淺談高層建筑的結構設計分析

　　呂巖

　　摘要：近年來，我國高層建筑的發展迅猛，但在工程設計過程中，往往出現了一些由于人為原因的資源浪費問題。筆者從高層結構的設計特點入手，對于影響高層建筑結構的等等因素進行了詳細的論述。

　　關鍵詞：高層建筑;結構設計;結構體系

　　1.前言

　　改革開放以后，我國國民經濟實力不斷提高，隨之的綜合國民建筑水平也在迅速發展，特別是高層建筑。從我國內地50年代以后，開始自行設計高層建筑.直到建國后,1977年，廣州白云飯店建成。我國的高層建筑突破百米大關。自96年以后我們的鋼鐵產量勢頭猛進，混凝土用量躍居第一，這都為高層建筑的發展創造了有利的條件。我國高層建筑的結構式在同時承受垂直荷載和水平荷載力的基礎上具有抗震性能的綜合作用力建筑。隨著高度增加，移位的增加速度也越快，但是移位過度也會造成結構構件和非結構構件的壞損。為了避免這個現象，抗側結構設計就成為了高層建筑的設計關鍵因素。

　　目前我國高層建筑設計中，使用比較普遍的材料就是鋼和鋼筋混凝土。對于鋼筋混凝土材料而言，造價低和材料來源豐富是其最明顯優勢，特別是復雜的斷面形狀對于結構的體系抗震性是有很高的優勢的。對于結構的設計者而言，主管能動性的發展要素也很重要，因為它是集知識和經濟融合為一體的完整過程。很多時候在設計過程中對于材料和結構體系相同情況下都會出現設計任務不同的方案，這些方案的適用性存在不小的差異的，這也是傳統方式的一個弊端，這就要求我們對于現有設計的優化勢在必行。

　　2.高層建筑結構與分析的基本特點

　　隨著我國高層建筑的高度增加，對于水平荷載的控制也越來越重視。由于樓法規的自重和露面的荷載豎構建引起的軸力和彎距的比值為正的時候，水平方向的荷載結構傾覆力作用大，反之則小。在高層的結構中，隨著豎向構件的軸作用力越大，它的水平荷載程度偏移也就越大，其倒三角形成的彎矩也就會越大。通常在低層建筑中的彎矩考慮作用能力與軸力的影響都不大。但是高層建筑就不一樣了，高層建筑的層數和高度以及軸作用力，對于變形曲線的內力值是會產生弧度變化的。如果在采用框架體系和框的墻體系高樓中，其軸壓力的租用往往會比邊柱的軸壓應力大，會發生壓縮變形。

　　對于高層建筑的軸向變形因素分析過程中，要總和考慮豎向荷載的受力施加程度，如果其結構自重的過程是逐層的施加的，那么其軸向壓縮過程的分段壓力在各個樓層標高處會找平。所以，對于軸向的變形計算出了考慮豎向荷載以為還要考慮鄰近剪力墻和層框的架柱。所以在高層建筑的結構設計中，提出了強度要求以外，最重要的是荷載作用的內力估算，如果保證了抗側剛度以后，就可以控制側移的結構限度，保證高層建筑的居住要求。而與結構的側移影響較大的是：結構在側風影響下的振動度、側向的裂縫和形體變形以及中心位置的高低等三項。

　　3.高層建筑結構體系的基本類型

　　當高層建筑的剛度和強度不能滿足設計需求時，設計中往往會采用剪力墻來進行作用上的彌補。而其體系的框架承受垂直荷載承受水平此時會呈現出彎度剪型。當結構墻的主體平面剪力大于組件的作用力時，會形成剪力墻體系。它承受的處理荷載壓力均為剛性的彎曲延性壓力對于作用力的直接受力合抗塌性能極強，是一種比較實用、安全的結構體系。高層建筑的簡體體系的作用力側力構建是一種包括簡體、筒體、多束筒等類型的受力構建體，分為實腹筒和空腹筒兩種類型。

　　4.抗震設計在高層建筑結構中的應用

　　我國大部分高層建筑的抗震結構體系在遇到地震過程中都會進入塑性狀態，這樣可以極大的滿足地震作用下的結構功能變形需求。對于我國的高層建筑發展趨勢，都是在超越概率的地震水平作用下形成的變形設計。我國現行的抗震設計規范對于高層建筑遇到地震作用后(這里多指的是小震)，如果按照普通理論計算，彈性的作用力和內移力時平行于極限作用構建下的。這個時候如果特殊要求過程用分析法進行補充的時候，遇到大地震就會發生變形。

　　對于結構的時程彈塑性和靜力彈塑性這兩大類分析時，我們主要可以采用桿模型和層模型等兩種簡化的結構計算模式對于變化過程計算，從而得到各個樓層不同的反應值。由于費用大、耗時長和數據量分析比較繁瑣，在國際上都不采用。對于模層的發展，主要是宏觀的層間變型檢驗結構地震作用下的安全性考慮。其數量相對較少，所以適用于宏觀的檢驗和對于地震余波的分析。在20世紀90年代的一些行業專家對于彈塑性靜力分析的方法有效性分子不全面，雖然這種方式對于穿行的優點較大，但是由于其構建的內力和承載力的相互制約關系，可以分析主體的薄弱設計部位通過側移進行關系曲線和層間變形的一種式子計算。他至于樓層的水平荷載分布有關。

　　我國目前多數高層建筑的抗震性能指標已經遠遠超過了國家的規定，所以這必定會影響質量而發生質變，對于諸多參數的超范圍現象，如何取值問題，我們應該重點關注。其中在150米以上的高層建筑采用的結構體系大多選用：框-筒;筒中筒和框架;支撐等三種，這也是我國目前高層建筑采用的主要結構方式。混合結構的鋼筋混凝土內筒往往是要承受80%以上的地震作用剪力的。它的結構在鋼筋混凝土為主的情況下，位置移限值的基準，曲線較大，剛度框架工作側移力減小，這增大了剛結構的負擔作用力，而且效果還不收效。另一個方面結構體系的柱距離變化需要設置轉化曾，加強結構剛度的變化，所以加強層和轉換層相鄰的柱剪力的增大對于伸臂見和轉換層連接處實現強柱弱梁的形式，所以需要加強層和轉化曾的結構模式選擇，來減小剛度和影響作用力。對于目前的延性結構體系控制高層建筑的抗震剛度是很有效果的，對于震初的承重構建進入非彈性狀態結構融入性強，而且遇到強烈地震時，破壞程度是可以控制的。這就使得人們要求有效的符合了抗震結構體系的滿足性。

　　5.高層建筑結構的經濟體系分析

　　對于高層建筑的結構體系選型設計十分重要，它不僅要考慮設計、結構和施工等等要求，還要從建筑設備和選材方面綜合考慮。當然，當中最重要的還是綜合經濟指標的構建和優化。對于一棟高層呢個建筑必須滿足使用功能的特點，能做到多功能的一體性。由于不同建筑的使用功能不同，所以空間的劃分和結構形式也不盡相同。對于非地震區的可以選擇水平荷載的風荷載。這樣在抗風的同時，結構平面的不知也會有內力的傾覆性。高層建筑的混凝土用糧食隨著每層樓的整體重量增加而延伸跨度與構建的支承關系的。為了抵抗荷載作用側移力，就隨之要增加材料;所以對于高層建筑的設計抵抗側向材料選擇時很重要的。

　　6.結語

　　結構設計對于高層建筑而言，是一項重要的工作。我們要從根本上對于概念進行有效的思維展開，使整體概念來完成結構的總體方案設計，并可以有意識的處理好構件和結構之間的相互關系。

　　參考文獻：

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