高层建筑结构设计分析与研究
基于高层建筑结构设计研究与分析论文
基于高层建筑结构设计的研究与分析摘要：随着科学技术的不断进步以及社会的迅速发展，在当今的城市建设过程当中随之出现了越来越多的高层建筑，并且在高层建筑的设计上也出现了许许多多的新变化和新发展，由此可见，高层建筑结构设计已逐渐成为了当今高层建筑的核心内容。
所以，对高层建筑的结构设计方面的相关问题进行研究是十分有意义，也是非常重要的。
本文简要的分析了高层建筑的结构特征，并深入的探讨了高层建筑设计的相关问题，希望能够对我国高层建筑结构今后的设计工作产生积极的作用及影响。
关键词：高层建筑；结构设计；研究与分析中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：引言随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。
另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
一、高层建筑结构设计的特点高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。
其主要特点有：（一）水平力是设计主要因素在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。
而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。
因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。
另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
对高层办公建筑核心筒设计的分析与研究
对高层办公建筑核心筒设计的分析与研究高层办公建筑是城市的地标建筑之一，其核心筒设计可以说是整个建筑结构的灵魂所在。
核心筒是指建筑物内部的主要承重部分，通常包括楼梯、电梯和设备间等，承担着建筑的垂直荷载和水平荷载，具有极其重要的功能。
对高层办公建筑核心筒设计的分析与研究显得尤为重要。
一、核心筒设计的功能1. 承重功能核心筒作为高层建筑的主要承重结构之一，起到了支撑整个建筑的重要作用。
在地震、风荷载等外部作用下，核心筒能够有效地分担建筑的垂直荷载和水平荷载，保证了建筑的稳定性和安全性。
2. 功能分区核心筒内部通常包含了楼梯、电梯、管道等功能区域，为建筑的正常运行提供了便利。
良好的功能分区设计能够提高建筑内部空间的利用率，提升了建筑的实用性和经济性。
3. 建筑外观在一些设计精良的高层办公建筑中，核心筒的设计往往也会影响到建筑的外观和风格。
通过巧妙地设计核心筒的形状和结构，可以使整个建筑呈现出独特的外观，成为城市的一道美丽风景线。
二、核心筒设计的研究现状1. 结构形式目前，高层办公建筑核心筒的结构形式主要有钢筋混凝土结构、钢结构和混合结构等。
钢筋混凝土结构在国内的应用最为广泛，其具有成本低、施工方便等优点，但也存在着自重大、密肋开口的问题；而钢结构由于其轻、强、抗震等特点，也逐渐受到了设计师的青睐。
2. 抗震设防随着国家对建筑安全的重视，高层建筑核心筒的抗震设计也逐渐成为了研究的重点。
目前，一些先进的抗震结构设计和加固措施已经被引入到核心筒设计中，以提高建筑的抗震性能。
3. 绿色环保在当今社会，建筑的绿色环保问题已经成为了人们关注的焦点之一。
在核心筒设计中，如何将环保理念融入到结构设计中，成为了研究的新课题。
通过利用可再生材料、减少能耗等手段，使核心筒设计更加环保。
三、核心筒设计的优化与创新1. 结构优化通过结构分析和仿真计算等手段，可以对核心筒的结构进行优化设计，以提高其承载能力和抗震性能。
通过合理的构造布置和剪力墙设置，来降低结构的自重和提高抗震性。
张弦梁结构在高层建筑中的稳定性分析与设计案例研究
张弦梁结构在高层建筑中的稳定性分析与设计案例研究1. 引言高层建筑的结构设计对于保证其稳定性和安全性至关重要。
张弦梁结构作为一种常用的结构形式，在高层建筑设计中具有广泛的应用。
本文将通过分析实际的设计案例，探讨张弦梁结构在高层建筑中的稳定性问题，并提出相应的设计方法和优化方案。
2. 张弦梁结构的特点张弦梁结构是由上、下弦杆和夹持杆组成的一种形式，具有以下特点：(1) 高度可调节：通过调整弦杆的长度，可以适应不同高度高层建筑的设计要求；(2) 节约材料：相比传统的框架结构，张弦梁结构能够更有效地利用材料，减少结构自重；(3) 施工便利：梁柱节点简单，便于施工和装配。
3. 张弦梁结构的稳定性分析(1) 稳定性问题：高层建筑的稳定性对于保证其安全运行至关重要。
张弦梁结构在受到竖向风荷载和自重荷载作用时，可能存在柱侧屈曲、梁侧屈曲等稳定性问题，需要进行详细的分析。
(2) 稳定性评估方法：通过有限元分析和结构优化方法，可以评估张弦梁结构在不同荷载情况下的稳定性。
其中，有限元分析可以模拟结构的受力行为，确定关键部位的应力和应变分布；结构优化方法可以优化结构的形状和尺寸，提高结构的稳定性。
(3) 稳定性设计准则：在高层建筑的设计中，应根据当地的设计规范，确定张弦梁结构的稳定性设计准则，包括屈曲承载力系数、屈曲长度系数等重要参数。
4. 张弦梁结构的设计案例研究(1) 案例概述：选取某高层住宅建筑为案例，通过有限元分析和结构优化方法，对其张弦梁结构的稳定性进行分析与设计。
结构的重点关注点包括竖向荷载下的柱侧屈曲和梁侧屈曲。
(2) 有限元分析：通过有限元软件建立结构模型，对结构进行静力分析和稳定性分析。
结构的受力行为、关键节点的应力和应变、杆件的失稳形态等信息可以在分析过程中得到。
(3) 结构优化：针对分析结果，通过结构优化方法对张弦梁结构进行优化设计。
可以采用遗传算法、粒子群算法等优化方法，优化结构的形状和尺寸，提高结构的稳定性和安全性。
高层建筑结构设计要点研究论文六篇
高层建筑结构设计要点研究论文六篇关于《高层建筑结构设计要点研究论文六篇》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。
第一篇摘要：随着我国人口急剧上升，土地资源稀缺问题愈加明显，为了提升土地利用率，开发商开始将目光投向高层建筑。
近年来，复杂高层与超高层建筑得到广泛应用，它即满足了城市发展的需要，也实现了有限土地资源的有效利用。
因此，本文主要对复杂高层与超高层建筑结构设计要点进行探讨，用以提高高层建筑的合理性与科学性。
关键词：复杂高层；超高层；建筑结构；设计要点1引言随着复杂高层与超高层建筑的不断增加，政府对高层建筑的质量提出更高要求，尤其是建筑结构的持久性、可靠性已经成为社会关注的焦点。
因此，在进行复杂高层与超高层建筑结构设计时，要结合建筑物的形态特征、功能需要等进行，为提高复杂高层与超高层建筑的安全性能做铺垫。
2复杂高层与超高层建筑结构设计的主要控制因素2.1重力荷载与其他类型的建筑相比，复杂高层与超高层建筑具有特殊性，不仅建筑高度不可比拟，还需要面临重力荷载的挑战。
特别是随着建筑高度不断攀升，地面受力与重力荷载会逐渐上升，在力的作用下墙上的轴压力与竖向构件柱的压力也不断增加，从而加大超高层建筑的困难性。
其次，复杂高层与超高层建筑的水平位移也是建筑结构设计的矛盾点，主要体现在两个方面：①楼层越高风效应就越大，在风的作用下其合力作用点的位置就越高，由此自然风效应对超高层建筑产生的作用效应就更大。
②在建筑结构设计中，建筑的结构自重是企业必须考虑的问题，因为它关乎建筑物的稳定性。
而结构自重与重心位置相关，随着建筑楼层不断升高其重心位置随之升高，从而结构自重不断加大，成为强力作用下的薄弱环节，比如地震等。
2.2风振加速度风力大小与建设楼层的高低相关，通常楼层越高其风力效果越强，因此在超高层建筑中的风力作用特别显著。
但是，人们对风作用的舒适度有一定的感知，若风振作用过强则会令人产生不适感，从而降低居住品质。
高层建筑结构分析与设计技术研究
规划设计
高层建筑结构分析与设计技术研究
聂奋 云
（ 鸡西市建筑设计院 ，黑龙江 ，鸡 西 ，１ ５ ８ １ ０ ０ ）
【 摘 要】 为 了使结构在进入塑性变形 阶段后仍具有较强的 变形能力 ，避免倒塌 。 特别需要在构造上采取恰 当的措施 ，来保证 结构具有足够的延性 。 【 关键词 】 建 筑结构设计
一
系整体分析采用的计算图形有三种 ：①一维 协 同分析 。②二维协 同分析。③三维空间分 析 。三维空间分析的普通杆单元每一节点有 ６个 自由度 ，按符拉索夫薄壁杆理论分析 的 杆 端节 点还 应 考 虑 截 面 翘 曲 ， 有 ７个 自 由度 。 ２ ．高层 建筑结构静力分析方法 （ １ ）框架一 剪 力墙 结构 。 框 架． 剪 力墙 结 构内力与位移计算的方法很 多，由于采用 的 未知量和考虑因素的不同，各种方 法解答 的 具体 形式亦不 相 同。框 架． 剪力墙 的机算 方 法 ，通常是将结构转化为等效壁式框架，采 用杆系结构矩阵位移法求解。 （ ２ ） 剪力墙结构 。 剪力墙的受力特性与 变形状态主要取决于剪力墙 的开洞情况 。不 同类 型的剪力墙 ，其截面应力分布 也不 同， 计算 内力与位 移时需采用相应 的计算方法 。 剪力墙结构的机算 方法是平 面有 限单元法 。 此法较为精确， 而且对 各类剪 力墙都 能适用 。 但因其 自由度较多，机时耗费较 大， 目前一 般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应 力分布复杂的情况 。 （ ３ ） 筒体结构 。 简体结构的分析方法按 照对计算模型处理手法 的不 同可分 为三类 ： 等效连续化方法 、等效离散化方法和三维 空 间分 析 。 等效连 续化方 法是将 结构中的离散杆件 作等效连续化处理。一种 是只作几何分布上 的 连 续 化 ， 以便 用 连 续 函 数 描 述 其 内 力 ； 另 种是作几何和物理上的连续处理，将离散 杆件代换为等效的正交异性弹性薄板 ，以便 应用分析弹性薄板 的各种有效方法 。具体应 用 有 连 续 化 微 分 方 程 解 法 、框 筒 近 似 解 法 、 拟壳法 、能量法、有限单元法、有 限条法等 。 等效离散化方法是将连续 的墙体 离散为 等 效的杆件 ，以便应用适合杆 系结构 的方法 来分析。这一类 方法包括 核心 简的框架 分析 法和平面框架子结构法 等。具体应用包括等 代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架 分析法、平面框架子结构法。 比等效连续化和等效离散化更为精确的 计算模型是完全按三维空 间结构来分析筒体 结构体系 ， 其 中应 用最广 的是空间杆． 薄壁杆 系矩 阵位移法 。这种方法将高层 结构体 系视 为由空间梁元 、空间柱元和薄壁柱元组合而 成 的 空 间杆 系 结 构 ，这 是 目前 工程 上 采 用最 多的计算模 型。
我国高层建筑结构抗震设计分析研究
避免混凝土 的受压破坏先 于钢筋的屈服。结 。 必须设缝时应保证有足够的缝 宽。 防震缝 剪弱弯， 强底层柱／ 墙， 强节点弱构件的原则。另外保证抗震结构构件之间 两侧楼板宜位于同一标 高， 防止竖相构件 与楼板相撞 而破坏 。 的连接具有较好的延性才能充分发挥各个构件 的承载力 、 变形能力 ， 从而 （ ４ ） 减 轻 结 构 自重 提高抗震结构 的整体变形能力 。 高层建筑 的隔墙和填充墙使用轻型材料能有效减轻结构的 白重 。减 轻结构 自重 ， 可最 大限度 的降低地震的作用 ， 改善结构在地震中的受力状
分退出工作且吸收部分地震能量后 ，第二乃至第三道纺线能抵抗后续 的 地震 动的冲击 。 抗震结构成为具有多道抗震纺线的结构 ， 可以减少输入 主
３ 、 高层 建筑 物抗 震结构 设计 的分 析与研 究
结合我国高层建筑抗震设计的原则 、常见 的问题 以及 地震 作用对高 体结构的地震能量 ， 在遭 遇持续强震时 ， 其结构 虽然遭受较重 的破 坏 ， 但 层建筑的破坏特点我们 建议在解决 以上问题的同时通过以下途径提高高 其结构的结构非弹性变形 还不至于造成结构 的倒塌 ，从而减轻主体结构 层建筑的抗震性能。 的 破 坏 程度 。 （ １ ） 减 少地 震 能 量 的输 入
（ ４ ） 抗 震 结 构体 系选 取 不合 理
１ 、 抗震 结构 设计 的基本 原则
（ １ ） 设 置 多道 抗 震 防线
抗震结构体系如果选取的不合理 ，没有明确的计算简图和合理 的传 在 高层建筑 的抗震设计 中设置多道抗震防线 ， 从 而避免在持续地震 力途径 ，薄弱部位的出现也难于把握 ，不能可靠 的估算 出结构 的抗震性 作用下 由于部分 结构破坏 而导致整 体体系丧 失抗震能 力或重力承 载能 能。选取时需要根据建筑的重要性 、 设防烈度 、 房屋高度 、 场地地基 、 材料 、 力。具体做法是， 高层建筑的抗震结构体系要由若干延性较好的分散体 系 施工技术 、 经济条件等 因素综合考虑 ， 使选取的建筑抗震结构体系具 有较 组成 ， 且 由延性 较好 的连接构件连接而成协调工作 。从而 ， 在遭遇一定强 好 的抗 震 能 力 。 度的地震作 用后 ， 处于第 一道纺线 的构件遭受可允许 的损坏 ， 刚度降低部
高层建筑结构设计难点分析
高层建筑结构设计难点分析高层建筑作为城市的地标和象征，其结构设计一直是建筑领域的一个重要课题。
随着城市化进程的不断加快，高层建筑的数量和高度也在不断增加，因此高层建筑结构设计的难点也逐渐凸显出来。
本文将对高层建筑结构设计的难点进行分析，并探讨如何克服这些难点。
一、受力分析复杂高层建筑由于其高度较大，受力分析通常会比较复杂。
在高层建筑的结构设计中，受力分析是基础和关键，只有深入研究高层建筑所承受的荷载和受力状况，才能有效地解决高层建筑结构设计中的难题。
在受力分析方面，高层建筑在不同楼层和不同构件上所受的荷载和力的分布都会有所不同，需要对整个建筑结构进行全方位的受力分析，确保每一个构件都能满足受力要求。
高层建筑的结构设计还需要考虑各种不同作用下的受力情况，包括静载荷、动载荷、风荷载等，这些都增加了受力分析的复杂性。
针对受力分析复杂的难点，结构设计师需要运用先进的受力分析方法和工具，如有限元分析、结构动力学分析等，对高层建筑的受力状况进行准确的模拟和计算，为结构设计提供科学的依据。
二、抗震设计要求高高层建筑所处的地理位置和环境不同，其抗震设计要求也会有所不同。
一般来说，地震是高层建筑面临的最大威胁之一，因此抗震设计是高层建筑结构设计中的一个重要难点。
高层建筑的抗震设计要求通常比较严格，需要考虑地震波的作用、建筑结构的受力状态、结构的位移要求等多个方面。
抗震设计需要考虑建筑结构在地震作用下的变形和破坏情况，要求建筑结构在地震发生时能够安全稳定地承受地震力的作用，减小地震对建筑结构的影响。
对于高层建筑抗震设计的难点，结构设计师需要根据建筑所处地区的地震烈度和其他地质条件，结合抗震设计规范，进行合理的抗震设计方案设计和结构计算。
还需要采用高性能材料和先进技术，提高建筑结构的抗震能力，确保建筑在地震发生时能够安全稳定地运行。
三、构造系统选择和优化高层建筑的构造系统选择和优化也是结构设计的难点之一。
构造系统的选择直接影响到建筑的结构性能和经济性，因此需要根据建筑的形式、功能和受力特点，合理选择和优化构造系统。
高层建筑结构分析与设计方法研究
关键 词 ： 高层建 筑； 结构 ； 设计 方 法
Ｋｅ ｒ ：ｈｇ － ｉｅｂ ｌｉ ｇ ｓｒ ｃｕ ｅ ｄｅｉｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｈ ｒｓ ｕｉ ｎ ； ｔ ｔ ｒ ； ｓｇ ｄ ｕ
的关 系。
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｈ ｉｈ ｉｅ ｂ ｌｉ ｇ ，ｏ ｙ ｅｅ ｔｏ ｆａ ｓ ｒ ｃ ：Ｆ ｒｔ ｅ ｈｇ －ｒｓ ｕｉ ｎ ｓ ｆｒ ｔｐｅ ｓｌｃｉｎ，ｌｍｅ，ｈ ａ ｌ ｔ ｔ ｒ ，ｒｍｅ ｓｒ ｃｕｅ， ｍｅ ｕ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｌ ａ ｕｂ ｎ ｔｂ ｄ ｒ ｓ ｅ ｒ ｗａｌｓｒ ｕ ｅ ｆａ ｔｕ ｔ ｒ ￣ａ ｄ ｔｂ ｔ ｔｒ ｓ ｗｅｌ ｓ ｔ ｅ ｉ ｕ ｅ ｕｃ ｕ ｓｒ ｃｕｅ ａ ｏ ｉｅ ｅ ｆｒｔ ｔｒａ ，ｈ ｉ ｅ ｔｅ ，ｅｎｏ ｃ ｄ ｃ ｎ ｒｔ ｔ ｔ ｒ ， ｏ ｏ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ａ ｅｃ ｎ ｉ ｅｅ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｎｒｄ ｃ ｓ ｔｕ ｔ ｒｓＣ ｂｅｃ ｎｓｄ ｒｄ，ｏ ｈｅｍａｅ ｌ ｔｅ ｔ ｎ ｉ ｍｂ ｒｓｅ ｌ ｒｉ ｆｒｅ ｏ ｃ ｅｅｓｒ ｕ ｅ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓｒ ｅｕ ｅｃ ｎ ｂ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｈ ｓｐ ｐ ｒｉｔｏ ｕ ｅ ｕｃ ｅ ｔ ｅ ｔｐ ｓ ｆｈ ｇ ｒｓ ｕｌ ｎ ｔ ｔ ｒｓ ａ ｄ ｔｅ ｉｃ ｓ ｓｔ ｅ ｓ ｌｃｉｎ ｏ ｇ ｒｓ ｕ ｌｉ ｔｕ ｔ ａ ｙ ｔｍ ｎ ａｃ ｉ ｃｕ ａ ｅ ｉｎ， ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｙ ｅ ｏ ｉｈ— ｅ ｂ ｉ ｇ ｓｒ ｕ ｅ ， ｎ ｈ ｎ ｄｓ ｕｓｅ ｈ ｅｅ ｔ ｆｈｉｈ— ｅ ｂ ｉｄｎｇ ｓｒ ｃｕｒｌｓ ｓｅ ａ ｄ ｒ ｈｔ ｔ ｒｌｄ ｓｇ ｓｒ ｃｕ ａ ｉ ｄｉ ｕｃ ｏ ｉ ｅ ｌ
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高层建筑结构设计分析与研究
【摘要】本文针对高层建筑结构的设计特点,重点对框架一剪力墙、剪力墙、筒体等结构体系的受力性能特点进行了分析,对各种结构形式的高层建筑受力分析方法进行了相应探讨。
【关键词】高层建筑；结构体系；结构设计
引言
随着社会经济不断发展,城市化进程不断加快以及对高层、超高层建筑的结构体系的研究日益完善,使得高层、超高层建筑得迅猛发展。
1885年美国芝加哥土木工程师詹尼,设计并建造了共10层、高55m的芝加哥国内保险公司大楼,开启了高层建筑修建之先河,随后高层、超高层建筑在世界各国增长迅速,其中许多高层建筑已成为城市标志,如纽约帝国大厦(1931年,高381m,102层)、芝加哥西尔斯大厦(1974年,高443m,110层)、台北101大楼(2003年,高
508m,101层)。
目前,我国正处于高层建筑迅速发展时期,建造数量与日俱增,建筑高度记录不断被更新,其中以上海的环球金融中心、金茂大厦,广州的中信广场等最具代表性。
高层建筑的出现,不仅改变了城市的建筑格局和人们的居住模式,还在一定程度上反映出科学技术与社会经济发展的水平。
1 常用高层建筑结构体系受力特点分析比较
1.1 框架结构
框架结构体系它是由基础、楼板、柱、梁这4种承重构件所组
成的。
基础、柱和梁一起构成平面框架是主要的承重结构。
框架结构建筑平面布置灵活,可形成较大的建筑空间,建筑立面处理也较
方便;整体性、抗震性能好,具有较好的塑性变形能力。
但是,框架结构侧向刚度小,当层数过多时,会产生过大的侧移,从而差限制了框架结构的建造高度。
1.2 框架一剪力墙结构
高层建筑结构设计中通常采用的是框架一剪力墙结构体系,即
把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系,竖向荷载由框架和剪力墙等竖向承重单体共同承担,水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。
剪力墙的设置,大幅增加了高层建筑结构的抗侧力刚度,使其水平侧向位移大幅减小;
同时,框架-剪力墙结构的协同工作使各层层间变形趋于均匀,所以框架一剪力墙结构体系的建筑能建高度要显著高于框架结构。
1.3 剪力墙结构
由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系称为剪力墙结构体系。
剪力墙结构体系属于明显的刚性结构,且传力均匀、直接。
其结构的强度和刚度都相对较高,但同时也具有一定的延性。
结构在台风、地震作用等水平大荷载作用下,结构的侧向位移能有效控制,具有良好的结构整体性能,抗倒塌能力强,其能建高度大幅高于框架或框架一剪力墙结构体系。
1.4 筒体结构
筒体结构体系由筒体为主的结构称为筒体结构。
筒体结构体系
的高层建筑结构具有非常大的强度和刚度,结构体系中各构件的受力分配合理,抗风、抗震性能相对框架一剪力墙结构、剪力墙结构更强,往往应用于大空间、大跨度要求的高层、超高层建筑结构设计中。
2 高层建筑结构设计关键技术分析
2.1 水平荷载相对于竖向荷载显得更为重要
结构需同时承受竖向和水平荷载,低层结构以抵抗重力为代表的竖向荷载为主,而水平荷载所产生的内力、侧向位移很小。
对高层结构来说,随着建筑高度的增加,水平荷载随建筑高度的增高迅速增大。
如把建筑物视作一简单的竖向悬臂构件,构件中由竖向荷载产生的轴力与高度(h)成正比;水平作用产生的弯矩与高度(h)的平方成正比;水平作用产生的侧向位移则与高度(h)的四次方成正比。
对某一高度确定的建筑,结构竖向荷载的大小基本稳定,而水平方向上风载和地震作用的数值大小往往会随高层建筑结构的动力特性不同而存在较大幅度的变化。
可见,水平荷载对高层建筑结构的影响大,侧向位移成为结构设计的主要控制目标之一。
2.2 控制结构侧移是关键因素
与低层建筑结构的设计不同,高层建筑结构的侧移是其结构设计过程中的关键决定性因素。
随着建筑高度的不断增加,水平侧向荷载下的结构侧移变形会快速增大。
侧向位移过大将使结构产生附加内力,特别是对竖向构件,附加偏心力超过一定限值时,将会引起整个结构的倒塌破坏;同时,在风荷载作用下,如果侧向位移过大,
将会引起居住者工作者的不适,在地震作用下,如果侧向位移过大,更会让人感到不安和惊慌。
2.3 结构轴向变形的影响显著
对于高层建筑结构,由于层数多、高度高,轴力很大,从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著高层建筑结构中,一般竖向荷载的数
值较大,在柱中会引起较大范围的轴向压缩变形,对结构体系中的
连续梁弯矩大小产生显著影响。
高层建筑的轴向变形的差异会达到一个比较大的数值,从而引起跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大,连续梁中间支座处的负弯矩值减小。
2.4 结构延性的重要性
高层建筑相对于低层或是多层建筑来说结构更柔一些,受到地
震的影响后,结构变化更大一些。
所以采取恰当的措施保证结构具有足够的延性,使结构在塑性变形阶段仍然具有较强的变形能力。
3 高层建筑结构分析方法简介
3.1 计算分析基本假定
高层建筑结构要完全精确地分析三维空间结构是十分困难的。
需要通过各种分析方法对计算模型进行不同程度的简化。
以下是一些常见的假定:
1）弹性假定
目前实用的高层建筑结构分析方法都是使用的弹性计算方法。
这一假定符合建筑结构的工作状况,因为在一般风力作用下,建筑
结构一般都处于弹性工作阶段。
2）小变形假定
小变形假定也是各种高层建筑结构实用分析方法中普遍采用的基本假定。
对几何非线性问题的研究认为:当顶点水平位移与建筑物高度的比值大于1/500的时候,就必须重视几何非线性问题的影响。
3）刚性楼板假定
刚性楼板假定在对高层建筑结构进行分析的时候,一般假定楼板自身平面内的刚度是无限大的,平面外的刚度则为零。
这就简化了计算方法,减少了结构位移的自由度。
3.2 高层建筑结构受力分析方法
1）框架一剪力墙结构的高层建筑内力与位移的计算分析,大都采用连梁连续化假定。
可由框架结构与剪力墙水平位移或转角相等的位移协调条件,建立位移与外荷载之间关系的微分方程进行求解。
2）剪力墙结构的受力特性与变形主要取决于墙体的开洞情况。
单片剪力墙按其受力特性的不同,可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙等各种类型,不同类型的剪力墙结构其截面应力分布的规律也不相同,计算结构内力与变形位移时需采用相对应的计算方法。
3）按照对计算模型处理的手法不同,筒体结构的实用分析方法通常可分为:等效连续化法、等效离散化法和三维空间分析法。
等效连续化方法的具体应用包括有连续化微分方程求解法、有限单元法、能量法等;等效离散化方法则包括等代角柱法、核心筒的框架
分析法等;相对于等效连续化方法和等效离散化方法的筒体结构计算模型,完全按三维空间结构建立计算模型来分析筒体结构体系的受力性能更为精确。
三维空间分析法将高层筒体建筑结构体系看作是由若干个空间梁单元、空间柱单元和薄壁柱单元组合而成的空间杆系结构体系进行计算分析,更符合受力结构体系的实际工作状态。
4 结论
由于城市人口密度大,用地紧张,高层建筑依然是未来的趋势,建筑的体型将更加复杂多样。
追求更具创新性的结构形式,建立更加合理的力学模型也是土木工作者努力的目标和方向。