隨著經(jīng)濟的快速增長，城市化進程的飛速發(fā)展，高層建筑在我國的一些大中城市發(fā)展迅速，大大豐富了城市景觀，與此同時高層建筑的結(jié)構(gòu)類型和功能也更加趨向于復(fù)雜化和多樣化，為此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也就提出了更高的要求。在本文中，筆者主要從高層建筑結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計、抗風設(shè)計三個方面論述了城市高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題。

近代隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是鋼鐵、電梯的出現(xiàn)以及后來鋼筋混凝土的應(yīng)用，為高層建筑發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機遇，高層建筑也成為城市空間中一道獨特的風景。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計

對于一個城市而言，高層建筑往往具有一定的代表性和象征性，可以反映一個城市經(jīng)濟水平和發(fā)展程度，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，如果高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型不當，任憑再用先進的結(jié)構(gòu)理論和精確的計算方法，也較難作出安全可靠、經(jīng)濟合理的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。正確處理高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型問題，對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，具有重要意義。

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)體系的分類

高層建筑結(jié)構(gòu)體系按結(jié)構(gòu)形式分類主要有：框架結(jié)構(gòu);抗震墻結(jié)構(gòu);框架―抗震墻結(jié)構(gòu);筒體結(jié)構(gòu);部分框支抗震墻結(jié)構(gòu);板柱―抗震墻結(jié)構(gòu)等等。不同的結(jié)構(gòu)體系所具有的強度和剛度是不一樣的，因此它們適用的高度也不同。各種結(jié)構(gòu)形式適用的高度范圍在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中有明文規(guī)定。一般地，框架結(jié)構(gòu)布置靈活，具有較大的室內(nèi)空間，在考慮抗震設(shè)防要求的建筑中，由于框架梁柱截面較小，抗震性能差，剛度較低，而且高層建筑中的框架填充墻在地震中破壞嚴重，修復(fù)費用較高。故其多用于高度低、層數(shù)少的公共建筑。框架―抗震墻結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、方便使用的特點，又有較大的剛度和較強的抗震性能，多用于公共建筑和旅館建筑等。抗震墻結(jié)構(gòu)剛度很大，空間整體性好，承載力大，在水平力作用下側(cè)移小，用鋼量較省。它比較適用于高層住宅及旅館建筑等隔墻較多的建筑。一般框架―抗震墻結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)可以滿足大多數(shù)建筑物的高度要求;筒體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大、空間受力性能好，當建筑物的層數(shù)多、高度大、設(shè)防烈度高時，采用前述幾種結(jié)構(gòu)體系往往難于滿足要求，可用筒體結(jié)構(gòu)。

1.2 結(jié)構(gòu)選型階段要注意的問題

一是要注重結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。由于新、舊規(guī)范在這一方面出現(xiàn)了比較大的變化，新規(guī)范在此增加了比較多的限制因素。比如平面規(guī)則性方面的信息、嵌固端上、下層之間剛度比方面的信息等。與此同時，新規(guī)范采取了強制性規(guī)定，要求建筑物不能采用嚴重不規(guī)則之設(shè)計方案。所以，工程技術(shù)人員在明確新規(guī)范的限制條件中一定要加以注意，從而避免出現(xiàn)后期施工圖設(shè)計階段之被動。

二是要注重結(jié)構(gòu)的超高性。新規(guī)范在應(yīng)對超高問題上，除了把原先的限制高度設(shè)置為A級高度之外，同時還應(yīng)增加B級高度之建筑。所以，一定要對高層建筑結(jié)構(gòu)中的這一項控制因素加以注意，假如結(jié)構(gòu)為B級高度建筑，或者已經(jīng)超過了B級高度，那么其設(shè)計方法與處理方法都將出現(xiàn)一個相當大的變化。在具體的工程設(shè)計之中，出現(xiàn)過因為結(jié)構(gòu)類型之變更而忽略這一問題的情況，從而造成施工圖在審查時未能通過，一定要重新做出設(shè)計，這對于工程的工期與造價等總體規(guī)劃存在著相當大的影響。

三是要注重嵌固端設(shè)置。因為高層建筑普遍帶有二層或者二層以上的地下室與人防工程，嵌固端極有可能被設(shè)置于地下室的頂板上，同時也有可能被設(shè)置于人防頂板等處。例如，對嵌固端樓板設(shè)計、加強對嵌固端上下層剛度比限制、在進行結(jié)構(gòu)整體運算時做好嵌固端設(shè)置等。假如忽視了其中的任何一方面，均有可能對后期設(shè)計工作造成大量安全隱患。

2 高層建筑的抗風設(shè)計

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的破壞形式

主體結(jié)構(gòu)開裂或損壞，如位移過大引起框架、剪力墻、承重墻裂縫或結(jié)構(gòu)主筋屈服;層間位移引起非承重隔墻開裂;局部風壓過大引起玻璃、裝飾物、圍護結(jié)構(gòu)破壞;建筑物的頻繁、大幅度擺動使居住者感到不適;長期的風致振動引起結(jié)構(gòu)疲勞，導(dǎo)致破壞。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗風的一搬設(shè)計原則

保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，能可靠地承受風荷載作用下的內(nèi)力;結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，控制高層建筑在水平荷載作用下的位移，保證良好的居住和工作條件;選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和建筑外形。采用較大的剛度可以減少風振的影響;圓形、正多邊形平面可以減少風壓的數(shù)值;盡量采用對稱平面形狀和對稱結(jié)構(gòu)布置，減少風力偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響;外墻、玻璃、女兒墻及其它圍護構(gòu)件必須有足夠的強度并與主體結(jié)構(gòu)可靠地連接，防止局部破壞。

2.3 抗風設(shè)計的主要研究內(nèi)容

2.3.1 風荷載的計算

我國規(guī)范GB50068-2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》對荷載統(tǒng)計采用50年設(shè)計基準期，并且用平穩(wěn)二項隨機過程來描述荷載的隨機過程。氣流遇到建筑物時，在建筑物表面上產(chǎn)生壓力或吸力，即形成風荷載，其大小主要與近地風的性質(zhì)、風速、風向有關(guān)，也與建筑的高度、形狀和地表面狀況有關(guān)。

根據(jù)新規(guī)范進行主體結(jié)構(gòu)計算時，垂直于建筑物表面的風荷載標準值按下式計算，風荷載作用面積應(yīng)取垂直于風向的最大投影面積：

式中：為風荷載標準值(kN/m2);為基本風壓(kN/m2);為風壓高度變化系數(shù);為風荷載體型系數(shù);范圍為高度處的風振系數(shù)。

2.3.2 風荷載作用下高層建筑的振幅、震動速度和加速度控制

2.3.3 高層建筑的水平位移指標

根據(jù)現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對于高層建筑結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的變形響應(yīng)主要作以下兩方面的限制：①限制結(jié)構(gòu)的頂端水平位移u與總高度H的比值(u/H)，目的是控制結(jié)構(gòu)的總變形量;②限制相鄰兩層樓蓋間的相對水平位移Δh與層高h的比值(Δu/h)，一般Δu /h在結(jié)構(gòu)的各層中具有不同的比值，且往往最大的Δu/h要超過u/H的限值。限制最大的Δu/h目的是防止填充墻、裝飾部件的損壞，避免電梯軌道和管道等設(shè)施產(chǎn)生過大的變形。

高層建筑結(jié)構(gòu)的變形控制對于控制風振側(cè)移是非常重要的，結(jié)構(gòu)側(cè)移特別是層間側(cè)移是決定建筑物破壞程度的因素，因此能否將側(cè)移控制在允許限度內(nèi)，是檢驗抗側(cè)力體系有效性的重要指標。

3 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴大，在城市中涌現(xiàn)出越來越多的高層建筑。做為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)不斷學習和提高，重視結(jié)構(gòu)試驗研究成果，結(jié)合施工實踐，通過大量工程經(jīng)驗的積累，作出技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的各種高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。