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時間：2023-08-12 09:15:39
序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
0 引言
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑在城市化建筑中的比例也越來越大。隨著對高層建筑使用功能要求的日益嚴(yán)格，高層建筑的高度不斷增加，建筑類型與功能越來越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量日漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作的難點與重點。面對如此形勢，應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計放在首位加以研究。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
1.1選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D
結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案
基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進行地基變形驗算?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
1.3 合理選擇結(jié)構(gòu)方案
一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系[1]。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾?，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
1.4 正確分析計算結(jié)果
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、 條件等進行全面了解。在計算機輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。
1.5 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施
結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響[2]。此外，還要注意按對稱、均勻、規(guī)整原則考慮平面和立面的布置；綜合考慮抗震的多道防線；盡量避免薄弱層的出現(xiàn)；正常使用極限狀態(tài)的驗算都需要概念設(shè)計做指導(dǎo)。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
2.1軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；此外還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
2.2 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)
相對于底層建筑而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力, 避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2.3 水平荷載成為決定因素
一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
3.1 結(jié)構(gòu)的超高問題
在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設(shè)計方法都有較大改變[3]。在實際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設(shè)計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
3.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題
在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中， 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3.3 嵌固端的設(shè)置問題
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上， 結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如: 嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.4 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如: 平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?！币虼?，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
4 結(jié)語
近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析，運用掌握的知識處理實際建筑設(shè)計中遇到了各種問題。
參考文獻
中圖分類號：TU984 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作，也是建筑過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計者對這兩個指標(biāo)切不可掉以輕心, 更不可認(rèn)為是無關(guān)緊要的。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
1.1水平荷載成為決定因素
樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比。
1.2 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。
1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要的設(shè)計指標(biāo)
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
2.1 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖
在計算簡圖基礎(chǔ)上進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證安全。在實際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點不單是鋼節(jié)點或者餃節(jié)點，保證和計算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.2 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計
在進行基礎(chǔ)設(shè)計選擇的時候，需要按照高層建筑的地質(zhì)條件進行。并且，對高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布進行綜合分析，同時對施工條件以及相鄰建筑物的影響進行全面的考慮，在綜合分析和考慮的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。需要注意的是，基礎(chǔ)方案的選擇需要使地基的潛力能夠得到最大的發(fā)揮，如如果必要的話，可以對地基變形進行檢測。
2.3 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案
合理的結(jié)構(gòu)方案必須滿足高層建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求，并盡量經(jīng)濟合理，以最少的花費獲得最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。受力在明確、傳力簡單是結(jié)構(gòu)體系的基本要求，在相同的結(jié)構(gòu)單元中，應(yīng)該選擇相同的結(jié)構(gòu)體系。選擇合理的結(jié)構(gòu)方案的時候，需要分析地理條件、工程設(shè)計需求、施工條件、施工材料等等，在對這些指標(biāo)進行綜合分析的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選擇，以確定最佳的結(jié)構(gòu)方案。
2.4 對計算結(jié)果進行準(zhǔn)確的分析
隨著科技的不斷進步，計算機技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。當(dāng)前市場上存在著形形的計算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實際情況和計算機程序并不一定完全相符，所以進行計算機輔助設(shè)計的時候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結(jié)果以后，應(yīng)該進行校核，進行合理判斷，得出準(zhǔn)確結(jié)果。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題及相應(yīng)的措施
3.1超高問題
基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計方法和措施都有了改進。實際工程設(shè)計中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應(yīng)該重新進行設(shè)計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
在高層建筑的新的建筑規(guī)范中，對高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題作了很多的限制，例如：對結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比進行了規(guī)定，對平面規(guī)則性進行了規(guī)定，等等。此外，在新規(guī)范中，還明確規(guī)定了高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。所以，為了使工程建設(shè)按照設(shè)計依次進行下去，避免在施工后期對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改動，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范的限制條件進行。
3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌固端的設(shè)置
一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會可能帶來的問題?？紤]嵌固端的樓板的設(shè)計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。
3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則 L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3.5 軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)遭遇地震時， 耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強柱弱梁設(shè)計， 且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底幾層柱的長細比雖然小于4，但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值， 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
4 結(jié)束語
隨著社會的發(fā)展和科技的進步，建筑結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)生變化，高層建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有著非常重要的意義。
參考文獻：
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義及依據(jù)
1.1 概念設(shè)計的意義
高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進的設(shè)計，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計來判斷計算設(shè)計的合理性。
1.2 概念設(shè)計的依據(jù)
高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計和構(gòu)造處理原則，計算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經(jīng)驗。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；
2.1 水平力是設(shè)計主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
2.2 側(cè)移成為控制指標(biāo)
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
2.3 抗震設(shè)計要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
2.4 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。
2.5 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題
3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期
建筑結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。
(2)共振問題
當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計時就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
(3)水平位移特征
水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因為結(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。
中圖分類號： TU97 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
1我國的高層結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展
1.1 鋼材的國產(chǎn)化 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，制訂我國第一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB 4104-2000)，比目前仍在實施的《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/ T1591-94)又前進了一步，其性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。
1.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計國產(chǎn)化 國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應(yīng)進行專項論證或試驗研究。建設(shè)部第111號令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》和建質(zhì)[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》，對加強高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。
1.3 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系 對于高層建筑的劃分，建筑設(shè)計規(guī)范、建筑抗震設(shè)計規(guī)范、建筑防火設(shè)計規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過100m為超高層建筑。
對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟、合理、安全、可靠的設(shè)計原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框—筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
2.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
2.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
2.3高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定
2.3.1彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下,結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段,這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風(fēng)作用時,往往會產(chǎn)生較大的位移,進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的,應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。
2.3.2小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-Δ效應(yīng))進行了一些研究。一般認(rèn)為,當(dāng)頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H > 1/500時, P-Δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。
2.3.3剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大,而平面外的剛度則忽略不計。一般來說,對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是,對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu),樓板剛度較小,主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況,樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。
2.3.4計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種:①一維協(xié)同分析。②二維協(xié)同分析。③三維空間分析。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度,按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲,有7個自由度。
2.4高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
2.4.1框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多,由于采用的未知量和考慮因素的不同,各種方法解答的具體形式亦不相同?？蚣?剪力墻的機算方法,通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架,采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
2.4.2剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。不同類型的剪力墻,其截面應(yīng)力分布也不同,計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確,而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多,機時耗費較大,目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
2.4.3筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類:等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。
等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化,以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力;另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理,將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板,以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。
等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件,以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法。
比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系,其中應(yīng)用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu),這是目前工程上采用最多的計算模型。
3 結(jié)語
高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當(dāng)中所占的比例是越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。建筑類型與功能越來越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量口漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作的難點與重點。面對如此形勢，應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計放在首位加以研究。
參考文獻：
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則
1、選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D：結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
2、選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進行地基變形驗算?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
3、合理選擇構(gòu)方案：一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾仨殞こ痰脑O(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
4、正確分析計算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。
5、采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序
建筑物的設(shè)計包括建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、給排水設(shè)計、暖氣通風(fēng)設(shè)計和電氣設(shè)計等。每一部分的設(shè)計都應(yīng)圍繞設(shè)計的四個基本要求:即功能要求、美觀要求、經(jīng)濟要求和環(huán)保要求。
建筑結(jié)構(gòu)是一個建筑物發(fā)揮其使用功能的基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑物設(shè)計的一個重要組成部分,主要包括以下四個過程:方案設(shè)計結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計繪施工圖。
2.建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求
為保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠度達到設(shè)計要求,在設(shè)計中,必須遵循以下要求:(1)計算內(nèi)容:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)的計算和正常使用極限狀態(tài)的驗算,如直接承受動力荷載的構(gòu)件應(yīng)進行疲勞強度驗算;(2)結(jié)構(gòu)上多種作用效應(yīng)同時發(fā)生時,應(yīng)通過結(jié)構(gòu)分析分別求出每一種作用下的效應(yīng)后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設(shè)計:我國的抗震設(shè)防烈度為6至9度,建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)所在地區(qū)的烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應(yīng)不同的抗震等級,有不同的計算和構(gòu)造要求。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題分析
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期
建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1―0.15)N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04―0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1／3―1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5―1／7)T1。
3、磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用
在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造不但能夠提高墻體的坑剪能力，而且構(gòu)造柱與圄梁聯(lián)結(jié)在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫的開展，維持豎向承載力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。
在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中，構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用，這種作法將引起以下幾個問題。
3.1 構(gòu)造柱作為承重柱使用后，使得構(gòu)造柱提前受力，這不但會降低構(gòu)造柱對徹底的拉結(jié)和約束作和，而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時，在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中，首先破壞。這樣構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的作用，反而成為房屋 結(jié)構(gòu)中的一個薄弱的部位。
3.2 構(gòu)造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設(shè)基礎(chǔ)，構(gòu)造柱兼做承重柱使用后，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強度必然不能滿足要求。柱底基礎(chǔ)一旦發(fā)生沖切或局部承壓被出現(xiàn)裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱設(shè)計。若梁 上荷載和跨度都比較小時，構(gòu)造柱也可布置于梁下，但此時必須按不考慮構(gòu)造柱作用來驗算下墻體的局部承壓和抗彎強度。經(jīng)驗算滿足，方可在梁下布置構(gòu)造柱。
4、樓板設(shè)計常見問題
板是建筑工程中的主要承重構(gòu)件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設(shè)計問題必將連帶梁、墻、柱等構(gòu)件安全。若對整個設(shè)計考慮不周，很容易出現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量問題，有的還可能存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。樓板設(shè)計中常見如下幾個問題。
4.1 設(shè)計時為了計算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足，簡單地將雙向板作用單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態(tài)不符，導(dǎo)致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構(gòu)造配筋，造成配筋嚴(yán)重不足，致使板出現(xiàn)裂縫。
4.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫。
前言：
高層建筑是近代經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)進步的產(chǎn)物。進入20世紀(jì)以來，高層建筑在全球迅猛發(fā)展。高層建筑，是指超過一定高度和層數(shù)的多層建筑。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。中國自2005年起規(guī)定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑。高層建筑可節(jié)約城市用地，縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。
一． 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義及依據(jù)
1．概念設(shè)計的意義
高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進的設(shè)計．發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計來判斷計算設(shè)計的合理性。
2概念設(shè)計的依據(jù)
高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計和構(gòu)造處理原則，計算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經(jīng)驗
二.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系
．1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案”。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
．2 結(jié)構(gòu)的超高問題
在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設(shè)計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
．3 嵌固端的設(shè)置問題
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了自嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計 嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
．4 短肢剪力墻的設(shè)置問題
在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與分析階段存在的問題
在結(jié)構(gòu)計算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進行了調(diào)整和改進，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認(rèn)識。
1、結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
2、是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。
3、振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。
4、多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進行計算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。
5、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進行設(shè)計時，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施進行設(shè)計。
四、工程實例
1.工程簡介
蘭花廣場蘭花商廈位于遼寧省， 總建筑面積6.38萬m2，工程由同濟大學(xué)設(shè)計院設(shè)計，施工單位為中國二十二冶集團有限公司，地下1層，地上為29層，總建筑高度為102.38米，其中地下一層采用箱形基礎(chǔ)，底板厚度800mm，地上29層，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)， 除地下一層頂板外露部分厚度為 600mm外，其余部分樓板為模殼密肋板結(jié)構(gòu)，厚度為120mm，本高層建筑采用抗震性能好、功能合理的現(xiàn)澆鋼骨混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，利用樓、電梯間設(shè)置鋼筋混凝土剪力墻且連接成筒體作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件?；炷翉姸鹊燃墳镃60，鋼筋骨架采用HRB400，框架采用寬扁梁框架以增加樓層凈高，寬扁梁截面為800×700，端部加腋為800×650，混凝土強度等級為C40；為抵抗高層建筑的外力影響，在混凝土內(nèi)筒剪力墻轉(zhuǎn)角處設(shè)置十字形鋼骨，以改善剪力墻的受力性能、提高剪力墻的延性、減少剪力墻剛度退化，中心筒墻體厚度為600mm，混凝土強度等級為C40。
五．高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢
隨著城市人口的不斷增加建設(shè)可用地的減少,高層建筑繼續(xù)向著更高發(fā)展,結(jié)構(gòu)所需承擔(dān)的荷載和傾覆力矩將越來越大。在確保高層建筑物具有足夠可靠度的前提下,為了進一步節(jié)約材料和降低造價,高層建筑結(jié)構(gòu)夠構(gòu)件正在不斷更新,設(shè)計理念也在不斷發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)也正朝著結(jié)構(gòu)立體化,布置周邊化,體型多樣化,結(jié)構(gòu)支撐化,體型多樣化,材料高強化,建筑輕量化,組合結(jié)構(gòu)化,結(jié)構(gòu)耗能減震化等方向發(fā)展。
六、結(jié)論
近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設(shè)計中遇到了各種問題。
參考文獻
[1]、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》．GB 50010―2010．
[2]、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3― 2002)中國建筑工業(yè)出版社，2002。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
1.選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D：結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
2. 以承載力、剛度、延性為主導(dǎo)目標(biāo)，實施多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。即應(yīng)具有一定大的剛度和承載力來抵御風(fēng)荷載和小震，隨著第一道防線破壞，結(jié)構(gòu)變?nèi)岷笕杂凶銐虼蟮膹椝苄宰冃文芰脱有院哪苣芰淼钟磥砜赡茉庥龅暮庇龃笳稹?/p>
3.合理選擇構(gòu)方案：一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾仨殞こ痰脑O(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進行多方案比較，擇優(yōu)選用。4. .軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大;還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結(jié)果。
5.正確分析計算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。
6. 應(yīng)重視上部結(jié)構(gòu)與其支承結(jié)構(gòu)整體共同作用的機理，即傳力與受力結(jié)構(gòu)兩者之間的共同作用；例如，在高層建筑的箱基和筏基的底板設(shè)計中，計算軟件無法進行上部結(jié)構(gòu)―－地下室―－地基基礎(chǔ)的相互作用分析，計算出來的底板內(nèi)力遠遠大于底板實際受到的內(nèi)力。
二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟、合理、安全、可靠的設(shè)計原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：純框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框―筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。1.純框架體系。純框架體系是指豎向承重結(jié)構(gòu)全部由框架組成。在水平荷載下，本體系強度低、剛度小、水平位移大，稱為柔性結(jié)構(gòu)體系。純框架體系在高烈度地震區(qū)不宜采用。目前主要用于10層左右住宅樓及辦公樓。過高則因水平荷載所引起的柱中彎矩加大，使底層柱斷面過大而影響使用。框架體系因只有框架柱承重而形成較大的靈活空間，使建筑平面布置不受限制。2.框架-剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置,增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻,所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。 3.剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時,即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu),其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強,是一種良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。 4.筒體體系。筒體結(jié)構(gòu)由框架或剪力墻圍合成豎向井筒，并以各層樓板將井筒四壁相互連接起來，形成一個空間構(gòu)架。筒體結(jié)構(gòu)比單片框架或剪力墻的空間剛度大得多，在水平荷載作用下，整個筒體就象一根粗壯的拔地而起的懸臂梁把水平力傳至地面。筒體結(jié)構(gòu)不僅能承受豎向荷載，而且能承受很大的水平荷載。另外，筒體結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的內(nèi)部空間較大，建筑平面布局靈活。筒體結(jié)構(gòu)適用于超高層建筑，尤其在地震區(qū)更能顯示其優(yōu)越性。三、高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計需要關(guān)注的幾個問題
1．正確認(rèn)識高層建筑的受力特點。選擇合理的結(jié)構(gòu)類型高層建筑從本質(zhì)上講是一個豎向懸臂結(jié)構(gòu), 垂直荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力與建筑物高度大體為線性關(guān)系; 水平荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩。從受力特性看, 垂直荷載方向不變,隨建筑物的增高僅引起量的增加;而水平荷載可來自任何方向, 當(dāng)為均布荷載時, 彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從側(cè)移特性看, 豎向荷載引起的側(cè)移很小, 而水平荷載當(dāng)為均布荷載時, 側(cè)移與高度成四次方變化。由此可以看出, 在高層結(jié)構(gòu)中, 水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響, 水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素, 結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)有較大的強度外, 同時要求結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度, 使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。
2.正確選擇否理的結(jié)構(gòu)體系由于高層建筑中抗水平力成為設(shè)計的主要矛盾, 因此采用何種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題。根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的不同, 鋼筋砼結(jié)構(gòu)主要可分為框架結(jié)構(gòu)、框架―――剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)體系, 這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力,特別是抗震性能等有所不同, 因此具有不同的適用范圍。
1. 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點：
高層建筑結(jié)構(gòu)常使用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和筒體結(jié)構(gòu)體系。
多、高層建筑結(jié)構(gòu)都要承受豎直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要抵抗地震的作用效應(yīng)。多層結(jié)構(gòu)的水平荷載對結(jié)構(gòu)影響通常較小，但在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著高度的增加，位移增加很快。但是過大的側(cè)移會使人感覺不舒服，從而影響建筑的使用，會造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。所以控制結(jié)構(gòu)的側(cè)移成為高層建筑結(jié)構(gòu)的重點。
1.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)的強度和剛度往往不能滿足規(guī)范要求，這時候就需要在建筑平面的適當(dāng)位置（如四周和轉(zhuǎn)角）設(shè)置剪力墻來代替部分框架，以增強整體結(jié)構(gòu)體系的強度和剛度，這樣便形成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中框架結(jié)構(gòu)主要承受垂直荷載，剪力墻結(jié)構(gòu)主要承受水平剪力。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻。
1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土剪力墻能夠較好地抵抗水平荷載，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系。
1.3 筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)的種類很多，有筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框筒-框架結(jié)構(gòu)、多重筒、成束筒等等新式。筒體結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，具有很大的強度和剛度，各構(gòu)件受力比較合理。其抵抗水平作用的能力很強，因而特別適合在超高層結(jié)構(gòu)中采用。
1.4 其他結(jié)構(gòu)
較為新穎的豎向承重結(jié)構(gòu)有懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)中的剛性桁架等多種形式。這些結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)在實際工程中得到應(yīng)用，如香港匯豐銀行大樓采用的是懸掛結(jié)構(gòu)，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架結(jié)構(gòu)，香港中國銀行采用的是巨型桁架結(jié)構(gòu)。
2. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法：
2.1 結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定
① 彈性假定。
目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。彈性理論的計算方法是基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)力和應(yīng)變成正比的變化關(guān)系。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下．結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。當(dāng)遭受地震或強臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫．進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。
② 小變形假定。
小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-效應(yīng))進行了二階研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點水平位移與建筑物高度H的比值，H>1／500時。P-效應(yīng)的影響就不能忽視了。
③ 剛性樓板假定
許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大．而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算簡體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。
④ 計算圖形的假定
高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：
(1)一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向位移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。
（2)二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然扔將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)?？v橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有3個自由度，樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由3個自由度確定。二維協(xié)同分析主要為中小微型計算機上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序采用。
(3)三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)(豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))，而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的簡體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)?。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度。接符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度。
3各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法
① 框架―剪力墻體系
框剪結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結(jié)構(gòu)之間為簡支聯(lián)系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結(jié)構(gòu)進行分析計算。框架一剪力墻的計算機算，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
② 剪力墻體系
剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻．小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
③ 筒體體系
筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法i等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。
引言
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及建筑功能的多元化，城市人口的不斷增長和建筑用地的日益緊張以及城市規(guī)劃的需要，這些都像催化劑一樣催促著高層建筑能夠快速的發(fā)展。除此之外，因為輕質(zhì)高強度材料的開發(fā)和新的設(shè)計計算理論的發(fā)展，抗風(fēng)和抗震理論得到了不斷的完善，新的施工技術(shù)以及設(shè)備不斷涌現(xiàn)，尤其是計算機的普及應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)的分析手段不斷得到優(yōu)化，為高層建筑的快速發(fā)展提供了必要的技術(shù)條件。下面我們就對高層建筑的最基本原理進行討論。
1.選擇合理的結(jié)構(gòu)類型正確認(rèn)識高層建筑的受力特點
高層建筑的本質(zhì)是一種豎向懸臂式結(jié)構(gòu)。豎向的荷載主要令結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軸向力，軸向力和建筑物的高度近似的看成線性關(guān)系；水平荷載令結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎矩。從受力的特性來看，豎向荷載的方向不變，隨著建筑物高度的增加僅僅會造成量的增加；水平荷載則是可以來自任意方向的結(jié)構(gòu)上作用。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種效應(yīng)的原因，統(tǒng)一稱作結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的作用包括直接性作用和間接性作用。直接性作用通常指的是施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或者分布力，比如結(jié)構(gòu)的自重、樓面活荷載以及設(shè)備自重等，造成的效應(yīng)較為直觀。間接作用通常指的是造成結(jié)構(gòu)外加變形或者約束變形的作用，比如溫度的變化、混凝土的收縮或者徐變、地基的變形以及地震等，這種作用造成的效應(yīng)較為復(fù)雜，比如地震會導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫、傾斜下沉甚至是倒塌，但這些破壞效應(yīng)不僅僅受到地震震級、烈度影響，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎(chǔ)類型以及上部的結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。考慮到設(shè)計人員的現(xiàn)狀和習(xí)慣上的銜接，目前還沒有將這兩類作用進行嚴(yán)格的劃分，而是將其簡稱為荷載。作用在結(jié)構(gòu)上的直接性作用或者間接性作用，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)內(nèi)力和變形（例如撓度、轉(zhuǎn)角、側(cè)移、裂縫等），通常稱這些內(nèi)力和變形為作用效應(yīng)，其中由直接性作用引起的作用效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承受內(nèi)力和變形能力，稱作結(jié)構(gòu)的抗力，如構(gòu)件的承載能力、剛度的大小以及抗裂縫的能力等。結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、截面尺寸以及材料強度的等級等因素有關(guān)。結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載造成的彎矩、剪力、拉應(yīng)力以及壓應(yīng)力應(yīng)當(dāng)有較大的強度以外，同時還要求結(jié)構(gòu)要具備足夠的剛度，使隨著高度的增加所導(dǎo)致的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)。所以，高層建筑使用何種結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)當(dāng)由其結(jié)構(gòu)體系和材料特性來決定。
2.正確選擇合理的結(jié)構(gòu)體系
建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑設(shè)計的過程中兩個重要的環(huán)節(jié)，對于整個建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定都有著至關(guān)重要的作用。二者相互協(xié)調(diào)的同時又相互制約，究竟會以何種關(guān)系相處，就在于兩者能否能夠和諧的工作。建筑設(shè)計師經(jīng)常將結(jié)構(gòu)放在從屬地位，要求結(jié)構(gòu)必須要服從于建筑，一切都要以建筑作為先導(dǎo)。通過受力因素的分析，下一步就要考慮究竟要選用什么結(jié)構(gòu)體系，通常有以下幾種高層建筑的結(jié)構(gòu)體系可以選擇：
鋼筋混凝土經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)形式：
框架結(jié)構(gòu)：平面布置靈活，抗側(cè)剛度小，但在建筑物較高的時候就要使用較大的柱，縮小了有效的使用空間，經(jīng)濟性指標(biāo)并不理想。
剪力墻結(jié)構(gòu)：剛度大、承載力強，但平面的布置不夠靈活，限制了建筑空間。剪力墻結(jié)構(gòu)體系：該體系是將建筑的墻體用作承接豎向荷載、對抗水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。墻體作為維護構(gòu)件的同時又是房間的分隔構(gòu)件。
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系由框架和剪力墻共同組成。包括了框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
筒體結(jié)構(gòu)：抗側(cè)剛度大，能夠用于較高的建筑。它有框架核心筒結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)兩種表現(xiàn)形式。筒中簡結(jié)構(gòu)體系以一個或者多個簡體為主來抵抗水平力。
混合結(jié)構(gòu)：鋼框架或者型鋼混凝土框架和鋼筋混凝土筒體。框架的結(jié)構(gòu)體系由梁、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)成平面框架，它是主要的承重結(jié)構(gòu)，各平面的框架再使用梁聯(lián)系起來，形成空間結(jié)構(gòu)體系。
3.選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布置，協(xié)調(diào)好建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系
在高層建筑的設(shè)計中.結(jié)構(gòu)布置通常要考慮以下幾點：
3.1選擇合適的結(jié)構(gòu)平面布置，滿足建筑功能的要求
結(jié)構(gòu)平面的布置：獨立結(jié)構(gòu)單元應(yīng)當(dāng)形狀簡單規(guī)則，剛度以及承載力分布勻稱，不應(yīng)當(dāng)采用嚴(yán)重的不規(guī)則平面布置，也就是要滿足一下條件：
1）平面要簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心。
2）平面的長度不應(yīng)過長，突出的部分不宜過大。
3）建筑的層高、層數(shù)、開間和進深等平面關(guān)系以及體型除了要滿足使用的需求以外。還要盡肯能的減少類型，盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)布置和層高，對標(biāo)準(zhǔn)層進行重復(fù)的使用。
3.2高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的布局占據(jù)著重要的地位。
現(xiàn)代的高層建筑在進行規(guī)劃的過程中，每個功能區(qū)的設(shè)計，都需要以現(xiàn)代人的生活理念作為基礎(chǔ)，進行相對合理的布局。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計在承受力方面，特別是垂直方向的受力，需要受到較大的壓力。所以，在進行高層建筑的地基設(shè)計時，首要的工作就要保證地基受力結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性。因此，在地基的設(shè)計過程中，地基的承載力是最大的，隨著樓層數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)的受力逐漸的變小。這樣的設(shè)計理念，能夠很好的平衡建筑結(jié)構(gòu)的受力情況。
3.3在地震區(qū)為了減少地震作用對于建筑結(jié)構(gòu)的整體以及局部的不利影響。
例如扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力的集中效應(yīng)，建筑平面的形狀要規(guī)正，防止外伸或者內(nèi)收過大，沿高度的層問剛度以及層間的屈服強度要盡可能均勻的分布，主要抗側(cè)力的豎向構(gòu)件，其截面的尺寸、砼強度等級以及配筋量的改變不要集中在相同的樓層內(nèi)。進行抗震設(shè)計時，高層建筑宜調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，避免結(jié)構(gòu)不規(guī)則，不設(shè)抗震縫。當(dāng)建筑平面復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時，宜設(shè)置抗震縫將其劃分為比較簡單的幾個結(jié)構(gòu)單元。進行抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的豎直方向的抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)當(dāng)上下連續(xù)貫通。高層建筑要設(shè)置地下室。各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應(yīng)力力求簡單規(guī)則，立面體型要盡可能地避免伸出和收進，防止結(jié)構(gòu)的垂直向剛度出現(xiàn)突變等。
4.結(jié)語：
隨著地上空間的日益狹窄，如何能夠最大限度的利用土地資源已經(jīng)成為每個國家的建筑領(lǐng)域急需解決的問題，高層建筑的發(fā)展已經(jīng)成為一種主流趨勢，更是向著進一步的超高層建筑領(lǐng)域邁進。我國的情況更是如此，這一情況的出現(xiàn)既是機遇同樣也是一種挑戰(zhàn)。繁多的復(fù)雜高層建筑的出現(xiàn)將給結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來新的的挑戰(zhàn)。實際上，我國的高層和超高層建筑具有超高超大、功能繁瑣、造型奇特等特點，許多建筑都已突破了我國現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范的要求，在未來的發(fā)展過程中，要著重于防震防風(fēng)方面的結(jié)構(gòu)考慮，加快材料和施工技術(shù)的進步。如今我國的高層建筑正處在發(fā)展階段，正邁入國際先進水平，有很大的機會發(fā)展和進步。
參考文獻：
一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點
在高層建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)承受水平荷載和豎向荷載的共同作用，隨著建筑物高寬比的增大、高度的增加，盡管豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計仍產(chǎn)生重要的影響，但水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力越來越大，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計時的主要控制因素，成為確定結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵性因素。在水平荷載中，地震作用是動力作用，而風(fēng)力作用則包含靜力作用和動力作用，其靜力部分稱為穩(wěn)定風(fēng)，動力部分稱為脈動風(fēng)。脈動風(fēng)的作用會引起高層建筑的振動（簡稱風(fēng)振），這在高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中必須加以考慮的。在地震區(qū)，高層建筑基本上是受地震作用控制，所以計算地震對結(jié)構(gòu)的作用是高層建筑設(shè)計的重要內(nèi)容。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，通常采用鋼和鋼筋混凝土兩種材料。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)問題分析
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計
高層建筑結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)本身特點，決定了建筑結(jié)構(gòu)在進行設(shè)計時具有一定的繁復(fù)性，而為了保證滿足高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣功能需求，需要在進行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選用不同的建筑功能材料，其中所選用的材料多為可燃性材料，這一定程度上增加了火災(zāi)情況發(fā)生的可能性，且高層建筑之間空氣流動性較強，風(fēng)力大，一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，極有可能在一定程度上造成火災(zāi)的擴張。另外，高層建筑的層數(shù)越多，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)將火災(zāi)線路設(shè)計成垂直形態(tài)，在這樣的情況下，高層建筑人員在進行火災(zāi)疏散時可能會耗費更長時間。在消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，對高層建筑進行排煙結(jié)構(gòu)設(shè)計也是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)相當(dāng)重要的方面，在進行設(shè)計時，應(yīng)注意將排煙結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，保證煙氣正常排出，降低火災(zāi)發(fā)生時災(zāi)情的蔓延。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
在高層建筑的設(shè)計中，其建筑的抗風(fēng)性是相當(dāng)重要的。筆者認(rèn)為實現(xiàn)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化四個步驟：第一，進行基礎(chǔ)設(shè)計，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，需要建筑結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，在設(shè)計選材時，可選用級配高的砂石，保證建筑結(jié)構(gòu)的填充材料密度，同時可有效防止水平方向上產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)傾覆性威脅；同時在結(jié)構(gòu)底部進行設(shè)置時，使用抗拔錨桿，提高其應(yīng)用功能，保證地基的穩(wěn)固，對風(fēng)力起到一定抵抗性；第二，設(shè)計耗能減振系統(tǒng)，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可采用耗能減振系統(tǒng)，減少風(fēng)荷載力對建筑物的作用力，系統(tǒng)的構(gòu)成主要有樓板、梁柱、剪刀墻、耗能支撐等構(gòu)成，減振系統(tǒng)的設(shè)置選材可使用具有較強粘彈性的阻尼材料，可有效提高減振系統(tǒng)的耗能減振作用；第三，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)對水平力、風(fēng)荷載力以及可能發(fā)生的荷載力疊加問題進行有效解決。第四，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，同時也應(yīng)提高建筑物的剛度和建筑物的承載力，根據(jù)風(fēng)荷載的復(fù)雜性、多變性，對建筑物的風(fēng)荷載以及承載力進行精確的計算，嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范，對建筑物的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計
在對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，其抗震結(jié)構(gòu)始終是整個設(shè)計中較難實施也是最為薄弱的環(huán)節(jié)，因高層建筑本身的復(fù)雜特點以及地震發(fā)生時會造成的種種不確定影響，而且建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，并沒有充分考慮到地震發(fā)生所造成的破壞性以及如何有效避震原理。在設(shè)計工作中，設(shè)計人員沒有對抗震數(shù)據(jù)進行精確的研究分析。如果在高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不能根據(jù)相關(guān)地震災(zāi)害發(fā)生的原理進行有效設(shè)計，對其進行總體的規(guī)劃，可能造成建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計方面會缺乏其有效可用性，無一定的靈活性，而且不能有效建筑結(jié)構(gòu)的持久耐用性，無法有效保證高層建筑居民的生命健康和財產(chǎn)安全。
4、短肢剪力墻的設(shè)置問題
在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為 5：8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
5、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
隨著生產(chǎn)的迅速發(fā)展，新興科學(xué)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，新的設(shè)計思想沖擊著傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，人們對“設(shè)計”的理解更加深刻。設(shè)計這一概念，從根本上說是和分析不同的。設(shè)計常常表現(xiàn)為重復(fù)的分析。例如，對于靜定結(jié)構(gòu)，要設(shè)計得能滿足一組給定的容許應(yīng)力，只進行一次分析就已經(jīng)足夠，設(shè)計者選擇的截面就能使結(jié)構(gòu)重量為最輕。設(shè)計超靜定結(jié)構(gòu)時，則是先假定截面特性，再進行結(jié)構(gòu)分析，然后用分析結(jié)果來選擇一組新的截面特性。通過這樣反復(fù)循環(huán)的運算，得到一個可行的設(shè)計。反復(fù)修改設(shè)計是傳統(tǒng)設(shè)計的特點，對于實際的超靜定結(jié)構(gòu)，這種方法是很繁瑣且需要求解聯(lián)立方程。如圖1所示：再者，最后得到一組截面，在很大程度上取決于最初假定的誤差程度。所以只是做到分析結(jié)構(gòu)是遠遠不夠的，而更重要的任務(wù)還在于要設(shè)計結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計，不僅要使產(chǎn)品具有良好的性能，同時還要滿足生產(chǎn)的工藝性、使用的可靠性和安全性，且達到費用最省、消耗最低和誤差最小等目的。這就是一切設(shè)計活動的最終目的。
過去的結(jié)構(gòu)力學(xué)研究，主要著眼于分析和計算各種結(jié)構(gòu)在外界因素作用下的受力和變形等力學(xué)反應(yīng)，現(xiàn)在則邁出一大步，把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計也作為研究的目標(biāo)和任務(wù)，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有一樣的設(shè)計過程，也要經(jīng)過設(shè)計（擬定各部分尺寸）、校核（是否滿足規(guī)范等要求），修改設(shè)計、再校核，如此反復(fù)進行，直到找到理想方案為止。所不同的是，傳統(tǒng)設(shè)計過程的安全性、經(jīng)濟性缺乏衡量的標(biāo)準(zhǔn)，而最優(yōu)設(shè)計是在一個明確特定指標(biāo)（如結(jié)構(gòu)的體積最小、重量最輕、造價最?。┫聛碚f明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性與安全性。傳統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計、校核關(guān)系是松散的，且一般僅反復(fù)進行一兩次即停止，而最優(yōu)設(shè)計則是按一定的數(shù)學(xué)模式將兩者緊密地聯(lián)系在一起，即將設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為嚴(yán)格的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題求解，可利用計算機連續(xù)快速做出方案比較，從數(shù)百個方案比較中，找到最優(yōu)設(shè)計方案。此外，只要在最優(yōu)設(shè)計的電算程序中稍加補充（增加前后處理功能）就很方便地實現(xiàn)計算、設(shè)計繪圖全過程的自動化。從輸入數(shù)據(jù)到圖形輸出，只需要少量的時間，這是傳統(tǒng)設(shè)計所不可比擬的。
結(jié)束語
對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題，要遵循高層建筑的設(shè)計原則和設(shè)計理念，選擇最為經(jīng)濟合理的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，做好高層建筑的建設(shè)工作，同時也保證我國的高層建筑行業(yè)得到更健康的發(fā)展。
參考文獻：
