高层建筑的受力特点和基本要求

1.水平作用是结构设计的主要控制因素

在高层建筑设计中，高层建筑结构设计是很重要的一环。高层建筑结构不仅承受竖向荷载（如结构自重、楼面与屋面活荷载等），而且也承受水平作用（如风荷载、地震作用等）。多层建筑，一般可以忽略由水平作用产生的结构侧向位移对建筑使用功能或结构可靠度的影响。从结构内力看，竖直荷载主要使柱产生轴向力，与房屋高度大体上为线性关系，如图1.68（a）所示。而水平荷载则使柱产生弯矩，当荷载为均匀分布时，弯矩与房屋高度呈二次方变化，如图1.68（b）所示；从受力性质看，竖直荷载作用方向不变，房屋高度增大仅引起轴力数值增加。而水平荷载作用方向可来自任一方向，反向荷载可能引起内力性质改变；从侧移大小看，竖直荷载引起的侧移很小或不产生侧移。而水平荷载为均布时，侧移与房屋高度呈四次方变化，如图1.68（c）所示。上述由水平作用引起的弯矩和侧向位移常常成为决定结构方案、结构布置及构件截面尺寸的主要控制因素。

图1.68　高层建筑的结构受力特点

2.结构刚度是结构设计的关键因素

要设计多少层或多高的建筑，这是出自使用的需要，而建筑平面和高度一经确定，外荷载也就不容商榷。为抵抗外荷载（特别是水平作用）引起的内力和控制房屋的侧向位移，则要求结构应具有足够的强度和刚度，而结构的刚度往往是高层建筑结构设计的关键因素。抗侧移刚度的大小不仅与结构体系紧密相关，而且直接关系到结构侧向位移的大小。为此，《高层规程》规定如下：①高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于表1.3的限值；②高度不小于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/500；③高度在150到250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h的限值按线性插入取用。

表1.3　楼层层间最大位移与层高之比的限值

3.高宽比限值及平面布置

建筑物的高宽比，对于多层建筑来说尚不突出，但对高层建筑却显得十分重要。建筑总高度与总宽度要保持合理的比例，要既能使建筑体型美观，又满足抗风抗震要求，这是最佳设计的主要条件之一。表1.4为钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比。(www.xing528.com)

表1.4　钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比

此外，高层建筑的结构平面宜简单规则、对称，减小偏心，平面长度不宜过长，钢筋混凝土高层建筑的平面长度L与宽度B之比宜满足第2章表2.2的要求。

4.选择有利于抗侧力的建筑体型

在按照建筑的不同功能和不同层数选取合理的结构形式、结构体系，并考虑其最佳高宽比的同时，还必选择有利于抗风抗震的建筑体型，且宜选用风作用效应较小的平面形状。

5.注重概念设计，协调配合，统筹布局

高层建筑结构设计，应从总体上注意概念设计，重视结构类型的选取和结构体系的确定，重视结构平面布局和竖向布置的规则性。在抗震设计中，应择优先选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，特别要注重采取和加强有效的构造措施，以保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性。

高层建筑结构设计与建筑设计密不可分，不同的结构体系对建筑布局均有不同的影响。例如，高层建筑是以电梯作为主要的垂直交通工具，在结构设计中，应注意如何有效地利用电梯，组织方便、安全而又经济的公共交通体系。其他如供水、供电、通信设备，防火、防烟、疏散、安全措施以及服务设施、环境、废物处理等。所有这些，均需要全面考虑与统筹安排，做好相互间的协调配合。

在低层建筑中，有些问题常被认为不太重要而被忽视，但在高层建筑中则非常突出，必须慎重处理。如结构的自振周期、振型组合、N-Δ效应、场地土特性及其对结构的影响等。又如风荷和结构的风荷效应、涡流和旋风等。一个高层建筑除了建筑、结构、施工外，还有设备、通信、防火、交通、环境、服务设施、废物处理等，需要全面考虑，统筹安排，协调配合。

在多、高层建筑中抵抗水平荷载为设计的主要矛盾时，抗侧力结构体系的确定和设计就成为结构设计的关键问题。高层建筑中常有的钢筋混凝土结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构。