本文選自國家級期刊《中華建設》，《中華建設》雜志是由中華人民共和國住房和城鄉建設部主管，住房和城鄉建設部政策研究中心主辦的建設部核心期刊。國際標準刊號：ISSN1673-2316，國內統一刊號:CN42-1732/TU,國內郵發代號：38-307.
　　《中華建設》的辦刊宗旨：依托建設領域高層權威信息背景，旨在做好政府領導決策的重要參謀；成為政策理論探討的前沿陣地，積極探索和引導建設事業發展方向和改革實踐；提供重大事件權威報道，深度闡釋焦點話題，縱深調查熱點事件，努力追求權威性、建設性、實用性和可讀性風格；努力做大媒介傳播平臺，真誠為建設企事業單位服務，為中國建設事業和城市化發展服務，為廣大讀者開啟一個探求知識的窗口。

　　摘要：高層建筑目前在我們的城市建設當中所占的比例是越來越大，而建筑結構設計方面的變化也越來越多，很多新興的結構設計方案以迅猛的速度呈現在我們的城市建設中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數量日漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。面對如此形勢，應該把高層建筑的結構設計放在首位加以研究。本文就我國高層建筑設計發展和設計適用原則以及高層設計的特點等內容進行分解分析，用比較典型的事例和標準結合實際進行探討。

　　關鍵詞：高層,設計,結構設計,原則

　　我國改革開放以來，建筑業有了突飛猛進的發展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。作為土建工作設計人員，必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系，使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。

　　一、我國高層建設發展及高層設計原則

　　我國對于高層建筑的劃分，建筑設計規范、建筑抗震設計規范、建筑防火設計規范沒有一個統一規定，一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過100m為超高層建筑。國內鋼鐵企業根據我國高層建筑鋼結構設計標準的要求，制訂我國第一部高層建筑鋼結構的鋼材標準《高層建筑結構用鋼板》(YB4104-2000)，比目前仍在實施的《低合金高強度結構鋼》(GB/T1591-94)又前進了一步，其性能指標優于國外同類產品。國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)等有關高層建筑最大高度和最大高寬比的規定，在一般情況下，應遵守規范的規定，否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》和建質[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，對加強高層建筑鋼結構設計質量控制意義重大，具有可操作性。我們也在高層建筑結構設計的原則方面更進一步嚴格控制：

　　1.選用適當的計算簡圖：計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證

　　2.選擇合適的基礎方案：基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。

　　3.合理選擇結構方案：一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。

　　4.正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。

　　二、高層建筑結構設計的特點

　　高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

　　1.水平力是設計主要因素

　　在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，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件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，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荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

　　2.側移成為控指標

　　與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比。另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產生的附加內力值超過一定數值時，將會導致房屋側塌；使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行；使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞。

　　3.抗震設計要求更高

　　有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

　　4.減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

　　高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。

　　地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

　　5.軸向變形不容忽視

　　采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁中間支座沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

　　6.概念設計與理論計算同樣重要

　　實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。概念設計在設計人員中提得比較多，但人們往往片面地理解它，認為概念設計主要是用于一些大的原則，如確定結構方案，結構布置等。其實，在設計中任何地方都離不開科學的概念作指導。計算機技術的迅猛發展，為結構設計提供了快速、準確的設計計算工具。但不可迷信電腦，不能做電腦的奴隸，應做電腦的主人。而人的設計,就是概念設計。有很多設計存在諸多缺陷，主要原因就是在總體方案和構造措施上未采用正確的構思,即未進行概念設計所致。

　　三、如何做好高層建筑結構設計

　　1.對結構構件進行優化設計和施工圖設計

　　首先是進行結構單個構件內力和配筋計算。計算結構不超筋，并不表示構件初始設置的截面和形狀合理，設計人員還應進行構件截面優化設計，使構件在保證受力要求的條件下截面的大小和形狀合理，并節省材料。因為構件截面的大小直接影響到結構的剛度，從而對整體結構的周期、位移、地震力等一系列參數產生影響，不可盲目減小構件截面尺寸，使結構整體安全度降低，因此在進行截面優化設計時，應以保證整體結構合理性為前提，在施工圖設計階段，還必須滿足規范規定的各項具體措施和要求。

　　2.做好結構方案的概念設計

　　結構設計人員在進行設計時不能盲目完全信賴和依靠計算機，只要高度重視概念設計才能設計出經濟合理的結構。結構的概念設計與建筑師的方案設計是相互協調和影響的。結構概念設計的目的首先是在初步設計以前為所設計的工程項目設定一個總體性的方案，根據建筑意圖和使用功能的需要，根據當地建造條件、材料來源和業主對資金的使用等多方面因素的要求，使得下一步的設計施工和維護使用都能做到又好、又快、又省。其次，在結構的概念設計中還應該確定選用一個合理的高層建筑結構體系。

　　3.選擇合適的基礎方案

　　基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。

　　4.合理選擇構方案

　　一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優選用。

　　四、高層建筑結構體系及適用范圍

　　1.框架結構體系。框架結構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建筑中常用的結構形式之一。框架結構體系優點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內造價較低。框架結構的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。

　　框架結構的適用范圍：框架結構的合理層數一般是6到15層，最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。

　　2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為維護及房間分格構件。剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結構表現了良好的抗震性能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

　　剪力墻結構墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結構。在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。

　　3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

　　4.筒體結構體系。隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。

　　參看文獻：

　　[1]肖峻.高層建筑結構分析與設計[J].中華建設.2008年12期

　　[2]蘇英.高層建筑結構設計的幾個問題[J].科技信息(學術研究).2007年16期