高层建筑物结构设计和结构分析论文

浅谈高层建筑物的结构设计和结构分析摘要：当高层建筑物的层数和高度达到一定程度时，其一些功能在适用性、技术的合理性和经济的可行性方面都会发生质的变化。

因此，与多层建筑相比，高层建筑物在结构设计上、技术进步上都有许多新的问题需要我们来考虑和解决。

本文分析了高层建筑结构设计的特点，并介绍了高层建筑结构类型和高层建筑的地下室基坑支护结构等，希望能为今后的高层建筑设计提供一点参考。

关键词：高层建筑结构的设计、结构的类型、地下室基坑支护结构
在世界范围内，现代意义上的高层建筑发展大概也只有120年的历史，我国高层建筑的建设基本上是在解放后开始的，改革开放后，随着我国综合国力的不断增强，我国高层建筑的设计和建设水平有了飞跃的发展，并在迅速接近国际水平。

从一般意义上来讲，现代高层建筑是在社会生产发展和人们生活需要下而不断地发展起来的，是商业化、工业化和城市化发展的结果，科学技术的进步和轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机技术在建筑学领域方面的广泛应用为高层建筑的发展提供了必不可少的物质条件，因此，从这方面的意义上来讲，高层建筑的出现和发展又是现代工业和现代社会发展的产物。

高层建筑结构的设计特点
随着经济的发展，高层建筑的发展也上了一个新的台阶，出现了许许多构造新颖、层数多、体量大的高层建筑物，这些建筑物既
要做到安全又要做到经济合理，这就给高层建筑结构设计提出了许多新的课题。

高层建筑物的主体结构主要是由楼层结构、传递竖截结构、抗侧力结构、基础结构和竖向交通结构等构成的，这些结构之间相互配合，协调受力，构成一定传力路线，所以说各个主力结构之间的受力是相互影响的，在设计中要想使整个结构做到完美，在技术和用料、造价方面都需要从整体出发，多方面考虑。

水平荷载是决定因素
这是因为，一方面，在竖构件中楼房自重和楼面使用荷载引起的轴力、弯矩值只与楼房高度成一次方正比，而水平荷载力对结构产生的倾覆力矩和由此在竖构件中产生的轴力，与楼房的高度是成两次方正比；另一方面，对于一定高度的楼房来说，其竖向荷载力大体上是个定值，而其水平荷载力在风荷载和地震的作用下，其值是随着结构动力特性的不同而有很大幅度的变化。

轴向变形不容忽视
在高层建筑物中，如果竖向荷载力值很大，就能够在柱中引起大的轴向变形，这就会对连续梁弯矩产生很大的影响使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，使正弯矩值与端支座负弯矩值增大；这也会对构件的下料长度产生影响，所以需要根据轴向变形来计算，而对下料长度进行调整；此外对构件的剪力和侧移也会产生影响，会出现偏于不安全的结果。

侧移是控制指标
与多层较低楼房不同，在高层楼房结构设计中结构侧移已成为
设计的关键。

因为随着楼房高度的增加，在水平荷载力的作用下结构侧移变形会迅速地增大，所以结构在水平荷载力作用下的侧移应该控制在某一个限度之内。

结构延性成为重要设计指标
与多层较低楼房相比，高层楼房结构更容易在地震中发生变形，所以为了使结构设计在进入塑性变形后仍然具有很大的变形能力，避免在地震中倒塌，这就需要在结构设计上采取恰当的措施，来使结构有足够的延性。

高层建筑结构的类型
高层建筑物的重要材料主要钢和钢筋混凝土，但是各自有着不同的特点，所以在不同的国家、不同地区、不同条件下如何正确的使用材料，充分发挥其优点，成为经济合理地建造高层建筑物的一个重要方面。

目前，我国的高层建筑物，主要采用混凝土结构，这既符合我国当前的经济条件，并且这类结构也有其相应的优越性，下面主要对高层建筑物中常用的结构类型做个简要的介绍。

1、钢筋混泥土结构
这种结构在我国高层建筑物中所占的比例最大，而且数量也最多，比较适合于20-30层以内的小高层像住宅、办公楼、酒店等建筑物都可以。

随着城市的发展，在大城市和一些特大城市的中心城区用地日益紧张，这就促就了高层建筑物的发展。

混凝土结构造价低，即使周期较长，但是由于人工费用低廉，其仍在高层建筑方案选定中具有一定的优势。

另一方面，混凝土结构在我国已有较长的
发展时间，在设计和施工方面经验丰富，设计的计算方法也为广大设计人员所熟知，这也是混凝土高层设计的一个优势。

但是，如果楼高超过100米之后，混凝土结构的构件会十分粗大，这种教导的自重比例和较大结构面积，都使得混凝土结构类型不在完全适合，这就使得其他结构类型有了发展空间。

2、钢结构
与钢筋混凝土结构相比较，高层建筑物的钢结构有其优点，例如：由于钢材有很好的延性，所以可以设计成延性结构来抵抗地震，其抗震的性能优于混凝土结构；钢材强度高，截面小，能有效地减轻自身重量，减低基础工程的造价；大部分的钢结构构件是在工厂制作完成后，运输到施工现场在进行安装，因此就可以缩短工期。

但是钢结构高层也存在一些缺点，像造价较高、耐火力较差并且在国内大截面钢材供应很难落实等等。

3、钢--混凝土混合结构
在这种结构类型中，部分测力结构采用钢结构，用钢材作框架设计，一部分结构采用钢筋混凝土结构。

这类结构的有以下几个优点：因为其采用钢筋混凝土核心筒和剪力墙作为抗侧力结构，所以侧向刚度大于钢结构，层间位移和顶点的侧移都较小；这种结构的钢材用量也小于钢结构，这样也可以节省一部分防火涂料费用，所以其造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间；这种结构的施工速度比钢筋混凝土结构要快，可以缩短施工周期；其结构面积也小于钢筋混凝土结构。

但是，这种结构的缺点是当混凝土内筒刚度退化后会使钢价框架的剪力增大，并且其抗震性能分析还有待进一步完善。

另外，混凝土内筒施工的误差也大于钢结构，在连接方面二者也存在一些问题。

4、钢骨混凝土结构
钢骨混凝土结构主要是使用钢材来代替部分或全部钢筋，从而加强钢筋混凝土构件。

这类结构的优点是：有良好的结构过渡层，能改善地震区建筑物刚度不然变化带来的不利情况减少层间位移；造价也低于钢结构，防火能力方面高于钢结构；延性优于钢筋混凝土结构，并且刚度大于钢结构；比钢筋混凝土结构施工速度快。

这种结构的缺点是，钢骨混凝土梁与柱的连接部分构造复杂。

高层建筑的地下室基坑支护结构
1、高层建筑地下室基坑支护结构的作用
高层建筑地下部分的工程质量非常重要，它是保证高层建筑物的使用安全的基础，做好高层建筑地下室基坑支护结构，对高层建筑工程的顺利实施有着重要的意义。

高层建筑地下室基坑支护结构是高层建筑结构的重要组成部分，因为当建筑物的地上部分较高时，加深其的地下结构能够有效地调节建筑物的重心，确保建筑物的使用安全。

2、高层建筑地下室基坑支护结构的设计要求
基坑支护结构作为一个体系，要具有足够的稳定性和变形性两种极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。

对基坑支
护来说，所谓承载能力极限状态就是支护来自于结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏而出现较大范围的失稳。

因此，基坑支护的设计相对于承载力极限状态来说要有足够的安全系数，使支护不至于产生失稳，并且要在保证不出现失稳的条件下控制位移量，从而不影响周围建筑物的安全使用。

支护结构位移控制一般以水平位移为主，并且水平位移的控制与周边环境要求有关，这就是所谓的基坑安全等级的划分。

如果基坑周边有比较重要的构筑物需要保护时，应控制小变形，这就是通常所说的一级基坑的位移要求；如果周边空旷、没有筑物需保护，这时位移量可大一些，理论上来讲只要保证稳定即可，即三级基坑的位移要求；介于二者之间的是二级基坑的位移要求。

对于一级基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，对于较深的基坑，应小于0.3％h，h为基坑开挖深度。

对于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。

一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。

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结束语
随着高层建筑物的进一步发展，高层建筑的结构形式，结构类型、材料选择等方面都将日趋复杂化、多元化，为了不断提高高层建筑物的建筑质量，体现其魅力，追求新的结构形式和类型将永远
是土木工程师们的目标和方向
参考文献：
[1]、陈松.浅谈深基坑支护施工监理[j].沿海企业与科技，2006，（8）。