近年來，隨著房地產行業的飛速發展和城市化進程的不斷推進，城市建設用地日趨緊張，致使建筑功能越來越多樣化，高層建筑得的發展是大勢所趨。而科學技術的進步、經濟的發展則為高層建筑的發展提供了堅實的物質基礎。加上現代人們對于建筑要求的多樣化提出了更多和更復雜的要求，產生了很多不規則的復雜高層建筑，使結構設計不可能一次完成，同時在建筑設計行業內部，也存在著部分設計人員過度依賴電腦設計軟件，忽視了建筑結構設計的根本，盲目生搬硬套的現象。因此，筆者覺得很有必要對結構設計和結構計算分析再做一次深入的認識與探討，以引起廣大同仁的高度重視。
一、結構方案設計
目前，很多設計人員過度依賴電腦設計軟件，其實計算軟件只是一個設計或計算工具而已，不管設計人員輸入的結構體系和結構布置是否符合規范，也不管你所輸入的電算信息與實際結構是否真實可靠，它都能計算出一個結果，判斷正確與否還是要靠設計師自己對實際結構的認識和對規范以及軟件的熟悉程度。
實際上，結構的概念設計與建筑師的方案設計也是相互影響、相互協調的。結構概念設計的目的首先是在初步設計以前為所設計的工程項目設定一個總體性的方案，根據建筑意圖和使用功能的需要，根據當地建造條件、材料來源和業主對資金的使用等多方面因素的要求，使得下一步的設計施工和維護使用都能做到好快省。由于高層建筑自身的一些特點，如：投資規模大，技術要求高，設計施工復雜，加上地基基礎的特殊性，結構設計的最優化并不一定就是綜合經濟效果的最優化。例如，在大型的基坑開挖和基坑支護的設計和施工過程中，直接放坡無需支護的結構方案肯定是最為經濟的，但這樣就會出現基坑變形變大，施工周期長導致資金的回報慢等不利因素。其次，選用一個合理的高層建筑結構體系也是要在結構概念設計過程中應該解決好的問題。當前，高層建筑的結構體系可以按以下分類：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架一剪力墻結構體系、框架一剪力桁架結構體系、框架一核芯筒結構體系、筒中筒結構體系等。眾多的結構體系可供結構工程師選擇，選取一種或幾種體系作為備選，是概念設計時應該確定的。在初步設計時，通過精心的結構計算和技術經濟比較選定最經濟合理的結構體系。
二、結構分析
1、計算模型
結構分析是結構設計的重要內容之一，主要是計算出結構在各種作用下的效應。分析結果要求能夠解釋和評估真實結構在預設作用下的效應。結構分析是否科學合理直接影響到結構的安全性、經濟性和實用性。計算模型的確定是結構分析的核心環節，它包括合理選擇計算簡圖和計算理論，這是結構分析的重點和難點。
事實上，無論是哪種分析模型，都不可能全精確地描述真實結構，實際上都只是要求對實際結構在一定程度上的近似。一般情況下，建立結構分析模型時，都會做一些假定。如：假定結構材料是均質連續的，這種假設對結構的宏觀力學性能不會引起顯著的誤差；只有主要結構構件參與整體性能的效應。這個假定忽略了次要構件和非結構構件對結構性能的影響；可忽賂的剛度。即忽賂結構中作用較小的剛度。該假定的采用需要根據構件在結構整體性能中應發揮的作用來進行確定；相對較小的和影響較小的變形可以忽略。
2、計算理論
計算理是建模的重要組成部分。用于建筑結構分析的計算理論主要有線性理論和非線性理論。而其中又以線性理論最為成熟，是我國建筑結構分析所普遍采用的一種計算理論，主要用于常用結構的承載力極限狀態和正常使用極限狀態的結構分折；非線性又可以分為材料非線性和幾何非線性。材料非線性是指材料、截面或構件的本構關系，如應力—應變關系、彎短—曲率關系或荷載—位移關系等是非線性的。幾何非線性是指由于結構變形對其內力的二階效應使荷載效應與荷載之間呈現出非線性關系。
選擇結構的非線性分析還是線性分析要看工程的具體情況而定。一般來說線性分析比較簡便，在一般的結構設計中，通常使用線性分析。但是，如果建筑結構跨度大、屬于超高層，結構變形的二階效應就會比較大，因此，還必須運用非線性分析。
3、結構分析中的數學方法
建筑結構分析中所采用的數學方法主要有解析法和數值法兩種。解析法通常只適用于簡單的結構模型求解。如果建筑結構復雜，大多數結構很難抽象成一個可以用連續函數表達的數學模型，而且其邊界條件也沒有辦法用連續函數表達，就不適宜使用這種方法了。
因此，在通常情況下都需要用數值方法來求解。數值方法又可以分為有限單元法、有限差分法、有限條法等。而目前有限單元法是應用最為廣泛的。其原理是把結構拆分為一個有限單元的組合體，以便夠解析地模擬或逼近真實結構的解域。通常情況下可以模擬幾何形狀復雜的結構解域，因為，單元能夠按不同的連接方式組合在一起，而單元本身又可以有不同的幾何形狀。最常用的有限單元結構分析軟件有PKPM系列、T陽A、SAP系列、ANSYS以及ADINA等。
4、結構的概念設計
概念設計指的是在結構方案設計過程中，在已有經驗的基礎上，完成結構體系的選擇和布置，實現對結構特性的總體把握，保證把結構在預設的各種作用下的反應控制在預期的范圍內。其主要內容有：結構的選型、結構的平面和豎向布置、結構側向剛度的控制、溫度作用的考慮和對策等。
5、結構的總體布置
科學合理的建筑結構設計即需要有合理的結構體系還需要有完美的結構布置。因為結構布置會影響到建筑設計方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結構的總體布置要考慮控制結構的側向變形、平面布置、豎向布置、縫的設置和構造等幾個方面。
①、控制結構的側向變形
建筑的結構一般都要同時承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側移隨結構的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結構發生過大側移和相對的位移，有時甚至會嚴重地破壞非結構構件，所以，我們要把控制側向位移作為高層建筑結構設計的重點和難點來解決，一般情況下，要以限制結構的高度和高寬比為控制手段。
②、平面布置
平面布置的選擇主要是根據建筑工程的實際情況來確定，如果是獨立的結構單元，則采用形狀較為簡單，而且要根據相對應、相協調的原理，剛度和承載力分布要呈現出比較均勻的形狀。此外，根據抗震設計的要求，高層建筑單個的結構單元長度要控制在一定的范圍內，不能太長，否則在發生地震時，結構的兩端可能會出現反相位的振動，這將會導致建筑被過早地破壞，同時威脅到人們的安全。
③、豎向布置
為了避免過大的外挑和內收，結構的豎向布置應遵循形體規則、剛度和強度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設在統一標高處以防止錯層和局部夾層的情況出現。而在面對高層建筑時，還要注意解決結構剛度和強度發生變化的情況，對于這種情況，應逐漸變化。
④、縫的設置和構造
建筑結構的總體布置應該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復雜對結構帶來的不利影響。可以利用沉降縫、伸縮縫或防震纏把結構分成若干個獨立單元，以消除沉降差、溫度應力和形體復雜對結構的不利影響。但如果設縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設縫上必須要謹慎對待，盡量能從總體布置上或構造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復雜引起的問題。
三、結束語
鋼筋混凝土高層結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。總之，設計人員要嚴格按照規范的規定進行設計，絕對不能接受業主、建筑專業的無理要求而進行違規設計。良好的工作責任心、一絲不茍的工作態度、設計經驗的積累都是非常重要的。只有精益求精、對自己設計的每一項工程負責，不斷學習、汲取前人的經驗和教訓，才能真正地做好結構設計。
【參考文獻】
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