一、高層建筑結構受力特點

　　從本質上看，高層建筑為豎向懸臂結構。水平荷載讓結構發生彎矩，而垂直荷載讓結構發生的軸向力與建筑物的高度基本上是線型關系。從受力的特性來講，垂直荷載方向是固定的，只會隨著建筑物的增高而產生梁的加大，但是水平荷載能夠來源于每一個方向。當是均布荷載的時候，彎矩和建筑物高度所體現出的線型關系是二次方的變化;從側移特性來講，豎向荷載產生的側移相對較小，水平荷載當是均布荷載的時候，側移高度體現出的關系是四次方變化。例如，在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形。

　　二、正確選擇合理結構體系

　　由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾，因此采用何種抗側力結構是結構設計的關鍵性問題。根據抗側力結構的不同，鋼筋混凝土結構可分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構等幾種結構體系，這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力，特別是抗震性能等有所不同，因此具有不同的適用范圍。

　　(一)框架結構體系

　　由梁、柱、基礎構成平面框架,它是主要承重結構,各平面框架再由梁聯系起來,形成空間結構體系。框架結構的優點是建筑平面布置靈活。外墻采用非承重構件,可使立面設計靈活多變。但是框架結構本身剛度不大,抗側力能力差,水平荷載作用下會產生較大的位移,地震荷載作用下較易破壞。不高于15層宜采用框架結構,可以達到比較好的經濟平衡點。

　　(二)剪力墻結構體系

　　剪力墻結構體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構體系。墻體同時作為維護及房間分隔構件。剪力墻間距一般為3—8m,現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好,剛度大,在水平荷載作用下側向變形小,承載力要求容易滿足,適于建造較高的高層建筑。而且其抗震性能良好,在歷次的地震中,都表現了很好的抗震性能,震害較少發生,程度也很輕微。但是剪力墻結構間距不能太大,平面布置不靈活,而且不宜開過大的洞口,自重往往也較大,不是很能滿足公共建筑的使用要求,而且其成本也較大。

　　(三)框架—剪力墻結構體系

　　框架—剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。剪力墻作為主要的水平荷載承受的構件,框架和剪力墻協同工作的體系。在框架一剪力墻結構中,由于剪力墻剛度大,剪力墻承擔大部分水平力(有時可以達到80%~90%),是抗側力的主體,整個結構的側向剛度大大提高。框架則承受豎向荷載,提供較大的使用空間,同時承擔少部分水平力。由于有了剪力墻,其體系比框架結構體系的剛度和承載力都大大提高了,在地震作用下層間變形減小,因而也就減小了非結構構件(隔墻和外墻)的損壞。這樣無論在非地震區還是地震區,都可以用來建造較高的高層建筑。還可以把中間部分的剪力墻形成簡體結構,布置在內部,外部柱子的布置就可以十分靈活;內筒采用滑模施工,外圍的框架柱斷面小、開間大、跨度大,很適合現在的建筑設計要求。

　　(四)筒中簡結構體系

　　筒中筒結構體系由一個或多個簡體為主抵抗水平力。通常簡體結構基本形式有三種:實腹筒、框筒及桁架筒。筒體結構最主要的特點就是它的空間受力性能。不論哪一種簡體,在水平力作用下都可看成固定于基礎上的箱形懸壁構件,它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力,并具有良好的抗扭剛度。簡中筒結構是一種抵抗較大水平力的有效結構體系,但是由于它需要密柱深梁,當采用鋼筋混凝土結構時,可能延性不好,而且造價昂貴。

　　除了上述的幾種結構體系外,還有其他一些結構體系,如薄殼、膜結構、網架等。隨著時代的進步,會涌現出越來越多更好的結構體系。這就需要不斷學習,從各方面考慮運用經濟合理的手段到達目標。

　　三、選擇結構類型注意要點

　　(一)結構的規則性

　　新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

　　(二)結構的超高

　　在抗震規范與高規中。對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此。必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

　　(三)嵌固端的設置

　　由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

　　四、結構計算與分析

　　(一)結構整體計算的軟件選擇

　　目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件 。

　　(二)是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。

　　該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

　　(三)振型數目是否足夠。

　　在新規范中增加一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中，并未提出振型參與系數的概念，或即使有該概念，該參數的限值也未必一定符合新規范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。

　　(四)多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。

　　(五)非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大。因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

　　五、結束語

　　總之，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。以上也只是筆者在設計過程中對問題一些淺薄的認識。

　　參考文獻

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