王旺才
中国建筑第八工程局有限公司设计管理总院，上海市 201206
摘要：随着我国建筑行业的方兴未艾，高层建筑的结构形式愈趋多样化，结构体系也越来越复杂，所以对高层建筑的结构体系选型、结构布置进行探讨也非常重要。本文对高层建筑混凝土结构的结构体系选型、平面及竖向布置进行了优化设计方面的探讨，以期为高层建筑的结构设计工作提供借鉴。
关键词：高层建筑；混凝土结构；结构设计；优化设计
引言
近些年来，随着我国经济的快速发展以及城镇化进程的加快，城市人口的不断增加，城市空间也显得越来越小，高层建筑也如雨后春笋般涌现出来。因此，对高层建筑混凝土结构的优化设计进行探讨具有重要的现实意义。
1.高层建筑的结构形式及其特点
高层建筑的结构体系主要承受着竖向荷载，风荷载和地震荷载等三大荷载的作用。因此，结构体系的合理程度直接关系到建筑的安全可靠、关系到造价成本以及社会经济效益。
1.1框架结构
框架结构是由梁和柱共同组成的框架来承受房屋荷载的结构。框架结构有如下的特点：
建筑平面布置灵活；
利于安排较大的使用空间。
框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，利于缩短施工工期；
不足是框架结构的抗侧的刚度较小，房屋的高度受到限制；
1.2剪力墙结构
剪力墙结构的特点：
剪力墙结构整体性能好，承受竖向荷载和水平荷载的能力都较大，侧向刚度很大，水平力作用下，侧向变形较小；但结构自重较大，建筑平面布置有局限性、不够灵活。
剪力墙结构房间内不外露梁、柱棱角，便于室内布置，方便使用。剪力墙结构是高层住宅、住宅式公寓采用最为广泛的一种结构形式。
1.3框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是指由框架和剪力墙组合而成的结构体系，结合了剪力墙结构与框架结构二者的优势，既能灵活布置空间，又具有较大的侧向刚度，广泛应用于高度较高的建筑。
1.4框支-剪力墙结构
当框架剪力墙结构不能满足底部大空间、建筑使用功能要求时，框架-剪力墙结构的部分柱或者剪力墙不落地，通过大梁进行转换，框支-剪力墙结构应运而生。框支-剪力墙结构因侧向刚度在转换层处发生突变，容易造成应力集中、出现破坏，抗震性能较差，造价较高，实际设计中不经常采用。
1.5框架-核心筒结构
框架-核心筒结构是指由外围梁柱组成的框架体系与中心筒体共同组成的结构体系。框架-核心筒结构受力特点类似与框架-剪力墙结构，除此之外框架-核心筒结构还能够提高建筑内部的空间利用率。框架-核心筒结构的内部核心筒承担了大部分的水平作用力，框架结构更多的是承担竖向荷载与少部分的水平作用力。
框架-核心筒结构因其良好的受力性能和内部空间的灵活性成为目前国际超高层建筑中采用的主流结构形式，在超高层建筑中有着广泛的应用。
1.6筒中筒结构
筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合而成，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。内部由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成的结构则称为桁架筒。
筒中筒结构可更充分发挥结构空向作用，其刚度和强度都有很大提高，可建造层数更多、高度更高的高层建筑。
2.高层建筑的结构体系的优化设计
2.1高层建筑的结构体系优化选择主要考虑以下几个方面的内容：
1)满足建筑功能要求；
2)结构体系合理，平面及竖向布置比较规则。
3)取得良好的社会经济效益；
4)便于施工。
2.2高层建筑结构布置的一般原则
2.2.1 平面布置原则
高层建筑平面常设计成矩形、方形、圆形、Y形、L形等形状。从抗风角度、圆形、椭圆形等流线型的建筑物所受风载较小；从抗震角度，平面对称、长宽比接近、抗侧刚度均匀，其抗震性能好。因此结构平面布置原则为：
结构布置宜对称、均匀，尽量使结构抗侧刚度中心、平面形心、质量中心相重合，减小扭转影响；
2.2.2 竖向布置原则
高层建筑的竖向结构沿高度方向宜均匀、连续、无突变，避免错层和局部夹层。
2.2.3结构设计中不规则项的判定
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》及《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版），建筑不规则项目的判定如下表1：
表1：结构不规则项判定表
注：深凹进平面在凹口设置连梁，当连梁刚度较小不足以协调两侧的变形时，仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续的开洞对待；序号a、b不重复计算不规则项；局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。
结构设计时，在一定程度上，应尽量避免出现判定为超限高层建筑的情况。如判定为超限高层建筑，一方面意味着建筑的结构受力体系不合理，另一方面，这通常意为着增加更多的投资和工期延长。
结语
综上所述，在高层建筑混凝土结构设计时，结构的平面与竖向布置应优化布置，尽量做到规则、合理，并保证高层建筑结构具有足够的强度、刚度和良好的延性，以抵抗建筑所受的竖向荷载、风荷载和地震荷载等荷载效应。
参考文献
[1]周薇.高层建筑结构优化设计及结构选型探讨.工程技术，2016年26期。
[2]王静.高层混凝土建筑抗震结构设计分析.住宅与房地产，2017年5月下。