分析高層建筑的設計方法

1、<p>　　分析高層建筑的設計方法</p><p>　　【摘 要】隨著高層建筑進一步發(fā)展，高層建筑的結構、力學分析模型等元素變得更復雜化，使得高層建筑設計技術性更強，需要考慮的因素更多。如今高層建筑屢見不鮮，各建筑都有著各自不同的特點，因此革新高層樓房，體現高層建筑的與眾不同，追求新穎的結構形式，設計出更好的高層建筑，這是工程師們追求的目標。高層建筑在設計上首先要考慮高層建筑結構的特點，分析其結構并進行

2、設計。設計出的作品不僅要實用、安全、美觀，還要考慮其造價成本，所以在結構設計時更需要進行結構化優(yōu)化設計。 </p><p>　　【關鍵詞】設計方法；高層建筑；分析 </p><p>　　高層建筑是指超過一定高度或者是一定層數的多層建筑，我國自2005年起規(guī)定建筑物超過10層或者是超過24.0m高度的為高層建筑。自1883年～1885年在美國芝加哥建起的家庭保險公司大廈（共10層，高55.0

3、米），從此高層建筑就飛速發(fā)展[1]。隨著社會經濟不斷發(fā)展，城市用地趨于緊張化，為了緩解城市用地緊張，高層建筑不斷增多，而且建筑層數也不斷增多。建筑物建造越高就越需要考慮工程結構、造價、安全等問題，其技術要求就越高。而在建造之前首先考慮的就是設計問題，一個好的設計方案是建好一棟高層建筑的關鍵因素之一。因此，本文從高層建筑的結構設計特點、結構分析方法以及設計方法，分析高層建筑設計方法，為高層建筑的設計提供參考。 </p>&l

4、t;p>　　1、高層建筑結構設計的主要特點 </p><p>　　1.1 水平載荷因素 </p><p>　　任何一個建筑設計，其結構要同時承受建筑物的縱向荷載及風產生的橫向荷載，而且還要考慮設計抗震能力[2]。一方面，樓房自身重量與樓面載荷對豎鉤件產生的軸力與彎矩數值，與建筑物高度的一次方成正比；橫向荷載對樓房建筑產生傾覆力矩，以及對豎鉤件產生的軸力，與建筑物高度的兩次方成正比；另

5、一方面，對在一定高度范圍內的建筑物，垂直荷載基本上是定值，而橫向荷載中的風荷載及抗震作用，其數值會隨著樓房結構動力的不同而改變，存在較大變化。因此在高層建筑中，雖然縱向荷載對建筑結構設計有著重要影響，但是起決定性作用的卻是橫向荷載，其是建筑結構設計的控制因素。 </p><p>　　1.2 軸向變形因素 </p><p>　　高層建筑中，縱向荷載是很大的，能引起軸向發(fā)生較大變形，并對連續(xù)梁

6、彎矩產生較大影響，從而造成連續(xù)梁中間支柱上的負彎矩值變少，跨中正彎矩之和端支柱的負彎矩值變大；影響預制構件的下料長度，應根據軸向變形值調整下料長度；縱向荷載還會影響構件的剪力及側移，從得出的結果看出其安全系數較構件豎向變形的安全系數低[3]。 </p><p>　　1.3 側移―控制指標 </p><p>　　與低建筑物不同，結構側移已成為高層建筑結構設計的關鍵因素。隨著樓層高度的增加，橫

7、向荷載下的結構側移會出現很大的變形，而建筑結構在水平荷載影響下的側移需要控制在某一范圍內。 </p><p>　　1.4 結構延性―設計指標 </p><p>　　與低樓房相比，高層建筑的結構顯得更柔和一些，在遇到地震時其變形程度更大一些。結構延性是衡量建筑結構抗震能力的重要指標，為了使建筑結構在塑性變形階段仍擁有較強變形能力，防止倒塌，需要在建筑結構上采取相應有效的措施，確保建筑結構有著

8、足夠的延性。運用概念設計方法，對影響建筑結構不安全的各項因素做綜合、合理的分析并實施有效措施以降低結構破壞率。 </p><p>　　2、高層建筑結構分析與設計 </p><p>　　2.1 結構的基本假設定 </p><p>　　高層建筑結構是一個大型空間結構體系，其由縱向抗側力構件通過橫向樓板連接而成。而對建筑結構分析完全采用三維空間結構進行分析是非常困難的，為

9、了使計算更容易，對不同的分析方法都引入簡化的計算模型。以下是較常見的幾個基本假定。 </p><p>　　2.1.1 彈性假定 </p><p>　　當前，建筑工程上采用的高層建筑結構分析方法是彈性計算方法。在縱向荷載或水平荷載作用下，建筑結構常處在彈性工作階段，這個假定大體符合結構的實際工作情況。但是在遭遇強大臺風或者是巨大地震作用時，高層建筑結構通常會發(fā)生較大位移、出現裂痕，進而進入彈

10、塑性工作階段。此時不應采用彈性計算方法計算位移和內力，因為此方法計算得出的結果體現不出結構真正的工作狀況，而應采用彈塑性動力分析方法進行分析設計。 </p><p>　　2.1.2 微變形假定 </p><p>　　微變形假定也是各種實用結構分析普遍采用的基本假定。其中有不少人還研究了幾何非線性問題中的P-Δ效應，認為樓頂水平位移Δ與樓房高度H的比值大于1與500的比值時，P-Δ效應產生的

11、影響就不能被忽視。 </p><p>　　2.1.3 剛性樓板假定 </p><p>　　多數高層建筑結構的分析方法都是假定樓板在自身平面上的剛度無窮大，而忽略平面外的剛度。這個假定在很大程度上減少了建筑結構的位移度，使計算方法簡化，為采用空間薄壁桿件理論計算建筑簡體結構提供了可能。一般認為，對框架結構體系及剪力結構體系均采用這個假定也是可以的，但是對縱向剛度存在突變的結構，樓板剛度小，出

12、現抗側力構件間距大、樓層層數較少等情況，出現樓板變形度大，對頂部各層內力、位移、結構底部的影響更大，因此可對樓層剪力做合理調整以便考慮這些因素造成的影響。 </p><p>　　2.2 高層建筑結構分析方法 </p><p>　　2.2.1剪力墻結構 </p><p>　　決定剪力墻受力特性與變形程度的是剪力墻的開洞情況。根據單片剪力墻中受力的不同分為特殊開洞墻、小

13、開口整體墻、單肢墻等類型。不同類型剪力墻，截面應力的分布范圍也有所不同，因此在計算內力和位移時應選用相應的計算方法。剪力墻結構的機算選用的方法是平面有限單元法，該方法計算較精確，適用于各種類型的剪力墻。但其也有缺點，該計算方法的自由度較大，機時消耗的費用較多，一般只用在特殊開洞墻的過渡層等截面應力分布復雜的情況。 </p><p>　　2.2.2 框架剪力墻結構 </p><p>　　框架

14、剪力墻結構對于內力、位移的計算方法較多，通常采用的假定方法是連梁連續(xù)化假設。根據框架水平位移、剪力墻等條件，可建立與外荷載、位移有關的微分方程式進行求解，但該方法引進的未知量和需考慮因素不同，其不同方法解答的詳細情況也不相同?？蚣芗袅Y構選用的機算方法是將結構轉變?yōu)榈刃П谑娇蚣?，然后再用桿系結構矩陣位移法進行求解。 </p><p>　　2.2.3 簡體結構 </p><p>　　簡體結

15、構分析方法根據計算模型處理方法不同分為：等效離散化方法、三維空間分析方法、等效連續(xù)化方法。（1）等效離散化是把連續(xù)的墻體分為等效離散的桿件，然后采用合適桿系結構方法分析。（2）等效連續(xù)化法把結構中離散桿件看作是等效連續(xù)化進行處理。（3）三維空間結構分析方法比等效離散化法與等效連續(xù)化法更為精確，其中空間桿-薄壁桿系矩陣位移法使用最廣。該方法將高層建筑結構由空間柱元、空間梁元以及薄壁柱元組合形成空間桿系結構，空間梁柱端節(jié)點有6個自由度。 &

16、lt;/p><p><b>　　3、結語 </b></p><p>　　高層建筑設計是一門技術性很強的工作，需要工程師不斷深入研究，設計出既新穎又實用的高層建筑。而在建筑的設計中，結構設計是一項復雜、綜合性強的技術工作，集結了機構分析、計算機技術以及物理力學、數學優(yōu)化方法于一體，對國家建設有著重大意義[4]。對于設計人員來說，設計一個高層建筑的結構需要應付大量細小的工作，

17、對結構經濟性問題不夠重視，造成同一工程項目經過不同工程師的設計，工程造價差別很大，出現嚴重造價浪費。隨著我國房地產發(fā)展迅速，房價不斷上漲，在高層建筑的設計時，不僅要考慮建筑結構、安全等問題，還要考慮工程造價，因此，通過對高層建筑進行結構優(yōu)化設計，可降低工程造價成本。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]侯巧玲，付剛.高層建筑結

18、構分析與設計方法研究[J].價值工程.2010（21）. </p><p>　　[2]于江.淺談高層建筑結構分析與設計[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2010（06）. </p><p>　　[3]張立安.淺談高層建筑結構分析與設計[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2010（05）. </p><p>　　[4]何俊旭.高層建筑結構設計及結構選型探討[J]