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【摘要】高层建筑结构设计是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，任何在这过程中的疏忽，都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。本文介绍了高层建筑结构设计的原则，分析了高层建筑结构设计过程中常见的问题。
【关键词】高层建筑；结构设计；原则；问题
随着城市化建设的大步发展，高层建筑在城市建设中的比例进一步加大。高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。在每个结构设计过程中，都应该进行认真的分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到安全、适用、经济、合理的结构设计结果。
一、高层建筑结构设计的原则
1、选择合理的高层建筑结构计算简图。在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安全发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是刚节点或者铰节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2、选择合理的高层建筑结构基础设计。综合分析整个建筑场地的地质条件以及高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。
3、选择合理的高层建筑结构方案。合理的结构设计方案必须在安全的前提下满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，应重视平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水、暖、电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
4、对计算结果进行准确的分析。随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
5、高层建筑的结构设计要采用相应构造措施。高层建筑结构设计的原则是强剪切弱弯曲，强压弱拉，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
二、高层建筑结构设计的问题
1、高度问题。按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度，详见表1。
这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，如：采用组合结构体系的金茂大厦，高达420m（建筑高度）；采用混凝土结构体系的中信广场，也高达322m（建筑高度）。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
2、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。
3、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。
在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。
4、轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底部几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。
有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
5、在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低，当取50年为分析年限时，小震烈度对应的被超越概率为63%，重现期为50年，中震烈度对应的被超越的概率为10%，重现期为475年，大震对应的超越的概率为2%左右，同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速度的对应关系。
设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外；在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同，其中的8度区，我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
总之，钢筋混凝土高层建筑结构设计，是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或疏忽，都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。因此，在每个结构设计过程中，都应该进行认真的分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到既经济、合理，又安全、耐久的结构设计结果。
【关键词】高层建筑；结构设计；原则；问题
随着城市化建设的大步发展，高层建筑在城市建设中的比例进一步加大。高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。在每个结构设计过程中，都应该进行认真的分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到安全、适用、经济、合理的结构设计结果。
一、高层建筑结构设计的原则
1、选择合理的高层建筑结构计算简图。在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安全发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是刚节点或者铰节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2、选择合理的高层建筑结构基础设计。综合分析整个建筑场地的地质条件以及高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。
3、选择合理的高层建筑结构方案。合理的结构设计方案必须在安全的前提下满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，应重视平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水、暖、电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
4、对计算结果进行准确的分析。随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
5、高层建筑的结构设计要采用相应构造措施。高层建筑结构设计的原则是强剪切弱弯曲，强压弱拉，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
二、高层建筑结构设计的问题
1、高度问题。按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度，详见表1。
这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，如：采用组合结构体系的金茂大厦，高达420m（建筑高度）；采用混凝土结构体系的中信广场，也高达322m（建筑高度）。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
2、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。
3、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。
在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。
4、轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底部几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。
有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
5、在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低，当取50年为分析年限时，小震烈度对应的被超越概率为63%，重现期为50年，中震烈度对应的被超越的概率为10%，重现期为475年，大震对应的超越的概率为2%左右，同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速度的对应关系。
设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外；在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同，其中的8度区，我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
总之，钢筋混凝土高层建筑结构设计，是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或疏忽，都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。因此，在每个结构设计过程中，都应该进行认真的分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到既经济、合理，又安全、耐久的结构设计结果。