0　引言
現(xiàn)代高層建筑起源于美國，已有 100多年的歷史，美國的高層建筑在質(zhì)量、層數(shù)及數(shù)量上一直居于世界領(lǐng)先地位，其中代表建筑是1931年建成的紐約帝國大廈 (高 381ｍ，102層 )、1972年建成的紐約世界貿(mào)易中心姊妹樓 ( 417ｍ和 415ｍ，110層 )和1974年建成的芝加哥西爾斯大廈 ( 412ｍ，110層 )。近幾年來，亞洲國家和地區(qū)的高層建筑發(fā)展非常迅速，而且廣泛采用新的結(jié)構(gòu)體系和建筑形式，逐步成為世界建造高層建筑的新重心。其中，日本、中東、馬來西亞、新加坡、泰國是高層建筑發(fā)展迅速的國家。我國高層建筑起源于 20世紀(jì)初的上海，近年來國內(nèi)的高層建筑以極為迅速的態(tài)勢在各地鋪開，高度及層數(shù)不斷突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國高層建筑在數(shù)量上已超過萬棟，高層建筑的類型涉及住宅、旅館、辦公、金融、商業(yè)綜合樓等多種類型。到目前為止，層數(shù)達(dá) 30層～ 60層，高度為 120ｍ～ 200ｍ的高層建筑已經(jīng)聳立在全國各個(gè)大、中城市，我國最高的 101層 49 2ｍ的上海環(huán)球金融中心已經(jīng)建成。
1　高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
高層建筑與普通建筑或低層建筑相比有很大差別，不僅僅表現(xiàn)在體量上的差別，它們之間最主要的差別在于以下方面對于低層：建筑來說，它們所受的外部作用主要是以重力為代表的豎向荷載。因此，設(shè)計(jì)低層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，最主要的控制目標(biāo)是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。另外，由于低層建筑對其結(jié)構(gòu)體系的空間工作性能要求很低，所以低層建筑所采用的結(jié)構(gòu)體系主要是平面結(jié)構(gòu)。然而，在高層建筑中，結(jié)構(gòu)處于豎向荷載和水平荷載的共同作用下工作。隨著建筑物高度的增加，高寬比的加大，盡管豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍產(chǎn)生重要影響，但水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力愈來愈大，將成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的主要控制因素，起著決定性的作用，成為確定結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵性因素。因此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是由水平荷載控制的。在水平荷載中，地震作用是動(dòng)力作用，而風(fēng)力作用則包含靜力作用和動(dòng)力作用。高層建筑對風(fēng)的動(dòng)力作用比較敏感，風(fēng)振作用成為結(jié)構(gòu)分析中不容忽視的因素。在地震區(qū)，高層建筑往往受地震作用控制，所以計(jì)算地震對結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)是高層建筑分析的重要內(nèi)容。

2. 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

1)框架結(jié)構(gòu)體系。從結(jié)構(gòu)體系上看，早期多采用框架結(jié)構(gòu)。
由于它平面布置靈活，空間大，能適應(yīng)較多功能的需要，因此成為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。但是，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，在一般節(jié)點(diǎn)連接情況下，當(dāng)承受側(cè)向的風(fēng)力或地震作用時(shí)，將會(huì)有較大的變形。因此，限制了這種結(jié)構(gòu)形式的建造高度和層數(shù)。
2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系。為了滿足更高層數(shù)的要求，結(jié)合住宅、公寓和賓館對單開間的需求，出現(xiàn)了較高層數(shù)的剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的側(cè)向剛度和規(guī)整的平面布置，按照功能要求，設(shè)置自下而上的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻，對抵抗側(cè)向風(fēng)力和地震作用是十分有利的，因此，它允許建造的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于框架結(jié)構(gòu)。
剪力墻結(jié)構(gòu)的不足之處在于，平面布置的靈活性較差，使用上也受到一定限制。因此，它的適用范圍較小，僅適用于住宅、公寓和賓館等建筑。目前全國各地的大量高層住宅建筑，絕大多數(shù)均采用剪力墻結(jié)構(gòu)。
3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。建筑功能要求有較大的靈活性，但同時(shí)又能滿足風(fēng)和地震作用的考驗(yàn)，取框架和剪力墻結(jié)構(gòu)兩者之長，形成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有布置靈活的優(yōu)點(diǎn)，而剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗側(cè)力能力，結(jié)合后的結(jié)構(gòu)體系可滿足一般建筑功能要求，在適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，既是建筑布置需要，又是結(jié)構(gòu)抗側(cè)力需要。因此，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系的適用范圍和適應(yīng)的高度較寬，是一種較好的結(jié)構(gòu)體系，已廣泛應(yīng)用。
4)筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的新體系，它的出現(xiàn)滿足了高層建筑更高層數(shù)的要求，包括單筒體、筒體—框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體結(jié)構(gòu)具有很好的整體性和抗側(cè)力性能，在平面布置和滿足功能要求方面也有明顯的優(yōu)勢，為眾多高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)所采用。
3　高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法
1基于常微分方程求解器的分析方法。
   1） 對高層建筑結(jié)構(gòu)分析 ,現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)研制了相當(dāng)有效的常微分方程求解器 (ｏｒｄｉｎａｒｙｄｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｌｖｅｒ)，功能很強(qiáng)，尤其自適應(yīng)求解，可以滿足用戶預(yù)先對解答精度所指定的誤差限。我國清華大學(xué)包世華教授和袁駟教授在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用此方法，解決了高層建筑結(jié)構(gòu)考慮樓板變形時(shí)靜力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算。這些問題若完全用離散化方法求解，其計(jì)算量都極其巨大，用微分方程求解器法求解，因其方程組數(shù)目少，顯示出極大的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中成功地運(yùn)用此方法，具有獨(dú)到之處。
4、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架剪力的調(diào)整
在三維空間程序 TBSA 計(jì)算中采用了樓板平面內(nèi)剛度無限大的假定，即認(rèn)為樓板在自身平面內(nèi)是不變形的。但是在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中。作為主要側(cè)向支承的剪力墻間距很大，實(shí)際上樓板是會(huì)變形的，變形的結(jié)果將會(huì)使框架部分的水平位移大于剪力墻的水平位移，相應(yīng)地，框架實(shí)際承受的水平力大于采用剛性樓板假定的計(jì)算結(jié)果。更為重要的是，剪力墻的剛度大，承受了大部分的水平力。因而在地震作用下，剪力墻會(huì)首先開裂，剛度降低，從而使一部分地震力向框架轉(zhuǎn)移，框架受到的地震作用會(huì)顯著增加。另外，由內(nèi)力分析可知，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架，受力情況不同于純框架結(jié)構(gòu)中的框架，它下部樓層的計(jì)算剪力很小，到底部接近于零。顯然直接按照計(jì)算的剪力進(jìn)行配筋是不安全的，必須予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使框架具有足夠的抗震能力，使框架成為框架剪力墻結(jié)構(gòu)的第二道防線。具體設(shè)計(jì)時(shí)對于底層大底盤結(jié)構(gòu)應(yīng)對裙房部分和上部主體部分分別進(jìn)行調(diào)整；還有結(jié)構(gòu)沿豎向變化很大，平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)在調(diào)整時(shí)應(yīng)加以分析，例如筆者在作西寧水井巷辦公樓項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，該工程地下 2 層，地上 25 層。第 25層為水箱間，該層為斜塔式，垂直高度為 11 米左右，地面以上至水箱間樓板的高度為 96m。西寧設(shè)防烈度為 7 度，框架和剪力墻的抗震等級(jí)均為 2 級(jí)，21 ～ 22 層山墻兩端跨各縮進(jìn)3.90m，23 層平面又有縮進(jìn)，而且該工程高寬比超限，為此，剪力墻布置的比較多，建筑面積不大，相對來說柱子顯得不多，到了 21 層平面雖縮進(jìn)的不多，但柱子減少很多，如果整個(gè)一次調(diào)整，21 層以上配筋超限很多，顯然不合理，因此采用分別調(diào)整。
 5、施工模擬問題
    高層建筑的豎向荷載絕大部分是結(jié)構(gòu)自重，而結(jié)構(gòu)的自重是在施工過程中分層施加的，因而柱和剪力墻已在施工過程中逐漸完成了軸向變形，這就有了模擬施工的計(jì)算方法；但是，建筑物開始使用后，豎向荷載全部加上長期作用。由于柱子軸壓比大，徐變變形明顯大于剪力墻，所以內(nèi)力又重新調(diào)整，情況又趨向一次加載的計(jì)算結(jié)果。所以在設(shè)計(jì)時(shí)僅對頂部樓層配筋異常的梁用兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了調(diào)整，加大與柱相連梁端負(fù)鋼筋，減小與剪力墻相連一側(cè)負(fù)鋼筋。
結(jié)語：近年來，由于建筑功能和城市規(guī)劃的需要，加之建設(shè)用地的緊張，高層建筑的層數(shù)在不斷增多。另一方面，層數(shù)日漸增多的高層公共建筑為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，而發(fā)展為高層綜合大廈。