（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，建筑工程逐漸增多，現(xiàn)如今高層建筑已經(jīng)取代了小規(guī)模的建筑并在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)力學(xué)、應(yīng)力及物體側(cè)向移位等知識(shí)隨著高度的增加也在不斷地上漲。高層建筑因整體較高，所以側(cè)向移位和應(yīng)力對(duì)自身房體的影響較大，嚴(yán)重的還會(huì)在一定程度上加大材料及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的支出情況，所以對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)該重視設(shè)計(jì)規(guī)劃的科學(xué)性，而不是傳統(tǒng)模式下只重視結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以至于對(duì)之后的施工造成影響。所以，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)體制來(lái)說(shuō)有效的控制成本支出及合理的對(duì)力學(xué)進(jìn)行分析是目前的重點(diǎn)。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

首先我國(guó)高層建筑占地面積較小，甚至在實(shí)際建筑可以在市中心區(qū)域進(jìn)行選址施工，有效的減少了傳統(tǒng)建筑中浪費(fèi)地面積的情況，且在建筑時(shí)用的時(shí)間較少，在高層建筑中其可以通過(guò)橫豎向安排節(jié)省之后使用人員之間的距離，讓人口集中，有效的溝通交流，提升工作的質(zhì)量。當(dāng)我國(guó)建筑工程達(dá)到一定層次和高度時(shí)，因建筑之深具有一定的科學(xué)性，其發(fā)揮的功能和經(jīng)濟(jì)都是不同的，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中相關(guān)人員應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐那闆r制定設(shè)計(jì)的內(nèi)容，合理的進(jìn)行布局，在提升安全系統(tǒng)的同時(shí)，充分地發(fā)揮建筑功能。

在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要重視設(shè)備和電氣的使用，相關(guān)設(shè)計(jì)師要結(jié)合建筑預(yù)定的目標(biāo)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，如在設(shè)計(jì)建筑自身供暖和排水時(shí)，要根據(jù)建筑的高度和寬度對(duì)管道的壓力選擇良好的施工材料，提升其耐用性。在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)師要考慮風(fēng)力設(shè)備對(duì)建筑內(nèi)部造成的影響，如在風(fēng)力增大時(shí)相關(guān)空氣壓力及熱氣壓力也會(huì)發(fā)生一定變化，且這些變化會(huì)對(duì)之后計(jì)算散熱量造成影響。最后設(shè)計(jì)師要重視消防系統(tǒng)，避免出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法及時(shí)的控制，且對(duì)供水系統(tǒng)要根據(jù)樓層的布局合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免對(duì)之后對(duì)結(jié)構(gòu)分析造成影響?，F(xiàn)如今，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，相應(yīng)該確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性，并在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)建筑的寬、高、長(zhǎng)等嚴(yán)格的規(guī)劃，避免在受到巨大自然災(zāi)害是對(duì)建筑側(cè)向力造成影響，其次要重視建筑的立面和平面的對(duì)稱，減少建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，當(dāng)受到外力侵襲時(shí)造成不可逆的后果。最后對(duì)于一些地質(zhì)較深的地方相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)制定問(wèn)題方案，保證在之后施工過(guò)程中能對(duì)一些自然沉降造成的建筑變形進(jìn)行處理，確保施工的安全性和標(biāo)準(zhǔn)性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)體系及使用范圍

2.1.鋼筋混凝土及鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

首先鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是我國(guó)高層建筑工作中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系，其剪力墻結(jié)構(gòu)又叫橫向建筑水平力承擔(dān)實(shí)體墻體，其不僅能由框架進(jìn)行支撐還能直接站立在基礎(chǔ)上，從而適應(yīng)大空間的需要，其也被叫為結(jié)構(gòu)墻。對(duì)剪力墻來(lái)說(shuō)其不僅與建筑的連接性較高，截面也比較大，由于剪力墻的抗側(cè)能力比傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量較高，其被廣泛的用于高層建筑工程中，如我國(guó)使用混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑有高層房屋、大型酒店等。其次對(duì)鋼筋混凝土的框架來(lái)說(shuō)剪力墻結(jié)構(gòu)體制是由剪力墻自身和混凝土框架一起承擔(dān)建筑橫縱向水平及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，此外應(yīng)用混凝土框架可以獲得和剪力墻一樣的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工作中其不僅對(duì)框架布置較為靈活，其抗側(cè)力也較高，得到了建筑工程的廣泛好評(píng)，對(duì)于鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，目前其大多應(yīng)用于寫字樓、學(xué)校等建筑中。

2.2.鋼混、框架及巨型結(jié)構(gòu)

鋼混結(jié)構(gòu)體系通俗來(lái)說(shuō)就是由混凝土結(jié)構(gòu)和剛結(jié)構(gòu)融合組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，其最常見(jiàn)的組合就是鋼筋混凝土外框筒組合、鋼筋混凝土核心筒組合、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土核心筒融合組合體系，且以上幾種結(jié)構(gòu)可以有效地提升豎向上、抗水平的能力。對(duì)框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)其主要是在一個(gè)固定平面內(nèi)將豎柱和橫梁的水平面連接起來(lái)，形成一種新的體系，且這種組合布置結(jié)構(gòu)較為靈活，大多屬于桿系結(jié)構(gòu)，多用于建筑面的內(nèi)外墻，適合一些樓層較低的醫(yī)院、酒店和學(xué)校辦公樓等。最后對(duì)框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，顧名思義就是由很多個(gè)大型的豎向支撐結(jié)構(gòu)及梁式樓層融合形成的一個(gè)大型框架結(jié)構(gòu)，最著名的代表建筑就是廣東的亞洲大酒店。

2.3.簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)

對(duì)簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)的外圍框架來(lái)說(shuō)，其主要就是由深梁和密排柱兩者構(gòu)成的一種網(wǎng)格機(jī)構(gòu)，這種簡(jiǎn)體建構(gòu)因自身剛密度較大，其簡(jiǎn)體自身可以直接用于懸臂梁中，可以單獨(dú)承載全部的水平荷載。其次簡(jiǎn)體建構(gòu)自身可以分為幾個(gè)內(nèi)容：簡(jiǎn)中簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)及銜架式簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，從這幾種結(jié)構(gòu)來(lái)看，簡(jiǎn)中簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)以上的筒體融合形成一種豎向的城中結(jié)構(gòu)模式，這種模式在荷載下的受力較強(qiáng)，同等于混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。對(duì)簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其主要的表現(xiàn)是雖然建筑外框的架柱較大，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)較穩(wěn)，其使用的核心是剪力墻，抗側(cè)能力較強(qiáng)?？蛲步Y(jié)構(gòu)對(duì)于抗扭和抗側(cè)的剛度較強(qiáng)，適合一些需要大場(chǎng)地、人員較多的地點(diǎn)。銜架式簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)一定的大斜面和建筑工程四周的外柱進(jìn)行連接，以此承擔(dān)大部分建筑的剪力，且斜面的承受力是豎向的，所以應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)可以有效地延緩和消除剪力帶來(lái)的影響，最后對(duì)于簡(jiǎn)式結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其是由多種框筒融合形成的一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)可以有效的抵抗彎力、剪力帶來(lái)的影響。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的問(wèn)題

首先就是高層建筑結(jié)構(gòu)分析中的等效抗彎剛度，對(duì)我高層建筑來(lái)說(shuō)，其在后期簡(jiǎn)化分析方式及計(jì)算自振周期中，會(huì)在一定程度上用到抗彎剛度，抗彎剛度總體來(lái)說(shuō)就是當(dāng)高層建筑的結(jié)構(gòu)因?yàn)樗胶奢d的影響出現(xiàn)了頂點(diǎn)位移問(wèn)題和某個(gè)懸臂桿因?yàn)樗胶奢d的影響出現(xiàn)頂點(diǎn)位移情況時(shí)，兩者的抗彎度相等，且這時(shí)候懸臂桿的抗彎度等同于等效抗彎度。第二對(duì)于剪力墻框架中剪力墻體系的翼緣有效寬度來(lái)說(shuō)，其橫縱剪力墻的框架互相連接是在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題之一，當(dāng)出現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)該充分地對(duì)自身建筑進(jìn)行檢查，并將縱墻的部分作為橫墻的翼緣，相反也是同樣狀況，最后當(dāng)剪力墻和柱裝配連接成功，則就不用考慮翼緣帶來(lái)的好處了。第三，對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析相關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)位移情況，目前來(lái)看在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)中，相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果并不等于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，且高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)一般是由梁柱構(gòu)建及鋼墻和鋼斜撐為主組成的內(nèi)容，不同結(jié)構(gòu)、不同組成之間可以變成不同的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，所以對(duì)于此類方式進(jìn)行分析較為困難和復(fù)雜。

第四，水平荷載產(chǎn)生的因素對(duì)我國(guó)高層建筑的影響較大，隨著社會(huì)快速發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)逐漸提升，建筑也逐漸興起，打破了傳統(tǒng)建筑中想都不敢想的高度，且在此類過(guò)程中，水平荷載產(chǎn)生的位移和內(nèi)力問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出現(xiàn)，如果出現(xiàn)此類問(wèn)題將會(huì)對(duì)整體高層建筑工程造價(jià)、材料的使用情況及最終的規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案都容易造成一定影響，對(duì)于剪應(yīng)力分布不均的情況來(lái)說(shuō)，在我國(guó)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中常常會(huì)碰到剪應(yīng)力數(shù)據(jù)分配不均的問(wèn)題，如在建筑中考慮翼緣的寬度將會(huì)呈現(xiàn)不同形式的剪力墻截面等。第五，在高層建筑中簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)聯(lián)系梁剛度較弱，目前來(lái)看，我國(guó)建筑中對(duì)于位移和內(nèi)力的計(jì)算大多是彈性計(jì)算方式，在此類過(guò)程中，整體結(jié)構(gòu)使用的彈性剛度一樣，在實(shí)際的混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，如果按照傳統(tǒng)方式中彈性的方式對(duì)框架和剪力墻之間的連系梁進(jìn)行計(jì)算，那么最終彎力及剪力的數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)容將比較大，從而為之后建筑截面的設(shè)計(jì)造成一定的影響。所以在實(shí)際建筑計(jì)算時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)連系梁的剛度適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行縮減，但減少的具體數(shù)字要按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。最后就是對(duì)于側(cè)向移位較限制，側(cè)向移位是我國(guó)高層建筑計(jì)算中的重要問(wèn)題，且高層建筑必須要對(duì)剛度進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定，降低因建筑側(cè)面位移所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)開裂及對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞的現(xiàn)象出現(xiàn)，所以在實(shí)際高層建筑中相關(guān)人員要對(duì)頂點(diǎn)位移及側(cè)向位移進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定和限制。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)中常用的力學(xué)分析方式

4.1.優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析及彈塑性動(dòng)力分析

首先對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析來(lái)說(shuō)，其主要是將目前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)理論方式結(jié)合，從而形成的一種設(shè)計(jì)方式，使用這類結(jié)構(gòu)分析方式可以更好的對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析，優(yōu)化傳統(tǒng)的分析方式將原來(lái)檢驗(yàn)分析轉(zhuǎn)為規(guī)劃設(shè)計(jì)分析，通俗來(lái)說(shuō)就是通過(guò)此類方式對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)和規(guī)劃。此外使用最優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析可以對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)力分析打下一個(gè)基礎(chǔ)，并讓小重量材料產(chǎn)生大剛度。其次對(duì)彈塑性動(dòng)力分析來(lái)說(shuō)，我國(guó)近幾年建筑中對(duì)其的使用和研究較多，并得到了廣泛的好評(píng)，但目前來(lái)看，彈塑性分析還存在一定不足，如在實(shí)際的高層建筑施工中對(duì)于一些參數(shù)數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確的收集，其中最具代表性的難收集數(shù)據(jù)就是對(duì)高層建筑未知的歷史震動(dòng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

4.2.分區(qū)混合有限元及分區(qū)混合廣義的分析

目前來(lái)看，快速發(fā)展的分區(qū)混合廣義分析方式主要是因?yàn)榉菂f(xié)調(diào)元和雜交元的發(fā)現(xiàn)技術(shù)，且分區(qū)混合有限元分析方式是目前出現(xiàn)的新型分析方式之一，此類分析方式可以針對(duì)分析對(duì)象的不同區(qū)分為兩個(gè)不同的類型，如余能區(qū)和勢(shì)能區(qū)，首先余能區(qū)的計(jì)算方式是對(duì)于應(yīng)力單元來(lái)計(jì)算的，在每個(gè)計(jì)算點(diǎn)通過(guò)函數(shù)作為主要方式以此為求解提供未知因素，而勢(shì)能區(qū)是對(duì)于唯一的單元來(lái)進(jìn)行的，并在每個(gè)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)將位移產(chǎn)生的量度作為求解的因素。以上這兩個(gè)區(qū)之間的交接是增加額外的能量元素項(xiàng)，且其保證位移和應(yīng)力相互的約束條件就是通過(guò)積分來(lái)計(jì)算。現(xiàn)如今使用分區(qū)混合機(jī)有限元分區(qū)混合方式可以有效地對(duì)我國(guó)高層建筑的結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析，且其還具有一定的收斂性及便捷性，此外我國(guó)大多數(shù)高層建筑中都在使用此類方式，并得到了廣泛的好評(píng)，其不僅可以計(jì)算各個(gè)墻壁的應(yīng)力集及托墻梁的承重情況，還能計(jì)算相關(guān)支撐墻壁的剪切力等問(wèn)題。

4.3.有限條、樣條函數(shù)及常微分方程求解器分析

首先在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中使用有限條分析可以有效解決高層建筑中某些位置存在的幾何形狀問(wèn)題，且有限條分析方式的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，針對(duì)幾何形狀的規(guī)則結(jié)構(gòu)使用的是多元化的方式，幾何結(jié)構(gòu)非規(guī)則則是根據(jù)相關(guān)條件創(chuàng)建函數(shù)。在使用有限條方式對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)進(jìn)行分析時(shí)，要選擇適合的求解模式、物理常數(shù)及函數(shù)。此外樣條函數(shù)分析方式屬于多段式分析，相比有限條分析，其對(duì)于函數(shù)位移曲線的融合連接較為圓潤(rùn)，所以樣條函數(shù)具有求解較快、穩(wěn)定性連續(xù)性較強(qiáng)的那個(gè)特點(diǎn)，且其在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中得到了廣泛的使用并獲取了一致的好評(píng)。其次對(duì)常微分方程求解器來(lái)說(shuō)其適應(yīng)性相比以上兩個(gè)方式較強(qiáng)，能最大程度滿足使用人員的要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中應(yīng)用此類方式可以將樓板的變形方式計(jì)入求解過(guò)程中，保證分析的結(jié)果，和傳統(tǒng)離散分析方式進(jìn)行對(duì)比，傳統(tǒng)的求解速度會(huì)因計(jì)算的內(nèi)容變多而變慢，無(wú)法發(fā)揮出高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化建設(shè)逐漸提升，高層建筑已經(jīng)成為了社會(huì)發(fā)展一個(gè)必要。目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析還在使用傳統(tǒng)的計(jì)算模式，其已經(jīng)無(wú)法滿足高層建筑的藝術(shù)及技術(shù)功能的融合需求，所以相關(guān)工作人員在實(shí)際工作中要根據(jù)自身建筑結(jié)構(gòu)的情況選擇適合的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方式，從而促進(jìn)我國(guó)高層建筑持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。