高层建筑结构分析精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的高层建筑结构分析主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：高层建筑结构分析范文

关键词：高层建筑 结构 设计特点

引言：高层建筑关系到更多人民的生命财产安全，而且建筑的结构更为复杂，设计要求更高。所以，为进一步确保国家、人民生命财产安全，就需要我们对高层建筑有更深入的了解。了解它的建筑结构，明确它的设计特点。这样才能在对建筑充分了解的前提下，有准备的进行建筑建设。

高层建筑结构分析

普遍来说，高层建筑结构较低层建筑更为复杂，涉及到的外力作用、外界影响也更多。因此，对于高层建筑的结构分析对于顺利建造高层建筑来说是十分必要的。

高层建筑结构静力分析方法

筒体结构

根据通过计算模型的处理手法的不同，筒体结构可分为以下三类：等效离散化方法、 和三维空间分析以及等效连续化方法。

等效离散化方法是把那些连续的墙体离散成为等效的离散杆件，以便可以应用适合于杆系结构的方法进行结构分析。这类方法主要包含平面框架子结构法、核心筒的框架分析法等方式。分析的具体应用知识涉及到核心筒的框、 展开平面框架法、 等代角柱法架分析法、平面框架子结构法这几种主要分析方法。

三维空间结构分析方法，是这三种分析方法当中最为精确的计算模型。它是完全用来分析筒体结构体系的。其中空间杆―薄壁杆系矩阵位移法的应用最为广泛。这种方法可以将高层建筑的结构具体化为空间柱元、空间梁元以及薄壁柱元组共同构成的组合体系。这也是目前工程上使用的最多的计算模型方式。

等效连续化方法是将建筑结构中的离散杆件进行一种等效连续化处理。等效连续化法的一种途径是对建筑结构中离散杆件的分析只做到几何分布上的连续化就可以了，这样的分析方式对于对建筑内力的连续描述提供了便捷。而另一种则是对建筑结构不仅做几何上的处理，还要作物理上的连续处理。这样就可以将离散杆件有效的转换成等效的、可以进行分析的正交异性弹性薄板,这就为使用分析弹性薄板的各类有效的途径提供了方便。具体的分析弹性薄板的方法主要有能量法、连续化微分方程解法、框筒近似解法、有限单元法、有限条法、拟壳法等。

框架―剪力墙结构

框架―剪力墙结构大多数都采用连梁连续化假定。根据框架水平位移与剪力墙或转角相等的位移协调条件以及外荷载之间的相关关系的微分方程进行求解。由于考虑因素和未知量的因素不同，解答方式、解答具体形式都不相同。框架―剪力墙的计算方式往往是将结构转化为等效壁式框架，利用杆系结构矩阵位移法进行求解。剪力开洞情况将直接影响到剪力墙的变形状态与受力特性。小开口整体墙、单肢墙、特殊开洞墙、框支墙、联肢墙是单片剪力墙按受力特性不同进行的分类。类型不同的剪力墙的截面应力分布也有所不同，计算位移、内力的时候要采用与之相适应的计算方法。平面有限单元法是剪力墙结构最常用也最有效的计算方法。

高层建筑结构分析

高层建筑结构要彻底进行三维空间结构分析是很困难的。这是由于高层建筑主要就是由各种部件构成的大型的空间结构体系。因此，要想用更加实用实际的方式进行分析就必须对计算的模型引入更加直观的信息进行简化。让分析具有可操作性。

弹性假定

弹性假定是目前适用范围最广、最具有实用价值的计算方法。高层建筑结构通常在弹性工作阶段会受到一般风力的作用力和垂直荷载的作用力。而这种假定的方式恰好可以基本符合结构的实际工作状况。在遭遇强烈地质方面的变动时，高层建筑物就会产生较大的位移。这时工程就进入了弹塑性工作阶段。这时就应使用弹塑性，动力分析方法，对建筑物进行设计。

刚性楼板假定。

大多高层建筑物在建筑结构分析的过程中都忽略了平面外的刚度。这也就很大程度上减少了建筑结构发生位移的自由度，计算方法更加简化。而且为采用空间薄壁杆件理论这一原理进行结构分析提供了条件。但是要注意的是，对于那些竖向刚度突变、楼板刚度不高的建筑。可以将这些建筑的楼层的不同剪力进行适当调整。

小变形假定。

对于也是普遍适用于各种方法的基本假定来说，小变形假定的作用也是非常大的。很多人对几何非线性问题 ( P-Δ效应)进行探讨和研究。大多都认为当点水平位移Δ与建筑物高度H的比值 Δ /H>1/500 时, P-Δ的效用就必须得到重视。

（4）计算图形的假定

这是高层建筑结构整体分析常用的分析方法。计算的图形一共有三种类型，即：一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析。一维协同分析考虑的范围较小，大致只是考虑到各抗侧力构件在一个位移的自有度方向的变形协调。但是，一维协同分析是在各种计算方法中采用最广泛的计算图形。二维协同分析与之不同的是，虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但是也考虑到了与之同层的楼板上的各榀抗侧力构件，在楼面内的变形协调。三维空间分析的普通的杆单元的每一个节点都有6个自由度。依照“拉索夫薄壁杆理论”分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度，

高层建筑的设计特点

由于高层建筑物建造过程及使用过程中受到的影响因素，与其它普通建筑物或者低层建筑物受到的影响程度和影响因素不同，所以，对于高层建筑的设计必须掌握高层建筑物的设计特点，有针对性的，科学的制定建筑设计方案。

一方面，对具有一定的高度的建筑物来说，竖向荷载基本上是一个定值。然而地震和风荷载的作用数值是随着结构自身的动力特性的不同产生不同幅度的变化。其次，纵向的变形是不能忽视的，必须得到重视。因为在高层建筑物当中，建筑物的竖向荷载的数值非常大。较大的竖向荷载数值会在柱中引起较大的轴向变形。也就会间接造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小。再次，高楼的结构更柔和会让高楼结构在地震的作用下发生更大的变形。为了让建筑物可以具有较强的变形能力，避免建筑物发生倒塌，就需要在结构上采取恰当的方式，来确保建筑结构可以具有足够的变形能力。

由此可以看出，我们必须依照高层建筑物自身的特点有针对性的进行建筑设计。只有这样才可以确保工程可以在正确的指引下逐渐完成，并且可以从最基本的方面提高建筑质量。

第2篇：高层建筑结构分析范文

关键词：高层；建筑结构；类型；设计

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的, 是城市和工商业发展的结果。

一、高层建筑结构体系类型

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，由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-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。

2、巨型结构: 巨型结构一般由两级结构组成，第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱或巨型衍架杆件，以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构，不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因而它们适合应用的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低，层数少，设防烈度低的情况; 框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求; 在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。

3、剪力墙结构体系: 剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足; 剪力墙结构体系主要缺点: 剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。此外，结构自重往往也较大。剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用，因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。根据施工方法的不同可以全部现浇的剪力墙; 全部用预制墙板装配而成的剪力墙; 内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。

4、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-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，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

二、 高层建筑结构设计特点

1、水平荷载成为决定因素。一方面, 因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩, 以及由此在竖构件中引起的轴力, 是与楼房高度的两次方成正比; 另一方面, 对某一定高度楼房来说, 竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2、 轴向变形不容忽视。高层建筑中, 竖向荷载数值很大, 能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响, 造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小, 跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大; 还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值, 对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响, 与考虑构件竖向变形比较, 会得出偏于不安全的结果。

3、 侧移成为控制指标。与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加, 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大, 因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

4、结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言, 高楼结构更柔一些, 在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力, 避免倒塌, 特别需要在构造上采取恰当的措施, 来保证结构具有足够的延性。

三、高层建筑结构设计

在高层建筑中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。对一些较柔的高层建筑，风荷载是结构设计的控制因素，随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合时往往起控制作用。因此，高层建筑在风荷载作用下的结构分析与设计引起了研究人员和工程师们的重视。

1、竖向荷载设计应减轻自重。高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

2、风荷载计算。在已有研究的基础上，《荷载规范》指出，垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算：

ωk = βz μz μs ω0 （1）

式中：ωk：风荷载标准值（kN/m）；ω0：基本风压（kN/m）；μs：风荷载体型系数；μz：风压高度系数；βz：z高度处的风振系数。

（1）基本风压值ω0。基本风压值ω0系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0为标准，按ω0=1/2pv确定的风压值。它应根据《荷载规范》中附表D.4采用，但不得小0.3kN/m2。对一般的高层建筑，用《荷载规范》中所给的ω0乘以1.1后采用；对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压值应按100年重现期的风压值采用。

第3篇：高层建筑结构分析范文

摘要：目前，高层建筑结构力学分析还是停留在利用现有的计算理论进行被动设计的阶段，不能从根本上满足未来高层建筑朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。因此，对高层建筑的结构力学分析需要实践来改进和发展，并以此促进高层建筑结构的不断完善。本文分析了现代几种高层建筑结构力学的分析方法，包括常微分方程求解器法、有限条法和样条函数法、基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法、弹塑性动力分析方法以及最优化理论的结构分析方法。 关键词：高层建筑 结构力学 分析方法 随着建筑业的高速发展，我国高层建筑数量也越来越多。高层建筑的侧移和内力随着结构高度增加而急剧增加，当高层建筑达到一定高度时，侧向位移很大，所以水平荷载产生的侧移和内力是确定结构体系、材料用量和造价的决定因素。高层建筑结构的设计是靠刚度支配而不是结构材料的强度，而刚度的大小取决于结构体系。因此，如何选择经济而有效的结构体系，并对它进行有效的力学分析是高层建筑结构设计的重点。就现代高层建筑的结构力学的一些分析方法进行了论述。 1.基于常微分方程求解器的分析方法。现在国内外学者已经开发研制了相当有效的常微分方程求解器，功能很强，尤其自适应求解，可以满足用户预先对解答精度所指定的误差限。我国清华大学包世华教授和袁驷教授在高层建筑结构分析中应用此方法，解决了高层建筑结构考虑楼板变形时静力计算、动力计算和稳定计算。这些问题若完全用离散化方法求解，其计算量都是极其巨大，用微分方程求解器法求解，因其方程组数目少，显示出极大的优越性，在高层建筑结构分析中成功地运用此方法，具有独到之处。 袁教授利用有限元技术，并借助能量泛函的变分，将控制的偏微分方程半离散化为用结线函数表示的常微分方程组，然后用高质量的常微分方程求解器直接求解，即有限元线法。这是一种具有吸引力和竞争性新方法，该方法解一般力学计算问题已取得了良好结果。相信通过逐步的实际检验证，这种方法将会更加完善。 2.基于有限条法和样条函数法的分析方法。半解析法是解析与离散相结合的方法，它以数学力学的方法大大减少有限元方程组的阶数，能避免有限元“过分”计算，而且能防止有限元法中经常遇到计算污染(即病态方程组)，引起计算结果恶化。 在高层建筑中，经常会遇到几何形状和物理特性沿高度方向比较规则的情况，这样的结构体系，采用有限条法很有效。有限条法只需沿着某些方向采用简单多项式，其它方向则为连续、可微、且事先满足条端边界条件的级数。在采用有限条法时，合理地选择结构计算摸型，等效连续体的物理常数和条元的位移函数是提高精度、简化计算的三个关键，对此国内外已有一些研究，关于分条模式和位移函数，提出了一些研究成果。 样条函数是分段多项式的一种，与一般有限单元法相比，它的位移模式曲线拟合度好、连续性及通用性强，系数矩阵稀疏、计算量小，且具有紧凑、收敛，完备和稳定等方面特征。因此，计算结果与试验结果吻合良好，不失为一种较好的方法，在高层建筑中得到了应用，以三次B样条子域法为例分析开洞剪力墙，先将该结构分为n个子域，作子域分析，建立子域刚度矩阵和荷载列阵，然后对结构进行整体分析，获得样条结点参数，进而求出结构的位移和内力。

3.基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法。有限元，特别是杂交元和非协调元的发展，促进了分区广义变分原理的研究。清华大学龙驭球教授在分区混合广义变分原理基础上提出了分区混合有限元法。基于分区广义变分原理的分区混合有限元法是继位移法、杂交元法之后的新方法，它将弹性体分成势能区和余能区，势能区采用位移单元，以结点位移为基本未知量；余能区采用应力单元，以应力函数作为基本未知量，而区交界面通过引入附加的能量项在积分意义下满足位移和力的连续条件，从而保证了收敛性，最后通过取总能量泛函为驻值建立分区混合有限元法基本方程。 用分区混合有限元法具有适应性强、分区灵活，能保证收敛性，用于计算框支剪力墙和托墙梁结构，以及框支剪力墙角区应力集中这个工程计算中感到棘手的问题，可见分区混合有限元法在高层建筑结构分析中有着广泛应用的前景。

4.高层建筑结构弹塑性动力分析方法。从1978年以来，高层建筑结构弹塑性动力分析的研究和应用在我国迅速发展。从理论上讲，这种方法有不少优点，如能够发现结构的薄弱环节，对结构的变形、延性的分析比较符合实际，预计的破坏形态与实际震害比较接近等。但这种方法的前提条件与实际较难符合，如需要拟建场地实际强震记录，实际上很难收集到。最近，国内外研究人工随机地震波作为输入地震波取得很大进展。结构的计算模型，用的更多是层模型。现在考虑楼板变形影响，采用并列多质点计算模型的方法也在研究中，也有一些研究考虑了基础的平移和转动，将土体、基础和上部结构共同考虑的耦合振动也取得成果。近年来考虑扭转振动，斜向输入双向地震波的动力分析法也取得了进展。但是目前对采用时程法仍有不同看法，要采用大型高速计算机，典型地震波本身不一定代表要发生的真正地震，因此在研究时程法同时，一些简化的近似方法也应加以进一步研究。不管怎样，当今的趋势，各国在抗震规范修订本或修订草案中，正越来越多要求作直接动力分析。除了日本和美国外，印度和加拿大规范，在设计超高层建筑时，要求选择适当的地震波，进行直接动力分析。 5.基于最优化理论的结构分析方法。结构最优化设计是把数学上最优化理论结合计算机技术应用于结构设计的一种新型设计方法。它的出现，使设计者能从被动的分析、检验，而进入主动“设计”。因而对于一定的空间要求，高层建筑结构的优化设计应以最小重量产生最大刚度，框架剪力墙结构中剪力墙的最优数量和最优布置是优化设计在高层建筑结构中应用的第一个课题。 目前，高层建筑结构力学分析还是停留在利用现有的计算理论进行被动设计的阶段，不能从根本上满足未来高层建筑朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。因此，对高层建筑的结构力学分析需要实践来改进和发展，并以此促进高层建筑结构的不断完善。 参考文献： [1]周坚.高层建筑结构力学.机械工业出版社，2006-01. [2]高层建筑结构方案优选.中国建筑工业出版社，1996-06.

第4篇：高层建筑结构分析范文

关键词：高层建筑 结构抗震 动力分析

高层建筑是作为一个国家科技发展水平、经济发展水平的标志和展现，随着我国经济的快速发展，高层建筑在北京、上海、广州、深圳、武汉等城市逐渐增多。如何保证高层结构在地震作用下的可靠性和经济性，是高层结构抗震设计的课题。近年来，建筑功能的多样化使得结构的体型越来越复杂，这对复杂高层建筑的结构分析和设计提出了更高的要求。抗震设防标准和经济实力以及所处地区的地震发生规律息息相关。抗震设防要求综合考虑地震环境、建设工程的重要程度、允许的风险水平、国家经济承受能力和要达到的安全目标等因素。准确、快速、经济地对高层建筑进行抗震分析，是高层建筑设计的重要部分。

1 高层建筑结构分析方法的概述

随着高层建筑结构的不断发展，高层建筑结构分析方法直接影响建筑物的质量、结构安全和功能，是一个值得注意和重视的重要问题。结构分析方法也经历了一个从简单到复杂，从手算到计算机仿真的一个过程。从20世纪50到70年代后期，由于高层建筑结构体型较为简单，且受到计算机技术的限制，框架结构、剪力墙结构和框架－剪力墙构成了当时的主要结构形式，框架结构体系主要用力矩分配法分层法以及反弯点法等；70至80年代，随着计算机技术的发展，高层建筑空间协同工作分析法得到了广泛的应用；80年代后期，出现不少高层建筑新结构体系，由于高层建筑的平面和体型日趋复杂，空间协同工作分析法已无法满足工程需要，从而被三维杆件分析法所取代。1987年中国建筑科学研究院设计三维杆件空间分析程序TBSA以及大型通用商用有限元软件（ANSYS、ADINA等）都属于这类软件。随着科技的发展以及各种地震实际数据的采集，地震动力特性和结构动力特性已经逐步被人类所理解并加以运用，现代结构抗震设计理论从20世纪初的静力阶段、发展到今天基于性态的抗震设计理论阶段。

2 抗震概念设计

由于地震作用的不确定性和复杂性，由于构件轴向变形、P-效应，非结构墙体刚度的影响、材料特性的时效变化、结构阻尼随变形而变化、地基与结构共同作用等因素在结构动力反应分析中难于考虑，在设计时选择建筑总体外形是非常重要的，结构平面较为简单，圆、三角或正多边形建筑，对称且横竖向质量和刚度变化均匀。根据分析得出，建筑结构外形为长方体时，其建筑质量分布为上下均匀，其地震力作用在建筑高度的2/3处；当建筑外型采用锥形体，其建筑质量分布为上小下大的二次曲线分布，其地震力作用点位于建筑高度的2/5处。当仔细研究这些典型形式，就易发现，实际建筑形式只能近似或介于某两个典型形式之间，具有自己的基本质量分布的归类特性，以便对抗震设计的重力荷载代表值GE、风荷载、地震作用做出粗略的估计。

3 有限元模型

为了探讨高层建筑的抗震动力分析，本文选取的建筑是由16米高的裙房部分和52.7m的上部塔楼，结构主要形式为框架剪力墙结构，四层地下室，四层裙楼上设有屋顶花园。梁、柱、楼板和剪力墙的材料均为钢筋混凝土；建立模型时对结构进行整体考虑和分析，略去次要元素。ANSYS有限元软件中提供了能适应不同变形的有限单元，从而提高的了模拟效率。本模型采用了适合分析细长到中等粗短并考虑了剪切变形的影响的Beam188单元来模拟梁、柱结构；用既具有弯曲能力，又有薄膜特性，可以承受面内荷载或法向荷载Shell63来模拟板。

4 结果整体分析

为了更好地研究地震作用下结构的动力反应，结合场地条件和特征周期，所选取的地震波应主要考虑不小于建筑结构基本自振周期3～4倍的加速度时间历程，不宜小于12s。根据模态分析的结果，结构基本周期约为2.34s，因此地震波持续时间按较大值可取12s，本文采用NORTHRIDGE波时程分析。

图1 各楼层位移图

为了研究x、y、z三个方向的地震反应，需要对三个方向分别输入地震波，图1给出了在这三个方向地震波作用下，位移随楼层而变化趋势图。从图中我们可以发现，x、y两个方向的位移变化规律基本相同，只是受两个方向刚度的影响，位移结果稍有不同，在结构设计时应注意加强y方向的刚度，以及构件的裂缝和承载能力。并且位移图中也反应出4-5层之间的位移变化具有突变，这主要是这两层刚度有突变。且在裙楼顶设置了屋顶花园，结构质量发展变化，这点与事实相符；z方向的位移在结构17-18层之间突然减小，说明在结构的顶端楼层位移方向发生变化，z方向在整体刚度并不均衡，在结构设计时应重点关注梁柱的承载力以及构件之间的构造连接。X方向上最大位移为47.3mm是14747号节点发生在9.7s；Y方向上最大位移为77.4mm是14749号节点发生在8.8s；Z方向上最大位移31.4为14152号节点发生在0.02s，结构在NORTHRIDGE波作用下的最大底部反力为：Fx=-8752.9kN、Fy=-9074.5kN、Fz=297560kN。

根据抗震变形验算，在x、y方向的最大层间位移为6.33mm

5 结论

我国的抗震规范是容许结构在抵抗强地震，结构某些构件发生不影响结构整体稳定的开裂或屈服，从而使得房屋震动周期加长，并且增加建筑物本身的阻尼，因而可以实现建筑物在抵抗强震而不破坏。强烈地震时，结构仍要进入弹塑性，从而引起结构构件的损伤与破坏。在设计时需考虑这类构件破坏是建筑物的整体稳定性。采用结构振动控制的方法去改善这类建筑结构的抗震设计是必要和可行的。通过反应谱分析，得到给出结构内各构件的内力、应力、位移分布，并找出了结构薄弱环节。

参考文献：

[1]张小云．建筑抗震（第一版）．北京：高等教育出版社，2003

[2]梁波．结构动力学．武汉：华中科技大学出版社，2001

[3]王亚勇．关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨．建筑结构学报．2000，21（1）：21-29

[4]徐植信，胡再龙．结构地震反应分析（第一版）．北京：高等教育出版社，1993

[5]王呼佳，陈洪军．ANSYS工程分析进阶实例．北京：中国水利水电出版社，2006

第5篇：高层建筑结构分析范文

关键词：建筑行业；高层建筑；结构；分析与设计

在人口不断膨胀的情况下，采用高层建筑以更好地利用空间是大势所趋。高层建筑相对于普通建筑不仅能节省大量建筑材料，在建筑质量、实用性上也优于普通建筑。当前，城市中的高层建筑的数量很大程度上决定了一个城市的发达水平，也是展示国家科技水平的一种途径。但是，高层建筑的建筑形式具有多样化，对高层建筑进行结构设计时需要考虑到抗震、抗风、等多种自然因素对其的受力，对建筑工程师的水平要求极高。因此，需要针对高层建筑的结构设计进行不断优化，正确解决高层建筑结构上的问题，以便提高高层建筑质量。

1、高层建筑结构设计特点

（1）水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（2）轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

（3）侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

（4）结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2、高层建筑的结构体系

（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。

（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。

（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-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，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

3、高层建筑结构分析

3.1 高层建筑结构分析的基本假定

高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定：

（1）弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

（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-Δ效应）进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值 Δ/H > 1/500时，P-Δ效应的影响就不能忽视了。

（3）刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

（4）计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：

一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。

二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度u，v，θ（当考虑楼板翘曲是有四个自由度），楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程，用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。

三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。

3.2高层建筑结构静力分析方法

（1）框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。

框架-剪力墙的机算方法，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）剪力墙结构

剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。

剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。

（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子结构法等。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、平面框架子结构法。

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。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。

4、结束语

在高层建筑发展得如火如荼时，需要相关人员严格控制其建筑质量，因为高层建筑的结构设计很大程度上决定了高层建筑的质量，所以建筑工程师们需要认真对待，遵守高层建筑设计的设计原则，依照高层建筑特点，来对建筑结构进行科学、合理的设计，给广大群众提供安全、舒适的工作环境与住所。

参考文献：

[1]夏晓丽.现代高层建筑框剪结构施工技术的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（12）.

[2]李君，高昊.对现代高层建筑方案设计阶段造价控制影响因素的分析[J].商品与质量.学术观察，2011（04）.

第6篇：高层建筑结构分析范文

【关键词】高层建筑；结构体系；结构设计

引言

随着社会经济不断发展,城市化进程不断加快以及对高层、超高层建筑的结构体系的研究日益完善,使得高层、超高层建筑得迅猛发展。

1885年美国芝加哥土木工程师詹尼,设计并建造了共10层、高55m的芝加哥国内保险公司大楼,开启了高层建筑修建之先河,随后高层、超高层建筑在世界各国增长迅速,其中许多高层建筑已成为城市标志,如纽约帝国大厦(1931年,高381m,102层)、芝加哥西尔斯大厦(1974年,高443m,110层)、台北101大楼(2003年,高508m,101层)。目前,我国正处于高层建筑迅速发展时期,建造数量与日俱增,建筑高度记录不断被更新,其中以上海的环球金融中心、金茂大厦,广州的中信广场等最具代表性。高层建筑的出现,不仅改变了城市的建筑格局和人们的居住模式,还在一定程度上反映出科学技术与社会经济发展的水平。

1 常用高层建筑结构体系受力特点分析比较

1.1 框架结构

框架结构体系它是由基础、楼板、柱、梁这4种承重构件所组成的。基础、柱和梁一起构成平面框架是主要的承重结构。框架结构建筑平面布置灵活,可形成较大的建筑空间,建筑立面处理也较方便;整体性、抗震性能好,具有较好的塑性变形能力。

但是,框架结构侧向刚度小,当层数过多时,会产生过大的侧移,从而差限制了框架结构的建造高度。

1.2 框架一剪力墙结构

高层建筑结构设计中通常采用的是框架一剪力墙结构体系,即把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系,竖向荷载由框架和剪力墙等竖向承重单体共同承担,水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。剪力墙的设置,大幅增加了高层建筑结构的抗侧力刚度,使其水平侧向位移大幅减小;同时,框架-剪力墙结构的协同工作使各层层间变形趋于均匀,所以框架一剪力墙结构体系的建筑能建高度要显著高于框架结构。

1.3 剪力墙结构

由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系属于明显的刚性结构,且传力均匀、直接。其结构的强度和刚度都相对较高,但同时也具有一定的延性。结构在台风、地震作用等水平大荷载作用下,结构的侧向位移能有效控制,具有良好的结构整体性能,抗倒塌能力强,其能建高度大幅高于框架或框架一剪力墙结构体系。

1.4 筒体结构

筒体结构体系由筒体为主的结构称为筒体结构。筒体结构体系的高层建筑结构具有非常大的强度和刚度,结构体系中各构件的受力分配合理,抗风、抗震性能相对框架一剪力墙结构、剪力墙结构更强,往往应用于大空间、大跨度要求的高层、超高层建筑结构设计中。

2 高层建筑结构设计关键技术分析

2.1 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。

2.2 控制结构侧移是关键因素

与低层建筑结构的设计不同,高层建筑结构的侧移是其结构设计过程中的关键决定性因素。随着建筑高度的不断增加,水平侧向荷载下的结构侧移变形会快速增大。侧向位移过大将使结构产生附加内力,特别是对竖向构件,附加偏心力超过一定限值时,将会引起整个结构的倒塌破坏;同时,在风荷载作用下,如果侧向位移过大,将会引起居住者工作者的不适,在地震作用下,如果侧向位移过大,更会让人感到不安和惊慌。

2.3 结构轴向变形的影响显著

对于高层建筑结构,由于层数多、高度高,轴力很大,从而沿高度逐渐积累的轴 向变形很显著高层建筑结构中,一般竖向荷载的数值较大,在柱中会引起较大范围的轴向压缩变形,对结构体系中的连续梁弯矩大小产生显著影响。高层建筑的轴向变形的差异会达到一个比较大的数值,从而引起跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大,连续梁中间支座处的负弯矩值减小。

2.4 结构延性的重要性

高层建筑相对于低层或是多层建筑来说结构更柔一些,受到地震的影响后,结构变化更大一些。所以采取恰当的措施保证结构具有足够的延性,使结构在塑性变形阶段仍然具有较强的变形能力。

3 高层建筑结构分析方法简介

3.1 计算分析基本假定

高层建筑结构要完全精确地分析三维空间结构是十分困难的。需要通过各种分析方法对计算模型进行不同程度的简化。以下是一些常见的假定:

1）弹性假定

目前实用的高层建筑结构分析方法都是使用的弹性计算方法。这一假定符合建筑结构的工作状况,因为在一般风力作用下,建筑结构一般都处于弹性工作阶段。

2）小变形假定

小变形假定也是各种高层建筑结构实用分析方法中普遍采用的基本假定。对几何非线性问题的研究认为:当顶点水平位移与建筑物高度的比值大于1/500的时候,就必须重视几何非线性问题的影响。

3）刚性楼板假定

刚性楼板假定在对高层建筑结构进行分析的时候,一般假定楼板自身平面内的刚度是无限大的,平面外的刚度则为零。这就简化了计算方法,减少了结构位移的自由度。

3.2 高层建筑结构受力分析方法

1）框架一剪力墙结构的高层建筑内力与位移的计算分析,大都采用连梁连续化假定。可由框架结构与剪力墙水平位移或转角相等的位移协调条件,建立位移与外荷载之间关系的微分方程进行求解。

2）剪力墙结构的受力特性与变形主要取决于墙体的开洞情况。单片剪力墙按其受力特性的不同,可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙等各种类型,不同类型的剪力墙结构其截面应力分布的规律也不相同,计算结构内力与变形位移时需采用相对应的计算方法。

3）按照对计算模型处理的手法不同,筒体结构的实用分析方法通常可分为:等效连续化法、等效离散化法和三维空间分析法。等效连续化方法的具体应用包括有连续化微分方程求解法、有限单元法、能量法等;等效离散化方法则包括等代角柱法、核心筒的框架分析法等;相对于等效连续化方法和等效离散化方法的筒体结构计算模型,完全按三维空间结构建立计算模型来分析筒体结构体系的受力性能更为精确。三维空间分析法将高层筒体建筑结构体系看作是由若干个空间梁单元、空间柱单元和薄壁柱单元组合而成的空间杆系结构体系进行计算分析,更符合受力结构体系的实际工作状态。

第7篇：高层建筑结构分析范文

关键词：高层建筑；结构设计；位移；受力性能

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

0 前言

在对高层建筑进行结构设计时，需要注意几方面的问题。例如：在进行高层建筑结构设计中需要对其受力性能进行具体的分析，对结构的位移问题需要进行重点的注意，在建筑结构设计中需要对剪重比进行具体的设计[1]。对建筑结构的轴压比也应进行相关的注意。在对高层建筑结构设计中只有将上述的几方面的问题进行全面的考虑，才能够保证高层建筑在结构设计阶段不存在任何的影响建筑工程质量的问题。

1高层建筑结构设计中的位移问题

在高层建筑结构设计中，需要充分的考虑其位移的问题。在进行结构的整体计算中，结构的侧移是整个计算中需要考虑的情况。侧移数值的大小能够反映出整个高层建筑结构的刚度是否合适，如果侧移数值的过大或者过小都说明高层建筑结构的刚度存在着问题。侧移的数值过大说明建筑结构的刚度偏小，如果侧移的数值过小就说明建筑结构的刚度偏大。因此，在高层结构设计中需要全面的了解侧移数值的大小，从而使设计者能够根据侧移的大小对结构体系进行选择，平面布置及其结构的竖向方面进行充分的考量。在现行规范中，明确规定顶点的位移需要与层间的位移同等的对待。在高层建筑中，由于顶点的位移限值从而决定了数值的大小及其振动频率[2]。人的舒适的感觉与振动的频率有着密切的关系。如果频率太高的话就会影响人的舒适的感觉。另外，在对高层建筑进行结构设计的时候，为了防止其结构变形过大能够被破坏的问题，需要对层间的相对位移进行限值。在层间位移限值的问题上需要进行严格的把握。对于同一结构需要采用不同的计算程序进行计算，从而得出精确无误的结算结果。如果高层建筑结构中的层间位移数值偏大的话，就可能是“层间位移”的内涵不同所导致的，对于层间位移可能是楼层形心位移，也可能是楼层转动后的大角点位移。形心位移对高层建筑机构有着重要的意义，角点位移最主要的一个功能就是反映结构楼层真实的位移，因此，在高层建筑结构设计中角点位移是设计师非常关注的一个数值。

2 高层建筑结构设计中要注意受力性能的问题

在高层建筑结构设计中，建筑师首先要考虑建筑空间组成的特点。这种考虑不是为了进行精确的确定其结构的特点，而是对建筑空间的特点进行大概的了解。建筑物底面对于整个高层建筑来说，对于竖向的稳定及其水平的稳定具有重要的作用。在一些高层建筑中，大部分都是由一些大且重的构件所组成的[3]。因此，在进行高层建筑结构设计的时候，需要能够将本身的重量传递到地面。由于结构的荷载主要是向下的作用。因此，设计师在进行高层建筑结构进行设计的时候最基本的一个要求就是要弄清楚所选择的体系的作用力和高层建筑的地基的承载力之间到底有什么样的关系。在高层建筑结构的设计方案的最初阶段，应该对主要的承重柱及其承重墙的数量做出全面的考虑。在高层建筑的结构设计中，随着设计高度的不断增加，对于竖向结构体系的设计成为最重要的控制要素。其原因主要有两方面，一是，建筑结构的垂直荷载要求需要有较大的柱以及墙；二是，在高层建筑中，由于侧向力产生的倾覆力矩以及剪切变形非常的重要，在高层建筑中侧向荷载的效应并不是线性的增加，而是伴随着建筑高度的增高而迅速的增大。像，在高层建筑的所有条件相同的时候，在风荷载的作用下，高层建筑物的基底倾覆力矩与建筑物高度平方几乎是成正比。在对高层建筑进行结构设计的时候，需要考虑的不只是抗剪，要对高层建筑的整体抗弯以及抵抗变形都需要进行充分的设计。由此可见，对高层建筑结构进行设计的时候，需要充分的考虑其受力的性能。

3剪重比问题

在高层建筑结构设计中，结构的剪重比主要是体现地震作用下所反应出来的一个指标，抗抗震指标的大小与高层建筑结构的地震设防的烈度有关，并且与高层建筑结构的体型有关。当高层建筑的设防烈度为 7度8度9 度的时候，剪重比分别为 0.013，0.023，0.040。建筑结构的剪切比能够衡量建筑结构构件截面取值是否合理以及楼层荷载数据的输入是否完全正确等等。在高层建筑的楼层中，结构的剪切比一般高于多层建筑的剪切比。因此，高层建筑的设防烈度需要高于多层建筑的设防烈度。对于剪切墙比较多的建筑的剪切比要大于剪切墙较少或者没有剪切墙的建筑。在高层建筑中，其单位面积一般在10-18kN／m2之间，以上的指标在对高层建筑进行施工图的设计阶段有着重要的参考价值，在高层建筑的初期设计阶段也有着非常重要的意义，在高层建筑的初期阶段，上述的数据指标是在设计中的非常重要的数据参数，其数值是否符合高层建筑的结构要求能够反映出高层建筑的结构体系在选择上是否合适，在结构布置上是否合理，在电算数据的输入上是否正确，并且涉及到最后决定电算的结果是否真实可信可用等等[4]。因此，在对高层建筑结构进行设计的时候，设计者需要对这上述的指标不可掉以轻心，要引起高度的重视，千万不能认为不重要，而在高层建筑结构的设计中忽视掉，从而导致高层建筑在日后完工后存在严重的质量安全问题。

4 建筑结构的轴压比问题

在高层建筑结构设计中，建筑结构的轴压比问题需要充分的考虑。所谓的轴压比是指各柱组合的轴力设计值与柱横截面的面积 和混凝土抗压强度的设计值乘积比值。在高层建筑中的试验及其震害的有关数据表明，如果在高层建筑中，如果钢筋混凝土的柱轴力过大，那么，柱的延性将会很明显的变小，非常容易产生脆性剪切的破坏，进而不符合强剪弱弯的设计要求。因此，在对高层建筑结构设计中需要对轴压比进行很好的控制，从确保建筑的延性。在对高层建筑结构设计中我们需要采取提高柱混凝土的标号及其扩大柱截面的措施进而缩小柱轴压比，达到提高结构延性的目的。

5 结束语

本文通过对高层建筑结构设计中需要注意的问题进行具体的分析和探讨。对于在高层建筑结构设计中，像结构的受力性能，剪切比，以及轴压比的问题，需要引起设计者的高度重视，因其数值上的变化都会影响整个高层建筑的结构设计，如果对上述的数值没有做到充分的考虑的话，容易出现严重的结构设计问题，对于日后高层建筑的施工也会带来很多的麻烦，如果日后的施工跟随结构设计中的相关数据进行，那么，在工程完工后也会出现严重的质量安全的问题。由此可见，在高层建筑结构设计时期对于上述几方面的数值一定要计算准确，并且所有的数值都应该符合高层建筑结构设计的相关规范的要求。只有充分的做好本文所谈到的几个需要注意的问题，才能够做好高层建筑的结构设计。

参考文献：

[1]陶忠,张耀春,韩林海,王光远.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2000(01).

[2]孙广花.关于高层建筑结构设计问题分析[J].中国新技术新产品,2011(17).

第8篇：高层建筑结构分析范文

高层建筑结构选型的意义高层建筑在节约土地方面有着重要优势，几十层甚至上百层的大楼容纳更多的人员，使人们的活动更加的集中，更为集中的生活和工作方式极大地提高了效率，不仅节约了土地资源，还节约了其他的资源。高层建筑可以有效改善城市绿化，增加绿化面积。当然，高层建筑也有其存在的劣势，按单位建筑面积计算高层建筑的造价和管理费用都远远超过多层建筑，高层建筑中结构设备占去更多的空间，便有效使用的建筑面积减少。高层建筑的供热通风系统消耗更多的能量等等。建筑设计往往决定了建筑物的造型和功能，而建筑物的结构设计则决定了建筑物的整体骨架，是整个建筑的基础部分，这也正是高层建筑结构设计之所以重要的原因。结构设计完成的是建筑物的骨架，骨架的形式以及它所在空间结构的合理性将直接影响到高层建筑的造型和高层建筑的功能，以及建筑物的安全。还将间接影响到高层建筑的经济效益，预设功能的发挥。科学合理的选型，对于高层建筑来说有着重要意义。一旦在结构设计中出现问题，选型不合理，将严重威胁建筑物的安全，同时造成重大的经济损失，再精确的计算和高明的理论也无法挽回这种损失。结构设计正确处理高层建筑结构体系的选型问题，对于高层建筑的设计施工乃至使用维护而言都具有至关重要的意义。2、高层建筑结构的选型分析

2.1高层建筑结构的选型因素影响高层建筑结构选型的因素很多，其中存在很多不确定因素。而且，影响选型的因素中很多又是不能量化的，只能凭一些工作经验而定，这为选型工作带来了很大的风险。因此，在选型之初一定要做好调查研究工作，根据高层建筑的要求以及所处的位置环境，搜集尽可能多的资料，为建筑物的结构选型和方案的确定打下坚实的基础。做好数据的处理，尽可能得出数据，将各种因素量化，只有这样得出的结论才是科学合理的。一些工作需要经验判断，但也需要数据的支持，所以要重视量化，现代建筑技术也来越注重量的分析，更多地是依靠可靠的数据分析。但是，也需要听取一些专家的意见，毕竟现在的技术还没有达到数据就能处理一切的地步，而且很多因素本身是不能量化的。尽管有众多的因素，但是通常有三个因素是不得不考虑的，因为这三个不仅影响到了经济效益，还影响到了高层建筑的安全性能。首先是水平荷载，高层建筑与其他建筑一个很重要的区别在于水平荷载，因为大多数主要是考虑垂直荷载，但是对于高层建筑而言，决定其结构选型的因素却是水平荷载。高层建筑无时无刻不受到气流的影响，而且由于地球自转本身会存在摇摆，这对建筑物的安全构成严重威胁，同时也影响到高层建筑的使用性能。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中产生作用，而水平荷载也对结构产生倾覆作用，并由此产生高层建筑在竖构件中的作用力；另一方面，对高层建筑来说，竖向荷载和地震作用，也随建筑结构动力特性而发生大幅度的变化。其次是侧移，这是结构选型的主要指标，与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼层的增加，水平荷载作用下高层结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，确保良好的居住和工作安全。由此可见，高楼的使用功能和安全，与结构侧移的大小密切相关。

2.2建筑材料的选用

由于抵抗水平力是高楼结构的主要目标，因此，抗侧力体系便成为高层结构体系的重要组成部分，抗侧能力的强弱，则是衡量结构体系是否经济有效的尺度。在高楼单位建筑面积的结构材料用量中，用于承担重力荷载的结构材料用量，与房屋层数成线性比例增加。其中，用于楼盖结构的材料用量大体是定值，几乎与结构层数无关；用于墙、柱等竖向承重构件的材料用量，则随房屋的层数成比例增长；而用于抵抗侧力的结构材料数量，则按房屋层数的二次方的关系曲线急剧增长。所选定的抗侧力体系是否经济有效，对于结构材料的用量影响很大，综合各方面条件经过精心设计所确定的最优抗侧力体系，将使结构材料用量得以大幅度下降。因此，高层建筑结构的优化设计对节约结构造价的重要性。

2.3结构体系要满足建筑内部空间要求

高层建筑使用功能不同，建筑平面布置也就随之一变化。一般情况下，小空间平面布置方案，仅适用于住宅以及旅馆的客房部；办公楼要求大小空间兼有；餐厅、商场、展览厅及工业厂房，则要求大空间的平面布置方案；舞厅和宴会厅，更要求内部无柱的大空间。在结构方案设计阶段，应首先考虑建筑使用功能对内部空间的需求，再结合其它条件综合考虑，确定一种既实用又经济、有效的结构体系。采用框架结构的建筑平面布置灵活，可实现较大的内部空间；剪力墙结构建筑平面布置受限制，只能实现小空间；框一墙结构体系建筑平面布置比较灵活，可实现较大的内部使用空间；框一筒体系建筑平面布置灵话，可产生大的内部使用空间；且建筑采光通风均较好；筒中筒体系建筑平面布置比较灵活，可有较大的内部使用空间；框筒束体系建筑平面布置受限于密排柱网，但仍可产生大的内部使用空间。

2.4结构体系选定的原则

位于地震区的高层建筑，在确定结构体系时，除了要考虑材料用量、建筑内部空间和房屋适用高度等因素外，还需考虑抗震效果；具有明确的计算简图和合理的地祝地震力传递路线，具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效，而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力；具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力；沿水平和竖向，结构的刚度和强度分布均匀，或按需要合理分布，避免出现局部削弱或突变，防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中。总之，在确定建筑方案的同时，应综合考虑房屋的设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础，以及施工条件等，并结合结构体系的经济、技术指标，选择最合适的结构体系。

3、高层建筑结构的经济性分析高层建筑的结构选择涉及到工程的造价，还会影响到建筑物的功能发挥，这就直接关系到了建筑物的经济效益。任何一项建筑工程都必须考虑其经济效益，更直接的说，现在的高层建筑更多的是为了盈利，建筑结构选择的不同，经济效益相差很大。所以，在结构选型中要综合考虑对经济效益的影响，并把这作为很重要的因素考虑进去。建筑物从建筑材料变成建筑产品一定需要材料和人力的投入，而且还需要机械的投入，这三部分大多数是一次性的投入，这是建筑工程最重要的投入。所以，结构选型一定要选择节省一次性成本的方案。

结语

高层建筑物有效地减轻了住房压力，但必然也带来了安全隐患，其结构选型问题较为重要。随着城市不断的发展，高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。

参考文献：

[1] 刘大海．高层建筑结构方案优选．中国建筑工业出版社，1998．

第9篇：高层建筑结构分析范文

关键词：高层建筑 ；结构 ；设计； 探讨

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

引言:

随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。本文对高层建筑结构设计中的几个问题进行探讨。

1 .高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算结构：计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择结构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直行段锚固长度；考虑温度应力的影响。

2.高层建筑结构设计的特点

2.1高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.2侧移成为控制指标与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼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移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、、中震可修、大震不倒。

2.3轴向变形不容忽视，高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.4结构延性是重要设计指标。

相对于较低建筑而言，高层建筑更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3.高层建筑结构设计的几个问题

3.1高层建筑结构受力方面

对于一个建筑物最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。

建筑物地面对建筑空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而结构设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在结构设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

高层建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。 在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

3.2结构的超高问题

在抗震规范与高规中。对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此。必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题。导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.3结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4. 结语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析，用掌握的知识处理实际结构设计中遇到的各种问题。

参考文献：

[1]刘西拉.结构工程学科的现状与展望.北京：人民交通出版社1997.