结构设计是确保建筑质量的首要和核心步骤，特别是对超高层建筑而言，由于建筑层数多且结构复杂，因此在进行设计时需要注意的问题尤其多。
本文探讨了超高层建筑结构设计时应重点考虑的问题，针对国内外超高建筑结构设计的难点，从根本的力学原理概念及构造规划思路提出有效提高超高层建筑结构设计水平的相应处理措施。

　　关键词：超高层建筑；结构设计；优化设计；力学规律；探析
　　中图分类号：TU208文献标识码： A
　　引言
　　据惯例，当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑，在超高层建筑结构设计中，融入力学思维和构造规划概念设计，不仅可以体现工程师的设计理念，也能够对结构设计师专业和技术水平的标准进行有效衡量。

　　最伟大的科学发现和创新，往往蕴含着秩序、简洁和美，对结构设计而言，这种简洁和美，就是力学秩序，杰出的结构设计离不开对品质和力学规律的不懈追求。
所以对结构工程师而言，提升力学修养和应用力学思维解决结构问题是一项基本素养。

　　显而易见，超高层建筑的显著特征在于“高”，正因为“高”带来结构设计的诸多难点，在面对纷繁复杂的结构问题以及众多的所谓前沿技术面前（比如种类繁多的结构设计和有限元分析软件如何有效选取），很多结构工程师显得无所适从，迷失了自我，迷失了根本。
笔者认为，其实要做好结构设计，根源不在选取某款设计或分析软件，软件只是一种辅助手段，正所谓“花拳绣腿一百招抵不过一招真功夫”，套用结构大师林同炎的一句话，结构工程师不应盲从“设计软件”而应遵循自然定律。
追根溯源，需要从力学原理和规律去解决问题，超高层建筑由于其体量巨大，造成竖向荷载巨大；又因其超高，受风荷载及地震荷载影响很大，其实抓住了超高层建筑的这几个核心特点，方能从迷惑中走出，拨云见日。
要解决超高建筑结构设计的安全性，笔者建议应从如下角度进行思考：（1）抓住超高建筑结构的特殊性和特点，从强度、刚度和稳定性等角度优化结构方案；（2）应用概率和极限思维进行设计验证；（3）抓住主要矛盾，精简模型，引入构造规划概念设计。
下文将围绕这三个思路对超高层建筑结构设计进行探讨，以期作为同行参考。

　　一、概述
　　凡事预则立，不预则废，引入力学和构造规划概念，在结构设计中尤为重要。
当前在建筑领域倡导的BIM设计概念，同样尤其重视构造规划在全过程建筑信息模型中的重要性。
超高建筑的构造规划优化理念重视以实践为原则，根据工程建造的根本情况，以计划成本与质量控制为平衡点进行构造优化规划，其内容即是使用对超高建筑地基基础、结构主体、屋盖体系的构造计划以及围护体系构造计划等环节，建立起一种对于构造优化规划的模型，经过对各种不同的影响变量参数中的若干要害参数的科学的核算，建立超高层建筑项目构造规划的优化成果计划。
超高层建筑构造优化规划含义主要有两点：一是进行构造规划优化，优化资源配置，更有利于抓住关键环节，有利于消震减灾，削减表里外表装饰，提高受力性能，极大增强了超高建筑的结构稳定性和可靠性；二是构造优化规划大大降低了修建工程的总体造价，节约用地，很多资料表明，超高层建筑进行构造规划优化可以对施工资料的功能使用愈加合理化，可以让工程构造内部各个不同单元之间愈加充沛相互和谐，提升了整体项目的经济性和结构的可靠性。

　　二、超高层建筑结构设计的基本方法
　　1、结构设计原则
　　结构设计的基本思想以概率为基础的极限状态设计法。

　　1.1、承载力极限状态：如 (1) 丧失平衡;(2) 材料强度不足;3) 结构转变成为机动体;(4) 丧失稳定等 。

　　1.2、正常使用极限状态。
如 (1) 影响正常使用或外观的变形;(2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；(3) 影响正常使用的振动；(4) 影响正常使用的其他特定状态等 。

　　2、结构设计流程
　　高层建筑结构形式主要有：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、板柱结构、异形柱结构等，结构选型要根据预算、地质条件、地域抗震要求、风荷载、与建筑专业立面审美等综合因素，考虑一套因地制宜的有效结构方案，结构设计的主要流程如下：
　　（1）在接到地质勘察报告及建筑专业作业图之后，进行结构方案讨论，实践证明，方案讨论非常有效，讨论的重点是： a.结构形式的选型 b.基础形式选型 c.竖向构件―墙、柱的粗略布置→（2）与建筑以及其他专业进行协商、调整，通过计算进行初算→（3） 初步考察计算结果指标，根据计算指标对结构进行调整，包括构件布置与断面等→（3）对模型进行调整、深化，与各个专业详细配合，确定计算指标符合规范要求，并进行构件、地下结构的计算设计→（3）绘图、打印计算书→（3）提交设计成果。

　　三、主体结构体系设计和选取
　　在选取超高层建筑结构体系时必须针对所设计的建筑实际情况进行严格的评估分析，只有正确选取结构体系才能设计出经济合理，质量可靠的结构。
材质方面，目前超高层建筑多采用钢混结构。
结构形式方面，对于高层建筑来说主要以剪力墙结构和框架剪力墙结构及筒体结构为主。
框架剪力墙结构体系中以剪力墙作为主要抗侧力构建，而承受绝大部分水平荷载；而框架部分则主要承受竖向荷载。
框架剪力墙结构中框架和剪力墙两者共同受力，合理分工。
而剪力墙布置应均匀设置在建筑物的周边、电梯间等部位。
由于该结构以框架结构为主，剪力墙为辅助，这种结构体系适用于25层以下的建筑，最高不宜大于30层。
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱的，剪力墙作为竖向承重和抵抗侧力的结构，全部承受结构的竖向和水平力。
这种结构体系通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。
同时由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度要比框架剪力墙结构更好，该结构体系常用于40层以下的高层建筑，而且该结构高宽比不宜大于6。
核心筒结构就是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框内筒结构（或筒中筒）。
核心筒有钢筋混凝土密柱组成的束筒空腹式和钢筋混凝土剪力墙式的实腹式核心筒，核心筒结构十分有利于结构受力，并具有极优的抗震性。
是国际上超高层建筑广泛采用的主流结构形式。
同时，这种结构的优越性还在于可争取尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中，使主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、内部交通便捷的效果。

　　3、超高层结构设计难点
　　超高层结构设计重点考虑的三个基本荷载，也是构造规划的基本概念，即：竖向荷载（恒载、活载），风载和地震荷载，这三项荷载须根据规范结合实际地质状况，参照国内外结构设计的成功经验进行综合考虑和设计，不得有偏差，因为这关系到结构的强度、刚度和稳定性，也是国内外超高层建筑设计的难点所在。
其具体要求如下：
　　满足强度要求--在竖向，水平荷载作用下，结构构件不发生强度破坏。

　　满足刚度要求--在竖向，水平荷载作用下须满足位移的限值要求，还要使高层建筑结构的扭转刚度足够大，使得扭转阵型不是第一阵型，扭转周期与平动周期的比值要满足规定的限制。

　　满足强度要求--就是截面的抗拉、抗压、抗弯、抗剪承载力，能够抵抗竖向，水平荷载等产生的作用。

　　超高层建筑结构构造规划的重点是轴力、弯矩、位移，其总结的规律如下：
　　超高层建筑结构，高度对内力与位移（效应）的影响（三大要素）：