近年來，由于城市規(guī)劃的需要和建設(shè)用地的日益緊張，高層建筑越來越多。本文主要研究如何進(jìn)一步做好高層建筑的設(shè)計(jì)與施工，以更充分發(fā)揮高層建筑的作用，滿足不同用戶的需要和適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)高效率、快節(jié)奏的要求。

　　1 高層建筑結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)

　　1.1 框架結(jié)構(gòu)體系

　　框架結(jié)構(gòu)體系一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由梁和柱通過節(jié)點(diǎn)構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內(nèi)空間，使用較方便。

　　由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，建筑高度受到限制;剪切型變形，即層間側(cè)移隨著層數(shù)的增加而減小;框架結(jié)構(gòu)主要用于不考慮抗震設(shè)防、層數(shù)較少的高層建筑中。在考慮抗震設(shè)防要求的建筑中，應(yīng)用不多;高度一般控制在70m以下。

　　1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

　　當(dāng)剪力墻的高寬比較大時(shí)，是一個(gè)受彎為主的懸臂墻，側(cè)向變形是彎曲型，即層間側(cè)移隨著層數(shù)的增加而增大。剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅及旅館建筑中得到廣泛應(yīng)用。因此這種剪力墻結(jié)構(gòu)適合于建造較高的高層建筑。

　　在承受水平力作用時(shí)，剪力墻相當(dāng)于一根下部嵌固的懸臂深梁。剪力墻的水平位移由彎曲變形和剪切變形兩部分組成。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)，以彎曲變形為主，其位移曲線呈彎曲形，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層增高而增加，

　　1.3 筒體結(jié)構(gòu)

　　單個(gè)筒體可分為實(shí)腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墻組成空間薄壁筒體，即為實(shí)腹筒;框架通過減小肢距，形成空間密柱框筒，即框筒;筒壁若用空間桁架組成，則形成桁筒。

　　1.4 巨型結(jié)構(gòu)

　　巨型結(jié)構(gòu)一般由兩級結(jié)構(gòu)組成。第一級結(jié)構(gòu)超越樓層劃分，形成跨若干樓層的巨梁、巨柱(超級框架)或巨型衍架桿件(超級衍架)，以這巨型結(jié)構(gòu)來承受水平力和豎向荷載，樓面作為第二級結(jié)構(gòu)，只承受豎向荷載并將荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到第一級結(jié)構(gòu)上。常見的巨型結(jié)構(gòu)有巨型框架結(jié)構(gòu)和巨型桁架結(jié)構(gòu)。

　　2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求

　　2.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

　　高層建筑應(yīng)采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，如下列要求：(1)應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力。(2)對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。(3)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力。

　　2.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征

　　建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

　　2.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求

　　結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。

　　3 高層建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和整體計(jì)算

　　3.1 認(rèn)真做好結(jié)構(gòu)方案的概念設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不能完全依賴計(jì)算機(jī)，而應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與建筑師的方案設(shè)計(jì)是相互影響、相互協(xié)調(diào)的。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的目的首先是在初步設(shè)計(jì)以前為所設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目設(shè)定一個(gè)總體性的方案，根據(jù)建筑意圖和使用功能的需要，根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔ鞐l件、材料來源和業(yè)主對資金的使用等多方面因素的要求，使得下一步的設(shè)計(jì)施工和維護(hù)使用都能做到“又好、又快、又省”。由于高層建筑自身的一些特點(diǎn)，如：投資規(guī)模大，技術(shù)要求高，設(shè)計(jì)施工復(fù)雜，加上地基基礎(chǔ)的特殊性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化并不一定就是綜合經(jīng)濟(jì)效果的最優(yōu)化。其次，選用一個(gè)合理的高層建筑結(jié)構(gòu)體系也是要在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該解決好的問題。

　　3.2 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算準(zhǔn)確與計(jì)算結(jié)果分析無誤

　　結(jié)構(gòu)計(jì)算是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心部分。首先，根據(jù)所選取的結(jié)構(gòu)體系，選用準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模型和選取正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。其次，結(jié)構(gòu)計(jì)算開始前，設(shè)計(jì)人員先要根據(jù)規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述，以及根據(jù)工程的實(shí)際情況，對結(jié)構(gòu)參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。

　　3.2.1部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

　　混凝土容重宜取27～30。結(jié)構(gòu)構(gòu)件梁、柱、剪力墻等考慮粉刷或裝飾面層后的容重應(yīng)大于25kN m 3，如考慮20厚砂漿粉刷，當(dāng)柱截面為400×400時(shí)，γ=(4402-4002)×20/4002+25=4.2+25=29.2，當(dāng)柱截面為時(shí)600×600，γ=(6402-6002)×20/6002+25=2.7555+25=27.8，如柱截面為1000×1000，γ=(10402-10002)×20 10002+25=1.632+25=26.632，梁250×500 ( 板厚按 100mm計(jì))：γ= (290×420-250×400)×20/(250×500)+25 =3.488+25=28.5，梁300×800(板厚按100mm計(jì))：γ=(340×720-300×700)×20(300×800) +25=2.9+25=27.9，剪力墻厚200：γ=40×20/200+25=4+25=29，剪力墻厚300：γ=40×20/300+25=2.67+25=27.67，可見，梁、柱、剪力墻截面尺寸越小容重越大，如貼面磚、花崗石，容重還要加大，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮工程梁、柱、剪力墻的截面尺寸大小及面層材料，確定一個(gè)較合適的混凝土容重值。

　　周期折減系數(shù)：周期折減系數(shù)的目的是為了充分考慮框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)的填充墻剛度對計(jì)算周期的影響，必須折減，否則使地震作用偏小。周期折減系數(shù)應(yīng)根據(jù)本工程填充墻的多少來確定周期折減系數(shù)值，填充墻多取小值，填充墻少取大值，《高規(guī)》第3.3.16條規(guī)定計(jì)算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響予以折減，第3.3.17條規(guī)定一般框架結(jié)構(gòu)取0.6～0.7，框剪結(jié)構(gòu)取0.7～0.8，剪力墻結(jié)構(gòu)取0.9～1.0。

　　梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)：一般現(xiàn)澆框架為0.8～0.9《(高規(guī)》第5.2.3條)，一般可填0.85。有些設(shè)計(jì)人員梁端彎矩不調(diào)幅，是不恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)楦菀滓鹆憾素?fù)彎矩鋼筋過大、根數(shù)過多，影響混凝土澆筑，且配筋率更容易超過2.5%及梁下部鋼筋與梁端負(fù)彎矩鋼筋的比值不滿足規(guī)范要求;再者，梁端負(fù)彎矩一般均比梁跨中下部彎矩大得較多，不調(diào)幅反而會(huì)導(dǎo)致偏于不安全。

　　3.2.2 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

　　(1)適用高度和高寬比。在帶有大型裙房的復(fù)雜高層建筑中，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。對于帶懸挑的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)房屋寬度應(yīng)按扣除懸挑寬度厚的結(jié)構(gòu)寬度計(jì)算。

　　(2)周期比。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，或者在結(jié)構(gòu)的剛度有富余時(shí)，適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，使得結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T t時(shí)，可以通過計(jì)算振型方向因子來判斷。在兩個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成的三個(gè)方向因子中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向因子大于0.5時(shí)，則該振型可認(rèn)為是扭轉(zhuǎn)為主的振型。

　　(3)位移比(層間位移比)是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。其限值在《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》中均有明確的規(guī)定。位移比的大小是判斷結(jié)構(gòu)是否規(guī)則的重要依據(jù)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確選用考慮偶然偏心影響的單向地震下的位移比。