小議高層建筑結構和設計方法

孫秀君

（保定市卓越建筑節能檢測評估有限公司，河北 保定 071000）

1 高層建筑結構的特點

高層建筑的結構分為各式各樣的，五花八門，在各個國家經常采用的建筑結構也各不相同，我國目前通常采用的建筑結構將在下文進行介紹。但無論采用什么樣的建筑結構，最終的效果都應該相同，萬變不離其宗，都是為了保證建筑的質量，以居住著的安全和舒適為終極目標。無論何種結構的高層建筑都要能夠抵抗一定級別的地震，要能夠承受水平的和豎直的荷載，控制結構的側移，避免內部構件受到損壞，破壞高層建筑的質量。下面筆者對我國通常采用的幾種高層建筑結構的特點進行詳細分析。

1.1 剪力墻結構

所謂剪力墻結構，即用鋼筋混凝土墻板來承受豎向荷載和水平荷載的結構，這種結構如今被大量運用在高層建筑中。因為剪力墻是用鋼筋混凝土制作的，堅固度和剛強度都非常好，也有一定的延展性，能夠滿足用戶對住房安全性、整體性、結構性的全方位要求，因此廣為采用。

1.2 框架-剪力墻結構

所謂框架-剪力墻結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，這種結構又叫框剪結構。之所以采用這種結構，是受我國人多地少，住房不足國情的限制。現在的開發商都在打造高層建筑，而高層建筑僅僅依靠框架結構無法保證建筑整體對強度的要求，框架-剪力墻結構剛好具有側向剛度較大的優點，它比框架結構多了剪力墻結構，剪力墻結構可以承受水平荷載，分擔了框架結構的部分荷載，這樣就滿足了高層建筑的剛度要求，保證了建筑牢固性。

1.3 筒體結構

將剪力墻集中到房間的內部和外圍，就會使房間結構形成一個空間封閉式的筒體，這樣的結構就叫筒體結構，它綜合了框架-剪力墻結構和全剪力墻結構的特點發展而來。這種結構比較能夠抗側力，能夠很好的抵抗對外力，比較適合超高層建筑。同時由于剪力墻集中剩余了大量可以自行設計分割的空間，因此它也較適合用于寫字樓建筑。

1.4 其他結構

上文介紹的剪力墻結構，框架-剪力墻結構、筒體結構三種結構主要是現今國內比較常用的高層建筑結構，都是比較常見的。除了它們之外，國內外還有不少科技含量高、創新性強的高層建筑結構，也逐漸運用到高層建筑工程中，并取得了不錯的效果，比如巨型框架結構、巨型桁架結構等。

2 高層建筑結構分析和設計方法

2.1 結構分析中常用的基本假定

高層建筑結構分析是高層建筑結構中必要可少的理論基礎，結構分析中都有哪些常用的基本假定，這些假定的優缺點是什么，它們都適用于建筑分析中的何種情況，怎樣才能將它們的作用發揮到最好，這些問題都將在下文進行一一分析。

2.1.1 彈性假定

彈性假定是高層建筑結構分析中常用的基本假定之一，它是指在垂直荷載作用和平行風力作用的共同作用下高層建筑結構會處于一種彈性狀態。這種理論方法的缺陷在于當強烈的臺風和高級別地震來襲時，高層建筑結構會發生較大的位移，嚴重時會甚至出現裂縫。因此，選用這種理論方法需要適當，當建筑結構進入彈塑性工作階段則不再使用彈性假定理論。

2.1.2 小變形假定

小變形假定同彈性假定一樣，也是高層建筑結構分析中比較常用的一種基本假定。但是非線性問題是這個假定不能忽視的一個重要問題，當頂點水平位移和建筑物高度的比值超過一定數值，非線性問題必須引起重視。如果這個問題考慮不周全就會影響建筑物的質量。

2.1.3 剛性樓板假定

除了彈性假定和小變形假定以外，剛性樓板假定也是高層建筑結構分析中一種比較常用的假定。這種假定的優點是在很大程度上增加了結構位移的固定程度，減少了它的自由度，使得計算方法得以簡化，它通常用于剪力墻體系和框架體系。這種假定的缺點在于，它不適用于豎向剛度有突變的結構，這可能會導致樓板變形，因此選擇的時候應比較謹慎。

3 各類結構體系采用的分析方法

3.1 框架-剪力墻體系

框剪結構在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結構之間為簡支聯系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結構進行分析計算。框架一剪力墻的計算機理，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。

3.2 剪力墻體系

在剪力墻體系當中，開洞情況則直接決定剪力墻的受力特性與變形狀態。剪力墻的種類較多，不同種類的剪力墻其截面應力分布也會有所不同，這樣就對內力及位移進行計算時其方法則會有所不同，但對于剪力墻結構的計算機理主要以平面有限單元法來進行計算，此法較為精確，具有普通適用性。但在其計算時具有較高的自由度和耗費較大，所以通常只用于特殊開洞墻和框支墻的過渡層，只針對這些較為復雜的情況來應用。

3.3 筒體體系

筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

4 結束語

綜上所述，自改革開放以來，我國的城市發展了翻天覆地的變化，大量的人口擁入城市當中，使本來就緊張的城市土地資源變得越來越稀缺，隨著建筑技術的快速發展，目前城市建筑開始向高層發展，高層建筑的興起，不僅在一定程度上緩解了城市土地緊張的局面，同時也使人們的居住環境得以改善。本文分析了高層建筑結構的特點，同時對于高層建筑結構所采用的分析和設計方法進行了說明，并進一步對各類結構體系所采用的分析方法進行了具體的闡述。

[1] 姜久強.高層建筑結構設計方法要點解析[J].中國新技術新產品，2013(04).

[2] 肖湘.高層建筑結構抗震設計方法分析[J].中華民居（下旬刊），2013(05).