摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為城市建筑的主流，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑材料、力學(xué)分析模型方面日益復(fù)雜化、多元化。高層建筑在體現(xiàn)城市魅力的同時(shí)，對(duì)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和更為合理的力學(xué)支撐模型的要求成為多元建筑追求的目標(biāo)和方向。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造體系進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)分析；構(gòu)造體系

現(xiàn)代城市建筑規(guī)模的膨脹式發(fā)展，現(xiàn)有的土地已不能滿足城市建筑發(fā)展的需要，除了由內(nèi)向外擴(kuò)展外，剩下的只能向高空要規(guī)模，因此高層建筑拔地而起，成為城市建筑的方向；而且高層建筑在采光、降低城市噪音、節(jié)約建設(shè)用地方面，有無比的優(yōu)越性，但是對(duì)建筑和設(shè)計(jì)的要求更高，既要美觀還要考慮抗震、抗風(fēng)等影響。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）地基承載成為關(guān)鍵性因素。地基是一切建筑的基礎(chǔ)，對(duì)高層建筑更為重要，樓層越高對(duì)地基的壓力越大，地基承載力也越大，因此地基承載力與建筑高度成正比。

（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(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)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(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

（3）側(cè)移成為控制指標(biāo)。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(jì)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(jì)指標(biāo)。相對(duì)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(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(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(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)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(shí)，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?？蚣?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(shí)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(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)幾乎全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，剪力墻幾乎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(qiáng)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(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系， 能建高度大于框架或框架-剪力墻體系的高層建筑。

（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(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)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(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，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

（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(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對(duì)計(jì)算模型引入不同程度的簡(jiǎn)化。下面是常見的一些基本假定：

（2）彈性假定。目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)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(shí)際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）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(duì)幾何非線性問題（P-Δ效應(yīng)）進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí)，P-Δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。

（4）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(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對(duì)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(duì)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(duì)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(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。

4.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(jì)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。

（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(jì)算內(nèi)力與位移時(shí)需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。

（3）筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對(duì)計(jì)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。

5.建筑造型與建筑構(gòu)造

現(xiàn)代建筑構(gòu)造與造型隨城市建設(shè)的發(fā)展越來越復(fù)雜，與規(guī)范要求的規(guī)則性偏差也越來越大，根據(jù)抗震規(guī)范的要求，相關(guān)專業(yè)應(yīng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)并分別負(fù)責(zé)。安裝在建筑上的附屬機(jī)械、電氣設(shè)備系統(tǒng)的支座和連接，建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如：非承重墻體，附著于樓面和屋面的構(gòu)件、裝飾構(gòu)件和儲(chǔ)物架等，抗震規(guī)范等也要達(dá)到建筑構(gòu)造的要求。

6.結(jié)語

高層建筑的結(jié)構(gòu)及體系關(guān)系到高層建筑的穩(wěn)定及安全，設(shè)計(jì)的美觀能展示出城市建設(shè)的魅力，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將更加完美，不僅是現(xiàn)在還是將來，它是世界上大部分國(guó)家在城市建設(shè)中的主要建筑形式，特別是發(fā)達(dá)城市膨脹式發(fā)展，在有限的發(fā)展空間里，高層建筑勢(shì)在必行。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉琳，丁新中.高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問題[J].山西建筑，2005，31（20）：79-80.

[2]呂捷，呂楊.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)[J].林業(yè)科技情報(bào)，1999（2）：23-24.

[3]張連生，劉德龍.高層建筑混凝土剪力墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].吉林勘查設(shè)計(jì)，2007（1）：32-33.