浅析高层建筑结构设计与分析

摘　要：随着社会发展，科技技术的进步，基本建设规模的大型建筑、高层建筑结构形式越来越多。总结了高层建筑结构设计的特点。并提出了高层建筑结构分析的相应方法，为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。
关键词：高层建筑；建筑结构；剪力墙
1.高层建筑结构设计有以下特点
　　水平荷载成为决定因素。楼房的自重和楼面的使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯曲的数值，仅与楼房的高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的二次方成正比。
　　轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。
　　侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移成为高层结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内
　　结构延性事重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层结构更柔一些，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恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
　　2.应用高层建筑的结构体系
　　剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，时一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架—剪力墙体系
　　框架—剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置加大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架—剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系，在体系中框架体系主要承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平剪力。
　　筒体体系。凡采用筒体为抗测力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体.筒体—框架.筒中筒.多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混泥土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风，抗震能力很强，往往应用于大跨度.大空间或超高层建筑。

　　3.对高层建筑的结构分析
　　1）高层建筑分析常见的一些基本假定
　　弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑动力分析方法进行设计。
　　小变形假设。小变形假设也是各种方法普通采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题P-△效应进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移△与建筑物高度H的比值△/H大于500分之一时，P-△效应的影响就不能忽视了。
　　刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。

　　2）高层建筑结构静力分析方法
　　剪力墙结构
　　剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙.小开口整体墙.连肢墙.特殊开洞墙.框架墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法
。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能够使用。但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙.框支墙的过渡层等应力分布复杂情况。

　　框架—剪力墙结构‘
　　框架—剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定
。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件 ，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式也不相同。框架—剪力墙的计算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
　　筒体结构

　　筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法多用等效连续化方法.等效离散化方法。
　　等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件带换为等效的正交异性弹性薄版，以便应用分析弹性薄版的各种有效方法。具体应用有连续化微分方程解法.框筒近似解法.拟壳法.能量法.有限单元法.有限条法等。
　　等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架缝隙法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法.展开平面框架.核心筒的框架分析法.平面框架子结构法。

　　4.结论
　　随着我国社会经济的蓬勃发展，建筑科技和建筑技术也有了高速发展。尤其在城市，随着进一步发挥土地的综合利用率的提高，高层建筑正在日益成为城市建筑的主体。为了体现高层建筑的魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们目标和方向。

参考文献：
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王业娥;;高层建筑与城市设计分析[J];建设科技;2006年13期
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