高层建筑结构分析与设计研究

【摘要】 伴随我国社会经济的发展国民经济的增长，建筑行业也随之不断的发展，近几年，高层建筑作为一种新兴的建筑模式，逐渐的出现在了人们的视野当中，并备受欢迎。随着这一新型建筑类型的出现，使得社会上对于这一建筑模式的建设结构以及设计的特点等方面的内容十分关注。由于高层建筑中涉及到的结构类型、设计的方法等方面的因素较多，所以在实际的建筑设计中会遇到很多的结构问题与设计问题。因此，本文便以我国高层建筑目前的结构和设计特点，结合当前专家学者研究出的小部分理论，就现有的建筑结构的类型以及设计计算分析的实际情况进行简单的研究，以便为相关单位的工作提供一定的意见参考。

【关键词】 高层建筑；结构分析；设计研究

引言：高层建筑是伴随近几年社会生产的变化而出现，并随着人们生产生活对此类建筑需求性的加强而不断的发展起来的，属于社会工业化、商业化和城市化共同发展的产物。伴随科学技术的进步、各项质地较轻且强度较高的材料的出现以及电气化、机械化与计算机技术等在我国建筑工程行业的拓展性应用，使得我国高层建筑的发展拥有了充足的技术和物质条件。世界上第一栋高层建筑是芝加哥的保险公司大楼，共十一层，高五十五米，随着此栋楼的出现，高层建筑业逐渐的世界上发展起来。目前，我国已经建设完成的，高度在一百零四米以上的高层建筑已经超过了一百栋，其中，在上世纪九十年代末建设完成的上海金茂大厦是截止到目前为止我国最高的一栋高层建筑。

1.高层建筑的结构类型体系

1.1框架―剪力墙类型体系

当建筑物的框架体系整体的强度和硬度无法满足设计和应用的要求时，往往会在建筑物平面部分找一个适当的位置，然后在该位置上设置一个体积比较大的剪力墙，用它来代替部分的建筑物框架，这也是框架―剪力墙这一建筑结构类型形成的原因。当建筑物在承受来自水平方向的一个力时，该结构类型可以通过具有足够硬度的建筑物的楼板与连梁形成一个能够协同工作的建筑结构体系。在这一体系中，框架承受的是垂直荷载，剪力墙承受的是水平荷载，该结构承载荷载的形式，使得其形成了弯剪型的位移曲线[1]。剪力墙这一结构体系的设置，使得结构的侧向硬度被增强、水平位移被减小、框架结构应该承受的水平剪力下降且内力主要沿竖向的方向进行均匀的分布，这就使得该结构体系建筑物的能建高度要远远的高于由普通框架体系构建的建筑物。

1.2剪力墙类型体系

当建筑物的主体受力结构全部都是由建筑物的平面剪力墙结构建构完成时，便会形成剪力墙结构体系。在该结构体系中，单片的剪力墙承受的是全部的垂直方向的荷载与水平力。并且，由于该结构体系属于刚性的建筑结构，所以，其主要呈现出弯曲型的位移曲线。与此同时，由于该结构体系的刚度和强度都处于一个相对较高硬度值上，所以其具有一定程度的延性、传递受力十分的均匀、具有良好的整体性和抗倒塌的能力[2]。所以，在大部分的高层建筑中，设计者都比较倾向于使用此种结构体系。总体来看，该结构体系属于一种性质较为良好的结构类型，能够建立出比框架―剪力墙结构类型还高的高层建筑。

1.3简体类型体系

在高层建筑中，只要是使用筒体带有抗侧力建筑构件的结构类型体都被称为筒体类型体系。该体系主要包括：单筒体体系、筒中筒体系、筒体―框架体系以及多束筒体系等各种类型[3]。从本质上来看，筒体属于一种空间性的建筑受力构件，主要分为实腹和空腹两种筒体类型。其中，实腹筒属于由曲面强或者是平面强围城的一种三维竖向单体结构；空腹筒属于由窗裙梁、密排柱或者是开孔的钢筋混凝土的建筑外墙组合构成的空间性的受力构件。因为该体系的这一构成使得其具有极大的强度和刚度，并且该体系内的各个受力也比较合理，抗震抗风的能力比较强，所以该结构体系常常会被应用于一些跨度比较大、空间比较大或者是一些超高层的高层建筑中。

2.各结构类型的设计方案

目前，我国的高层建筑结构都是有带有竖向抗侧力放入建筑构件，通过与水平楼板的连接而构成的大型的空间结构体系。由于该结构体系的复杂性，如果完全依照三维空间的结构进行分析时无法达到较高精确度的，所以，其设计方法种类也比较多。

2.1弹性假定

目前，在我国的建筑中比较实用的、对高层建筑的结构体系能够进行精确分析的方法是弹性的计算方式。由于受到垂直荷载或者是受到了一般风力的作用，高层建筑的结构则通常会处于一种弹性的工作阶段当中，从建筑结构体系的实际受到了罕见的台风或者是地震的作用时，其内部结构常常会产生比较大幅度的位移，这时，建筑物的主体便会出现裂缝，该结构便进入到了弹塑性的工作阶段之中。在此时，如果仍然使用弹性的方式来计算结构的位移与内力时，则无法真实、准确的反映出该结构体系此时真实的工作状态。如果想要将结构此时真实的工作状态反映出来，则需要以弹塑性的动力计算方法对结构进行设计。

2.2小变形假定

在高层建筑中，小变形假定法是一种被各种设计方法普遍使用的一种基本形式的假定方式。但是，目前我国由不少的专家学者与相关的研究人员开始对几何中的非线性问题，即P―效应进行了一些相关性的研究。经过了一段时间的研究和总结，专家学者与研究员中的大部分人都认为：当建筑顶点部分的水平位移同高层建筑物的高度H二者之间的比值为/H>五百分之一时，P―效应的影响则不能够被忽视，需要计算到高层建筑结构的设计当中去。

2.3刚性楼板假定

目前，我国大部分的高层建筑结构体系的分析方法大部分都是以建筑物的楼板在其自身这一平面内的刚度是无线大的为假定，对于建筑物自身平面外带有的刚度则是忽略不计。由此可以看出，该设计方法在极大程度上减少了高层建筑结构体系的自由度，在一定程度上使得计算方法被简化。并且，假定方式还为那些在空间上采用了薄壁杆件的理论在对筒体体系的结构进行计算时提供了较大的便利[4]。通常来讲，受其自身计算方式和计算时相关的因素的影响，使得该方式比较适用于高层建筑中的框架和剪力墙两大体系。但是，对于那些竖向的刚度会出现突变情况的高层建筑结构体系，楼板的刚度相对较小，且主要的抗侧力的构件之间的间距过大或者是楼层数比较少的高层建筑，楼板出现变形时会产生较大的影响。

结论

总而言之，伴随高层建筑在我国建筑工程行业的不断发展，使得其将成为我国未来建筑行业的重要建筑类型之一。并且，由于各项能够全面的满足高层建筑的科学技术、建筑施工材料、形式与力学分析模式的逐渐发展与日益的复杂多元化，使得未来高层建筑的结构类型也将不断的增多，其设计方式也会随之不断的增加。因此，为了能够在未来的社会发展中不被淘汰，继续的受到人们的欢迎，创新高层建筑的结构类型，追求更具有合理性的力学模型，将成为高层建筑设计师必须要研究和学习的问题。

参考文献

[1]赵丽清.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑，2007，14：68-70.

[2]胡文湛.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].江西建材，2006，01：27-29.

[3]李志德.高层建筑结构分析与设计方法研究[J].科技创新导报，2008，31：43.

[4]王燕，王维.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑，2008，05：128-129.