浅谈高层建筑的结构设计分析

　　浅谈高层建筑的结构设计分析

　　吕岩

　　摘要：近年来，我国高层建筑的发展迅猛，但在工程设计过程中，往往出现了一些由于人为原因的资源浪费问题。笔者从高层结构的设计特点入手，对于影响高层建筑结构的等等因素进行了详细的论述。

　　关键词：高层建筑;结构设计;结构体系

　　1.前言

　　改革开放以后，我国国民经济实力不断提高，随之的综合国民建筑水平也在迅速发展，特别是高层建筑。从我国内地50年代以后，开始自行设计高层建筑.直到建国后,1977年，广州白云饭店建成。我国的高层建筑突破百米大关。自96年以后我们的钢铁产量势头猛进，混凝土用量跃居第一，这都为高层建筑的发展创造了有利的条件。我国高层建筑的结构式在同时承受垂直荷载和水平荷载力的基础上具有抗震性能的综合作用力建筑。随着高度增加，移位的增加速度也越快，但是移位过度也会造成结构构件和非结构构件的坏损。为了避免这个现象，抗侧结构设计就成为了高层建筑的设计关键因素。

　　目前我国高层建筑设计中，使用比较普遍的材料就是钢和钢筋混凝土。对于钢筋混凝土材料而言，造价低和材料来源丰富是其最明显优势，特别是复杂的断面形状对于结构的体系抗震性是有很高的优势的。对于结构的设计者而言，主管能动性的发展要素也很重要，因为它是集知识和经济融合为一体的完整过程。很多时候在设计过程中对于材料和结构体系相同情况下都会出现设计任务不同的方案，这些方案的适用性存在不小的差异的，这也是传统方式的一个弊端，这就要求我们对于现有设计的优化势在必行。

　　2.高层建筑结构与分析的基本特点

　　随着我国高层建筑的高度增加，对于水平荷载的控制也越来越重视。由于楼法规的自重和露面的荷载竖构建引起的轴力和弯距的比值为正的时候，水平方向的荷载结构倾覆力作用大，反之则小。在高层的结构中，随着竖向构件的轴作用力越大，它的水平荷载程度偏移也就越大，其倒三角形成的弯矩也就会越大。通常在低层建筑中的弯矩考虑作用能力与轴力的影响都不大。但是高层建筑就不一样了，高层建筑的层数和高度以及轴作用力，对于变形曲线的内力值是会产生弧度变化的。如果在采用框架体系和框的墙体系高楼中，其轴压力的租用往往会比边柱的轴压应力大，会发生压缩变形。

　　对于高层建筑的轴向变形因素分析过程中，要总和考虑竖向荷载的受力施加程度，如果其结构自重的过程是逐层的施加的，那么其轴向压缩过程的分段压力在各个楼层标高处会找平。所以，对于轴向的变形计算出了考虑竖向荷载以为还要考虑邻近剪力墙和层框的架柱。所以在高层建筑的结构设计中，提出了强度要求以外，最重要的是荷载作用的内力估算，如果保证了抗侧刚度以后，就可以控制侧移的结构限度，保证高层建筑的居住要求。而与结构的侧移影响较大的是：结构在侧风影响下的振动度、侧向的裂缝和形体变形以及中心位置的高低等三项。

　　3.高层建筑结构体系的基本类型

　　当高层建筑的刚度和强度不能满足设计需求时，设计中往往会采用剪力墙来进行作用上的弥补。而其体系的框架承受垂直荷载承受水平此时会呈现出弯度剪型。当结构墙的主体平面剪力大于组件的作用力时，会形成剪力墙体系。它承受的处理荷载压力均为刚性的弯曲延性压力对于作用力的直接受力合抗塌性能极强，是一种比较实用、安全的结构体系。高层建筑的简体体系的作用力侧力构建是一种包括简体、筒体、多束筒等类型的受力构建体，分为实腹筒和空腹筒两种类型。

　　4.抗震设计在高层建筑结构中的应用

　　我国大部分高层建筑的抗震结构体系在遇到地震过程中都会进入塑性状态，这样可以极大的满足地震作用下的结构功能变形需求。对于我国的高层建筑发展趋势，都是在超越概率的地震水平作用下形成的变形设计。我国现行的抗震设计规范对于高层建筑遇到地震作用后(这里多指的是小震)，如果按照普通理论计算，弹性的作用力和内移力时平行于极限作用构建下的。这个时候如果特殊要求过程用分析法进行补充的时候，遇到大地震就会发生变形。

　　对于结构的时程弹塑性和静力弹塑性这两大类分析时，我们主要可以采用杆模型和层模型等两种简化的结构计算模式对于变化过程计算，从而得到各个楼层不同的反应值。由于费用大、耗时长和数据量分析比较繁琐，在国际上都不采用。对于模层的发展，主要是宏观的层间变型检验结构地震作用下的安全性考虑。其数量相对较少，所以适用于宏观的检验和对于地震余波的分析。在20世纪90年代的一些行业专家对于弹塑性静力分析的方法有效性分子不全面，虽然这种方式对于穿行的优点较大，但是由于其构建的内力和承载力的相互制约关系，可以分析主体的薄弱设计部位通过侧移进行关系曲线和层间变形的一种式子计算。他至于楼层的水平荷载分布有关。

　　我国目前多数高层建筑的抗震性能指标已经远远超过了国家的规定，所以这必定会影响质量而发生质变，对于诸多参数的超范围现象，如何取值问题，我们应该重点关注。其中在150米以上的高层建筑采用的结构体系大多选用：框-筒;筒中筒和框架;支撑等三种，这也是我国目前高层建筑采用的主要结构方式。混合结构的钢筋混凝土内筒往往是要承受80%以上的地震作用剪力的。它的结构在钢筋混凝土为主的情况下，位置移限值的基准，曲线较大，刚度框架工作侧移力减小，这增大了刚结构的负担作用力，而且效果还不收效。另一个方面结构体系的柱距离变化需要设置转化曾，加强结构刚度的变化，所以加强层和转换层相邻的柱剪力的增大对于伸臂见和转换层连接处实现强柱弱梁的形式，所以需要加强层和转化曾的结构模式选择，来减小刚度和影响作用力。对于目前的延性结构体系控制高层建筑的抗震刚度是很有效果的，对于震初的承重构建进入非弹性状态结构融入性强，而且遇到强烈地震时，破坏程度是可以控制的。这就使得人们要求有效的符合了抗震结构体系的满足性。

　　5.高层建筑结构的经济体系分析

　　对于高层建筑的结构体系选型设计十分重要，它不仅要考虑设计、结构和施工等等要求，还要从建筑设备和选材方面综合考虑。当然，当中最重要的还是综合经济指标的构建和优化。对于一栋高层呢个建筑必须满足使用功能的特点，能做到多功能的一体性。由于不同建筑的使用功能不同，所以空间的划分和结构形式也不尽相同。对于非地震区的可以选择水平荷载的风荷载。这样在抗风的同时，结构平面的不知也会有内力的倾覆性。高层建筑的混凝土用粮食随着每层楼的整体重量增加而延伸跨度与构建的支承关系的。为了抵抗荷载作用侧移力，就随之要增加材料;所以对于高层建筑的设计抵抗侧向材料选择时很重要的。

　　6.结语

　　结构设计对于高层建筑而言，是一项重要的工作。我们要从根本上对于概念进行有效的思维展开，使整体概念来完成结构的总体方案设计，并可以有意识的处理好构件和结构之间的相互关系。

　　参考文献：

　　[1]陈洪章.建筑结构选型手册，中国建筑工业出版社，2000

　　[2]刘大力.高层建筑结构方案优选.北京：中国建筑工业出版社，2008

　　[3]徐善杰.进十年钢管混凝土结构的发展和应用.现代土木工程的新发展，2001

　　[4]王丛明.地震作用下的建筑结构变形计算方式，建筑结构报，2004