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浅谈高层建筑结构体系的发展和应用
3.3 轴向变形的影响在设计中不容忽视
在一般房屋结构分析中，通常只考虑构件弯曲变形的影响，而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响，因为一般来说其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大，对结构内力分配的影响大，因而构件中的轴向变形影响必须加以考虑；
（1）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响; （2）水平荷载的影响
水平荷载作用下，使竖向结构体系一侧构件产生轴向压缩，另一侧构件产生轴向拉伸，从而产生整体水平侧移。
3.4 延性成为结构设计的重要指标
相对于低层建筑而言，高层建筑更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取适当的措施，来保证结构具有足够的延性。
（1）延性表示构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能。
（2）结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散”能力的大小，即决于结构延性的大小。
（3）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当的抗震构造措施来保证。
3.5 动力效应大
结构本身的特点不同，如结构的类型与形式，结构的高度与高宽比，自振周期与材料的阻尼比等的不同，结构受到地震作用或风荷载作用时，产生的动力效应严重影响结构物的正常使用，甚至造成房屋的破坏。
3.6 扭转效应大
当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力结构的侧移发生变化，影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。
3.7 结构的稳定和抗倾覆
必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题。在高层建筑结构设计中，应该重视结构的整体稳定性与结构的抗倾覆能力，防止结构发生整体失稳的破坏情况。
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3.8 温差过大产生的温度应力及变形大
当建筑物高度很大时，结构内力与上下的温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。
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4 高层建筑结构设计时选定结构体系需要注意的问题
4.1 结构的平面形状及立面型式
高层建筑结构要抵抗水平和竖向荷载作用，高层建筑结构中的抗侧力结构成为结构设计中的主要问题。因此，平面形状宜简单、规则、对称，避免过多的外凸、内凹。在抗震结构中，结构体型、布置，构造措施的好坏比计算是否精确更直接影响结构的安全。平面和体型的选择必须在综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理及便于施工等因素后确定。
在高层建筑结构设计中，保证结构安全和经济合理等要求比一般多层建筑更为突出，因此宜尽量采用简单规则的平面，立面型式也应避免过多外挑内收。目前有一些高层建筑的平面形状过于复杂，凹角很多，对抗震是不利的，特别是一些工程采用了收腰的平面，在平面的狭窄部位，地震时容易破坏，所以在方案选择阶段宜尽量调整，加大宽度、加厚楼板。再如近年建成的同济大学图书馆等，这类悬挂结构只有中央电梯井落地，楼面全部悬挑，从整体上看时竖向悬臂结构，缺少第二道防线，所以在抗震设计时宜慎重采用。为了建筑外形的标新立异而以结构抗震和安全隐患为代价是得不偿失的。
4.2 结构刚度
高层建筑的抗侧刚度对结构的抗震性能有很大影响，应设计得刚些还是柔些，不同的设计有不同的做法，因此各结构物的经济指标相差较大。据调查，目前的高层建筑大多数都设计得比较刚，特别是高层住宅，主要表现在剪力墙较多，而且墙普遍较厚，有些建筑只有十几层，墙厚达400 mm-500 mm左右，比较浪费，计算的最大相对侧移值只有1/30000-1/50000，甚至更小，对于土质较好，基岩埋深较浅的地区，地基的特征周期值较小，而高层建筑大多数采用桩基，持力层多落在中、微风化岩上，所以建议高层建筑的抗侧刚度一般可以设计得柔些，可以以结构的极限变形能力(保守的也可按规范的位移限制)作为控制值。在满足变形限值的前提下，结构刚度尽可能设计得小些，这样，既降低地震作用，也使场地土与建筑物发生共振的可能性减小，而且又达到了经济目的。
4.3 高宽比限制
《钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程》(JGJ-91)中对高层建筑的结构高宽比H/B进行限值的目的是为了保证结构整体的稳定性和不倾覆。一般而言，随着建筑物高度的增加，倾覆力矩也将迅速增大，高宽比大的结构其安全性和经济性较差，所以高宽比限值原则上是需要的。但目前高宽比限值中考虑的因素过于简
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单。首先，结构的抗倾覆性与基础埋深、基础宽度及基础形式等有很大的关系。基础埋的越深、基础宽度越大，结构抗倾覆能力就越大，高宽比控制就可以稍大一些;有桩基础的结构，其抗倾覆能力比天然地基的抗倾覆能力好，所以高宽比控制也可以大些。其次，上部结构的刚度分布不同，结构整体性也不同，若上部结构通过合理结构设计能保证结构具有足够的刚度，以使结构在地震作用下和风振作用下都不会有过大的动力反应，高宽比控制也可以大些。比高层建筑更细柔的高耸结构设计时并不采用H/B来控制，而是通过计算确定附加弯矩等不利因素从而采用相应的措施，安全性同样能得到保证。因此，可以通过合理的基础和上部结构设计来考虑结构整体性和抗倾覆性的要求，适当突破高宽比限值。
4.4 侧向位移限制
高层建筑结构的水平位移随着高度的增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。
控制顶点位移u/H的主要目的是保证居住、工作的人有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌，但人的舒适感主要与结构的自振周期和顶点的加速度有关，而与顶点位移并没有十分直接的关系，所以用控制u/H来保证人的舒适度根据并不充分。另外u/H较大的结构只是可能会倒塌，而结构遭遇到强烈地震时能保证不倒塌的关键，是结构构件、结构体系应具有足够的变形能力和耗能能力，如采用一些减振、隔振装置，关键部位用钢骨混凝土等。使结构具有足够的延性是抗震设计的关键，控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑P-△效应。
控制层间位移△u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏，但目前的限值中没有明确△u的定义，上下两层的水平位移差与层转角的含义又不同，下层转动引起的上层刚性位移对构件内力并不产生影响，弯曲产生的变形和剪切产生的变形对构件内力的影响也是不一样的。因此，虽然△u/h有限值要求，但不同的算法所得的数值有时会相差几倍，所以△u/h实际上失去了指导意义。另外，衡量填充墙、装饰物等非结构构件的开裂的损坏与否，用△u/h来控制也不是最妥当，如非结构构件与主体结构之间是刚性连接，则应主要看其主拉应力是否超出材料的开裂强度和破坏强度;若非结构构件与主体结构是柔性连接且连接材料具有较好的变形能力，则△u/h超出限值也并不会破坏。
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