孙琳 隋学斌
青岛市旅游规划建筑设计研究院有限公司，山东 青岛 266000
摘要：近年来，我国城市高层建筑的数量逐年增加，建设规模也越来越大，建筑结构的安全稳定是评价高层建筑性能的最基础最重要的指标。建筑结构的安全稳定性受到多种因素的影响，包括设计阶段的设计结构安全、施工阶段的施工质量以及交验后的维护保养等。其中设计阶段对高层建筑的结构安全影响最大，由于高层建筑工程的结构在垂直方向的载荷远超于多层建筑，同时由于高层建筑工程的结构主体较为庞大，风力的接受面积较大，建筑本身还会受到水平载荷力的影响，因此如何在设计阶段最大程度预防结构安全问题成为设计阶段的重要关注点。
关键词：高层建筑结构设计；关键性问题；探讨
引言
近年来，随着我国城市经济的不断发展，高层建筑的建设数量不断增多，结构形式越来越复杂，很多新型的设计方案以迅猛的速度呈现在城市的建设之中，在高层建筑结构设计中既要适应市场需求，又要满足规范要求，还要进行必要的抗震设计，高层建筑结构设计也越来越成为设计研究的重点工作，在这种形式下，高层建筑结构的设计变得极其重要。本文结合工作实践，主要论述了高层建筑结构设计的原则及注意问题。
1高层建筑结构的特征
高层建筑有着不同于多层或单层建筑的结构特点和功能特点，这对高层建筑的结构设计有着直接影响。高层建筑结构复杂、层数多，建造材料种类繁多，且使用时多为人员集中场所，加上内部系统复杂，使得高层建筑的结构安全成为重点。我国高层建筑目前多为钢筋混凝土结构，就结构体系而言一般分为四种，框架结构体系高层建筑，采用柱、梁和基础结构构成基本框架，在此基础上完成建设，该结构空间设计灵活，但抗侧能力较差；剪力墙结构体系高层建筑，该结构由于采用混凝土剪力墙，增加了建筑抗剪强度和刚度，但建造相对复杂；框架剪力墙高层建筑，该结构是当前高层建筑最常用的结构形式，其包含了上述两种结构体系的优点，避免了单一结构的缺点。就是用功能而言，对于不同的高层建筑，使用功能也会有很大不同，有住宅高层、商用高层以及商住一体高层，建筑设计标准各不相同，如何选择高层建筑结构体系，优化结构设计，保障建设施工，成为高层建筑建设的重中之重。
2高层建筑结构的选型
高层建筑物抗侧力结构体系的质量及其合理程度会直接关系到整个建筑的结构是否合理，此外该结构体系的合理与否在很大程度上关系到施工成本与企业的经济效益。抗侧力结构的组成体系目前来说主要有以下几个方面：框架、筒中筒、剪力墙、框架-剪力墙以及框架-核心筒等等。在实际施工对抗侧力结构体系的选择其实并没有统一规范的选择标准或体系，大多是施工方或相关技术部门根据建筑施工的功能、环境等实际条件的约束来进行选择或改变的，每一种结构体系都有其自身的优缺点，因此结构工程师在选择时必须要进行实地考察对比与研究，结合实际情况选择合理且经济有效的抗侧力结构类型。
对于不同类型各自的特点：①框架结构：该结构类型的建筑其对平面设计与布局的约束较小，其构建类型数目少，因而平面布置较为灵活，且设计阶段与施工过程较为简单易于操作，但该结构类型的缺陷在于抗侧的刚度较小，若建筑物过高，梁柱截面比较大会影响室内空间的大小及使用；②剪力墙的结构类型整体性比较好，抗侧刚度比较大，受力侧移现象小，但在进行平面布局的过程中比较烦琐且不够灵活，通常会在住宅和旅馆中使用；③框架-剪力墙结构：该结构类型结合了剪力墙结构与框架结构二者的优势，能够被设计为双重抗侧力的结构体系，该结构的设计理念在于要考虑剪力墙的安置设计要均匀，刚心和质心二者之间最好要重合或者相互接近，但剪力墙在数量上不宜太多，通常认为达到规范中要求的侧移限值即可；④框架-核心筒结构：该结构的受力性能和第三种结构类型相近，此外该结构因为外框架之间的相互间距比较大，能够使得建筑物的空间相应较大并且比较灵活，有很好的采光性能，一般是楼层较高的公共建筑或者高层办公建筑首先考虑的结构类型。当建筑物的高度比较高时，还可以通过增加申臂来实现减小侧移的目的。筒中筒结构因为柱距比较小因而近年来都不予以考虑应用。
3高层建筑结构设计的关键性问题探讨
3.1高层建筑的超高引起的建筑高宽比问题探讨
随着我国建筑物高度的不断增加，高度超限问题是目前高层建筑结构设计中普遍存在的问题，通常高层建筑由于建筑场地及建筑功能的限制，建筑平面尺寸一般不大，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.2条对建筑的高宽比限值进行了规定，这就使得建筑的高度和宽度的比成为高层结构设计中必须考虑的重要指标和控制性因素。主要控制指标建筑位移与建筑宽度的三次方成反比，与建筑高度的四次方成正比，底部倾覆力矩是建筑高度的二次方，所以增加建筑宽度，减少建筑高度，控制高宽比对高层建筑结构设计的经济性的提高是非常有利的。当建筑高宽比无法改变的情况下，当高宽比不大于2时，此时结构为剪切变形，此时建议增加剪力墙抗侧构件的作用；当高宽比为2~5时，此时结构为弯剪变形，此时建议平衡框架和剪力墙之间的比例，适当加大外围框架的作用；当高宽比大于5时，结构为弯曲变形，此时需要增加外围框架的刚度，通过外围框架剪切变形来协调剪力墙弯曲变形顶部位移大所带来的影响。
3.2高层建筑的筒体高宽比及筒体面积比的问题探讨
高层建筑结构体系通常为框架-核心筒结构体系或支撑框筒结构体系，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第9.2.1条，提出禾行通的宽度不宜小于筒体高度的1/12，对于常规的框架-核心筒结构，大部分剪力和地震倾覆力矩由核心筒成大，所以核心筒宽度的选择是非常重要的。另外根据大量高层建筑结构设计分析表明，当筒体面积不大于楼板面积的20%时，表明筒体抗侧刚度偏弱，需要加强外围框架的作用；当此比值为20%~27%之间时，表明筒体的抗侧刚度是比较合理的；当此比值大于27%时，表明筒体过刚，此时筒体所承担的倾覆力矩和地震剪力比例过大，需要加强核心筒的性能化分析，加强除核心筒之外的抗侧构件的抗侧作用，从而做到二道防线的结构概念设计。
3.3基础埋深的处理
在高层建筑结构设计当中，基础埋深不够的问题因其隐蔽性较强，往往会被人们忽略，但其对整个建筑的稳定性是有影响的。根据上一节分析的基础埋深问题原因，结构设计人员在对基础埋深设计确定时，要将高层建筑的地下使用部分与地上部分看作一个整体来进行规范设计，采用后浇施工，降低温度应力、沉降差异带来的影响，把地下超高的、地下车库的刚度折算成覆土厚土，依据国家有关规定对埋置深度进行精准计算。
结语
高层建筑的建设质量对建筑的稳定性能具有直接影响，在建筑结构设计过程中，除了按照规范设计外，还需要对实际建设施工中存在的问题进行不断收集并分析其原因，找出对应的措施来解决规范设计之外的问题，形成结构设计质量动态提升机制，对于行业发展具有重要意义。
参考文献
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