浅议高层建筑结构及设计

王 刚

（包头市建设市场监督管理站，内蒙古 包头 014000）

1 高层建筑结构的特点

在我国目前的高层建筑结构中，通常采用框架－剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。但不论哪种结构都需要承受竖向荷载和水平风荷载，同时还要水平地震作用。特别是对于高层建筑结构来讲，高度的不断增加，一旦水平位移过大，则会影响到建筑的使用功能，所以在高层建筑结构体系当中，需要对结构的侧移进行良好的控制，从而避免结构和非结构构件受到损坏，影响到整体建筑的质量。

1.1 框架－剪力墙结构

目前高层建筑结构开始向高度及复杂化方向发展，随着层数的增加，单纯依靠框架结构则无法满足建筑整体的强度和刚度的要求，所以需要在适当的位置设置剪力墙结构来保证结构整体的强度和刚度。这样框架结构和剪力墙结构相结合后即形成了框架－剪力墙结构。这样框架结构承受垂直荷载，而剪力墙承受水平荷载，使结构的侧向刚度得以增强，同时建筑物的水平位移则减小，使建筑更加的稳固。

1.2 剪力墙结构

目前的剪力墙结构通常都是用钢筋混凝土来完成的，具有非常好的强度和刚度，延展性也非常好，所以对于垂直荷载和水平荷载具有非常好的承受能力，同时作为一种刚性结构，具有特别好的整体性和抗倒塌能力，是一种非常好的结构体系，特别适合于在高层建筑结构中使用。

1.3 筒体结构

筒体结构作为一种空间结构，具有较大的种类，同时在强度和刚度上也具有非常好的效果。目前筒体结构主要包括筒中筒结构、框架-核心筒结构、框筒-框架结构、多重筒、成束筒等。筒体结构由于各部件受力比较均匀，受力较为合理，所以对于外力具有非常好的抵抗力，在超高层结构中使用具有非常好的效果。

1.4 其他结构

目前一些高科技、新颖的结构形式也开始不断的在工程中得以应用，如悬挂结构、巨型框架结构、巨型桁架结构、高层钢结构中的刚性桁架等多种形式在一些工程中已进行实际应用，且取得了很好的应用效果。

2 高层建筑结构分析和设计方法

2.1 结构分析中常用的基本假定

2.1.1 弹性假定

弹性假定是指高层建筑结构在风荷载和竖向荷载作用下处于一种弹性状态，这种理论方法是基于结构构件在应力和应变成正比的变化关系的基础上的，但当建筑受到强风或是地震作用时，结构会发生较大的位移，产生裂缝，结构进入到弹塑性工作阶段，这时则不能再利用弹性假定来进行内力的计算，需要按照弹塑性动力分析方法来进行计算，从而真实的反映出结构的实际工作状态。

2.1.2 小变形假定

小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题（P-△效应）进行了二阶研究。一般认为，当顶点水平位移△与建筑物高度H的比值△，H>1/500时。P-△效应的影响就不能忽视了。

2.1.3 做楼板刚性的一些假定

一般对于相对高层的建筑总是进行一些假定性的分析，这些分析方式首先要假设楼板在自己的平面有很大的刚度，不涉及和关注平面之外的刚度。上述这种假设方式，将问题分析简单化，减小了结构位移的一些自由可能，同时也便于使用空间薄壁杆件原理与理论进行简体结构的计算与分析。通常状况下，使用上述这种假定的分析推理方式能够对框架体系以及剪力墙体系进行相对较精准的计算与分析。不过，如果是竖向的刚度有变化的结构，比如，楼板的刚度不是很大，主要的支撑是侧力构件加之这些构件距离较大或层数相对不多时，楼板很可能受到变形的影响。尤其是在结构的最低端和顶部的几层在内力和位移上受到的影响与制约更加凸显。此时应该考虑是否应该将楼层之间的剪力做科学的调整加以应对和解决。

2.2 各类结构体系采用的分析方法

2.2.1 框架-剪力墙体系

框剪结构在竖向荷载作用下，可以假定各竖向承重结构之间为简支联系，将竖向荷载按简支梁板简单地分配给框架和墙，再将各框架和各剪力墙按平面结构进行分析计算。框架一剪力墙的计算机理，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。

2.2.2 剪力墙体系

在剪力墙体系当中，开洞情况则直接决定剪力墙的受力特性与变形状态。剪力墙的种类较多，不同种类的剪力墙其截面应力分布也会有所不同，这样就对内力及位移进行计算时其方法则会有所不同，但对于剪力墙结构的计算机理主要以平面有限单元法来进行计算，此法较为精确，具有普通适用性。不过，在计算与分析的过程中会有很大的弹性与自由性，并且会有较大的耗费，因此，这种形式一般只是应用于特殊的开洞墙以及框支墙的接连和过度部位，应用于比较特殊的结构形式。

2.2.3 筒体体系

依据计算机分析与处理模型与方法的区别，可以将筒体结构大致划分为3大类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。

3 结语

综上所述，自改革开放以来，我国的城市发展了翻天覆地的变化，大量的人口拥入城市当中，使本来就紧张的城市土地资源变得越来越稀缺，随着建筑技术的快速发展，目前城市建筑开始向高层发展，高层建筑的兴起，不仅在一定程度上缓解了城市土地紧张的局面，同时也使人们的居住环境得以改善。对于经济实力还不发达的中国，当前很多工作人员只是一味的使用原有的传统的设计分析方式造成资金的大量消耗与浪费，鉴于这种现象，应该积极引用与推广更加科学、先进，能够节约成本和造价的优化的机构设计方式与理论，同时也是刻不容缓的。建筑发展是一个高效化、集约化的综合系统工程，建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发，建立一个宏观的、合理的结构设计理念，合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则，这样不仅满足设计各类需求，同时改善人类的居住环境。本文分析了高层建筑结构的特点，同时对于高层建筑结构所采用的分析和设计方法进行了说明，并进一步对各类结构体系所采用的分析方法进行了具体的阐述。

[1] 吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业，2009（06）.

[2] 黄莹.高层建筑结构设计浅析[J].民营科技，2013（02）.