高層建筑結(jié)構(gòu)分析精選(九篇)
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第1篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu) 設(shè)計特點
引言：高層建筑關(guān)系到更多人民的生命財產(chǎn)安全，而且建筑的結(jié)構(gòu)更為復雜，設(shè)計要求更高。所以，為進一步確保國家、人民生命財產(chǎn)安全，就需要我們對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)計特點。這樣才能在對建筑充分了解的前提下，有準備的進行建筑建設(shè)。
高層建筑結(jié)構(gòu)分析
普遍來說，高層建筑結(jié)構(gòu)較低層建筑更為復雜，涉及到的外力作用、外界影響也更多。因此，對于高層建筑的結(jié)構(gòu)分析對于順利建造高層建筑來說是十分必要的。
高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
筒體結(jié)構(gòu)
根據(jù)通過計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)用知識涉及到核心筒的框、 展開平面框架法、 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中最為精確的計算模型。它是完全用來分析筒體結(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，這樣的分析方式對于對建筑內(nèi)力的連續(xù)描述提供了便捷。而另一種則是對建筑結(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)矩陣位移法進行求解。剪力開洞情況將直接影響到剪力墻的變形狀態(tài)與受力特性。小開口整體墻、單肢墻、特殊開洞墻、框支墻、聯(lián)肢墻是單片剪力墻按受力特性不同進行的分類。類型不同的剪力墻的截面應(yīng)力分布也有所不同，計算位移、內(nèi)力的時候要采用與之相適應(yīng)的計算方法。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，要想用更加實用實際的方式進行分析就必須對計算的模型引入更加直觀的信息進行簡化。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、最具有實用價值的計算方法。高層建筑結(jié)構(gòu)通常在彈性工作階段會受到一般風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)的實際工作狀況。在遭遇強烈地質(zhì)方面的變動時，高層建筑物就會產(chǎn)生較大的位移。這時工程就進入了彈塑性工作階段。這時就應(yīng)使用彈塑性，動力分析方法，對建筑物進行設(shè)計。
剛性樓板假定。
大多高層建筑物在建筑結(jié)構(gòu)分析的過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，計算方法更加簡化。而且為采用空間薄壁桿件理論這一原理進行結(jié)構(gòu)分析提供了條件。但是要注意的是，對于那些豎向剛度突變、樓板剛度不高的建筑。可以將這些建筑的樓層的不同剪力進行適當調(diào)整。
小變形假定。
對于也是普遍適用于各種方法的基本假定來說，小變形假定的作用也是非常大的。很多人對幾何非線性問題 ( P-Δ效應(yīng))進行探討和研究。大多都認為當點水平位移Δ與建筑物高度H的比值 Δ /H>1/500 時, P-Δ的效用就必須得到重視。
（4）計算圖形的假定
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)同分析是在各種計算方法中采用最廣泛的計算圖形。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節(jié)點都有6個自由度。依照“拉索夫薄壁桿理論”分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度，
高層建筑的設(shè)計特點
由于高層建筑物建造過程及使用過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，對于高層建筑的設(shè)計必須掌握高層建筑物的設(shè)計特點，有針對性的，科學的制定建筑設(shè)計方案。
一方面，對具有一定的高度的建筑物來說，豎向荷載基本上是一個定值。然而地震和風荷載的作用數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)自身的動力特性的不同產(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。因為在高層建筑物當中，建筑物的豎向荷載的數(shù)值非常大。較大的豎向荷載數(shù)值會在柱中引起較大的軸向變形。也就會間接造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。再次，高樓的結(jié)構(gòu)更柔和會讓高樓結(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?shù)姆绞剑瑏泶_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有針對性的進行建筑設(shè)計。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。
第2篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：高層；建筑結(jié)構(gòu)；類型；設(shè)計
中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：
高層建筑是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活的需要而發(fā)展起來的, 是城市和工商業(yè)發(fā)展的結(jié)果。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)體系類型
1、框架-剪力墻體系
當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系，由框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
2、巨型結(jié)構(gòu): 巨型結(jié)構(gòu)一般由兩級結(jié)構(gòu)組成，第一級結(jié)構(gòu)超越樓層劃分，形成跨若干樓層的巨梁、巨柱或巨型衍架桿件，以這巨型結(jié)構(gòu)來承受水平力和豎向荷載，樓面作為第二級結(jié)構(gòu)，只承受豎向荷載并將荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到第一級結(jié)構(gòu)上。常見的巨型結(jié)構(gòu)有巨型框架結(jié)構(gòu)和巨型桁架結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)體系所具有的強度和剛度是不一樣的，因而它們適合應(yīng)用的高度也不同。一般說來，框架結(jié)構(gòu)適用于高度低，層數(shù)少，設(shè)防烈度低的情況; 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)可以滿足大多數(shù)建筑物的高度要求; 在層數(shù)很多或設(shè)防烈度要求很高時，可用筒體結(jié)構(gòu)。
3、剪力墻結(jié)構(gòu)體系: 剪力墻結(jié)構(gòu)體系于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由墻體承受全部水平作用和豎向荷載現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，承載力要求也容易滿足; 剪力墻結(jié)構(gòu)體系主要缺點: 剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的使用要求。此外，結(jié)構(gòu)自重往往也較大。剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅及旅館建筑中得到廣泛應(yīng)用，因此這種剪力墻結(jié)構(gòu)適合于建造較高的高層建筑。根據(jù)施工方法的不同可以全部現(xiàn)澆的剪力墻; 全部用預制墻板裝配而成的剪力墻; 內(nèi)墻現(xiàn)澆、外墻為預制裝配的剪力墻。
4、筒體體系
凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
二、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
1、水平荷載成為決定因素。一方面, 因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值, 僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩, 以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力, 是與樓房高度的兩次方成正比; 另一方面, 對某一定高度樓房來說, 豎向荷載大體上是定值, 而作為水平荷載的風荷載和地震作用, 其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
2、 軸向變形不容忽視。高層建筑中, 豎向荷載數(shù)值很大, 能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響, 造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小, 跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大; 還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值, 對下料長度進行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響, 與考慮構(gòu)件豎向變形比較, 會得出偏于不安全的結(jié)果。
3、 側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加, 水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大, 因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
4、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。相對于較低樓房而言, 高樓結(jié)構(gòu)更柔一些, 在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力, 避免倒塌, 特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧? 來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
在高層建筑中，豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。對一些較柔的高層建筑，風荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，隨著建筑物高度的增高，風荷載的影響越來越大。高層建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的側(cè)向荷載是風荷載，在荷載組合時往往起控制作用。因此，高層建筑在風荷載作用下的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計引起了研究人員和工程師們的重視。
1、豎向荷載設(shè)計應(yīng)減輕自重。高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。
2、風荷載計算。在已有研究的基礎(chǔ)上，《荷載規(guī)范》指出，垂直于建筑物表面上的風荷載應(yīng)按下式計算：
ωk = βz μz μs ω0 （1）
式中：ωk：風荷載標準值（kN/m）；ω0：基本風壓（kN/m）；μs：風荷載體型系數(shù)；μz：風壓高度系數(shù)；βz：z高度處的風振系數(shù)。
（1）基本風壓值ω0。基本風壓值ω0系以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速v0為標準，按ω0=1/2pv確定的風壓值。它應(yīng)根據(jù)《荷載規(guī)范》中附表D.4采用，但不得小0.3kN/m2。對一般的高層建筑，用《荷載規(guī)范》中所給的ω0乘以1.1后采用；對于特別重要或?qū)︼L荷載比較敏感的高層建筑，其基本風壓值應(yīng)按100年重現(xiàn)期的風壓值采用。
第3篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
摘要：目前，高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析還是停留在利用現(xiàn)有的計算理論進行被動設(shè)計的階段，不能從根本上滿足未來高層建筑朝著技術(shù)功能先進和藝術(shù)完美相結(jié)合的方向發(fā)展。因此，對高層建筑的結(jié)構(gòu)力學分析需要實踐來改進和發(fā)展，并以此促進高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷完善。本文分析了現(xiàn)代幾種高層建筑結(jié)構(gòu)力學的分析方法，包括常微分方程求解器法、有限條法和樣條函數(shù)法、基于分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元的分析方法、彈塑性動力分析方法以及最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法。 關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)力學 分析方法 隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，我國高層建筑數(shù)量也越來越多。高層建筑的側(cè)移和內(nèi)力隨著結(jié)構(gòu)高度增加而急劇增加，當高層建筑達到一定高度時，側(cè)向位移很大，所以水平荷載產(chǎn)生的側(cè)移和內(nèi)力是確定結(jié)構(gòu)體系、材料用量和造價的決定因素。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是靠剛度支配而不是結(jié)構(gòu)材料的強度，而剛度的大小取決于結(jié)構(gòu)體系。因此，如何選擇經(jīng)濟而有效的結(jié)構(gòu)體系，并對它進行有效的力學分析是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。就現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)力學的一些分析方法進行了論述。 1.基于常微分方程求解器的分析方法。現(xiàn)在國內(nèi)外學者已經(jīng)開發(fā)研制了相當有效的常微分方程求解器，功能很強，尤其自適應(yīng)求解，可以滿足用戶預先對解答精度所指定的誤差限。我國清華大學包世華教授和袁駟教授在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用此方法，解決了高層建筑結(jié)構(gòu)考慮樓板變形時靜力計算、動力計算和穩(wěn)定計算。這些問題若完全用離散化方法求解，其計算量都是極其巨大，用微分方程求解器法求解，因其方程組數(shù)目少，顯示出極大的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中成功地運用此方法，具有獨到之處。 袁教授利用有限元技術(shù)，并借助能量泛函的變分，將控制的偏微分方程半離散化為用結(jié)線函數(shù)表示的常微分方程組，然后用高質(zhì)量的常微分方程求解器直接求解，即有限元線法。這是一種具有吸引力和競爭性新方法，該方法解一般力學計算問題已取得了良好結(jié)果。相信通過逐步的實際檢驗證，這種方法將會更加完善。 2.基于有限條法和樣條函數(shù)法的分析方法。半解析法是解析與離散相結(jié)合的方法，它以數(shù)學力學的方法大大減少有限元方程組的階數(shù)，能避免有限元“過分”計算，而且能防止有限元法中經(jīng)常遇到計算污染(即病態(tài)方程組)，引起計算結(jié)果惡化。 在高層建筑中，經(jīng)常會遇到幾何形狀和物理特性沿高度方向比較規(guī)則的情況，這樣的結(jié)構(gòu)體系，采用有限條法很有效。有限條法只需沿著某些方向采用簡單多項式，其它方向則為連續(xù)、可微、且事先滿足條端邊界條件的級數(shù)。在采用有限條法時，合理地選擇結(jié)構(gòu)計算摸型，等效連續(xù)體的物理常數(shù)和條元的位移函數(shù)是提高精度、簡化計算的三個關(guān)鍵，對此國內(nèi)外已有一些研究，關(guān)于分條模式和位移函數(shù)，提出了一些研究成果。 樣條函數(shù)是分段多項式的一種，與一般有限單元法相比，它的位移模式曲線擬合度好、連續(xù)性及通用性強，系數(shù)矩陣稀疏、計算量小，且具有緊湊、收斂，完備和穩(wěn)定等方面特征。因此，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，不失為一種較好的方法，在高層建筑中得到了應(yīng)用，以三次B樣條子域法為例分析開洞剪力墻，先將該結(jié)構(gòu)分為n個子域，作子域分析，建立子域剛度矩陣和荷載列陣，然后對結(jié)構(gòu)進行整體分析，獲得樣條結(jié)點參數(shù)，進而求出結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。
3.基于分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元的分析方法。有限元，特別是雜交元和非協(xié)調(diào)元的發(fā)展，促進了分區(qū)廣義變分原理的研究。清華大學龍馭球教授在分區(qū)混合廣義變分原理基礎(chǔ)上提出了分區(qū)混合有限元法。基于分區(qū)廣義變分原理的分區(qū)混合有限元法是繼位移法、雜交元法之后的新方法，它將彈性體分成勢能區(qū)和余能區(qū)，勢能區(qū)采用位移單元，以結(jié)點位移為基本未知量；余能區(qū)采用應(yīng)力單元，以應(yīng)力函數(shù)作為基本未知量，而區(qū)交界面通過引入附加的能量項在積分意義下滿足位移和力的連續(xù)條件，從而保證了收斂性，最后通過取總能量泛函為駐值建立分區(qū)混合有限元法基本方程。 用分區(qū)混合有限元法具有適應(yīng)性強、分區(qū)靈活，能保證收斂性，用于計算框支剪力墻和托墻梁結(jié)構(gòu)，以及框支剪力墻角區(qū)應(yīng)力集中這個工程計算中感到棘手的問題，可見分區(qū)混合有限元法在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中有著廣泛應(yīng)用的前景。
4.高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法。從1978年以來，高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析的研究和應(yīng)用在我國迅速發(fā)展。從理論上講，這種方法有不少優(yōu)點，如能夠發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)的變形、延性的分析比較符合實際，預計的破壞形態(tài)與實際震害比較接近等。但這種方法的前提條件與實際較難符合，如需要擬建場地實際強震記錄，實際上很難收集到。最近，國內(nèi)外研究人工隨機地震波作為輸入地震波取得很大進展。結(jié)構(gòu)的計算模型，用的更多是層模型。現(xiàn)在考慮樓板變形影響，采用并列多質(zhì)點計算模型的方法也在研究中，也有一些研究考慮了基礎(chǔ)的平移和轉(zhuǎn)動，將土體、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同考慮的耦合振動也取得成果。近年來考慮扭轉(zhuǎn)振動，斜向輸入雙向地震波的動力分析法也取得了進展。但是目前對采用時程法仍有不同看法，要采用大型高速計算機，典型地震波本身不一定代表要發(fā)生的真正地震，因此在研究時程法同時，一些簡化的近似方法也應(yīng)加以進一步研究。不管怎樣，當今的趨勢，各國在抗震規(guī)范修訂本或修訂草案中，正越來越多要求作直接動力分析。除了日本和美國外，印度和加拿大規(guī)范，在設(shè)計超高層建筑時，要求選擇適當?shù)牡卣鸩ǎM行直接動力分析。 5.基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法。結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計是把數(shù)學上最優(yōu)化理論結(jié)合計算機技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種新型設(shè)計方法。它的出現(xiàn)，使設(shè)計者能從被動的分析、檢驗，而進入主動“設(shè)計”。因而對于一定的空間要求，高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)以最小重量產(chǎn)生最大剛度，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的最優(yōu)數(shù)量和最優(yōu)布置是優(yōu)化設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的第一個課題。 目前，高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析還是停留在利用現(xiàn)有的計算理論進行被動設(shè)計的階段，不能從根本上滿足未來高層建筑朝著技術(shù)功能先進和藝術(shù)完美相結(jié)合的方向發(fā)展。因此，對高層建筑的結(jié)構(gòu)力學分析需要實踐來改進和發(fā)展，并以此促進高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷完善。 參考文獻： [1]周堅.高層建筑結(jié)構(gòu)力學.機械工業(yè)出版社，2006-01. [2]高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選.中國建筑工業(yè)出版社，1996-06.
第4篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)抗震 動力分析
高層建筑是作為一個國家科技發(fā)展水平、經(jīng)濟發(fā)展水平的標志和展現(xiàn)，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑在北京、上海、廣州、深圳、武漢等城市逐漸增多。如何保證高層結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性和經(jīng)濟性，是高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的課題。近年來，建筑功能的多樣化使得結(jié)構(gòu)的體型越來越復雜，這對復雜高層建筑的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計提出了更高的要求。抗震設(shè)防標準和經(jīng)濟實力以及所處地區(qū)的地震發(fā)生規(guī)律息息相關(guān)。抗震設(shè)防要求綜合考慮地震環(huán)境、建設(shè)工程的重要程度、允許的風險水平、國家經(jīng)濟承受能力和要達到的安全目標等因素。準確、快速、經(jīng)濟地對高層建筑進行抗震分析，是高層建筑設(shè)計的重要部分。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法的概述
隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法直接影響建筑物的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全和功能，是一個值得注意和重視的重要問題。結(jié)構(gòu)分析方法也經(jīng)歷了一個從簡單到復雜，從手算到計算機仿真的一個過程。從20世紀50到70年代后期，由于高層建筑結(jié)構(gòu)體型較為簡單，且受到計算機技術(shù)的限制，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架－剪力墻構(gòu)成了當時的主要結(jié)構(gòu)形式，框架結(jié)構(gòu)體系主要用力矩分配法分層法以及反彎點法等；70至80年代，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，高層建筑空間協(xié)同工作分析法得到了廣泛的應(yīng)用；80年代后期，出現(xiàn)不少高層建筑新結(jié)構(gòu)體系，由于高層建筑的平面和體型日趨復雜，空間協(xié)同工作分析法已無法滿足工程需要，從而被三維桿件分析法所取代。1987年中國建筑科學研究院設(shè)計三維桿件空間分析程序TBSA以及大型通用商用有限元軟件（ANSYS、ADINA等）都屬于這類軟件。隨著科技的發(fā)展以及各種地震實際數(shù)據(jù)的采集，地震動力特性和結(jié)構(gòu)動力特性已經(jīng)逐步被人類所理解并加以運用，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論從20世紀初的靜力階段、發(fā)展到今天基于性態(tài)的抗震設(shè)計理論階段。
2 抗震概念設(shè)計
由于地震作用的不確定性和復雜性，由于構(gòu)件軸向變形、P-效應(yīng)，非結(jié)構(gòu)墻體剛度的影響、材料特性的時效變化、結(jié)構(gòu)阻尼隨變形而變化、地基與結(jié)構(gòu)共同作用等因素在結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析中難于考慮，在設(shè)計時選擇建筑總體外形是非常重要的，結(jié)構(gòu)平面較為簡單，圓、三角或正多邊形建筑，對稱且橫豎向質(zhì)量和剛度變化均勻。根據(jù)分析得出，建筑結(jié)構(gòu)外形為長方體時，其建筑質(zhì)量分布為上下均勻，其地震力作用在建筑高度的2/3處；當建筑外型采用錐形體，其建筑質(zhì)量分布為上小下大的二次曲線分布，其地震力作用點位于建筑高度的2/5處。當仔細研究這些典型形式，就易發(fā)現(xiàn)，實際建筑形式只能近似或介于某兩個典型形式之間，具有自己的基本質(zhì)量分布的歸類特性，以便對抗震設(shè)計的重力荷載代表值GE、風荷載、地震作用做出粗略的估計。
3 有限元模型
為了探討高層建筑的抗震動力分析，本文選取的建筑是由16米高的裙房部分和52.7m的上部塔樓，結(jié)構(gòu)主要形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，四層地下室，四層裙樓上設(shè)有屋頂花園。梁、柱、樓板和剪力墻的材料均為鋼筋混凝土；建立模型時對結(jié)構(gòu)進行整體考慮和分析，略去次要元素。ANSYS有限元軟件中提供了能適應(yīng)不同變形的有限單元，從而提高的了模擬效率。本模型采用了適合分析細長到中等粗短并考慮了剪切變形的影響的Beam188單元來模擬梁、柱結(jié)構(gòu)；用既具有彎曲能力，又有薄膜特性，可以承受面內(nèi)荷載或法向荷載Shell63來模擬板。
4 結(jié)果整體分析
為了更好地研究地震作用下結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，結(jié)合場地條件和特征周期，所選取的地震波應(yīng)主要考慮不小于建筑結(jié)構(gòu)基本自振周期3～4倍的加速度時間歷程，不宜小于12s。根據(jù)模態(tài)分析的結(jié)果，結(jié)構(gòu)基本周期約為2.34s，因此地震波持續(xù)時間按較大值可取12s，本文采用NORTHRIDGE波時程分析。
圖1 各樓層位移圖
為了研究x、y、z三個方向的地震反應(yīng)，需要對三個方向分別輸入地震波，圖1給出了在這三個方向地震波作用下，位移隨樓層而變化趨勢圖。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，x、y兩個方向的位移變化規(guī)律基本相同，只是受兩個方向剛度的影響，位移結(jié)果稍有不同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意加強y方向的剛度，以及構(gòu)件的裂縫和承載能力。并且位移圖中也反應(yīng)出4-5層之間的位移變化具有突變，這主要是這兩層剛度有突變。且在裙樓頂設(shè)置了屋頂花園，結(jié)構(gòu)質(zhì)量發(fā)展變化，這點與事實相符；z方向的位移在結(jié)構(gòu)17-18層之間突然減小，說明在結(jié)構(gòu)的頂端樓層位移方向發(fā)生變化，z方向在整體剛度并不均衡，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)重點關(guān)注梁柱的承載力以及構(gòu)件之間的構(gòu)造連接。X方向上最大位移為47.3mm是14747號節(jié)點發(fā)生在9.7s；Y方向上最大位移為77.4mm是14749號節(jié)點發(fā)生在8.8s；Z方向上最大位移31.4為14152號節(jié)點發(fā)生在0.02s，結(jié)構(gòu)在NORTHRIDGE波作用下的最大底部反力為：Fx=-8752.9kN、Fy=-9074.5kN、Fz=297560kN。
根據(jù)抗震變形驗算，在x、y方向的最大層間位移為6.33mm
5 結(jié)論
我國的抗震規(guī)范是容許結(jié)構(gòu)在抵抗強地震，結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件發(fā)生不影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的開裂或屈服，從而使得房屋震動周期加長，并且增加建筑物本身的阻尼，因而可以實現(xiàn)建筑物在抵抗強震而不破壞。強烈地震時，結(jié)構(gòu)仍要進入彈塑性，從而引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷與破壞。在設(shè)計時需考慮這類構(gòu)件破壞是建筑物的整體穩(wěn)定性。采用結(jié)構(gòu)振動控制的方法去改善這類建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是必要和可行的。通過反應(yīng)譜分析，得到給出結(jié)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、位移分布，并找出了結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)。
參考文獻：
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第5篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：建筑行業(yè)；高層建筑；結(jié)構(gòu)；分析與設(shè)計
在人口不斷膨脹的情況下，采用高層建筑以更好地利用空間是大勢所趨。高層建筑相對于普通建筑不僅能節(jié)省大量建筑材料，在建筑質(zhì)量、實用性上也優(yōu)于普通建筑。當前，城市中的高層建筑的數(shù)量很大程度上決定了一個城市的發(fā)達水平，也是展示國家科技水平的一種途徑。但是，高層建筑的建筑形式具有多樣化，對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮到抗震、抗風、等多種自然因素對其的受力，對建筑工程師的水平要求極高。因此，需要針對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行不斷優(yōu)化，正確解決高層建筑結(jié)構(gòu)上的問題，以便提高高層建筑質(zhì)量。
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
（1）水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
（2）軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
（3）側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
（4）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
（1）框架-剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
（2）剪力墻體系。當受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。
（3）筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)分析
3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：
（1）彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。
（2）小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P-Δ效應(yīng)）進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值 Δ/H > 1/500時，P-Δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。
（3）剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調(diào)整來考慮這種影響。
（4）計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：
一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。
二維協(xié)同分析。二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，同時計算；扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個自由度u，v，θ（當考慮樓板翹曲是有四個自由度），樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。剪力樓板位移與其對應(yīng)外力作用的平衡方程，用矩陣位移法求解。二維協(xié)同分析主要為中小微型計算機上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序所采用。
三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥當?shù)摹ＨS空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。
框架-剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
（2）剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。
剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復雜的情況。
（3）筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。
等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。
等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法。
比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)。空間梁柱每端節(jié)點有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論分析，每端節(jié)點有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應(yīng)的內(nèi)力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但它的未知量較多，計算量較大，在不引入其它假定時，每一樓層的總自由度數(shù)為6Nc+7Nw（Nc、Nw為柱及墻肢數(shù)目）。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣每一樓層總自由度數(shù)降為3（Nc+Nw）+4，這是目前工程上采用最多的計算模型。
4、結(jié)束語
在高層建筑發(fā)展得如火如荼時，需要相關(guān)人員嚴格控制其建筑質(zhì)量，因為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計很大程度上決定了高層建筑的質(zhì)量，所以建筑工程師們需要認真對待，遵守高層建筑設(shè)計的設(shè)計原則，依照高層建筑特點，來對建筑結(jié)構(gòu)進行科學、合理的設(shè)計，給廣大群眾提供安全、舒適的工作環(huán)境與住所。
參考文獻：
[1]夏曉麗.現(xiàn)代高層建筑框剪結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（12）.
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第6篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)體系；結(jié)構(gòu)設(shè)計
引言
隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展,城市化進程不斷加快以及對高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日益完善,使得高層、超高層建筑得迅猛發(fā)展。
1885年美國芝加哥土木工程師詹尼,設(shè)計并建造了共10層、高55m的芝加哥國內(nèi)保險公司大樓,開啟了高層建筑修建之先河,隨后高層、超高層建筑在世界各國增長迅速,其中許多高層建筑已成為城市標志,如紐約帝國大廈(1931年,高381m,102層)、芝加哥西爾斯大廈(1974年,高443m,110層)、臺北101大樓(2003年,高508m,101層)。目前,我國正處于高層建筑迅速發(fā)展時期,建造數(shù)量與日俱增,建筑高度記錄不斷被更新,其中以上海的環(huán)球金融中心、金茂大廈,廣州的中信廣場等最具代表性。高層建筑的出現(xiàn),不僅改變了城市的建筑格局和人們的居住模式,還在一定程度上反映出科學技術(shù)與社會經(jīng)濟發(fā)展的水平。
1 常用高層建筑結(jié)構(gòu)體系受力特點分析比較
1.1 框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)體系它是由基礎(chǔ)、樓板、柱、梁這4種承重構(gòu)件所組成的。基礎(chǔ)、柱和梁一起構(gòu)成平面框架是主要的承重結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活,可形成較大的建筑空間,建筑立面處理也較方便;整體性、抗震性能好,具有較好的塑性變形能力。
但是,框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小,當層數(shù)過多時,會產(chǎn)生過大的側(cè)移,從而差限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。
1.2 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常采用的是框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系,即把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系,豎向荷載由框架和剪力墻等豎向承重單體共同承擔,水平荷載則主要由剪力墻這一具有較大剛度的抗側(cè)力單元來承擔。剪力墻的設(shè)置,大幅增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度,使其水平側(cè)向位移大幅減小;同時,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作使各層層間變形趨于均勻,所以框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系的建筑能建高度要顯著高于框架結(jié)構(gòu)。
1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)
由墻體承受全部水平作用和豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系屬于明顯的剛性結(jié)構(gòu),且傳力均勻、直接。其結(jié)構(gòu)的強度和剛度都相對較高,但同時也具有一定的延性。結(jié)構(gòu)在臺風、地震作用等水平大荷載作用下,結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移能有效控制,具有良好的結(jié)構(gòu)整體性能,抗倒塌能力強,其能建高度大幅高于框架或框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系。
1.4 筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)體系由筒體為主的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)體系的高層建筑結(jié)構(gòu)具有非常大的強度和剛度,結(jié)構(gòu)體系中各構(gòu)件的受力分配合理,抗風、抗震性能相對框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)更強,往往應(yīng)用于大空間、大跨度要求的高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1 水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要
結(jié)構(gòu)需同時承受豎向和水平荷載,低層結(jié)構(gòu)以抵抗重力為代表的豎向荷載為主,而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、側(cè)向位移很小。對高層結(jié)構(gòu)來說,隨著建筑高度的增加,水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作一簡單的豎向懸臂構(gòu)件,構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度(H)成正比;水平作用產(chǎn)生的彎矩與高度(H)的平方成正比;水平作用產(chǎn)生的側(cè)向位移則與高度(H)的四次方成正比。對某一高度確定的建筑,結(jié)構(gòu)豎向荷載的大小基本穩(wěn)定,而水平方向上風載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性不同而存在較大幅度的變化。可見,水平荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大,側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制目標之一。
2.2 控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素
與低層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計不同,高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的關(guān)鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加,水平側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會快速增大。側(cè)向位移過大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力,特別是對豎向構(gòu)件,附加偏心力超過一定限值時,將會引起整個結(jié)構(gòu)的倒塌破壞;同時,在風荷載作用下,如果側(cè)向位移過大,將會引起居住者工作者的不適,在地震作用下,如果側(cè)向位移過大,更會讓人感到不安和驚慌。
2.3 結(jié)構(gòu)軸向變形的影響顯著
對于高層建筑結(jié)構(gòu),由于層數(shù)多、高度高,軸力很大,從而沿高度逐漸積累的軸 向變形很顯著高層建筑結(jié)構(gòu)中,一般豎向荷載的數(shù)值較大,在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形,對結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁彎矩大小產(chǎn)生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值,從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大,連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。
2.4 結(jié)構(gòu)延性的重要性
高層建筑相對于低層或是多層建筑來說結(jié)構(gòu)更柔一些,受到地震的影響后,結(jié)構(gòu)變化更大一些。所以采取恰當?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性,使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然具有較強的變形能力。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法簡介
3.1 計算分析基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)要完全精確地分析三維空間結(jié)構(gòu)是十分困難的。需要通過各種分析方法對計算模型進行不同程度的簡化。以下是一些常見的假定:
1）彈性假定
目前實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法都是使用的彈性計算方法。這一假定符合建筑結(jié)構(gòu)的工作狀況,因為在一般風力作用下,建筑結(jié)構(gòu)一般都處于彈性工作階段。
2）小變形假定
小變形假定也是各種高層建筑結(jié)構(gòu)實用分析方法中普遍采用的基本假定。對幾何非線性問題的研究認為:當頂點水平位移與建筑物高度的比值大于1/500的時候,就必須重視幾何非線性問題的影響。
3）剛性樓板假定
剛性樓板假定在對高層建筑結(jié)構(gòu)進行分析的時候,一般假定樓板自身平面內(nèi)的剛度是無限大的,平面外的剛度則為零。這就簡化了計算方法,減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度。
3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)受力分析方法
1）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑內(nèi)力與位移的計算分析,大都采用連梁連續(xù)化假定。可由框架結(jié)構(gòu)與剪力墻水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件,建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程進行求解。
2）剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性與變形主要取決于墻體的開洞情況。單片剪力墻按其受力特性的不同,可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻等各種類型,不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)其截面應(yīng)力分布的規(guī)律也不相同,計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形位移時需采用相對應(yīng)的計算方法。
3）按照對計算模型處理的手法不同,筒體結(jié)構(gòu)的實用分析方法通常可分為:等效連續(xù)化法、等效離散化法和三維空間分析法。等效連續(xù)化方法的具體應(yīng)用包括有連續(xù)化微分方程求解法、有限單元法、能量法等;等效離散化方法則包括等代角柱法、核心筒的框架分析法等;相對于等效連續(xù)化方法和等效離散化方法的筒體結(jié)構(gòu)計算模型,完全按三維空間結(jié)構(gòu)建立計算模型來分析筒體結(jié)構(gòu)體系的受力性能更為精確。三維空間分析法將高層筒體建筑結(jié)構(gòu)體系看作是由若干個空間梁單元、空間柱單元和薄壁柱單元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)體系進行計算分析,更符合受力結(jié)構(gòu)體系的實際工作狀態(tài)。
第7篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；位移；受力性能
中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：
0 前言
在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要注意幾方面的問題。例如：在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要對其受力性能進行具體的分析，對結(jié)構(gòu)的位移問題需要進行重點的注意，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要對剪重比進行具體的設(shè)計[1]。對建筑結(jié)構(gòu)的軸壓比也應(yīng)進行相關(guān)的注意。在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中只有將上述的幾方面的問題進行全面的考慮，才能夠保證高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段不存在任何的影響建筑工程質(zhì)量的問題。
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的位移問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要充分的考慮其位移的問題。在進行結(jié)構(gòu)的整體計算中，結(jié)構(gòu)的側(cè)移是整個計算中需要考慮的情況。側(cè)移數(shù)值的大小能夠反映出整個高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度是否合適，如果側(cè)移數(shù)值的過大或者過小都說明高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度存在著問題。側(cè)移的數(shù)值過大說明建筑結(jié)構(gòu)的剛度偏小，如果側(cè)移的數(shù)值過小就說明建筑結(jié)構(gòu)的剛度偏大。因此，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要全面的了解側(cè)移數(shù)值的大小，從而使設(shè)計者能夠根據(jù)側(cè)移的大小對結(jié)構(gòu)體系進行選擇，平面布置及其結(jié)構(gòu)的豎向方面進行充分的考量。在現(xiàn)行規(guī)范中，明確規(guī)定頂點的位移需要與層間的位移同等的對待。在高層建筑中，由于頂點的位移限值從而決定了數(shù)值的大小及其振動頻率[2]。人的舒適的感覺與振動的頻率有著密切的關(guān)系。如果頻率太高的話就會影響人的舒適的感覺。另外，在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，為了防止其結(jié)構(gòu)變形過大能夠被破壞的問題，需要對層間的相對位移進行限值。在層間位移限值的問題上需要進行嚴格的把握。對于同一結(jié)構(gòu)需要采用不同的計算程序進行計算，從而得出精確無誤的結(jié)算結(jié)果。如果高層建筑結(jié)構(gòu)中的層間位移數(shù)值偏大的話，就可能是“層間位移”的內(nèi)涵不同所導致的，對于層間位移可能是樓層形心位移，也可能是樓層轉(zhuǎn)動后的大角點位移。形心位移對高層建筑機構(gòu)有著重要的意義，角點位移最主要的一個功能就是反映結(jié)構(gòu)樓層真實的位移，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中角點位移是設(shè)計師非常關(guān)注的一個數(shù)值。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要注意受力性能的問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑師首先要考慮建筑空間組成的特點。這種考慮不是為了進行精確的確定其結(jié)構(gòu)的特點，而是對建筑空間的特點進行大概的了解。建筑物底面對于整個高層建筑來說，對于豎向的穩(wěn)定及其水平的穩(wěn)定具有重要的作用。在一些高層建筑中，大部分都是由一些大且重的構(gòu)件所組成的[3]。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，需要能夠?qū)⒈旧淼闹亓總鬟f到地面。由于結(jié)構(gòu)的荷載主要是向下的作用。因此，設(shè)計師在進行高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候最基本的一個要求就是要弄清楚所選擇的體系的作用力和高層建筑的地基的承載力之間到底有什么樣的關(guān)系。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案的最初階段，應(yīng)該對主要的承重柱及其承重墻的數(shù)量做出全面的考慮。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，隨著設(shè)計高度的不斷增加，對于豎向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計成為最重要的控制要素。其原因主要有兩方面，一是，建筑結(jié)構(gòu)的垂直荷載要求需要有較大的柱以及墻；二是，在高層建筑中，由于側(cè)向力產(chǎn)生的傾覆力矩以及剪切變形非常的重要，在高層建筑中側(cè)向荷載的效應(yīng)并不是線性的增加，而是伴隨著建筑高度的增高而迅速的增大。像，在高層建筑的所有條件相同的時候，在風荷載的作用下，高層建筑物的基底傾覆力矩與建筑物高度平方幾乎是成正比。在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，需要考慮的不只是抗剪，要對高層建筑的整體抗彎以及抵抗變形都需要進行充分的設(shè)計。由此可見，對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，需要充分的考慮其受力的性能。
3剪重比問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的剪重比主要是體現(xiàn)地震作用下所反應(yīng)出來的一個指標，抗抗震指標的大小與高層建筑結(jié)構(gòu)的地震設(shè)防的烈度有關(guān)，并且與高層建筑結(jié)構(gòu)的體型有關(guān)。當高層建筑的設(shè)防烈度為 7度8度9 度的時候，剪重比分別為 0.013，0.023，0.040。建筑結(jié)構(gòu)的剪切比能夠衡量建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面取值是否合理以及樓層荷載數(shù)據(jù)的輸入是否完全正確等等。在高層建筑的樓層中，結(jié)構(gòu)的剪切比一般高于多層建筑的剪切比。因此，高層建筑的設(shè)防烈度需要高于多層建筑的設(shè)防烈度。對于剪切墻比較多的建筑的剪切比要大于剪切墻較少或者沒有剪切墻的建筑。在高層建筑中，其單位面積一般在10-18kN／m2之間，以上的指標在對高層建筑進行施工圖的設(shè)計階段有著重要的參考價值，在高層建筑的初期設(shè)計階段也有著非常重要的意義，在高層建筑的初期階段，上述的數(shù)據(jù)指標是在設(shè)計中的非常重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，其數(shù)值是否符合高層建筑的結(jié)構(gòu)要求能夠反映出高層建筑的結(jié)構(gòu)體系在選擇上是否合適，在結(jié)構(gòu)布置上是否合理，在電算數(shù)據(jù)的輸入上是否正確，并且涉及到最后決定電算的結(jié)果是否真實可信可用等等[4]。因此，在對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，設(shè)計者需要對這上述的指標不可掉以輕心，要引起高度的重視，千萬不能認為不重要，而在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中忽視掉，從而導致高層建筑在日后完工后存在嚴重的質(zhì)量安全問題。
4 建筑結(jié)構(gòu)的軸壓比問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)的軸壓比問題需要充分的考慮。所謂的軸壓比是指各柱組合的軸力設(shè)計值與柱橫截面的面積 和混凝土抗壓強度的設(shè)計值乘積比值。在高層建筑中的試驗及其震害的有關(guān)數(shù)據(jù)表明，如果在高層建筑中，如果鋼筋混凝土的柱軸力過大，那么，柱的延性將會很明顯的變小，非常容易產(chǎn)生脆性剪切的破壞，進而不符合強剪弱彎的設(shè)計要求。因此，在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要對軸壓比進行很好的控制，從確保建筑的延性。在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中我們需要采取提高柱混凝土的標號及其擴大柱截面的措施進而縮小柱軸壓比，達到提高結(jié)構(gòu)延性的目的。
5 結(jié)束語
本文通過對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題進行具體的分析和探討。對于在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，像結(jié)構(gòu)的受力性能，剪切比，以及軸壓比的問題，需要引起設(shè)計者的高度重視，因其數(shù)值上的變化都會影響整個高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如果對上述的數(shù)值沒有做到充分的考慮的話，容易出現(xiàn)嚴重的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，對于日后高層建筑的施工也會帶來很多的麻煩，如果日后的施工跟隨結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行，那么，在工程完工后也會出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量安全的問題。由此可見，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時期對于上述幾方面的數(shù)值一定要計算準確，并且所有的數(shù)值都應(yīng)該符合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范的要求。只有充分的做好本文所談到的幾個需要注意的問題，才能夠做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
參考文獻：
[1]陶忠,張耀春,韓林海,王光遠.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的初步探討[J].哈爾濱建筑大學學報,2000(01).
[2]孫廣花.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(17).
第8篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
高層建筑結(jié)構(gòu)選型的意義高層建筑在節(jié)約土地方面有著重要優(yōu)勢，幾十層甚至上百層的大樓容納更多的人員，使人們的活動更加的集中，更為集中的生活和工作方式極大地提高了效率，不僅節(jié)約了土地資源，還節(jié)約了其他的資源。高層建筑可以有效改善城市綠化，增加綠化面積。當然，高層建筑也有其存在的劣勢，按單位建筑面積計算高層建筑的造價和管理費用都遠遠超過多層建筑，高層建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)備占去更多的空間，便有效使用的建筑面積減少。高層建筑的供熱通風系統(tǒng)消耗更多的能量等等。建筑設(shè)計往往決定了建筑物的造型和功能，而建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計則決定了建筑物的整體骨架，是整個建筑的基礎(chǔ)部分，這也正是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之所以重要的原因。結(jié)構(gòu)設(shè)計完成的是建筑物的骨架，骨架的形式以及它所在空間結(jié)構(gòu)的合理性將直接影響到高層建筑的造型和高層建筑的功能，以及建筑物的安全。還將間接影響到高層建筑的經(jīng)濟效益，預設(shè)功能的發(fā)揮。科學合理的選型，對于高層建筑來說有著重要意義。一旦在結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)問題，選型不合理，將嚴重威脅建筑物的安全，同時造成重大的經(jīng)濟損失，再精確的計算和高明的理論也無法挽回這種損失。結(jié)構(gòu)設(shè)計正確處理高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型問題，對于高層建筑的設(shè)計施工乃至使用維護而言都具有至關(guān)重要的意義。2、高層建筑結(jié)構(gòu)的選型分析
2.1高層建筑結(jié)構(gòu)的選型因素影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多，其中存在很多不確定因素。而且，影響選型的因素中很多又是不能量化的，只能憑一些工作經(jīng)驗而定，這為選型工作帶來了很大的風險。因此，在選型之初一定要做好調(diào)查研究工作，根據(jù)高層建筑的要求以及所處的位置環(huán)境，搜集盡可能多的資料，為建筑物的結(jié)構(gòu)選型和方案的確定打下堅實的基礎(chǔ)。做好數(shù)據(jù)的處理，盡可能得出數(shù)據(jù)，將各種因素量化，只有這樣得出的結(jié)論才是科學合理的。一些工作需要經(jīng)驗判斷，但也需要數(shù)據(jù)的支持，所以要重視量化，現(xiàn)代建筑技術(shù)也來越注重量的分析，更多地是依靠可靠的數(shù)據(jù)分析。但是，也需要聽取一些專家的意見，畢竟現(xiàn)在的技術(shù)還沒有達到數(shù)據(jù)就能處理一切的地步，而且很多因素本身是不能量化的。盡管有眾多的因素，但是通常有三個因素是不得不考慮的，因為這三個不僅影響到了經(jīng)濟效益，還影響到了高層建筑的安全性能。首先是水平荷載，高層建筑與其他建筑一個很重要的區(qū)別在于水平荷載，因為大多數(shù)主要是考慮垂直荷載，但是對于高層建筑而言，決定其結(jié)構(gòu)選型的因素卻是水平荷載。高層建筑無時無刻不受到氣流的影響，而且由于地球自轉(zhuǎn)本身會存在搖擺，這對建筑物的安全構(gòu)成嚴重威脅，同時也影響到高層建筑的使用性能。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中產(chǎn)生作用，而水平荷載也對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆作用，并由此產(chǎn)生高層建筑在豎構(gòu)件中的作用力；另一方面，對高層建筑來說，豎向荷載和地震作用，也隨建筑結(jié)構(gòu)動力特性而發(fā)生大幅度的變化。其次是側(cè)移，這是結(jié)構(gòu)選型的主要指標，與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓層的增加，水平荷載作用下高層結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計高層結(jié)構(gòu)時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，能夠可靠地承受風荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力；還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，確保良好的居住和工作安全。由此可見，高樓的使用功能和安全，與結(jié)構(gòu)側(cè)移的大小密切相關(guān)。
2.2建筑材料的選用
由于抵抗水平力是高樓結(jié)構(gòu)的主要目標，因此，抗側(cè)力體系便成為高層結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分，抗側(cè)能力的強弱，則是衡量結(jié)構(gòu)體系是否經(jīng)濟有效的尺度。在高樓單位建筑面積的結(jié)構(gòu)材料用量中，用于承擔重力荷載的結(jié)構(gòu)材料用量，與房屋層數(shù)成線性比例增加。其中，用于樓蓋結(jié)構(gòu)的材料用量大體是定值，幾乎與結(jié)構(gòu)層數(shù)無關(guān)；用于墻、柱等豎向承重構(gòu)件的材料用量，則隨房屋的層數(shù)成比例增長；而用于抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)材料數(shù)量，則按房屋層數(shù)的二次方的關(guān)系曲線急劇增長。所選定的抗側(cè)力體系是否經(jīng)濟有效，對于結(jié)構(gòu)材料的用量影響很大，綜合各方面條件經(jīng)過精心設(shè)計所確定的最優(yōu)抗側(cè)力體系，將使結(jié)構(gòu)材料用量得以大幅度下降。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對節(jié)約結(jié)構(gòu)造價的重要性。
2.3結(jié)構(gòu)體系要滿足建筑內(nèi)部空間要求
高層建筑使用功能不同，建筑平面布置也就隨之一變化。一般情況下，小空間平面布置方案，僅適用于住宅以及旅館的客房部；辦公樓要求大小空間兼有；餐廳、商場、展覽廳及工業(yè)廠房，則要求大空間的平面布置方案；舞廳和宴會廳，更要求內(nèi)部無柱的大空間。在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，應(yīng)首先考慮建筑使用功能對內(nèi)部空間的需求，再結(jié)合其它條件綜合考慮，確定一種既實用又經(jīng)濟、有效的結(jié)構(gòu)體系。采用框架結(jié)構(gòu)的建筑平面布置靈活，可實現(xiàn)較大的內(nèi)部空間；剪力墻結(jié)構(gòu)建筑平面布置受限制，只能實現(xiàn)小空間；框一墻結(jié)構(gòu)體系建筑平面布置比較靈活，可實現(xiàn)較大的內(nèi)部使用空間；框一筒體系建筑平面布置靈話，可產(chǎn)生大的內(nèi)部使用空間；且建筑采光通風均較好；筒中筒體系建筑平面布置比較靈活，可有較大的內(nèi)部使用空間；框筒束體系建筑平面布置受限于密排柱網(wǎng)，但仍可產(chǎn)生大的內(nèi)部使用空間。
2.4結(jié)構(gòu)體系選定的原則
位于地震區(qū)的高層建筑，在確定結(jié)構(gòu)體系時，除了要考慮材料用量、建筑內(nèi)部空間和房屋適用高度等因素外，還需考慮抗震效果；具有明確的計算簡圖和合理的地祝地震力傳遞路線，具備多道抗震防線，不會因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效，而導致整個體系喪失抗側(cè)力或承受重力荷載的能力；具有必要的承載力、良好的延性和較多的耗能潛力，從而使結(jié)構(gòu)體系遭遇地震時具有足夠的防倒塌能力；沿水平和豎向，結(jié)構(gòu)的剛度和強度分布均勻，或按需要合理分布，避免出現(xiàn)局部削弱或突變，防止地震時出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。總之，在確定建筑方案的同時，應(yīng)綜合考慮房屋的設(shè)防烈度、場地類別、房屋高度、地基基礎(chǔ)，以及施工條件等，并結(jié)合結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟、技術(shù)指標，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性分析高層建筑的結(jié)構(gòu)選擇涉及到工程的造價，還會影響到建筑物的功能發(fā)揮，這就直接關(guān)系到了建筑物的經(jīng)濟效益。任何一項建筑工程都必須考慮其經(jīng)濟效益，更直接的說，現(xiàn)在的高層建筑更多的是為了盈利，建筑結(jié)構(gòu)選擇的不同，經(jīng)濟效益相差很大。所以，在結(jié)構(gòu)選型中要綜合考慮對經(jīng)濟效益的影響，并把這作為很重要的因素考慮進去。建筑物從建筑材料變成建筑產(chǎn)品一定需要材料和人力的投入，而且還需要機械的投入，這三部分大多數(shù)是一次性的投入，這是建筑工程最重要的投入。所以，結(jié)構(gòu)選型一定要選擇節(jié)省一次性成本的方案。
結(jié)語
高層建筑物有效地減輕了住房壓力，但必然也帶來了安全隱患，其結(jié)構(gòu)選型問題較為重要。隨著城市不斷的發(fā)展，高層建筑物必將朝著更加合理的方向發(fā)展。
參考文獻：
[1] 劉大海．高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選．中國建筑工業(yè)出版社，1998．
第9篇：高層建筑結(jié)構(gòu)分析范文
關(guān)鍵詞：高層建筑 ；結(jié)構(gòu) ；設(shè)計； 探討
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：
引言:
隨著城市化發(fā)展以及建筑用地的緊張，高層建筑將日益增多。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、合理性。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題進行探討。
1 .高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則
1.1 選用適當?shù)挠嬎憬Y(jié)構(gòu)：計算是在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
1.3 合理選擇結(jié)構(gòu)方案：一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。總而言之，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
1.4采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的直行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；
水平力是設(shè)計主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
2.2側(cè)移成為控制指標與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
抗震設(shè)計要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、、中震可修、大震不倒。
2.3軸向變形不容忽視，高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大；還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
2.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。
相對于較低建筑而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題
3.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面
對于一個建筑物最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結(jié)構(gòu)。
建筑物地面對建筑空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。 在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3.2結(jié)構(gòu)的超高問題
在抗震規(guī)范與高規(guī)中。對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此。必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。
在實際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題。導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設(shè)計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。
3.3結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題：新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
4. 結(jié)語
近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計算的準確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析，用掌握的知識處理實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的各種問題。
參考文獻：
[1]劉西拉.結(jié)構(gòu)工程學科的現(xiàn)狀與展望.北京：人民交通出版社1997.
