摘要：文章讨论了高层建筑结构设计中结构的对称性与均匀性，通过分析建筑主体抗侧力结构的对称性与均匀性的实际应用，总结概述了对称性和均匀性在高层建筑结构的主要体现，以给高层建筑结构设计提供参考。
关键词：高层建筑；结构；对称性；均匀性
中图分类号：TU97 文献标识码：A文章编号：
0前言
现代高层建筑随着社会经济的发展而使得建筑的高度和设计样式越来越丰富，这对建筑结构设计带了巨大的挑战，高层建筑结构设计对于建筑而言是关键，在符合设计安全要求的前提下实现视觉美观，是结构设计的最佳方案。本文就高层建筑中的对称性与均匀性做了一点理论探索和研究。
一般而言，为了达到建筑的对称性与均匀性，沿建筑物竖向方向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免建筑的整体刚度、承载能力和传力的突变，这样可以避免结构在竖向某一楼层或少数楼层出现不均匀的部位。由于这些部位将产生过大的应力集中或超量的变形，容易导致结构过早地倒塌。而建筑平面要求有规则，平面内结构布置比较均匀，这样可使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径进行传递，还可以使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。建筑平面规则、结构布置均匀，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之前重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。
1高层建筑主体抗侧力结构
主体抗侧力结构的刚度要求是高层建筑结构设计的重要衡量指标之一。第一，高层建筑的主体抗侧力结构刚度必须满足国家规范规定的水平位移、整体刚度、强度延性的要求，以保证高层建筑结构能正常工作，这也是高层建筑结构主体抗侧力结构刚度的最低要求，必须严格满足。此外，特别要指出的是，高层建筑结构抗侧力结构的刚度不宜过大，应当适宜。
若主体抗侧力结构的刚度过大，结构的基本自振周期就比较短，地震荷载会增大，结构承受的水平力和侧复矩也随之增大，因此导致地基基础的负担变大，而结构的断面和相应的构造配筋将会增加较大，设计结构不经济。
若主体抗侧力结构刚度过大，肯定造成结构所占的面积和空间变大，从而影响建筑的作用，降低了建筑平面利用系数，空间的利用将不合理。结构尤其是高层建筑在一个建筑中必须占据一定的空间。结构如何和建筑巧妙的结合，为建筑创造尽量更多的有效的使用空间，也是高层建筑结构设计的重要评价指标之一。扁梁框架和宽扁梁框架在高层建筑结构中的合理利用，有效地提高了建筑空间和使用空间，降低了建筑层高，改变了结构的延性，具有明显的综合技术经济效益，是高层建筑空间利用的一个好典型。近年来在筒体和整体结构高宽比很大的高层、超高层建筑结构中，利用避难层、设备层设置刚性加强层，在筒体和面广量大的楼面框架梁尺寸并没有过多增大的情况下，有效提高了结构抗侧刚度，满足了建筑、结构的使用要求，保证了建筑平面使用系数和建筑使用空间，是建筑空间利用的又一个好典型。只顾结构自身局部某个或某类构件的合理性，忽视建筑物整体的合理性，使结构占据过大的建筑空间，降低建筑平面利用系数，影响建筑物的使用标准，甚至引起建筑层高过多加大，使建筑物造价随之增加，这种设计思想和方法是错误的。应该说，如何做到使高层建筑结构中每一个构件都能较好地发挥既承受垂直荷载又承受水平荷载。充分发挥高层建筑结构中每一个构件的整体空间抗侧作用，才是一个好的高层建筑结构设计。
适宜的高层建筑结构主体抗侧力结构刚度应以满足或者略大于国家行业规范限定值，结构的延性和安全储备主要来源于优良的结构构造和精心设计分析；一味依靠增加结构断面尺寸来提高刚度，则容易会适得其反，然而，如果必须注意的配筋构造措施没有相应跟上，就会造成结构上的隐患，耗费了大量的材料和成本费用，反而损坏了结构的延性和安全度。
2高层建筑结构荷载
高层建筑结构荷载主要包括结构自重、活荷载、风荷载和地震作用荷载。通过高层建筑的结构的对称和均匀性设计，应当尽量使竖向构件在垂直荷载作用下的压应力水平接近均匀，这样就可以避免竖向构件之间压应力的二次转移，这也同样可以应用于高层建筑结构的基础设计中。要注意使基础反力水平接近、刚度均匀。当然竖向构件在垂直荷载下压应力水平(即轴压比：竖向构件组合设计压应力与该构件截面混凝上设计强度之比)绝对的一致是不可能的，但是竖向构件在垂直荷载下压应力水平就己经有较大差异的高层结构显然是不合理的。因为压应力的二次转移是以楼屋盖梁板的变形协调传递为代价的，势必要使楼屋盖梁板产生一定的附加二次内应力从而增加其钢量和断面，造成材料的浪费和造价的增加。同时要指出的是，垂直荷载下竖向构件压应力水平的调整协调十分复杂，它取决于整体结构的实际施土构成过程，实际的垂直荷载作用的时间、混凝上材料的徐变、收缩特性等，影响十分复杂，设计时很难事先予以准确的控制；因此到目前为止，尚无较好的软件来实现这个复杂过程的准确计算反映。这反过来又极易给结构造成内在的隐患。所以结论是十分明确的，即垂直荷载下竖向构件压应力水平接近均匀是最合理优化的结构选择;实际的高层建筑结构设计应该也是不难能够实现它的。
3高层建筑主体抗侧力结构对称性与均匀性主要体现
(1) 高层建筑主体抗侧力结构沿两个主轴方向的刚度应当比较接近、变形特点都比较相似。这是由于实际的高层建筑结构都是三维空间的，而在实际中的地震荷栽、风荷载都具有任意方向性的特点；因此，如果高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度必须均匀分布，这样才能达到比较良好的抗震和抗风性能。
(2) 高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面和构成变化应当保持均匀，严格不突变。这里主要是指主体建筑的结构剪切刚度不能发生突变。这种高层建筑的均匀性可以很好地避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，尤其是强震区的高层建筑结构设计时应当特别注意。
(3) 高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，严格保持同一主体方向各片抗侧力结构刚度均匀性，不能在主体结构设计中布置某一、二片刚度特别大而延性较差的结构。比如又长又窄的实体剪力墙。此时，即使结构仍满足对称性和刚度的要求，但这个刚度巨大的结构当发生地震时，将会第一时间吸收极大的能量，应力集中严重，从而容易最先达到破坏，继而引起整体结构的严重破坏。保证同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀性，水平荷载作用下应力分布将可以均匀，这样就大大的有利于结构抗震延性。
(4) 高层建筑主体抗侧力结构的水平布置还应当注意中央核心与周边结构刚度协调均匀分布，保证主体结构具有较好的抗扭刚度，以避免高层建筑物在地震荷载或风荷载的扭矩作用下产生过大的扭转变形而结构或非结构构件的破坏。这是因为实际的建筑平面变化无穷，特别是相邻未来建筑的影响，即使自身对称的建筑，风荷载仍会产生较大的扭矩，有时将超出设计控制的范围。
4结论
总而言之，高层建筑主体抗侧力结构的对称性与均匀性在主体抗侧力结构和刚度的主要体现在：
(1) 高层建筑主体抗侧力结构沿两个主轴方向的刚度对称、变形对称和抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要突变。
(2) 高层建筑主体抗侧力结构刚度分布均匀，高层建筑的刚度沿高度变化要一致均匀，不要因结构构件的布置不合理造成刚度突变。
参考文献
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