，混凝土受到钢管的套箍而有了更高的抗压强度，而结构自身的刚度也得以大幅提高。
（2）采用合适的抗侧力体系
高层建筑的抗侧力体系主要有框架、剪力墙、框架一剪力墙、筒体等结构。这些结构抵抗水平荷载的能力各不相同，适用范围也不一样。针对高层建筑而言，筒体体系是最有效的抗侧力体系，其在我国的工程实例当中，应用的也最广泛。这种体系由若干个筒体作为竖向承重结构，靠筒体承受水平荷载，其抵抗水平荷载的特点是整个建筑犹如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，相对于单片平面结构而言，这种结构具有更大的抗侧及抗扭刚度。当然。在工程实例中，这种结构也并非十全十美，由于这种结构具有剪力滞后效应，其抗推刚度和水平承载力也被大大削弱，对此，可以采取相关措施，如用刚臂或刚性圈梁提高框筒的抗推能力．或使用斜撑提高外框筒的抗推能力等等。
2.2.3采用减振装置
对于高层建筑而言，无论采用哪种结构体系或者抗侧力体系，侧向振幅是不可避免，对此，我们可用附加阻尼器(如粘弹性减震器)或动力阻尼器(如调谐液体阻尼器，即TLD)减少侧向振幅。粘弹性减震器由三块钢板夹以聚丙烯粘弹性材料组成，由它连接楼面拓架与外框筒柱，能够很快将水平动力转化为应变能或热能耗散掉。动力阻尼器。一般设置在建筑物的顶部，其自振周期等于或接近建筑物的第一自振周期，这样，它的惯性便可以抵消建筑结构的部分振幅。如调谐液体阻尼器就是放置于顶层的注水刚性容器，结构的振动引起容器中水的振动，当水振动与结构的白振频率接近时，便能够取得很好的减振效果。
2.4概念设计与理论计算同等重要
概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。概念设计帶有一定经验性。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出其主要内容为：应特别重视建筑结构的规则性(包括平面规则性和竖向规则性)；合理选择建筑结构体系包括：a.明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；b.避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；c.结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力；采取必要的抗震措施提高结构构件的延性。
2.5结构整体稳定和倾覆问题
2.5.1整体稳定。建筑物在竖向荷载作用下由于构件的压屈，可能造成整体失稳。我国国内高层建筑层数大多在40层以下，刚度很大，整体稳定一般不存在问题。当高宽比H/B>5时应验算其整体稳定性。
2.5.2倾覆问题。高层建筑由于总高度值很大，基底面积小，在水平荷裁和水平地震作用下，产生很大的倾覆力矩，如果倾覆力矩超过稳定力矩，则建筑物将会发生倾覆，此方面地层灾害实例也已证实。在抗倾覆验算中，倾覆力矩按风荷载或地震作用计算其设计值。计算稳定力矩时，楼面活载取50％，恒载取90％，要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值。对于高度超过150m的高层建筑应进行整体稳定性及抗倾覆验算。
3 结束语
总之，高层建筑的高度和数量，从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度但对于高层建筑亦应适当控制，即要与原有建筑相协调，还要与城市历史特点相协调。
参考文献
[1]孙军.高层建筑结构设计的问题分析[J].山西建筑,2008（19）.
[2]吴晓琳。浅析高层建筑结构设计与特点[J]。中国高新技术企业，2009（11）
[3]何辉，吴祖跃。浅谈高层建筑结构的设计与分析[J]。科技创新导报，2009（13）
关键词：高层建筑；结构设计；策略
Abstract: with the rapid development of economy, high-rise buildings in most of our cities also have emerged. For high-rise building structure is concerned, its choice of structural system, and more importantly and load factors, therefore, the structure of the high-rise building design must first with its different load on the impact of the structure for the basis, choose the most reasonable scheme.
Keywords: high building; Structure design; strategy
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
近年来我国建筑层数和建筑高度增加，利用结构空间作用，又发展了框架——简体结构、简中简结构、多简结构和巨型结构等多种结构体系。高层建筑结构的承载能力、侧移刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其采用结构体系有着密切关系。不同结构体系，适用于不同层数、高度和功能的建筑。在高层结构设计中，水平力是控制的主要因素，在地震区水平力是高层建筑结构设计的决定因素。剪力墙结构刚度大、周期短、地震作用大，在设计中应注意调整结构刚度。
1高层建筑的特点
1.1在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。设计精美的高层建筑还可以为城市增加景观，如马来西亚首都的石油大厦和上海的金茂大厦等。但高层建筑太多、太密集也会对城市带来热岛效应，玻璃幕墙过多的高层建筑群还可能造成光污染现象。
1.2在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。例如在新加坡的新建居住区中，由于建造了高层建筑群，留下了更多地面空间，可以更好地建设城市绿化和人们休闲活动空间。
1.3高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样就会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。
2 高层建筑结构设计控制策略
2.1减轻结构自重
对于高层建筑而言，从地基承载力以及地震效应的角度来说，减轻结构自重意义重大．不仅意味着减少基础造价和处理措施，而且可有效防止地基沉降以及框架柱的压力变形，同时也提高了结构的抗震性能。为了达到减轻结构自重的目的，可以采取的措施有两点。
2.1.1使用轻质高强材料
目前，在使用轻质材料方面，高强钢材、高强混凝土、钢管混凝土、轻骨料混凝土等材料在国内外的高层建筑当中得到了广泛的应用。大量的工程实例表明，使用这些轻质材料，对于减轻结构自重起到了重大的作用。同时，减轻结构自重另一个重要方面就是减轻填充墙体材料的重量。国内外已经出现了不少高质量的轻质板材，如各种蜂窝低芯复合板，它们轻质、高强，对于减轻填充墙体的重量意义重大。
2.1.2用优化方法减轻自重
高层建筑有不同的结构形式，其中有部分的结构形式可以进行优化设计。高层建筑结构的优化设计从方法上来说即是以建筑物的总重最轻及造价最低为目标函数，以结构构件如框架梁、柱截面及剪力墙数为设计变量，以强度、刚度、稳定等为约束变量。在满足约束变量的情况下，变换其设计变量以达到最优化的设计。通过这样的对结构的优化，可以减少工程造价，并且减轻结构自重。
2.2控制水平荷载对结构的影響
对于高层建筑而言，水平荷载是结构设计的决定因素，为了减少水平荷载对建筑结构的影响，必须采取如下措施。
2.2.1选择合适的体型
针对水平载荷对高层建筑的影响，首要的问题是为高层建筑选择合适的体型，不同的体型水平作用力的分布有着不同的变化。一个总的原则是建筑物的平面形状力求简单对称，尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式．避免使用凹型或凸型结构。当然，考虑到城市规划的要求以及建筑场地的限制，这一原则只是一个目标，实际工程实例当中，很难做到高层建筑的平面形式非常对称简单，但仍然要尽可能建筑平面形式对称，并将不规则部分的比值控制在许可的范围之内。同时，为了防止扭转振动的发生，必须尽可能使得高层建筑的重心、刚度重心以及几何中心合一。
2.2.2提高结构的侧向刚度
（1）采用高刚度材料
从材料的角度来说，目前我国高层建筑主要采用钢筋混凝土结构，因此如何充分发挥混凝土与钢筋的综合优势，对于提高结构的刚度意义重大。这两种材料根据设计要求可以有多种组合，比较常见的是型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。型钢混凝土结构充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能，钢筋混凝土与型钢，共同受力，外包混凝土对型钢有较强的约束作用，可防止型钢的局部屈曲，提高了结构的整体刚度和抗扭能力。而钢管混凝土结构在高层建筑结构中的优势更加明显，由于在钢管中填入混凝土，混凝土受到钢管的套箍而有了更高的抗压强度，而结构自身的刚度也得以大幅提高。
（2）采用合适的抗侧力体系
高层建筑的抗侧力体系主要有框架、剪力墙、框架一剪力墙、筒体等结构。这些结构抵抗水平荷载的能力各不相同，适用范围也不一样。针对高层建筑而言，筒体体系是最有效的抗侧力体系，其在我国的工程实例当中，应用的也最广泛。这种体系由若干个筒体作为竖向承重结构，靠筒体承受水平荷载，其抵抗水平荷载的特点是整个建筑犹如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，相对于单片平面结构而言，这种结构具有更大的抗侧及抗扭刚度。当然。在工程实例中，这种结构也并非十全十美，由于这种结构具有剪力滞后效应，其抗推刚度和水平承载力也被大大削弱，对此，可以采取相关措施，如用刚臂或刚性圈梁提高框筒的抗推能力．或使用斜撑提高外框筒的抗推能力等等。
2.2.3采用减振装置
对于高层建筑而言，无论采用哪种结构体系或者抗侧力体系，侧向振幅是不可避免，对此，我们可用附加阻尼器(如粘弹性减震器)或动力阻尼器(如调谐液体阻尼器，即TLD)减少侧向振幅。粘弹性减震器由三块钢板夹以聚丙烯粘弹性材料组成，由它连接楼面拓架与外框筒柱，能够很快将水平动力转化为应变能或热能耗散掉。动力阻尼器。一般设置在建筑物的顶部，其自振周期等于或接近建筑物的第一自振周期，这样，它的惯性便可以抵消建筑结构的部分振幅。如调谐液体阻尼器就是放置于顶层的注水刚性容器，结构的振动引起容器中水的振动，当水振动与结构的白振频率接近时，便能够取得很好的减振效果。
2.4概念设计与理论计算同等重要
概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。概念设计帶有一定经验性。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出其主要内容为：应特别重视建筑结构的规则性(包括平面规则性和竖向规则性)；合理选择建筑结构体系包括：a.明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；b.避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；c.结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力；采取必要的抗震措施提高结构构件的延性。
2.5结构整体稳定和倾覆问题
2.5.1整体稳定。建筑物在竖向荷载作用下由于构件的压屈，可能造成整体失稳。我国国内高层建筑层数大多在40层以下，刚度很大，整体稳定一般不存在问题。当高宽比H/B>5时应验算其整体稳定性。
2.5.2倾覆问题。高层建筑由于总高度值很大，基底面积小，在水平荷裁和水平地震作用下，产生很大的倾覆力矩，如果倾覆力矩超过稳定力矩，则建筑物将会发生倾覆，此方面地层灾害实例也已证实。在抗倾覆验算中，倾覆力矩按风荷载或地震作用计算其设计值。计算稳定力矩时，楼面活载取50％，恒载取90％，要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值。对于高度超过150m的高层建筑应进行整体稳定性及抗倾覆验算。
3 结束语
总之，高层建筑的高度和数量，从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度但对于高层建筑亦应适当控制，即要与原有建筑相协调，还要与城市历史特点相协调。
参考文献
[1]孙军.高层建筑结构设计的问题分析[J].山西建筑,2008（19）.
[2]吴晓琳。浅析高层建筑结构设计与特点[J]。中国高新技术企业，2009（11）
[3]何辉，吴祖跃。浅谈高层建筑结构的设计与分析[J]。科技创新导报，2009（13）