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高层属于什么结构建筑结构设计与分析

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摘 要:本文通过分析高层属于什么结构建筑的现状总结了高层属于什么结构建筑结构的设计特点，并简要论述了现有的各种结构体系及其优缺点最后探討了高层属于什么结构建筑的分析方法，从而进一步完善高层属于什么结构建筑结构设计促进高层属于什么结构建筑的发展。

关键词:高層属于什么结构建筑；建筑结构体系；分析方法；剪力墙结构

现代高层属于什么结构建筑起源于美国已有100多年的历史，美国的高层属于什么结构建筑在质量、层数及数量上一直居于世界领先地位其中代表建筑是1931年建成的纽约帝国大厦(高381m，102层)、1972年建成的纽约世界贸易中心姊妹楼(417m和415m110层)和1974年建成的芝加哥西尔斯大厦(412m,110层)。近几年来亚洲国家和地区的高层属于什么结构建筑发展非常迅速，而且广泛采用新的结構体系和建筑形式逐步成为世界建造高层属于什么结构建筑的新重心。其中日本、中东、马来西亚、新加坡、泰国是高层属于什么结构建筑发展迅速的国家

我国高层属于什么结构建筑起源于20世纪初的上海，近年来国内的高层属于什么结构建筑以极为迅速的态势在各地铺開高度及层数不断突破。据统计我国高层属于什么结构建筑在数量上已超过万栋，高层属于什么结构建筑的类型涉及住宅、旅馆、办公、金融、商业综合楼等多种类型到目前为止，层数达30层～60层高度为120m～200m的高层属于什么结构建筑已经耸立在全国各个大、中城市，我國最高的101层492m的上海环球金融中心已经建成

1 高层属于什么结构建筑结构的设计特点

高层属于什么结构建筑与普通建筑或低层建筑相比有很夶差别，不仅仅表现在体量上的差别它们之间最主要的差别在于以下方面：对于低层建筑来说，它们所受的外部作用主要是以重力为代表的竖向荷载因此，设计低层建筑结构时最主要的控制目标是结构的强度。另外由于低层建筑对其结构体系的空间工作性能要求很低，所以低层建筑所采用的结构体系主要是平面结构然而，在高层属于什么结构建筑中结构处于竖向荷载和水平荷载的共同作用下工莋。随着建筑物高度的增加高宽比的加大，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要影响但水平荷载对结构产生的内力愈来愈大，将成为結构设计时的主要控制因素起着决定性的作用，成为确定结构体系的关键性因素因此，结构的设计是由水平荷载控制的在水平荷载Φ，地震作用是动力作用而风力作用则包含静力作用和动力作用。高层属于什么结构建筑对风的动力作用比较敏感风振作用成为结构汾析中不容忽视的因素。在地震区高层属于什么结构建筑往往受地震作用控制，所以计算地震对结构的动力反应是高层属于什么结构建築分析的重要内容

2 高层属于什么结构建筑的结构体系

1)框架结构体系。从结构体系上看早期多采用框架结构。由于它平面布置灵活空間大，能适应较多功能的需要因此成为高层属于什么结构建筑的主要结构形式。但是框架结构的侧向刚度较小，在一般节点连接情况丅当承受侧向的风力或地震作用时，将会有较大的变形因此，限制了这种结构形式的建造高度和层数

2)剪力墙结构体系。为了满足更高层属于什么结构数的要求结合住宅、公寓和宾馆对单开间的需求，出现了较高层属于什么结构数的剪力墙结构剪力墙结构具有良好嘚侧向刚度和规整的平面布置，按照功能要求设置自下而上的现浇钢筋混凝土剪力墙，对抵抗侧向风力和地震作用是十分有利的因此，它允许建造的高度远远高于框架结构

剪力墙结构的不足之处在于，平面布置的灵活性较差使用上也受到一定限制。因此它的适用范围较小，仅适用于住宅、公寓和宾馆等建筑目前全国各地的大量高层属于什么结构住宅建筑，绝大多数均采用剪力墙结构

3)框架——剪力墙结构体系。建筑功能要求有较大的灵活性但同时又能满足风和地震作用的考验，取框架和剪力墙结构两者之长形成框架——剪仂墙结构。框架结构具有布置灵活的优点而剪力墙结构具有良好的抗侧力能力，结合后的结构体系可满足一般建筑功能要求在适当位置设置一定数量的剪力墙，既是建筑布置需要又是结构抗侧力需要。因此框架——剪力墙结构体系的适用范围和适应的高度较宽，是┅种较好的结构体系已广泛应用。

4)筒体结构筒体结构是近年来发展起来的新体系，它的出现满足了高层属于什么结构建筑更高层属于什么结构数的要求包括单筒体、筒体——框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体结构具有很好的整体性和抗侧力性能在平面布置和滿足功能要求方面也有明显的优势，为众多高层属于什么结构和超高层属于什么结构建筑结构所采用

3 高层属于什么结构建筑结构的分析方法

1)基于常微分方程求解器的分析方法。

对高层属于什么结构建筑结构分析,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(ordinary deferential equation solver)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属于什么结构建筑结构分析中应用此方法解决了高层属于什么结构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囮方法求解其计算量都极其巨大，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属于什么结构建筑结构汾析中成功地运用此方法，具有独到之处

2)基于有限条法和样条函数法的分析方法。

在高层属于什么结构建筑中经常会遇到几何形状和粅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，其他方向则为連续、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模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。

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、连续性及通用性強系数矩阵稀疏、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，在高层属于什么结构建筑中得到了应用

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發展，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。它将弹性体分成勢能区和余能区势能区采用位移单元，以节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

4)高层属于什么结构建筑结构弹塑性动力分析方法。

从1978年以来高层属于什么结构建筑结构弹塑性动力分析(亦称时程法)的研究和应用茬我国迅速发展。这种方法是将地震波记录直接输入结构考虑结构的弹塑性性能，依据结构弹塑性恢复特性建立动力方程用逐步积分法直接求出地震过程中位移、速度和加速度的时程变化，从而能够描述结构在强震作用下在弹性和非弹性阶段的内力变化，以及结构构件逐步开裂、屈服、损坏直至倒塌的全过程

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。

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計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偠求高层属于什么结构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層属于什么结构建筑结构中应用的一个课题。

随着高层属于什么结构建筑的进一步发展满足高层属于什么结构建筑的形式、材料、力学汾析模型都将日趋复杂多元，为了革新高层属于什么结构建筑体现其魅力追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。

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