摘要：城市建筑及建筑產業的發展越來越迅速，而高層建筑的功能、結構也呈現出越來越多樣化的特點，各種結構的創新技術層出不窮，豐富了高層建筑的結構形式，相應的結構設計也由傳統單一的設計指標向著多元化的以性能為基礎的方向發展。本文就針對高層建筑的結構設計與應用展開討論。

　　關鍵詞：高層建筑;結構設計;應用

　　一、結構設計的涵義與特點

　　(一)結構設計涵義

　　建筑設計過程中，結構設計是其中一個重要的因素。而建筑結構設計發展到現在，與傳統的結構支撐早已不可同日而語，結構形態的表現性受到越來越多設計師的重視。在建筑創作中，進行形態構思最重要的方法之一即為結構表現，其對于建筑結構中藝術因素的發掘更為注重，通過這種方法找出結構與藝術的結合點，將抽象的結構概念變為生動的建筑語言。

　　(二)高層建筑結構設計的主要特點

　　與低層、多層建筑結構相比，高層建筑結構設計在各種專業設計中的地位更加重要，作用更加突出。結構體系選擇不同，會對建筑平面的布置、樓層高度、立面體形以及施工技術、工期長短和造價水平等產生直接的影響。高層建筑結構設計的主要特點體現在以下幾個方面：

　　1、水平力設計是主要因素

　　與低層、多層建筑結構設計中豎向荷載對結構設計起著決定性作用不同，高層建筑中豎向荷載雖然對結構設計仍然有著重要的影響，但是起著決定作用的卻是水平荷載。由于建筑自重與樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸和與彎矩數值，只是和建筑高度的一次方成正比;而水平荷載會對結構產生傾覆力矩，并且由此在豎向構件中還會引起軸力作用，其與建筑高度的兩次方成正比。此外，如果建筑的高度達到一定水平，豎向荷載大多數為定值，而風荷載與地震作用均為水平荷載，結構動力性不同會對其數值產生較大的影響。

　　2、側移為控制指標

　　與低層樓房不同，結構側移是高樓結構設計中至為關鍵的因素。樓房的高度越大，其受到水平荷載作用時，結構的側移變形會快速增加，所以結構在受到水平荷載的作用時，其側移量要被控制在一定的限度內。

　　3、抗震設計要求更高

　　在進行高層建筑的抗震設計時，不僅要將正常使用過程中的豎向荷載、風荷載等因素考慮進來，而且還要保證結構良好的抗震性能，盡量做到小震不壞、大震不倒的要求。

　　4、軸向變形

　　在高層建筑設計中，豎向荷載比較大，足以在柱中引起比較大的軸向變形，從而連續染彎矩會受到其作用，導致連續梁中支座處的負彎矩值變小，而跨中正彎矩的和——端支座負彎矩值會增大;而且預制構件的下料長度也會受到其影響，要按照軸向變形計算值調整下料的長度;此外，構件的側移與剪力均會產生影響，相比構件豎向變形來說，其結果為偏于不安壘。

　　5、結構延性為重要的設計指標

　　與低層樓房相比。高樓的結構相對更“柔”一些，在受到地震的作用時，其變形幅度會更大。為了保證結構在進入塑性變形范圍后其變形能力仍有較強的水平，防止倒塌，就要在構造上采取相應的措施，以保證結構較好的延性。

　　二、高層建筑結構設計的主要步驟

　　(一)確定合理的基礎設計方案

　　在進行高層建筑的基礎設計過程中，要結合當地的地質條件、荷載的具體分布、上部的結構類型以及相鄰建筑的影響和施工條件等各項因素進行分析，選擇合理性、經濟性的基礎方案。在設計過程中，地基的潛力要充分發掘，如有必要要對地基的變形進行計算。在基礎設計過程中，地質勘察材料就已經完整的形成，如果建筑缺乏相應的地質報告，則要到現場查看，鄰近的建筑物資料也可作為參考。

　　(二)確定最佳結構方案

　　一個成功的建筑結構設計，一定是最經濟、最合理的方案。結構體系的設計不但要明確其受力，還要便于傳力，不同的結構體系不可混用于相同的結構單元。所以在進行結構設講地，工程的設計要求、施工情況以及材料供應等均要作用綜合分析的因素，與水、電、暖等同時進行協商，以此為基礎進行結構的選型，最終確定出最佳方案。

　　(三)確定適用的計算簡圖

　　結構計算是以計算簡圖為基礎的，而實際結構設計中因為計算簡圖的不合理而導致結構不安全的問題時有發生，因此，計算簡圖的適用性、合量性也是保證結構安全的重要因素之一。由于實際結構的節點不是單純的剛結，因此計算簡圖要有相應的構造來保證，不過其誤差不可超出相關標準規定的范圍。

　　(四)分析計算結果

　　現在計算機技術在高層建筑的結構設計中得到了廣泛的應用，但是由于其軟件種類眾多，不同類型的軟件由于其算法不同，有可以得出不同的計算結果。因此設計人員在利用計算時，如果發現程序和某個結構的實際情況不符，或者存在人工輸入的錯誤，甚至軟件自身的缺陷等都要及時查找原因并糾正，以保證計算結果的準確性。

　　(五)采用合理的構造方法

　　高層建筑結構設計的過程中，要對構件的延性尤為注意，對其薄弱位置更加關注。鋼筋錨固的長度要注意，尤其是鋼筋直線段的錨固長度，而且溫度應力對其所造成的影響也要考慮進去。此外，平面、立面的布置要遵循對稱、均勻、規范的原則，盡量不要出現薄弱部分，并且要通過極限狀態做驗算。

　　三、高層建筑結構的選型設計

　　高層建筑結構的選型設計主要做好以下三點：

　　(一)結構的規則性

　　因為新舊規范在規則性方面所做的規定有較大的變化，新規范中限制因素更多，比如平面規則性方面的信息、嵌固端上下層間的剛度比信息等等。而且新規范中對建筑物不可例用嚴重不規則的設計方案做了強制性的規定，因此設計人員要對這些限制條件特別注意。

　　(二)結構的超高性

　　在針對超高問題時，新規范不僅將原有的限制高度設為A級高度，而且還增加了B級高度建筑。因此高層建筑的結構設計中，要特別注意這一控制因素。如果結構高度為B級，或者大于B級，相應的其設計方法、處理方法的變化幅度將會比較大。在實際的工程設計中，曾經出現由于結構類型變更對該問題有所忽略的現象，導致施工圖審圖未通過，需重新設計，這對于工程的工期及投資成本均有較大影響。

　　(三)嵌固端的設置

　　由于高層建筑通常均附帶二層或者以上的人防工程和地下室，嵌固端往往被設置于地下室的頂板之上，或者被設置于人防頂板上。因此針對該問題設計人員要特別注意，比如對嵌固端樓板的設計、限制嵌固端上下層的剛度比、進行結構整體運算的過程中做好嵌固端的設置等等。如果其中任意條件被忽略，均有可能造成工程的安全隱患。

　　四、高層建筑的抗震設計

　　高層建筑不僅要承擔必要的建筑垂直荷載，而且還要承受側向風荷載以及地震的沖擊。高層建筑結構中，在高度方向上的每一層其抗側力剛度均有所不同，因此在建筑物多層之間，往往會有一些層面抗側力相對薄弱，這些部分也是側向變形和應力的集中處。所以在建筑結構設計過程中，要盡量避免這種問題。此外，建筑各相鄰層面間的剛度偏心矩會發生變化，在設計過程中要盡量減少這種變化。比如我國現行的抗震設計規范對建筑物的抗震能車就提出了設防要求以及兩階段的設計方式，其中第一階段的設計要采用第一水準烈度的地震動參數，在建筑結構處于彈性狀態時，將其地震效應、構件截面準確的計算出來。在第二階段時，要應用第三水準烈度的地震參數核算出結構的薄弱層，或者對部分薄弱環節進行側向位移或者轉角，以保證設計值在規范要求的限值范圍內。

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