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摘要：高层建筑具有投资大、施工周期长的特点，这就要求高层建筑的结构分析设计方法的准确性，否则将会将使结构产生薄弱环节，影响结构的安全性和使用寿命，甚至有可能造成结构倒塌、人员伤亡、财产受损的重大危害事故。因此，必须加强高层建筑结构分析的质量控制。
关键词：高层建筑；结构分析；结构设计
引言
高层建筑是伴随近几年社会生产的变化而出现，并随着人们生产生活对此类建筑需求性的加强而不断的发展起来的，属于社会工业化、商业化和城市化共同发展的产物。伴随科学技术的进步、各项质地较轻且强度较高的材料的出现以及电气化、机械化与计算机技术等在我国建筑工程行业的拓展性应用，使得我国高层建筑的发展拥有了充足的技术和物质条件。世界上第一栋高层建筑是芝加哥的保险公司大楼，共十一层，高五十五米，随着此栋楼的出现，高层建筑业逐渐的世界上发展起来。
一、现代高层建筑的结构分析
1、框架-剪力墙体系
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
剪力墙体系
当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
3、筒体结构
筒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；另一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筒的框架分析法和平面框架结构法等。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。空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢则采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度，比空间杆增加一个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三维空间分析精度较高，但它的未知量较多，计算量较大，在不引入其它假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw（Nc，Nw为柱及墙肢数目）。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层总自由度数降为3（Nc+Nw）+4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
二、现代高层建筑的结构设计应注意的要点
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、侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：（1）因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。（2）使居住人员感到不适或惊慌。（3）使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。（4）使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
3、单片剪力墙刚度不宜过大
剪力墙结构应具有足够的延性,细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙,从而可避免脆性的剪切破坏。此外,单片剪力墙刚度过大,承担的水平力份额较大,一旦破坏就会出现严重后果。同时,墙段长度较小时,墙体的配筋能够充分的发挥作用,因此,墙段的长度不宜大于8m。设计中,可通过开设结构洞口将长墙分成长度较小的若干段,洞口、连梁宜采用弱连梁（跨高比宜大于6）。
4、重视抗震措施设计
我国的工程人员以及人民群众对于高层建筑的抗震措施设计也有了更科学的认识，在高层建筑结构设计中，有关抗震措施的设计思想也逐步被人们所重视。其中，首先要解决的就是如何将高层建筑中的各类钢筋混凝土构件设计成为抗震性能优越的延性构件，从而能够依靠它们在大震时的屈服过程来使得地震施加在高层建筑结构上的能量得到最大限度的损耗和散失，并最终确保高层建筑结构在经历了地震之后仍然能够保持令人满意的使用功能。而作为整个高层建筑结构的几个关键环节，基础结构与主体结构的抗震措施设计，对于避免高层建筑结构遭到地震作用的毁灭性打击，将起到不可替代的重要作用。在有选择余地情况下，高层建筑应选择在基本烈度较低及河岸稳定和地基良好的地段。并应尽可能避免选择在软弱黏性土层、可液化土层和地层严重不均匀的地段，特别是断层地段。
结语
随着经济的发展人口的迅速增加及城市用地的日益紧张，高层建筑已经成为城市发展的趋势，然而我国高层建筑的设计水平的发展却远远没有跟上时代步伐。例如对各种应用软件的力学模型、基本假定以及实用范围的理解和掌握不够到位；设计过程中只注重追赶时尚潮流，却忽视了建筑本身的质量等问题都是普遍存在等，这些都需要我们设计人员能够积累经验，利用正确的概念进行设计。
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论文作者:张林
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
标签：结构论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 剪力墙论文; 体系论文; 水平论文; 框架论文; 《北方建筑》2016年12月第34期论文;