阐述高层建筑结构设计基本要求
摘要:近十年来，高层建筑在我国以世界上史无前例的建设速度和建造数量发展起来。同时，高层建筑区别于传统建筑的特点及面临的建筑挑战也随之显现。本文从高层建筑的特点出发，对高层建筑结构设计的基本要求，注意事项等方面进行了阐述分析。
关键词：高层建筑,结构设计,pkpm软件,风荷载,抗震
一．引言
从台北101大楼到芝加哥西尔斯大厦，从香港中国银行大厦到阿联酋迪拜大楼，高层建筑凭借其节约土地，增加休闲空间的显著优势逐步应用到办公，休闲甚至是住房居住等方面，成为城市繁荣进步的标志之一。相关建筑设计人员应该根据高层建筑结构的特点，准确的运用pkpm系统，按照统一严格的标准进行高层建筑的设计，以达到高层建筑对于稳定性，抗震性，抗风性，抗侧力等指标的更高的要求。
二．高层建筑结构体系的特点
相比于传统的低层，多层建筑，高层建筑中的结构设计显得尤为重要，其结构设计的特色直接关系到高层建筑的外观设计，内部配备，管道走向以及投资造价等具体问题。高层建筑结构体系的具体特点如下：
1.减轻自重，提高抗震能力
高层建筑重心高，稳定性较差，因此，高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。地震效应与建筑的重量成正比。高层建筑重量大了，地震对其冲击力大，导致竖向构件产生很大的附加轴力从而容易造成高层建筑的倾覆坍塌，因此，减轻房屋自重可以有效提高结构抗震能力，同时，还应综合考虑更多提高抗震性的因素，只有使结构具有良好的抗震性能，才能做到小震不坏、中震可修，大震不倒，起到良好的保障作用。
2.水平力是设计主要因素
虽然以重力为代表的竖向荷载在高层建筑中有很大的作用，但是在高层建筑中，与竖向荷载在底层和多层房屋结构中的控制性相比，水平荷载却起着决定性作用。一方面，水平荷载引起的轴力，与建筑高度的平方成正比。另一方面，对高层建筑来说，建筑动力性与水平荷载息息相关，动力性的不同所引起的风荷载和地震作用的变化是巨大的。
3.侧移成为控指标
结构的侧向变形与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。随着高层建筑的高度不断增加，结构侧移在结构设计中的地位也越来越重要，成为设计的控制指标。侧向变形的迅速增大会加大高层建筑的危险系数，因此，高层建筑结构设计对结构强度提出了更高的要求，同时，对其抗推刚度设置了严格的标准，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，避免产生房屋侧塌，主体结构出现大裂痕，机电设管道损坏，令居住人员感到不适或者惊慌等情况。
4.避免轴向变形问题
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力和轴向压缩变形一般大于边柱的轴压应力和轴向压缩变形。而且，随着房屋达到一定的高度，连续梁中间支座沉陷，造成支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大的严重后果，所以，轴向变形是高层建筑结构设计中不容小视的因素。
从高层建筑结构体系的特点出发，高层建筑结构设计过程中必须做到减轻自重，具有良好的抗震性，抗推刚度，承受重力荷载，风荷载等性能，避免部分损坏对整体的破坏性，提高高层建筑的实用性，安全度。
二．PKPM高层建筑结构设计软件应用相关问题
高层建筑结构设计工作人员，应该有效地利用pkpm软件系统，通过其中的抗震规范、高层规程、荷载规范、混凝土规范等对高层建筑设计设立统一的标准，保障高层建筑的实用性，安全性等。
1.风荷载
风压标准值计算公式为:WK=βzμsμZW。风荷载w与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关。
1)、基本风压:：提高承受风荷载的能力，在高层建筑结构设计中对于风荷载基本值的重现期定位50年一遇，但是，对于B级高度的高层建筑，尤其是特别重要的高层建筑，应该采用100年一遇的风压值进行高层建筑的结构设计。
2)、结构的基本周期：结构的基本周期的计算，可采用结构力学方法进行,对于比较规则的结构,可以采用近似方法计算:框架结构T=(0.08-1.00)N:框剪结构、框筒结构T=(0.06-0.08)N:剪力墙结构、筒中筒结构T=(0.05-0.06)N。其中N为结构层数。
2.抗震作用
高层建筑的结构设计必须考虑到建筑的承载力，使得高层建筑既具备一定的坚硬性，又拥有一定的延伸性。其抗震设计应该本着“小震（烈度约为5.45度）不坏、中震（烈度为7度）可修、大震（烈度为8度）不倒”的设计原则进行，使其抗震性能达标。
1）、抗震设防烈度：:抗震设防烈度与设计基本地震加速度值有对应关系,并增加了7度(0.15g)和8度(0.30g)两种情况。
2)、竖向地震作用：在高层建筑设计过程中，应该考虑到建筑物的竖向地震作用，其中，8度、8.5度，9度时应分别应该取重力荷载代表值的10%、15%和20%,带转换层的高层建筑结构,8度抗震设计时转换构件应考虑到竖向地震影响。
3)、偶然偏心：计算地震作用时，应考虑偶然偏心的影响,附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5%。
3.不同的结构体系
1）、框架结构体系。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，其由梁和柱通过节点构成承载结构，使建筑物的室内空间较大，使用更加灵活方便，对于建筑的布置有更大的发挥空间。但是，此类结构框架梁柱截面较小，其高度及抗震性能较差，主要应用于不需要考虑抗震设防，层数少，高度在70米以下的高层建筑中。
2）、剪力墙结构体系。剪力墙结构体系，就是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载。该结构的刚度大，不易变形，能够满足较好的承载力。但是，由于剪力墙结构存在间距不能太大，导致平面布置不灵活，建筑物自重太大，带来了种种弊端。
3)、框架—剪力墙结构（框架—筒体结构）体系。该结构运用了框架和剪力墙结构，将二者很好的结合，取长补短，使得高层建筑既具有了框架结构空间大，方便灵活的优势，又具备了刚性强，承载力大的特点，采用这种结构的建筑物具有良好的抗震性，在我国广泛应用于震区和非震区的较高的高层建筑物中。
4）、筒体结构。单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。该种结构常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现，能够满足对于设防烈度要求很高的高层建筑的设计应用。
不同的结构体系具有不同的特点，适用于不同的地区，不同的高度，具体实践中还应该综合考虑，做到具体问题具体分析。
三．结束语：
高层建筑发展突飞猛进，日新月异，然而，其中仍存在诸多设计建筑问题，无论是从建筑难度，还是风险系数来讲，都存在着未克服的困难，这需要技术工作人员去一一解决，只有将高层建筑结构的特点及注意事项了熟于胸，将现代软件科技技术掌握的得心应手，将所有的设计要求落实的一丝不苟，才能使得高层建筑随着社会进步，实现更大的飞跃。
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