高层建筑结构设计的探讨
随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张，促使高层建筑得以快速发展。
另一方面由于新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
毕业论文网 1 高层建筑结构设计的特点 1.1 水平力是设计主要因素 设计在多层建筑结构设计中，主要考虑结构竖向荷载。
而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。
因为结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑结构高度的两次方成正比。
另一方面，对于一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力特性的不同而有较大的变化。
1.2 侧移成为控制指标 与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。
随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比(△= qH4/8EI)。
另外，高层建筑随着高度的增加、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度。
1.3 抗震设计要求更高 有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
1.4减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要 高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。
从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。
高层建筑重量大了，作用于结构上的地震剪力大，地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
1.5轴向变形不容忽视 采用框架体系和框架――剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。
当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2 高层建筑的结构体系 2.1框架－剪力墙体系 当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架－剪力墙体系。
在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。
剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架－剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
2.2剪力墙体系 当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。
剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架－剪力墙体系。
2.3筒体体系 凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体－框架、筒中筒、多束筒等多种型式。
筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。
实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。
筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
3 高层建筑结构设计的思路的多样性 3.1 建筑结构的选型设计 结构工程的选型设计对结构的安全使用及寿命有着非常重要的作用，合理的概念设计是高层建筑设计成功的核心因素之一。
首先，合理选择流线型的建筑体型，比如截锥形或类似体型较为常用，其体型系数相对较小，有利于抗风。
另外在进行结构平面布置时，平面形状和刚度分布尽量保持均匀对称，有利于结构的稳定和力学平衡，同时也可以减轻扭转效应的影响。
其次，要加强高宽比的设计。
高层建筑结构高宽比的规定是对结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标，从大量的工程实践经验来看，合理的高宽比能取得实用、经济的效果。
3.2高层建筑结构的计算与分析 随着计算机技术以及结构设计理论的发展和完善，计算机软件在结构设计中的使用日益增多。
但是，数值计算并不能完全替代人的主要设计概念，因为在充分利用计算机设计的过程中，必须充分了解软件设计的内在要求和适用性。
总之，在结构的计算和分析阶段，必须在保持对计算和分析过程、结果有充分认识的基础上，准确的利用计算软件根据规范进行深入细化的计算和分析，这一处理结果的好坏实际上也决定了设计质量好坏的关键。
SATWE、TAT、ETABS、SAP、MIDAS等式目前比较通用的结构分析软件。
但是，软件自身都有其自身的计算特点，因此不通的软件计算分析的结果可能有所区别，此时需要设计人员的主观判断。
最合理的做法是，根据工程整体结构计算的要求，选择合适的软件来建立合理精确地模型，对不同软件计算的结构进行横向比较，为最终的设计工作奠定基础。
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。
要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。
各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。
在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。
但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。
此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
（2） 小变形假定。
但有不少人对几何非线性问题（P－Δ效应）进行了一些研究。
一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值 Δ/H > 1/500时， P－Δ效应的影响就不能忽视了。
（3） 刚性楼板假定。
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。
但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。
可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。
三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
4 高层建筑结构静力分析方法 4.1框架－剪力墙结构 框架－剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。
由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。
由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。
框架－剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
4.2 剪力墙结构 剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。
单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。
不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。
此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。
但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
4.3 筒体结构 筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析，这里主要讨论三维空间分析。
等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。
一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。
比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆－薄壁杆系矩阵位移法。
这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。
空间梁柱每端节点有6个自由度。
核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度，比空间杆增加一个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。
三维空间分析精度较高，但它的未知量较多，计算量较大，在不引入其它假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw（Nc、Nw为柱及墙肢数目）。
通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层总自由度数降为3（Nc+Nw）＋4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
5 结语 近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。
但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计盲目追随外国时尚，失去了中国的传统特色。
因此在实际中应考虑长远因素，为我国人民设计出真正符合中国的建筑。