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文章摘要随着我国经济的飞快发展，城市人口逐渐增多，为了实现“城市让生活更美好”这一目标，城市的建筑结构逐渐向超高化、多功能化、管理人性化、环境生态化的方向发展。而且，随着建筑业的发展，如今的建筑材料、建筑形式和建筑力学模型也日趋复杂多样化，这些无疑都给高层建筑的结构设计增加了不少的难度，所以如何使高层建筑的结构设计符合城市的发展特点和满足人们生活的需要，一直是结构工程师工作的重点和难点。接下来，本文将从高层建筑结构设计特点、高层建筑的结构体系以及高层建筑结构的分析这三个方面对高层建筑结构的分析与设计进行简单的阐述。
关键词高层建筑 结构体系 设计分析
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
自1885年世界第一幢高层建筑—芝加哥保险公司大楼（10层，55米）在美国兴建以来，高层建筑的建设已经取得了巨大的发展，就我国而言，目前高度超过104米以上的高层建筑就多达100多幢，其中最具代表性的应属自1998年建成位于上海的金茂大厦（88层，420.5米）。随着高层建筑的飞快发展，高层建筑的形式和高层建筑的材料等方面的选择越来越多样化，如在结构形式上，可以选择框架结构、剪力墙结构、筒体结构等；在建筑用材上，可以考虑钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构等，这些多样化的选择在使高层建筑更具特色的同时，也给结构设计人员的工作增加了难度，这要求设计人员不仅要有丰富的结构设计理论知识，而且还要会利用各种先进技术和先进软件去选择合适的结构体系，来满足高层建筑建设的需求。那么如何才能使得高层结构设计达到技术先进、安全环保、经济适用、质量可靠等多项基本标准，现在本文将对这些问题作一些探讨。
一、高层建筑结构设计特点
高层建筑与多层建筑相比，在结构设计方面虽然有许多相似之处，但是高层建筑在结构设计方面的要求却更加严格，难度也大，其主要有以下几个特点：
1、水平荷载成为决定因素
在高层建筑中，尽管竖向荷载会对建筑的结构设计产生重要的影响，但是水平荷载往往起着决定性作用。这是因为楼层的自重和楼面活荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，与建筑高度的一次方成正比，而在水平荷载作用下所产生的轴力和倾覆力矩与建筑高度的二次方成正比，所以对高度和楼层数一定的高层建筑而言，其水平荷载与竖向荷载相比往往变化较大并且水平荷载（风和地震）有着很大的不确定性和偶然性，因此在高层建筑结构设计中水平荷载往往成为结构设计的主要控制因素，这与在多层建筑结构中，往往是以竖向荷载为主是不同的。
2、位移成为控制指标
与多层楼房不同的是，结构位移值在高层建筑结构设计中控制更加严格。对高层建筑尤其是超高层建筑而言，随着建筑高度的不断增加，在水平荷载作用下的结構位移变形会逐渐曾大。变形过大时，重力荷载作用下产生的附加弯矩不可忽视。因此为了防止结构由于水平位移过大而发生的结构破坏，结构在水平荷载作用下的水平位移应该控制在一定范围内。水平位移限值规范中做了详细的规定。
3、轴向变形在高层建筑中也不可忽视
在高层建筑中，竖向荷载值会逐渐的增大，这可能会引起较大的轴向变形，从而会对连续梁中间支座处的负弯矩值产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，除此之外，竖向荷载值的变化还会对预制构件的下料长度产生影响，所以在预制构件下料时，就要根据轴向变形来重新计算竖向荷载的数值，并对下料的长度进行调整，以免使得轴向变形超出安全值而影响建筑结构的质量。
4、抗震设计要求更高
随着我国地震灾害频频发生，特别最近几年地震的级数和次数都有所增加，人们对于建筑的抗震性也越来越重视，所以建筑结构工程师，在建筑结构设计时应该更多的考虑一下如何提高高层建筑的抗震性能。在高层建筑设计中，概念设计显得非常重要。通过概念设计使建筑结构平面布置更加合理，提高建筑的整体抗震性能，使建筑在地震中进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力。
二、高层建筑的结构体系
1、框架—剪力墙体系
与多层框架结构体系相似，框架—剪力墙体系的框架也是有纵横两个方向框架构成的，当框架体系的强度和刚度不能满足建筑整体结构的位移变形要求时，就需要在某些部位布置一定数量的的剪力墙，和框架柱共同承担水平荷载的作用，框架—剪力墙体系不仅可以增加建筑结构的延性和抗震能力。而且其造型多样、平面布置灵活，可以使建筑空间布置更好的满足用户的需求。但是由于框架—剪力墙结构体系中框架柱断面的尺寸的限制，导致其轴压比较难满足规范要求，而且很多时候由于建筑平面布置的要求，剪力墙布置受到限制，所以要对其建设高度，一般在非地震区不超过60m，在地震区域不超过50m。
2、剪力墙体系
剪力墙是混凝土结构多、高层建筑中不可缺少的基本构件，由于它是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件，虽然它有承载力大和平面内刚度大等优点，但是也具有剪切变形相对较大、平面外刚度薄弱的不利性能；此外，开洞后的剪力墙形式变化多样，受力情况比较复杂，因此了解剪力墙结构的特性，发挥其所长，克服其所短，才能使剪力墙结构体系设计的更加合理和安全可靠。
3、筒体体系
筒体结构由于其具有较强的侧向刚度而成为高层和超高层建筑结构的主要体系之一，其类型也也多样化，常见的形式有：框筒结构、框架—核心筒结构、筒中筒结构和多重筒等。为了充分利用建筑物四周的景观和使得房屋采光效果较好，往往会采用筒体结构，使得楼梯和电梯位于房屋的中部。筒体结构具有很大的强度和刚度，而且各个构件的抗风、抗震能力都比较强，这些优秀的特点使得筒体结构体系在高层和超高层建筑中得到广泛的应用。
三、高层建筑结构的分析
高层建筑结构是竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼盖连系构成的空间结构体系。要完全按照三维空间结构进行设计分析还有很大困难，为了简化计算往往会进行一些基本的假定。
1、弹性假定
弹性假定是目前工程中最常采用的高层建筑结构分析方法，在一般情况下，高层建筑结构通常处于弹性工作阶段，此时采用弹性的计算方法是基本符合建筑结构的实际情况的，但是当建筑物遭遇到偶然作用时如大风、爆破或强震，其往往会产生很大的侧移，进入弹塑性工作阶段，这时就不能采用弹性计算方法，应该采用弹塑性动力时程分析方法进行补充设计。
2、重力二阶效应
重力二阶效应是许多高层建筑设计中不可忽略的作用效应。重力二阶效应可采用有限元分析计算，也可按简化的弹性方法近似考虑。增大系数法就是一种简单近似的考虑重力二阶效应的方法，也即通过调整结构的刚度来实现。
3、刚性楼板假定
刚性楼板假定是指假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这种假定可以使水平力均匀的分配到竖向构件中，从而简化计算方法。但是这种假定往往只适用于平面规则，楼板连续且无大开洞的结构中，而对平面凹凸不规则、楼板不连且有较大较多开洞的情况下不适用。
结语
近几年来，我国在高层建筑方面虽然取得了质的飞跃，房屋的质量也大大的得到了提高，但是，房屋开裂，房屋倒塌的事件也时有报道，所以从事高层建筑结构设计的工作人员仍需努力，不断丰富自己的理论知识，利用先进技术手段，以精细的设计来确保建筑的质量安全。
参考文献
[1]吴华君.论楼面裂缝产生原因及防治措施[J].建筑技术开发,2012年5月15日
[2]肖峻．高层建筑结构分析与设计[J]冲化建设，2008年6月日．
[3]范小平．高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J]．福建建材，2009年8月19日
[4]赵西安．钢筋混凝圭高层建筑结构设计[M]．中国建筑工业出版社．2010年9月16日
[5]徐培福．复杂高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出社，2011年9月17日
[6]李慧民，土木工程施工技术，中国计划出版社，2012年11月15日
关键词高层建筑 结构体系 设计分析
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
自1885年世界第一幢高层建筑—芝加哥保险公司大楼（10层，55米）在美国兴建以来，高层建筑的建设已经取得了巨大的发展，就我国而言，目前高度超过104米以上的高层建筑就多达100多幢，其中最具代表性的应属自1998年建成位于上海的金茂大厦（88层，420.5米）。随着高层建筑的飞快发展，高层建筑的形式和高层建筑的材料等方面的选择越来越多样化，如在结构形式上，可以选择框架结构、剪力墙结构、筒体结构等；在建筑用材上，可以考虑钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构等，这些多样化的选择在使高层建筑更具特色的同时，也给结构设计人员的工作增加了难度，这要求设计人员不仅要有丰富的结构设计理论知识，而且还要会利用各种先进技术和先进软件去选择合适的结构体系，来满足高层建筑建设的需求。那么如何才能使得高层结构设计达到技术先进、安全环保、经济适用、质量可靠等多项基本标准，现在本文将对这些问题作一些探讨。
一、高层建筑结构设计特点
高层建筑与多层建筑相比，在结构设计方面虽然有许多相似之处，但是高层建筑在结构设计方面的要求却更加严格，难度也大，其主要有以下几个特点：
1、水平荷载成为决定因素
在高层建筑中，尽管竖向荷载会对建筑的结构设计产生重要的影响，但是水平荷载往往起着决定性作用。这是因为楼层的自重和楼面活荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，与建筑高度的一次方成正比，而在水平荷载作用下所产生的轴力和倾覆力矩与建筑高度的二次方成正比，所以对高度和楼层数一定的高层建筑而言，其水平荷载与竖向荷载相比往往变化较大并且水平荷载（风和地震）有着很大的不确定性和偶然性，因此在高层建筑结构设计中水平荷载往往成为结构设计的主要控制因素，这与在多层建筑结构中，往往是以竖向荷载为主是不同的。
2、位移成为控制指标
与多层楼房不同的是，结构位移值在高层建筑结构设计中控制更加严格。对高层建筑尤其是超高层建筑而言，随着建筑高度的不断增加，在水平荷载作用下的结構位移变形会逐渐曾大。变形过大时，重力荷载作用下产生的附加弯矩不可忽视。因此为了防止结构由于水平位移过大而发生的结构破坏，结构在水平荷载作用下的水平位移应该控制在一定范围内。水平位移限值规范中做了详细的规定。
3、轴向变形在高层建筑中也不可忽视
在高层建筑中，竖向荷载值会逐渐的增大，这可能会引起较大的轴向变形，从而会对连续梁中间支座处的负弯矩值产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，除此之外，竖向荷载值的变化还会对预制构件的下料长度产生影响，所以在预制构件下料时，就要根据轴向变形来重新计算竖向荷载的数值，并对下料的长度进行调整，以免使得轴向变形超出安全值而影响建筑结构的质量。
4、抗震设计要求更高
随着我国地震灾害频频发生，特别最近几年地震的级数和次数都有所增加，人们对于建筑的抗震性也越来越重视，所以建筑结构工程师，在建筑结构设计时应该更多的考虑一下如何提高高层建筑的抗震性能。在高层建筑设计中，概念设计显得非常重要。通过概念设计使建筑结构平面布置更加合理，提高建筑的整体抗震性能，使建筑在地震中进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力。
二、高层建筑的结构体系
1、框架—剪力墙体系
与多层框架结构体系相似，框架—剪力墙体系的框架也是有纵横两个方向框架构成的，当框架体系的强度和刚度不能满足建筑整体结构的位移变形要求时，就需要在某些部位布置一定数量的的剪力墙，和框架柱共同承担水平荷载的作用，框架—剪力墙体系不仅可以增加建筑结构的延性和抗震能力。而且其造型多样、平面布置灵活，可以使建筑空间布置更好的满足用户的需求。但是由于框架—剪力墙结构体系中框架柱断面的尺寸的限制，导致其轴压比较难满足规范要求，而且很多时候由于建筑平面布置的要求，剪力墙布置受到限制，所以要对其建设高度，一般在非地震区不超过60m，在地震区域不超过50m。
2、剪力墙体系
剪力墙是混凝土结构多、高层建筑中不可缺少的基本构件，由于它是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件，虽然它有承载力大和平面内刚度大等优点，但是也具有剪切变形相对较大、平面外刚度薄弱的不利性能；此外，开洞后的剪力墙形式变化多样，受力情况比较复杂，因此了解剪力墙结构的特性，发挥其所长，克服其所短，才能使剪力墙结构体系设计的更加合理和安全可靠。
3、筒体体系
筒体结构由于其具有较强的侧向刚度而成为高层和超高层建筑结构的主要体系之一，其类型也也多样化，常见的形式有：框筒结构、框架—核心筒结构、筒中筒结构和多重筒等。为了充分利用建筑物四周的景观和使得房屋采光效果较好，往往会采用筒体结构，使得楼梯和电梯位于房屋的中部。筒体结构具有很大的强度和刚度，而且各个构件的抗风、抗震能力都比较强，这些优秀的特点使得筒体结构体系在高层和超高层建筑中得到广泛的应用。
三、高层建筑结构的分析
高层建筑结构是竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼盖连系构成的空间结构体系。要完全按照三维空间结构进行设计分析还有很大困难，为了简化计算往往会进行一些基本的假定。
1、弹性假定
弹性假定是目前工程中最常采用的高层建筑结构分析方法，在一般情况下，高层建筑结构通常处于弹性工作阶段，此时采用弹性的计算方法是基本符合建筑结构的实际情况的，但是当建筑物遭遇到偶然作用时如大风、爆破或强震，其往往会产生很大的侧移，进入弹塑性工作阶段，这时就不能采用弹性计算方法，应该采用弹塑性动力时程分析方法进行补充设计。
2、重力二阶效应
重力二阶效应是许多高层建筑设计中不可忽略的作用效应。重力二阶效应可采用有限元分析计算，也可按简化的弹性方法近似考虑。增大系数法就是一种简单近似的考虑重力二阶效应的方法，也即通过调整结构的刚度来实现。
3、刚性楼板假定
刚性楼板假定是指假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这种假定可以使水平力均匀的分配到竖向构件中，从而简化计算方法。但是这种假定往往只适用于平面规则，楼板连续且无大开洞的结构中，而对平面凹凸不规则、楼板不连且有较大较多开洞的情况下不适用。
结语
近几年来，我国在高层建筑方面虽然取得了质的飞跃，房屋的质量也大大的得到了提高，但是，房屋开裂，房屋倒塌的事件也时有报道，所以从事高层建筑结构设计的工作人员仍需努力，不断丰富自己的理论知识，利用先进技术手段，以精细的设计来确保建筑的质量安全。
参考文献
[1]吴华君.论楼面裂缝产生原因及防治措施[J].建筑技术开发,2012年5月15日
[2]肖峻．高层建筑结构分析与设计[J]冲化建设，2008年6月日．
[3]范小平．高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J]．福建建材，2009年8月19日
[4]赵西安．钢筋混凝圭高层建筑结构设计[M]．中国建筑工业出版社．2010年9月16日
[5]徐培福．复杂高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出社，2011年9月17日
[6]李慧民，土木工程施工技术，中国计划出版社，2012年11月15日