高層建筑結構分析與設計探究論文
摘要：受人口增長(cháng)與地理環(huán)境的限制，高層建筑逐漸趨于建筑發(fā)展的主導形式，并已廣泛應用于現代城市建設中�；诖�，文章結合對相關(guān)文獻的參考學(xué)習，就高層建筑結構特點(diǎn)與設計要素進(jìn)行深入研究，旨在更好的服務(wù)于現代化城市的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結構；設計
隨著(zhù)城鎮化速度的加快，推動(dòng)了高層建筑的快速發(fā)展。作為城市發(fā)展的基礎和社會(huì )活動(dòng)的載體，高層建筑是營(yíng)造良好的城市環(huán)境與宜人的生態(tài)體系不可或缺的部分，其設計多元化與標準中化越來(lái)越受到社會(huì )的重視。如何加強現代城市道路高層建筑設計工作的管理任務(wù)，已成為當今城市建設研究的重點(diǎn)課題。
1高層建筑結構分析和設計特點(diǎn)
1.1水平荷載
建筑必須承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，必須具備較強的能力來(lái)抵抗地震的侵襲。在低樓層的建筑結構中，因水平荷載產(chǎn)生的內在動(dòng)力和位置移動(dòng)相對較小，對建筑建構的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載控制著(zhù)建筑結構的設計。而在高樓層的建筑中，是水平荷載對建筑結構起決定性作用，盡管豎向荷載對結構設計會(huì )產(chǎn)生重要的影響，但相對于水平荷載來(lái)說(shuō)，影響較小。
1.2軸向變形
由于軸力項相對于彎矩項來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的影響不是很大，施工單位只關(guān)注和考慮彎矩項。但是對高樓層建筑結構進(jìn)行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數、高度值、軸力值等相關(guān)因素。隨著(zhù)高度的不斷增加，軸力變形也會(huì )變得特別明顯，當軸向的變形達到一定的程度，會(huì )將高層建筑的結構內力數值和分布都改變。
1.3建筑側移
樓層的增加，在結構側向變形速度在水平荷載的作用下也會(huì )不斷的增大。高層建筑設計時(shí)，需要保證足夠的結構強度，在應對風(fēng)荷載產(chǎn)生的內力作用時(shí)，才能產(chǎn)生足夠大的力量去抵御。為了能夠將水平荷載作用下產(chǎn)生的側移距離控制在一定的限度之內，就必須擁有足夠的抗側剛度能力，才能較好的保障居住和工作的環(huán)境。
2高層建筑的結構類(lèi)型體系
2.1框架―剪力墻類(lèi)型體系
為使總體強度和硬度能滿(mǎn)足設計和應用的要求，需在建筑物的合適位置設計一個(gè)體積相當大的剪力墻，用來(lái)代替建筑物框架，這也是框架剪力墻形成的原因。當建筑物在承受來(lái)自水平方向的一個(gè)力時(shí)，該結構類(lèi)型可通過(guò)硬度很強的建筑物樓板，然后與連梁可形成一個(gè)能協(xié)同工作的建筑結構體系。垂直荷載在這一體系中起作用，而剪力墻所承受的是水平荷載，該結構承載荷載的形式，使得其形成了彎剪型的位移曲線(xiàn)。對于剪力墻這樣的結構體系設置，會(huì )增加結構的側向硬度、減小水平位移、降低框架結構應該承受的水平剪力，并且所產(chǎn)生的內力主要順著(zhù)豎的方向均勻的分布。
2.2剪力墻類(lèi)型體系
剪力墻體系是由于受力的主題結構因平面剪力構建造成的。著(zhù)剪力墻結構體系中，單片的剪力墻承載著(zhù)全部由水平和垂直方向帶來(lái)的荷載作用。當剪力墻體系的位移呈現型的曲線(xiàn)時(shí)，剪力墻體系屬于剛性結構，這時(shí)候的剪力墻體系的強度和高度都比較強，而且具備一定程度的延展性。剪力墻結構體系整體上很好,而且框架-剪力墻體系小于能建高度，整體結構傳力均勻而直接，整體的性能都比較好，不容易發(fā)生倒塌。
2.3簡(jiǎn)體類(lèi)型體系
筒體類(lèi)型體系即使用的筒體帶有抗側力建筑構件的結構類(lèi)型，類(lèi)型主要分為：筒中筒體系、單筒體體系、筒體―框架體系及多束筒體系等。從本質(zhì)上來(lái)看，筒體體系是一種建筑受力構件，具備較強的空間性，實(shí)腹和空腹是它的兩種類(lèi)型。其中，實(shí)腹筒屬于由曲面強或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(kāi)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。由于筒體類(lèi)型體系的構成能夠使建筑的剛度和強度較強，而且該體系內具有比較合理的受力，抵御地震和對抗風(fēng)寒的能力都比較強，所以該結構體系常被應用于一些有較大跨度、空間或高度的高層建筑中。
3高層建筑設計方案
3.1彈性假定
當建筑處于一般風(fēng)力的或者垂直荷載的作用下時(shí)，建筑結構設計常常處于彈性的工作階段，特殊的情況除外，但是這一假定與實(shí)際的工作情況存在的差異不大。當遭遇地震或者強烈的臺風(fēng)天氣時(shí)，建筑產(chǎn)生的位置移動(dòng)會(huì )比較大，然后才會(huì )轉入彈塑性的工作階段。在這個(gè)時(shí)候就應當按照彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設計，而不能按照彈性的方法對內力和位移進(jìn)行計算，不然就不能將結構的真實(shí)工作狀態(tài)反映出來(lái)。
3.2小變形假定
小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學(xué)者對幾何非線(xiàn)性問(wèn)題進(jìn)行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學(xué)者對幾何非線(xiàn)性問(wèn)題（P-Δ效應）做了一些研究。一般情況下，當頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí)，P-Δ效應的影響就不能被忽視了。
3.3剛性樓板假定
針對我國目前的分析方法而言，大多數高層建筑結構體系以建筑物的樓板在其自身這一平面內的剛度是無(wú)線(xiàn)大的為假定，往往會(huì )忽視建筑物自身平面外帶有的剛度。因此，剛性樓板假定方法將高層建筑結構體系的自由度一定程度減少，簡(jiǎn)化計算方法。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(jìn)行計算時(shí)提供了較大的便利。通常來(lái)講，受其自身計算方式和計算時(shí)相關(guān)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。
3.4計算圖形的假定
在高層建筑架構體系中，整體分析將采用的計算圖形分為一維、二維協(xié)同分析和三維空間分析三中。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節點(diǎn)含有6個(gè)自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點(diǎn)還應該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個(gè)自由度。
4結束語(yǔ)
總而言之，現代城市高層建筑的建設是一項漫長(cháng)而復雜的過(guò)程。任何看似先進(jìn)的技術(shù)均會(huì )隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展而顯的落后，無(wú)法滿(mǎn)足城市發(fā)展的需求。在新時(shí)代的發(fā)展背景下，人民日益增長(cháng)的社會(huì )需求對現代城市道路的設計工作提出了更高的要求，同時(shí)也給設計從事者們帶來(lái)了更加嚴峻的考驗。只有不斷研究，不斷創(chuàng )新，立足于設計任務(wù)的標準化與多元化發(fā)展方向，才能確保我國現代城市高層建筑建設的可持續發(fā)展。
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