建筑结构分析
高层建筑结构分析与设计方法研究
摘要: 对于高层建筑，在选型上可以考虑框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构以及筒中筒结构等，在用材上可考虑钢结构、钢筋混凝土结构、组合结构等
关键词: 高层建筑;结构;
1高层建筑结构体系类型
1.1 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，便形成了框架一剪力墙体系。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荷载。框架一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，所以框架一剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
1.2 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。
1.3 筒体体系
凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体一框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
2高层建筑结构体系选型与建筑设计的关系
一幢高层建筑必须能够满足该项目的功能要求，所以结构选型时应充分考虑不同建筑的功能要求。目前高层建筑的主要用途为:住宅、旅馆、公寓、各种用途的公用建筑以及集办公、居住商贸、娱乐为一体的综合楼。
高层住宅建筑由于其使用功能上的特点，要求在平面内布置许多纵、横内隔墙，而剪力墙结构由于其承重和抗侧力功能与建筑使用功能自然地适应，使发挥结构作用的剪力墙与发挥分隔作用的纵、横内隔墙有可能统一在一起，从而显示了它们在住宅建筑中使用的优越性。加上它施工方便，技术经济指标较好、抗震性能可靠，所以剪力墙结构体系应为高层住宅体系选型的首选。而框架结构由于其梁、柱楞角露于屋内，影响美观、使用，且相对于剪力墙结构，其适应高度相对较低，施工相对复杂，抗震性能相对薄弱，所从框架结构在高层住宅中的应用受到一定限制。
高层旅馆按其功能一般可分为客房部分和公共部分。其客房部分与高层公寓一般要求较密的隔墙，与高层住宅类似，宜优先选用剪力墙结构体系，而高层旅馆的公共部分(如大厅、会议室等)和公寓的某些部分通常要求较大的空间，宜优先选用框架或框剪结构体系。高层公共建筑由于涵盖范围较少，但通常都需要较大空间，能适应灵活布置，宜采用框剪及筒体结构。对于集多种功能于一体的高层综合楼，通常将大柱网的购物商场、餐厅、娱乐设施等设于综合楼的下层部分，而将较小柱网、较小开间的住宅、公寓、旅馆、办公功能的建筑设于上部。由于不同的建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地亦要求采用不同的结构形式。为了完成不同结构体系的理想过渡，使之沿竖向组合起来，需要采用设置“转换层”的结构型式。
3高层建筑结构体系选型与结构设计以及建筑施工关系 3.1 高层建筑结构体系选型与结构设计
高层建筑单方建筑面积结构材料的用量多于低层建筑。承受重力荷载的竖向构件，如墙、柱及井筒等，沿全高都需要加强。但是，抗侧向力所需材料的用量更多。对于钢筋混凝土结构，材料的用量也随楼层数的增多而增加。但值得注意的是，为承担重力荷载而增加的材料用量比钢结构大得多，而为抵抗风荷载的能力而增加的材料用量却并不那么多，因为混凝土建筑的自重就可以帮助抵抗倾覆。另一方面，混凝土建筑固有的巨大质量使抗震设计更为严峻。在地震作用下，
建筑上部所增加的质量将使总侧向力更加大。
在混凝土结构和钢结构的设计中，有一些基本原则能增大高层建筑抵抗侧向力和侧移的能力，而不需要加大成本。
1、增加抗弯结构体系的有效宽度。这里很有效的，因为增加宽度可以直接减小倾覆力，并且当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小然而，必须使加宽了的结构体系中的竖向构件连接良好，才能真正达到上述效果。
2、增大承受荷载最有效的构件的截面。例如，加大较低楼层柱子和连接大梁的翼缘截面，就能够直接减小侧向位移和增加抵抗力矩，而不会增大上层楼面的质量，否则，抗震问题将更加严重。
3、使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。这将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。
4、在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。完全用抗弯的竖向构件来抵抗这些剪力通常不经济的，因为使柱及梁有足够的抗弯能力，比用墙或斜撑需要更多的材料和施工工作量。
5、每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使各抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。
6、将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。诸如，在两个或更多的电梯井间每隔若干层用重型楼盖结构体系或非常大的梁式析架连接起来。
所有高层建筑基本上都是支承在地面上的竖向悬臂结构。当合理使用上述原则时，由墙、核心筒、框架、筒式结构和其它竖向结构分体系可以得到所希望的结构
方案
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，从而实现水平承载力和刚度。从位移、振动和承载力关系分析，随着房屋高度的增加，由于侧向位移和振动很大，而使此二者变得特别重要。风荷载和地震作用是引起侧向位移和振动的两个主要原因。
3.2 高层建筑结构体系选型与建筑施工
高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到结构的受力状态，抗震性能等所以在高层建筑结构体系选型时就对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。
现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。据统计，在造价中模板的费用是主要的、最易变化的部分，它可占造价的33%—55%
模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价，而且与施工速度及劳动力消耗有密切关系。目前常用的模板体系有:
(1)钢模板体系这是最基本的模板体系，利用标准化的小模板现场拼装成所需的形状和尺寸，在梁柱、楼板的施工中均可应用。(2)大模板体系适合于剪力墙结构体系的施工(3)滑模体系适合于剪力墙及筒体结构的施工(4)提模体系适合于框架、剪力墙的施工(5)爬模体系适合于剪力墙的施工(6)台模或飞模体系适合于楼板的施工
除模板体系外，混凝土材料的选择、搅拌、运输、浇筑、振捣密实以及钢筋的连接技术也在很大程度上影响着工程的施工速度及施工质量，从而影响结构的造价。
4参考文献
[1]李慧民，土木工程施工技术，中国
计划
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出版社，2002
[2]赵西安，高层建筑结构实用设计方法，同济大学出版社，1998
浙公网安备 33021202002483