高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn)建筑物的質(zhì)量直接影響到國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在建筑物中，高層建筑物所要承受的外力更多，工程的要求也更為嚴(yán)密。高層建筑所要承受的水平和垂直荷載作用都將大于底層建筑。并且，隨著建筑物的高度逐漸增加，水平和垂直荷載作用對(duì)建筑產(chǎn)生的效應(yīng)也隨之產(chǎn)生變化。在一個(gè)高層建筑當(dāng)中，水平荷載產(chǎn)生的剪力和彎矩會(huì)迅速加大，甚至對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)控制都起到關(guān)鍵性的作用。因此，為確保高層建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)，設(shè)計(jì)合理。我們就必須了解高層建筑的結(jié)構(gòu)，并且明確高層建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

引言：高層建筑關(guān)系到更多人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，而且建筑的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求更高。所以，為進(jìn)一步確保國(guó)家、人民生命財(cái)產(chǎn)安全，就需要我們對(duì)高層建筑有更深入的了解。了解它的建筑結(jié)構(gòu)，明確它的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。這樣才能在對(duì)建筑充分了解的前提下，有準(zhǔn)備的進(jìn)行建筑建設(shè)。

高層建筑結(jié)構(gòu)分析

普遍來(lái)說(shuō)，高層建筑結(jié)構(gòu)較低層建筑更為復(fù)雜，涉及到的外力作用、外界影響也更多。因此，對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)分析對(duì)于順利建造高層建筑來(lái)說(shuō)是十分必要的。

高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

筒體結(jié)構(gòu)

根據(jù)通過(guò)計(jì)算模型的處理手法的不同，筒體結(jié)構(gòu)可分為以下三類：等效離散化方法、和三維空間分析以及等效連續(xù)化方法。

等效離散化方法是把那些連續(xù)的墻體離散成為等效的離散桿件，以便可以應(yīng)用適合于桿系結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。這類方法主要包含平面框架子結(jié)構(gòu)法、核心筒的框架分析法等方式。分析的具體應(yīng)用知識(shí)涉及到核心筒的框、展開(kāi)平面框架法、等代角柱法架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法這幾種主要分析方法。

三維空間結(jié)構(gòu)分析方法，是這三種分析方法當(dāng)中最為精確的計(jì)算模型。它是完全用來(lái)分析筒體結(jié)構(gòu)體系的。其中空間桿―薄壁桿系矩陣位移法的應(yīng)用最為廣泛。這種方法可以將高層建筑的結(jié)構(gòu)具體化為空間柱元、空間梁元以及薄壁柱元組共同構(gòu)成的組合體系。這也是目前工程上使用的最多的計(jì)算模型方式。

等效連續(xù)化方法是將建筑結(jié)構(gòu)中的離散桿件進(jìn)行一種等效連續(xù)化處理。等效連續(xù)化法的一種途徑是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中離散桿件的分析只做到幾何分布上的連續(xù)化就可以了，這樣的分析方式對(duì)于對(duì)建筑內(nèi)力的連續(xù)描述提供了便捷。而另一種則是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)不僅做幾何上的處理，還要作物理上的連續(xù)處理。這樣就可以將離散桿件有效的轉(zhuǎn)換成等效的、可以進(jìn)行分析的正交異性彈性薄板,這就為使用分析彈性薄板的各類有效的途徑提供了方便。具體的分析彈性薄板的方法主要有能量法、連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、有限單元法、有限條法、擬殼法等。

框架―剪力墻結(jié)構(gòu)

框架―剪力墻結(jié)構(gòu)大多數(shù)都采用連梁連續(xù)化假定。根據(jù)框架水平位移與剪力墻或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件以及外荷載之間的相關(guān)關(guān)系的微分方程進(jìn)行求解。由于考慮因素和未知量的因素不同，解答方式、解答具體形式都不相同。框架―剪力墻的計(jì)算方式往往是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，利用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法進(jìn)行求解。剪力開(kāi)洞情況將直接影響到剪力墻的變形狀態(tài)與受力特性。小開(kāi)口整體墻、單肢墻、特殊開(kāi)洞墻、框支墻、聯(lián)肢墻是單片剪力墻按受力特性不同進(jìn)行的分類。類型不同的剪力墻的截面應(yīng)力分布也有所不同，計(jì)算位移、內(nèi)力的時(shí)候要采用與之相適應(yīng)的計(jì)算方法。平面有限單元法是剪力墻結(jié)構(gòu)最常用也最有效的計(jì)算方法。

高層建筑結(jié)構(gòu)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)要徹底進(jìn)行三維空間結(jié)構(gòu)分析是很困難的。這是由于高層建筑主要就是由各種部件構(gòu)成的大型的空間結(jié)構(gòu)體系。因此，要想用更加實(shí)用實(shí)際的方式進(jìn)行分析就必須對(duì)計(jì)算的模型引入更加直觀的信息進(jìn)行簡(jiǎn)化。讓分析具有可操作性。

彈性假定

彈性假定是目前適用范圍最廣、最具有實(shí)用價(jià)值的計(jì)算方法。高層建筑結(jié)構(gòu)通常在彈性工作階段會(huì)受到一般風(fēng)力的作用力和垂直荷載的作用力。而這種假定的方式恰好可以基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。在遭遇強(qiáng)烈地質(zhì)方面的變動(dòng)時(shí)，高層建筑物就會(huì)產(chǎn)生較大的位移。這時(shí)工程就進(jìn)入了彈塑性工作階段。這時(shí)就應(yīng)使用彈塑性，動(dòng)力分析方法，對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。

剛性樓板假定。

大多高層建筑物在建筑結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程中都忽略了平面外的剛度。這也就很大程度上減少了建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的自由度，計(jì)算方法更加簡(jiǎn)化。而且為采用空間薄壁桿件理論這一原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析提供了條件。但是要注意的是，對(duì)于那些豎向剛度突變、樓板剛度不高的建筑?？梢詫⑦@些建筑的樓層的不同剪力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

小變形假定。

對(duì)于也是普遍適用于各種方法的基本假定來(lái)說(shuō)，小變形假定的作用也是非常大的。很多人對(duì)幾何非線性問(wèn)題(P-Δ效應(yīng))進(jìn)行探討和研究。大多都認(rèn)為當(dāng)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的效用就必須得到重視。

（4）計(jì)算圖形的假定

這是高層建筑結(jié)構(gòu)整體分析常用的分析方法。計(jì)算的圖形一共有三種類型，即：一維協(xié)同分析、二維協(xié)同分析、三維空間分析。一維協(xié)同分析考慮的范圍較小，大致只是考慮到各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)位移的自有度方向的變形協(xié)調(diào)。但是，一維協(xié)同分析是在各種計(jì)算方法中采用最廣泛的計(jì)算圖形。二維協(xié)同分析與之不同的是，雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但是也考慮到了與之同層的樓板上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件，在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。三維空間分析的普通的桿單元的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有6個(gè)自由度。依照“拉索夫薄壁桿理論”分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個(gè)自由度，

高層建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

由于高層建筑物建造過(guò)程及使用過(guò)程中受到的影響因素，與其它普通建筑物或者低層建筑物受到的影響程度和影響因素不同，所以，對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)必須掌握高層建筑物的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，有針對(duì)性的，科學(xué)的制定建筑設(shè)計(jì)方案。

一方面，對(duì)具有一定的高度的建筑物來(lái)說(shuō)，豎向荷載基本上是一個(gè)定值。然而地震和風(fēng)荷載的作用數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性的不同產(chǎn)生不同幅度的變化。其次，縱向的變形是不能忽視的，必須得到重視。因?yàn)樵诟邔咏ㄖ锂?dāng)中，建筑物的豎向荷載的數(shù)值非常大。較大的豎向荷載數(shù)值會(huì)在柱中引起較大的軸向變形。也就會(huì)間接造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小。再次，高樓的結(jié)構(gòu)更柔和會(huì)讓高樓結(jié)構(gòu)在地震的作用下發(fā)生更大的變形。為了讓建筑物可以具有較強(qiáng)的變形能力，避免建筑物發(fā)生倒塌，就需要在結(jié)構(gòu)上采取恰當(dāng)?shù)姆绞?，?lái)確保建筑結(jié)構(gòu)可以具有足夠的變形能力。

由此可以看出，我們必須依照高層建筑物自身的特點(diǎn)有針對(duì)性的進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。只有這樣才可以確保工程可以在正確的指引下逐漸完成，并且可以從最基本的方面提高建筑質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

高層建筑物在建筑過(guò)程中遇到的問(wèn)題較普通建筑更為錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，我們必須依據(jù)建筑過(guò)程中出現(xiàn)的具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，依照需求制定策略。由于高層建筑物具有更高的建筑