浅谈高层建筑结构发展现状及前沿发展方向
3 高层建筑结构的设计特点
高层建筑结构与设计与低层或者多层建筑结构相比，在城市建筑行业中应用的更加广泛，而且占据的位置更加的重要。高层建筑的各项竖向结构的刚度或者说抵侧力结构、形式并不是完全相同的，它的变形状况也不相同，我们不能按照常规的进行力矩、荷载的分配，不然会引起许多意想不到的后果。所以，了解高层建筑的结构特点和设计特点是我们首先要做的。
钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，并积极采用新技术、新工艺和新材料,提高建筑的安全适用性、技术先进性、经济合理性。高层建筑结构设计时应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。（1）增加抗弯结构体系的有效宽度。（2）增大承受荷载最有效的构件的截面。（3）使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。（4）在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。（5）每层楼盖应足以起水平隔板的作用。（6）将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。
所有高层建筑基本上都是支承在地面上的竖向悬臂结构。当合理使用上述原则时，由墙、核心筒、框架、筒式结构和其它竖向结构分体系可以得到所希望的结构方案，从而真正实现建筑的安全适用性、经济合理性。
3.1 结构分析和设计特点
3.1.1 水平力是结构设计的决定性要素
我们知道对于任何的建筑物或者说世界上任何处于风的吹拂之下，都将会受到
风吹的荷载，对于建筑物来说，它们同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震的能力。尽管高层建筑还在承受垂直荷载，但是我想说的是，水平力即水平荷载起着决定性的作用。在建筑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，与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的力矩以及在竖向构件中所引起的轴力，与建筑高度的二次方成正比。我们知道对于建筑物来说，它的垂直荷载几乎是一个定值，但是对于水平来说，它并不是恒定不变的，因为存在风荷载、雨雪荷载以及偶然的地震所引起的荷载，它的水平荷载一直起伏不定。因此，水平力是结构设计的决定性要素。
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3.1.2 侧向位移成为设计的控制指标
在我们的记忆中，对于底层建筑来说，侧向位移的影响并不是很大，但是对于高层建筑来说，不仅仅要和低层建筑、多层建筑一样进行一定的强度、刚度计算外，还必须要考虑到它的侧向位移。因为对于高层建筑说，随着建筑高度的增加，侧向位移又是一大重要的控制指标，所以必须防止侧向位移过大。在高层建筑中，我们必须要保证建筑物拥有一定的强度、刚度，而且建筑物的构件受到的侧向位移必须维持在一个限定的范围之内。我们知道如果侧向位移过大的话，会让人产生不安全感，侧向位移过使主体结构等其他构件会出现损坏甚至是裂缝，从而影响了建筑物的正常使用。因此，侧向位移也是高层建筑结构设计的一大控制指标，也是值得我们重视的一点。 3.1.3 轴向变形时不可忽视的要素
我们知道在对待生活中的一般底层建筑时，我们主要注意到的是结构构件的弯曲变形的状况，就是说考虑到它的弯矩项，而不会过分强调结构构件的剪切项，因为对于底层建筑它的轴力影响的作用很小，一般忽略了，而对待高层建筑就不能这样了。对于高层建筑，我们知道它的建筑层数多、高度高、轴力大，从而引起的轴向变形会很大。随着建筑的增高，就会随着高度而逐渐累积的轴向变形越来越明显。在高层建筑中，竖向荷载会很大，能够引起许多结构构件的轴向变形，例如会引起柱体结构构件的轴向变形，如果这样就会继而引起了连续梁弯矩的变化，会造成连续梁中间支座处的负弯矩数值减小，跨中正弯矩和端支座的负弯矩增大，这样的后果就相当于连续梁的中间支座产生沉陷。此外，对于高层建筑的轴向变形，会使得高层建筑结构的内力和内力分布产生很大的影响以及对预制构件的生产下料等的影响。因此，在对于高层建筑中，必须对结构构件的轴向变形的影响加以考虑周全。
3.1.4 延性是结构设计的一大指标
我们知道对于高层建筑而言，我们需要的高层建筑能够柔一点，而不能等同于底层建筑，在柔性更好一点的高层建筑，我们就知道它的变形能力就会更大一点，这样在地震中就会承受的形变大一点。所以，在建筑施工中，为了使得一些主要结构在进入塑性变形阶段后仍然保持很好的变形能力，为了避免建筑倒塌，都会
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采取一系列的措施，来保证结构具有一定的延性。 3.1.5 其它因素
我们知道前面四点是在对高层建筑结构设计中必须注意到的重要指标，即“四大指标”。此外，还有许多因素也会引起对高层建筑结构设计的影响，虽然相比四大指标不是很大，但是也是我们不能忽视的。1、动力、扭转的影响。我们知道结合结构自身的特点不一，例如高度与宽度之比的不同等，在结构受到强大的作用时，如受到强烈的台风或者是地震作用等时，会产生动力作用而影响到了结构的正常化使用，更严重会引起建筑破坏；在结构的力矩、内力分配不一时，对于高层建筑就会在水平力的作用下产生扭转，这些扭转作用会引起结构本身的抵抗侧力的结构构件产生较大的位移，也会影响到结构构件的变形等情况。2、温差的影响。我们知道山下、山上的海拔不同，含氧量不同，当然俩者的温度也不同，这时就是产生温差。与此类比，高层建筑也会这样，会受到温差的影响。在高层建筑中，往往因为高度的因素结构内部就会因为建筑物的上下关系而产生温差效应，这是就会产生了温度的内力、位移变化等。3、“稳定”因素。在我们学习土建专业的第一天就知道对于任何建筑物来说，建筑物的稳定是最重要的一点，换句话说，稳定就是基础，在我们设计高层建筑的结构中，必须重视结构整体的稳定性，必须要有抵抗倾覆的设置，要严格防护结构发生整体的失稳状况。
3.2 高层建筑结构体系结构
我们知道在建筑行业中使用的结构体系不会仅仅局限于一种的，尤其在高层建筑中使用的种类更是繁多，其实就是先前提到过的四大体系，是通过这四种体系相互搭配、组合而成的新的体系了，不过总体来说都是为了保证建筑物的安全可靠。
我们知道在高层建筑中既不会全部使用框架结构也不会全部使用剪力墙结构，当全部使用框架结构时，就会造成整个结构体系的刚度与强度不能达到需要的要求；当全部使用剪力墙结构时，就会造成大量的材料、空间浪费，况且剪力墙又是费力墙；这时，结合框架结构与剪力墙结构的另一种结构体系就会出现，这就是框架—剪力墙结构体系。框架—剪力墙结构体系，它就是在建筑空间适当的位置利用剪力墙替代部分框架结构，这就形成了框架—剪力墙结构体系。高层建筑中，在承担水平荷载时，框架结构和剪力墙结构通过与楼板和强度大的连续
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梁构成的团结协作的结构体系。在这个框架—剪力墙结构体系中，框架结构体系主要承担竖向荷载的任务，而水平荷载主要是由剪力墙结构体系承担。
如果在某些有特殊要求的工程中，就会对设计要求的各个方面都会很高的，有时不得不采用剪力墙结构体系，我们知道剪力墙结构体系的优势大于框架结构体系和框架—剪力墙结构体系。当建筑结构的形式全部采用剪力墙结构体系时，结构上的荷载全部是由剪力墙来承担，要承担来自于水平和竖向这俩个方向的荷载，对于剪力墙结构体系来说它的刚性结构的位移曲线是弯曲的，它的强度和高度都比较高，就有很大的延性，整体性能好，抵抗倒塌能力强，是一种优势比较凸显的结构体系。
这就是高层建筑行业中经常用到的结构体系，就是四大结构体系的组合应用，从本质上来讲，就是结合对建筑物的安全性的重视，同时也考虑到的经济性等合理要求。
3.3 结构分析与设计方法
高层建筑由竖向抗侧力构件即框架、剪力墙、筒体结构等通过水平楼板连接而构成大型的空间结构体系。在高层建筑结构的设计中很难掌控对结构设计的分析与研究，故在结构分析与设计中得引入相应的模型与仪器，以此来对设计中的困难部分程度进行逐步的简化。
3.4 抗震分析与设计在高层建筑的应用
我们大家都很清楚，根据我们国家的安全规范要求，对各个行业的建筑要求都必须设计防火和防震的规范。我们知道在地震的作用下，我们建筑物的一些结构构件就会进入塑性状态，这就是在建筑过程中设计的抗震构件。所以为了人民的生命和财产安全起见，我们必须得对这些抗震构件的塑性变形能力进行计算和测验，之后才能应用的实践的建筑物中。因此，对抗震构件的计算和测定是非常重要的。根据我们国家现行的高层建筑抗震设计规范（GB50011-2010）对于高层建筑的抗震效果明显严格多了，若果在遇到地震的这个过程中，高层建筑在这样的情况下对抗震数值有怎样的要求，尤其是对某些重要的工程有着特殊的要求，更要严格复合抗震分析过程的数值变化。这次我们主要阐述一下抗震要求的分析与设计在我国高层建筑的应用情况。
目前，在我国高层建筑的抗震分析与设计中经常会遇到这样的问题：1、建筑
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物的高度选取。对于我们的高层建筑从直观表现上主要体现了建筑物的高大，但是谁会熟知建筑物的高度也是高层建筑的限制条件之一。高层建筑本来的取材就是选用优质的产品，采用在建筑行业中最为先进的施工技术等，但是我们知道，随着建筑物的高度的提升，高层建筑所受到的考验就越来越大，它承载的就越多，受到的变形就越大，这样造成的危险就越大。其中有许多的参数就超出了现有的规范标准，有荷载值的选取、材料的性能的确定、安全指数等等，随着高度的增加，这些因素都会暴露出来的。因此，高度的取用很值得深思。2、结构体系的选取。在高层建筑中，建筑结构体系的选取也是重要的问题。在我们国家，对于100米以上的高层建筑选取的主要结构体系有三种：框—筒结构、筒中筒结构和框架—支撑结构，这样的结构体系选取我们也是参照国外的高层建筑结构体系而应用的。至此，也未有一种新型的结构体系来应用于高层建筑中。3、材料的选取。在我们国家我们大部分见到的都是钢筋混凝土结构以及混合结构，还有为数不多的钢结构体系结构。我们不妨想想，根据我国的现在的建筑钢材的制造能力，对于建筑钢材的品种、类型以及细部制造能力是否可以完全采用这样的的体系呢？因此，我们国家建议我们建筑行业尽可能的选取钢筋混凝土结构体系和混合结构体系，以此来改善建筑结构的抗震性能。
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