谈高层建筑结构设计与分析

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1、谈高层建筑结构设计与分析摘要：通过分析高层建筑的现状，总结了高层建筑结构的设计特点，并简要论述了现有的各种结构体系及其优点，最后探讨了高层建筑的结构选型，从而进一步完善高层建筑结构设计，促进高层建筑的发展。　　关键词：高层建筑结构体系结构选型　　　　1高层建筑的现状分析　　现代高层建筑起源于美国，已有100多年的历史，美国的高层建筑在质量、层数及数量上一直居于世界领先地位，其中代表建筑是1931年建成的纽约帝国大厦（高381m，102层）和1974年建成的芝加哥西尔斯大厦（412m，110层）。其

2、中，日本、中东、马来西亚、新加坡、泰国高是高层建筑发展迅速的国家。到目前为止，层数达30-60层，高度为120m-200m的高层建筑已经耸立在全国各个大、中、城市，我国最高的101层492m的上海环球金融中心已经建成。　　2高层建筑结构设计特点　　2.1高层建筑结构特点　　高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载，在地震区，还要抵抗地震作用。因此，在高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度，使结构在水平荷载作用下产生的位移限制在一定的范围内，以保证建筑结构的正常使用和安全。　

3、　另外，相对于低层建筑而言，高层建筑相对较柔，因此在地震区，高层建筑结构应具有足够的延性。也就是说，在地震作用下，结构进入弹塑性阶段后，仍具有抵抗地震作用的足够的变形能力，不致倒塌。这样可以在满足使用条件下能达到既安全又经济的设计要求。　　2.2高层建筑结构类型　　钢结构的特点是强度高，韧性大，易天加工。高层建筑钢结构具有结构断面小，自重轻，抗震性能好，施工工期短，施工方便等特点。由于钢筋混凝土和钢结构均各有所长，又各有所短，所以更为合理的结构是同时采用钢和钢筋混凝土材料的组合结构，这种结构可以使

4、两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优户的效果。　　3高层建筑结构分析与设计　　3.1水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。　　3.2轴向形变不容忽视　　通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层

5、数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。　　轴向变形的影响在高层建筑结构分析中应当考虑，但是，结构所受的竖向荷载并不是在结构完成之后一次施加的。特别是，占竖向荷载绝大部分的结构自重是在施工过程中逐层施加的，轴向压缩变形已在施工过程中分阶段完成，并在各楼层标高处找平，实际上并不完全类似于以上分析的情况。　　所以，在考虑轴向变形时，要考虑施工过程中分层施加竖向荷载这一因素，不能简单的按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果

6、，如邻近剪力墙和筒体的上层框架柱，在竖向荷载作用下出现拉力；上层框架梁出现过大弯矩和剪力等。另外，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。　　3.3侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。　　3.4结构延性是高层建筑设计重要性质　　延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示

7、。对于受弯构件来说，随着荷载增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。是钢筋砼受弯构件的M－Δ（Φ）曲线，Δy是屈服变形，Δu是极限变形。提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力。为了做好防震设计，避免倒塌，建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，特别需要在构造上采以适当的设计，确保建筑设计具有很好的延性。　　4高层建筑结构选型　　在高层建筑设计中，采用先进的结构理论与精确的计算方法固然十分重要，但在方案阶段正确进行高层建筑结构体系的选型也是不容忽视的。正确处理高层建筑结构体

8、系的选型题，对于高层建筑结构设计而言，具有至关重要的意义。　　4.1高层建筑结构体系选型与建筑施工的关系　　高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料的消耗、劳动力、期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材、模板及施工三部分。　　4.2高层建筑结构抗震体系选定原则　　①具有明确的计算简图和合理地震力传递路线　　②具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效，而导致整个体系丧失抗侧力或承受得力荷载能力；　　③具有必要