浅析高层建筑结构设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2013-02-19浏览：25次

　　摘要：本文作者介绍了高层建筑的结构设计特点，提出了高层建筑结构设计时的静力分析方法。

　　关键词：高层建筑,结构设计

　　本文对高层建筑的结构设计特点、对高层建筑结构设计的详细分析以及高层建筑结构设计时的静力分析方法三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。由于高层建筑结构的高速发展，这也对建筑结构的结构设计提出了更高的要求。结构设计工作者进行结构设计时，应不断的设计出更为新颖的建筑结构形式和更为合理的力学模式，只有这样，城市中的高层建筑结构才能继续健康而又快速的发展。

　　1 高层建筑的结构设计特点

　　1.1 建筑结构设计的决定因素

　　水平荷载。在竖构件中因受到外力荷载而导致产生轴力和弯矩的楼面和楼房自重是随着楼房高度的变化而变化的，并且两者的关系是成正比例的;而在竖构件中产生轴力以及对建筑结构产生倾覆力矩的水平外力荷载是与楼房高度的平房成正比例关系变化的。一般情况下，在具有一定高度的建筑结构中，其竖向的荷载是一个固定的值，而其受到的地震作用导致的水平荷载和风荷载是不固定的，建筑结构动力特性的不同，它们也会随之有不同幅度的变化。

　　1.2 建筑结构设计的控制指标

　　结构侧移。结构侧移是高层建筑结构设计中的主要因素之一，这点与低层的建筑结构是有所不同的。结构在受到水平荷载时而产生的结构侧移是会随着建筑结构的高度增加而增加的，这就导致了在水平外力荷载的作用下产生的结构侧移能够被控制在一定的范围之内。

　　1.3 结构轴向变形也是设计时不能忽视的重要因素

　　当高层建筑结构受到很大强度的竖向荷载时，这是在其结构构件的柱内部就会引起很大的轴向变形，同时还会很大程度上影响连续梁弯矩的产生，从而增大了端支座负弯矩的值和跨中正弯矩的值，降低了连续梁中间支座的负弯矩值。另外，轴向变形对于预制构件中的下料的长度也是有一定的影响的，所以当需要对预制构件中的下料的长度进行调整和更改时，必须根据轴向变形的计算值进行调整。

　　2 对高层建筑结构结构设计的详细分析

　　2.1 关于高层建筑结构基本假定的分析

　　简体框架和剪力墙通过水平平楼板相互连接就构成了所谓的高层建筑的结构，所以要想在三维的空间内对高层建筑的结构进行完整并且准确的分析研究是具有一定的难度的。在每一种分析的方法中，都要引入很多种不同程度的假定的计算模型。以下介绍几种在高层建筑结构设计中较为常见的基本假定：

　　2.1.1 刚性楼板假定

　　通常在对高层建筑结构进行结构设计的分析时，通常会存在这样一种假定：即忽视建筑结构平面外的刚度而注重建筑结构平面内的刚度无限大。这种假定的好处是不仅仅简化了结构设计的计算方法，而且还降低了结构位移的自由度，同时也更有利于在进行简体结构的计算时使用空间薄壁杆件理论。一般情况下，刚性楼板假定在剪力墙体系和框架体系中都是能够完全适用的，但是对于会可能会发生突变的竖向刚度结构就不一定适用了，会导致楼板结构产生较大的变形。如一些层数不多、楼板刚度不高、主要抗侧立的结构构件的间距过大的情况，尤其是对结构顶部每层的位移、内力以及结构的底部的影响效果是最为显著的，所以当进行结构设计时遇到这些问题时，应制定适当的调整措施。

　　2.1.2 计算图形的假定方法

　　通常情况下，计算图形的假定方法是对高层建筑结构进行三维空间分析时所采用的最主要的方法。二维协同的分析方法是并没有考虑抗侧力结构构件的公共节点在楼面外的位移这一因素的，另外，二维协同的分析方法也没有重视抗侧力结构构件平面外的扭转刚度和刚度这两个因素。当对精通杆单元的每一个节点进行三维空间分析时，会发现每一个节点都是只具有六个自由度的，而如果用符拉索夫薄壁杆理论对其进行分析时，则分析的就不够完整，截面翘曲自由度这一因素就没有被分析。

　　2.1.3 小变形假定

　　一般情况下，小变形假定也是在对高层建筑结构分析时被使用较多的一种基本的假定方法，结构设计人员对建筑结构进行分析时都是从几何非线性方面对其分析的，也就是 P-△效应方面。通过分析，已经得到了这样一个注意事项：当结构顶点的水平位移与建筑物的高度的比值是大于0.002时，P-△效应对结构的影响就是必须被高度重视的。

　　2.1.4 弹性假定

　　在高层建筑结构的分析方法行，弹性假定的计算方法也是使用较为广泛的一种分析方法。当结构受到垂直荷载时，建筑结构处于弹性工作的时间就会比较久，则弹性假定与建筑结构的实际工作状况就是比较吻合的。但是当建筑物受到强风火地震等不可抗的外力导致的灾害时，建筑结构由于产生较大的位移就会出现裂缝，这是的工作状态就是弹塑性的状态，这时在对建筑结构分析时就需要采用弹塑性动力分析的方法，这样才能真实的反映出建筑结构的工作状态。

　　3 高层建筑结构设计时的静力分析方法

　　3.1 简体结构

　　等效连续化分析方法、等效离散化分析方法和三维空间分析方法是对简体结构进行静力分析时的三种方法，其中等效连续化分析方法和等效离散化分析方法是主要的两种方法。①等效离散化的分析方法是把连续的墙体离散成为等效的构件，这种方法更有利于对杆系的结构进行分析，核心筒的构架分析法和平面构架子结构法构成了等效离散化这种分析方法。②等效连续化的分析方法是对结构中的离散的杆件进行连续的处理的方法。处理方法主要有以下两种：一种是作物理和几何上的连续处理，将离散的杆件等效成为正交异性弹性薄板，这种处理方法能够的分析和应用弹性薄板;另一种则是对结构进行几何分布上的连续化，这种处理方法更方便应用连续函数从而描述结构的内力。

　　3.2 剪力墙结构

　　剪力墙的变形状态和受力情况都是由剪力墙的开洞情况所决定的，鉴于结构受力是具有很多种特征的，因此单片剪力墙就被分为联肢墙、单肢墙、开洞墙、框支墙等多种类型的墙结构，剪力墙类型的不同就导致了结构截面上所受应力情况的不同，所以对剪力墙结构的

　　位移和内力进行分析时就必须采取正确的对应的分析方法。平面有限单元法是分析剪力墙结构的方法，这种方法的计算数据更为准确，同时这种方法也适用于计算不同类型的剪力墙结构，由于剪力墙结构所受的自由度很多，所以分析计算其所耗的机时也是很多的，现实中如遇到特殊开洞墙、框支墙的过渡层等所受应力的侵略较为的剪力墙结构时，应采用这种方法进行分析和计算。

　　3.3 框架———剪力墙结构

　　在对框架--剪力墙结构的位移和内力进行分析计算的众多方法中，连梁连续化假定方法是最常使用的方法。通过调整框架和剪力墙的相等转角和水平位移，就能够建立外荷载与位移之间的微分方程，通过解答方程对其进行计算。由于计算时，考虑的因素以及选用的未知量都不是完全相同的，所以每种方法的解答方式也是不同的。对已经转换成为等效壁式框架--剪力墙结构进行解答时，应该采用杆系结构矩阵位移的方法进行求解。

　　4 结束语

　　进入到新世纪以来，随着我国的国民经济水平的飞速的提升，我国的高层建筑行业也得到了十分迅速的发展，但是随着高层建筑结构高度的逐渐增加，这也对建筑的结构设计提出了更高的要求。为了保证建筑物竣工后的使用安全以及延长建筑物的使用寿命，就必须总结国王的结构设计的经验，概括建筑物在进行结构时的设计要点，并对结构设计时经常出现的问题加以分析和探讨。

　　参考文献:

　　[1]朱炳寅.建筑结构设计问答与分析[M].北京：建筑工业出版社，2009.

　　[2]孙玲玲.浅谈房屋建筑结构设计要点[J].科技促进发展，2011.

《浅析高层建筑结构设计》

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