高層建筑結構分析與設計研究

【摘要】 伴隨我國社會經濟的發展國民經濟的增長，建筑行業也隨之不斷的發展，近幾年，高層建筑作為一種新興的建筑模式，逐漸的出現在了人們的視野當中，并備受歡迎。隨著這一新型建筑類型的出現，使得社會上對于這一建筑模式的建設結構以及設計的特點等方面的內容十分關注。由于高層建筑中涉及到的結構類型、設計的方法等方面的因素較多，所以在實際的建筑設計中會遇到很多的結構問題與設計問題。因此，本文便以我國高層建筑目前的結構和設計特點，結合當前專家學者研究出的小部分理論，就現有的建筑結構的類型以及設計計算分析的實際情況進行簡單的研究，以便為相關單位的工作提供一定的意見參考。

【關鍵詞】 高層建筑；結構分析；設計研究

引言：高層建筑是伴隨近幾年社會生產的變化而出現，并隨著人們生產生活對此類建筑需求性的加強而不斷的發展起來的，屬于社會工業化、商業化和城市化共同發展的產物。伴隨科學技術的進步、各項質地較輕且強度較高的材料的出現以及電氣化、機械化與計算機技術等在我國建筑工程行業的拓展性應用，使得我國高層建筑的發展擁有了充足的技術和物質條件。世界上第一棟高層建筑是芝加哥的保險公司大樓，共十一層，高五十五米，隨著此棟樓的出現，高層建筑業逐漸的世界上發展起來。目前，我國已經建設完成的，高度在一百零四米以上的高層建筑已經超過了一百棟，其中，在上世紀九十年代末建設完成的上海金茂大廈是截止到目前為止我國最高的一棟高層建筑。

1.高層建筑的結構類型體系

1.1框架—剪力墻類型體系

當建筑物的框架體系整體的強度和硬度無法滿足設計和應用的要求時，往往會在建筑物平面部分找一個適當的位置，然后在該位置上設置一個體積比較大的剪力墻，用它來代替部分的建筑物框架，這也是框架—剪力墻這一建筑結構類型形成的原因。當建筑物在承受來自水平方向的一個力時，該結構類型可以通過具有足夠硬度的建筑物的樓板與連梁形成一個能夠協同工作的建筑結構體系。在這一體系中，框架承受的是垂直荷載，剪力墻承受的是水平荷載，該結構承載荷載的形式，使得其形成了彎剪型的位移曲線[1]。剪力墻這一結構體系的設置，使得結構的側向硬度被增強、水平位移被減小、框架結構應該承受的水平剪力下降且內力主要沿豎向的方向進行均勻的分布，這就使得該結構體系建筑物的能建高度要遠遠的高于由普通框架體系構建的建筑物。

1.2剪力墻類型體系

當建筑物的主體受力結構全部都是由建筑物的平面剪力墻結構建構完成時，便會形成剪力墻結構體系。在該結構體系中，單片的剪力墻承受的是全部的垂直方向的荷載與水平力。并且，由于該結構體系屬于剛性的建筑結構，所以，其主要呈現出彎曲型的位移曲線。與此同時，由于該結構體系的剛度和強度都處于一個相對較高硬度值上，所以其具有一定程度的延性、傳遞受力十分的均勻、具有良好的整體性和抗倒塌的能力[2]。所以，在大部分的高層建筑中，設計者都比較傾向于使用此種結構體系。總體來看，該結構體系屬于一種性質較為良好的結構類型，能夠建立出比框架—剪力墻結構類型還高的高層建筑。

1.3簡體類型體系

在高層建筑中，只要是使用筒體帶有抗側力建筑構件的結構類型體都被稱為筒體類型體系。該體系主要包括：單筒體體系、筒中筒體系、筒體—框架體系以及多束筒體系等各種類型[3]。從本質上來看，筒體屬于一種空間性的建筑受力構件，主要分為實腹和空腹兩種筒體類型。其中，實腹筒屬于由曲面強或者是平面強圍城的一種三維豎向單體結構；空腹筒屬于由窗裙梁、密排柱或者是開孔的鋼筋混凝土的建筑外墻組合構成的空間性的受力構件。因為該體系的這一構成使得其具有極大的強度和剛度，并且該體系內的各個受力也比較合理，抗震抗風的能力比較強，所以該結構體系常常會被應用于一些跨度比較大、空間比較大或者是一些超高層的高層建筑中。

2.各結構類型的設計方案

目前，我國的高層建筑結構都是有帶有豎向抗側力放入建筑構件，通過與水平樓板的連接而構成的大型的空間結構體系。由于該結構體系的復雜性，如果完全依照三維空間的結構進行分析時無法達到較高精確度的，所以，其設計方法種類也比較多。

2.1彈性假定

目前，在我國的建筑中比較實用的、對高層建筑的結構體系能夠進行精確分析的方法是彈性的計算方式。由于受到垂直荷載或者是受到了一般風力的作用，高層建筑的結構則通常會處于一種彈性的工作階段當中，從建筑結構體系的實際受到了罕見的臺風或者是地震的作用時，其內部結構常常會產生比較大幅度的位移，這時，建筑物的主體便會出現裂縫，該結構便進入到了彈塑性的工作階段之中。在此時，如果仍然使用彈性的方式來計算結構的位移與內力時，則無法真實、準確的反映出該結構體系此時真實的工作狀態。如果想要將結構此時真實的工作狀態反映出來，則需要以彈塑性的動力計算方法對結構進行設計。

2.2小變形假定

在高層建筑中，小變形假定法是一種被各種設計方法普遍使用的一種基本形式的假定方式。但是，目前我國由不少的專家學者與相關的研究人員開始對幾何中的非線性問題，即P—△效應進行了一些相關性的研究。經過了一段時間的研究和總結，專家學者與研究員中的大部分人都認為：當建筑頂點部分的水平位移△同高層建筑物的高度H二者之間的比值為△/H>五百分之一時，P—△效應的影響則不能夠被忽視，需要計算到高層建筑結構的設計當中去。

2.3剛性樓板假定

目前，我國大部分的高層建筑結構體系的分析方法大部分都是以建筑物的樓板在其自身這一平面內的剛度是無線大的為假定，對于建筑物自身平面外帶有的剛度則是忽略不計。由此可以看出，該設計方法在極大程度上減少了高層建筑結構體系的自由度，在一定程度上使得計算方法被簡化。并且，假定方式還為那些在空間上采用了薄壁桿件的理論在對筒體體系的結構進行計算時提供了較大的便利[4]。通常來講，受其自身計算方式和計算時相關的因素的影響，使得該方式比較適用于高層建筑中的框架和剪力墻兩大體系。但是，對于那些豎向的剛度會出現突變情況的高層建筑結構體系，樓板的剛度相對較小，且主要的抗側力的構件之間的間距過大或者是樓層數比較少的高層建筑，樓板出現變形時會產生較大的影響。

結論

總而言之，伴隨高層建筑在我國建筑工程行業的不斷發展，使得其將成為我國未來建筑行業的重要建筑類型之一。并且，由于各項能夠全面的滿足高層建筑的科學技術、建筑施工材料、形式與力學分析模式的逐漸發展與日益的復雜多元化，使得未來高層建筑的結構類型也將不斷的增多，其設計方式也會隨之不斷的增加。因此，為了能夠在未來的社會發展中不被淘汰，繼續的受到人們的歡迎，創新高層建筑的結構類型，追求更具有合理性的力學模型，將成為高層建筑設計師必須要研究和學習的問題。

參考文獻

[1]趙麗清.淺談高層建筑結構分析與設計[J].山西建筑，2007，14：68-70.

[2]胡文湛.淺談高層建筑結構分析與設計[J].江西建材，2006，01：27-29.

[3]李志德.高層建筑結構分析與設計方法研究[J].科技創新導報，2008，31：43.

[4]王燕，王維.淺談高層建筑結構分析與設計[J].山西建筑，2008，05：128-129.