广东建筑艺术设计院有限公司江门分公司 广东省江门市 529000
摘要：近年来复杂高层建筑数量不断增多，但随之也暴露出此类建筑具有设计施工难度大、安全隐患多的问题。要预防和避免此类问题，就要做好此类工程的结构设计工作，把握关键点，保证其合理、易于施工以及安全性。本文主要就复杂高层建筑结构设计的关键点进行了相关的分析，以供参考。
关键词：复杂高层建筑；结构设计；关键点
1.复杂高层建筑结构的基本设计要求
近年来随着用地紧张，建筑物的体型和功能设计越来越复杂。近些年来，国内经济增长愈来愈快，各级城市出于打造自身地标建筑的目的，也逐步开始规划建造各种复杂高层建筑和超高层建筑，并且获得了很好的发展，部分建筑的高度已达500米。据分析，这些复杂高层建筑、超高层建筑，在自身结构的设计方面特征独特，在抗风、抗震等方面均具有很高的要求。加之这些建筑原本就需要周全顾及美观与结构，故此必须综合考量诸多方面的影响因素。所以，作为结构工程师，应及时掌握更新的设计方法，在结构设计环节，必须引进抗震性能设计方法、弹塑性时程分析法、精细有限元分析等计算手段，来确保整体结构的安全性，为工程质量的控制打好基础。
2.复杂高层建筑结构布置原则
抗震性能是建筑结构设计必须考虑的因素，特别是对复杂高层建筑。建筑抗震设计的目标要做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”。因此，复杂高层建筑结构抗震设计要满足以下几个基本原则：（1）场地选择时要避开不利地段，尽可能选择有利地段；（2）选择科学合理的建筑结构体系，不同的结构体系其抗震性能有着明显的差异，纯框架结构抗震性能较差，而框架—剪力墙结构、筒体结构抗震性能较强；（3）结构平面布置要做到规则、简单、对称，尽量避免平面出现过大的凹凸，必要时应合理地设计抗震缝来简化结构平面布置；（4）竖向体型尽量要做到均匀，不宜过多内收，也尽量不要外挑，层高变化较大的楼层通过设置剪力墙来来做到刚度均匀改变，以免因为刚度变大过大而产生软弱层；（5）转换层应严格控制刚度比、避免采用次梁转换；（6）为提高结构抗震性能和确保结构安全，结构应具备多道抗震防线和必要的抗震构造措施。例如：框架—剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第二道防线；剪力墙结构联肢剪力墙中通过连梁先屈服，并通过空间整体形成多次超静定结构等等。
3.复杂高层建筑结构设计的关键点
3.1概念设计的重要性
从以往的建筑工程中得出的经验，对于复杂高层建筑，应重视在其结构概念设计上的重要性，主要应重视以下几点：（1）控制好建筑结构的均匀性和规则性，保证建筑结构的稳定性。（2）保证建筑结构竖向和抗侧力有直接且有效的传力途径。（3）从结构类型和施工两方面保证结构的整体性，同时应保证构件之间连接可靠及具有较好的延性，以适应地震时大变形的要求。（4）在结构设计上，要保证绿色环保、减轻自重、采用高强混凝土和轻质材料。建筑工程的结构设计要想满足以上几点，需要结构工程师和各专业设计之间的共同努力协作，只有协作好才能达到高质量设计，保证工程质量。
3.2抗震设计
针对复杂高层建筑的抗震设计，重点就是强度、刚度、变形控制方面进行设计。对于变形计算来说，不仅需要保证小震情况下可以良好控制不同楼层的位移和变形问题，还应进行基于抗震性能的分析方法，满足中震、大震的承载力和变形要求。其次，还需通过弹塑性时程分析，发现结构的薄弱层、关键构件、一般构件的破坏顺序和规律等等，有针对性地对关键部位加强，从而满足抗震和抗风的要求。并且需结合建筑物的高度和尺寸，合理设计基础，保证地基的稳定性，最大限度降低地震所造成的危害。
3.3注意结构设计指标及计算结果的合理性
（1）合理使用分析软件。
在建筑结构设计工作中已经普遍采用了计算机建模和分析，目前结构分析软件的种类较多，各个软件的侧重点也不尽相同。由于复杂高层不同程度存在结构布置的不规则，因此，必要时应对结构模型进行合理的简化，特别是对于剪力墙和转换梁有限元的分析应注意建模的正确性，目前软件对于处理有限元划分仍然会存在一些畸变，造成分析误差甚至错误，因此必须仔细核对，必要时对建模进一定的合理简化，以避免计算的错误。
（2）充分考虑荷载作用。①地震作用。在复杂高层建筑进行结构设计时应考虑地震作用的问题，应根据规范要求合理选用地震波。②风荷载。在复杂高层建筑结构的设计过程中，风荷载对建筑物的影响很大，随着建筑物高度的增加，其风荷载也在不断的增加，对于体型地形复杂、建筑高度超过200m 以上的建筑物，应进行风洞试验。
（3）合理控制关键设计指标。一定要合理控制各项关键设计指标，包括剪重比、周期比、位移比、层间位移角、侧向刚度比与抗剪承载力比、核心筒和框架部分剪力与弯矩分配、单位面积下的重力荷载代表值、整体稳定性验算等等。特别需要注意的是结构整体刚度不必过大，否则导致建筑物吸收更多地震力，耗能构件受力更大、破坏更早，更不利于结构延性，且对于剪力墙和基础材料用量会增加，经济性也不好。
3.4合理的基础设计
任何建筑均是通过基础将上部结构的各种作用传递给地基，故合理的基础设计尤为重要。对于复杂高层建筑，需要结合基础荷载采取合理的基础形式，并进行严格的地基基础变形设计、抗滑移倾覆设计。在确定合理的基础形式后，必要时可通过下部结构和上部结构共同分析，保证基础和上部结构协同工作。
3.5合理使用基于性能的设计方法
存在多项不规则的复杂高层由于属于建筑抗震设计规范3.4.4条规定的特别不规则建筑，需要进行性能分析。基于性能设计的计算分析应该做到特别详尽，构件的承载力、变形计算、屈服后的性能，均以正确的计算分析和反映结构实际受力的计算模型为基础。对于准确使用性能分析应注意以下几点：（1）合理确定性能目标，对于不规则超限的程度和高度超限的程度，选取性能目标“C”或“D”。（2）具有水平转换构件的结构，应该能准确区分转换梁和不落地墙柱的有限元类型和划分。（3）时程分析方法应注意地震波选取的正确，多条地震波计算的平均值不应小于反应谱法的80%。（4）正确使用静力弹塑性分析方法和弹塑性时程分析法进行罕遇地震弹塑性变形分析。
3.6高强度材料使用
与外国发达国家相比，我国建筑材料强度使用还是偏低，尤其是钢筋和混凝土，长期以来，对于混凝土养护不够重视，商品混凝土质量不够稳定，有些开发商和施工方不愿意对于采用高强混凝土，而高强度钢筋HRB500级现在还很少采用，这制约了设计施工技术的进步，也对绿色节能环保不利。对于高层建筑特别是复杂高层、超高层建筑这类对材料强度、刚度要求有特别要求的建筑，高强度材料的优势会越来越显现出来。
结束语：
复杂高层建筑已经成为当今社会高层建筑发展的趋势，在高层建筑快速发展的今天，结构工程师除了要熟练掌握复杂高层建筑的抗震设计规范、结构布置原则之外，更要注重应用新理念、新技术、新材料。随着我国建筑结构设计水平的快速发展，相信不久的将来我国复杂高层建筑结构设计水平将得到大大提高。
参考文献：
[1]崔铁军，李莎莎，王来贵，等.复杂结构高层建筑火灾坍塌过程研究[J].计算力学学报，2018，35（5）：656-662.
[2]梁少威.复杂高层与超高层建筑结构的设计要点[J].住宅与房地产，2018（31）：73.
[3]崔艳艳.国内高层与超高层结构设计关键事项研究[J].安徽建筑，2017，24（2）：110-111.
[4]张芳.复杂高层与超高层建筑结构设计关键点探讨[J].科学与财富，2017（22）：46-46.