高层建筑结构分析与设计探究

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摘要：受人口增长与地理环境的限制，高层建筑逐渐趋于建筑发展的主导形式，并已广泛应用于现代城市建设中。基于此，文章结合对相关文献的参考学习，就高层建筑结构特点与设计要素进行深入研究，旨在更好的服务于现代化城市的发展。

关键词：高层建筑；结构；设计

随着城镇化速度的加快，推动了高层建筑的快速发展。作为城市发展的基础和社会活动的载体，高层建筑是营造良好的城市环境与宜人的生态体系不可或缺的部分，其设计多元化与标准中化越来越受到社会的重视。如何加强现代城市道路高层建筑设计工作的管理任务，已成为当今城市建设研究的重点课题。

1高层建筑结构分析和设计特点

1.1水平荷载

建筑必须承受垂直荷载和风产生的水平荷载，必须具备较强的能力来抵抗地震的侵袭。在低楼层的建筑结构中，因水平荷载产生的内在动力和位置移动相对较小，对建筑建构的影响不大，主要是以重力为代表的竖向荷载控制着建筑结构的设计。而在高楼层的建筑中，是水平荷载对建筑结构起决定性作用，尽管竖向荷载对结构设计会产生重要的影响，但相对于水平荷载来说，影响较小。

1.2轴向变形

由于轴力项相对于弯矩项来说，产生的影响不是很大，施工单位只关注和考虑弯矩项。但是对高楼层建筑结构进行分析所要考虑的因素就不太一样了，需充分考虑到高层建筑的层数、高度值、轴力值等相关因素。随着高度的不断增加，轴力变形也会变得特别明显，当轴向的变形达到一定的程度，会将高层建筑的结构内力数值和分布都改变。

1.3建筑侧移

楼层的增加，在结构侧向变形速度在水平荷载的作用下也会不断的增大。高层建筑设计时，需要保证足够的结构强度，在应对风荷载产生的内力作用时，才能产生足够大的力量去抵御。为了能够将水平荷载作用下产生的侧移距离控制在一定的限度之内，就必须拥有足够的抗侧刚度能力，才能较好的保障居住和工作的环境。

2高层建筑的结构类型体系

2.1框架―剪力墙类型体系

为使总体强度和硬度能满足设计和应用的要求，需在建筑物的合适位置设计一个体积相当大的剪力墙，用来代替建筑物框架，这也是框架剪力墙形成的原因。当建筑物在承受来自水平方向的一个力时，该结构类型可通过硬度很强的建筑物楼板，然后与连梁可形成一个能协同工作的建筑结构体系。垂直荷载在这一体系中起作用，而剪力墙所承受的是水平荷载，该结构承载荷载的形式，使得其形成了弯剪型的位移曲线。对于剪力墙这样的结构体系设置，会增加结构的侧向硬度、减小水平位移、降低框架结构应该承受的水平剪力，并且所产生的内力主要顺着竖的方向均匀的分布。

2.2剪力墙类型体系

剪力墙体系是由于受力的主题结构因平面剪力构建造成的。着剪力墙结构体系中，单片的剪力墙承载着全部由水平和垂直方向带来的荷载作用。当剪力墙体系的位移呈现型的曲线时，剪力墙体系属于刚性结构，这时候的剪力墙体系的强度和高度都比较强，而且具备一定程度的延展性。剪力墙结构体系整体上很好,而且框架-剪力墙体系小于能建高度，整体结构传力均匀而直接，整体的性能都比较好，不容易发生倒塌。

2.3简体类型体系

筒体类型体系即使用的筒体带有抗侧力建筑构件的结构类型，类型主要分为：筒中筒体系、单筒体体系、筒体―框架体系及多束筒体系等。从本质上来看，筒体体系是一种建筑受力构件，具备较强的空间性，实腹和空腹是它的两种类型。其中，实腹筒属于由曲面强或是平面强围城的一种三维竖向单体结构；空腹筒属于由窗裙梁、密排柱或者是开孔的钢筋混凝土的建筑外墙组合构成的空间性的受力构件。由于筒体类型体系的构成能够使建筑的刚度和强度较强，而且该体系内具有比较合理的受力，抵御地震和对抗风寒的能力都比较强，所以该结构体系常被应用于一些有较大跨度、空间或高度的高层建筑中。

3高层建筑设计方案

3.1弹性假定

当建筑处于一般风力的或者垂直荷载的作用下时，建筑结构设计常常处于弹性的工作阶段，特殊的情况除外，但是这一假定与实际的工作情况存在的差异不大。当遭遇地震或者强烈的台风天气时，建筑产生的位置移动会比较大，然后才会转入弹塑性的工作阶段。在这个时候就应当按照弹塑性动力分析方法进行设计，而不能按照弹性的方法对内力和位移进行计算，不然就不能将结构的真实工作状态反映出来。

3.2小变形假定

小变形假定方法是除了弹性假定之外另一种比较常用的方法，但也有学者对几何非线性问题进行研究。除了弹性假定，小变形假定方法也常被采用。但有不少学者对几何非线性问题（P-Δ效应）做了一些研究。一般情况下，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时，P-Δ效应的影响就不能被忽视了。

3.3刚性楼板假定

针对我国目前的分析方法而言，大多数高层建筑结构体系以建筑物的楼板在其自身这一平面内的刚度是无线大的为假定，往往会忽视建筑物自身平面外带有的刚度。因此，刚性楼板假定方法将高层建筑结构体系的自由度一定程度减少，简化计算方法。并且假定方式还为那些在空间上采用了薄壁杆件的理论在对筒体体系的结构进行计算时提供了较大的便利。通常来讲，受其自身计算方式和计算时相关的因素的影响，使得该方式比较适用于高层建筑中的框架和剪力墙两大体系。

3.4计算图形的假定

在高层建筑架构体系中，整体分析将采用的计算图形分为一维、二维协同分析和三维空间分析三中。其中，三维空间分析的普通杆单元，每一节点含有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应该考虑截面翘曲，截面翘曲有7个自由度。

4结束语

总而言之，现代城市高层建筑的建设是一项漫长而复杂的过程。任何看似先进的技术均会随着时代的发展而显的落后，无法满足城市发展的需求。在新时代的发展背景下，人民日益增长的社会需求对现代城市道路的设计工作提出了更高的要求，同时也给设计从事者们带来了更加严峻的考验。只有不断研究，不断创新，立足于设计任务的标准化与多元化发展方向，才能确保我国现代城市高层建筑建设的可持续发展。

作者:李爽 单位:长春市工程咨询公司

参考文献：

[1]况志涛.当前高层建筑中结构施工技术探讨[J].工程技术研究,2016,(6):77.

[2]邓均扬.高层建筑中建筑施工技术的合理应用探析[J].冶金丛刊,2016,(4):77-78.

[3]胡海燕,朱琦.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析[J].工程技术研究,2016,(7):183+187.