高层建筑结构稳定性探究

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１引言

１．１研究背景

随着社会经济的迅速发展，高层建筑已经遍布世界各地。不同国家对高层建筑的定义不同，美国将建筑高度大于２４．６米或高于７层的建筑称为高层建筑；而中国把住宅建筑高度大于２７米的和其它非单层民用建筑高度大于２４ｍ的建筑定义为高层建筑；从建筑定义的角度来分析，高层建筑是近年来迅速发展的建筑形式。对于高层建筑的结构分析，高层建筑的结构体系是随着结构设计理论的进步和新材料、新工艺的应用而不断发展的，其结构设计越来越巧妙，新结构建筑物的寿命也越来越长。二战后，世界上大部分国家的建筑能力大大提高，越来越多的建筑形式已经横空出世。越来越多的人不再满足于实体结构的楼房，想要跟随时代的潮流，搬进了高层住宅。高层建筑一般都是框架结构，这样的结构稳固，比起实体结构的建筑物，框架建筑物的抗震效果更好一些。但建造框架结构的建筑时，要考虑进去许多因素，比如水平风力与竖向剪切力。

１．２研究目的与意义

论文的研究方法和结论可以帮助人们认识到高层建筑结构稳定的重要性，让更多的青少年重视建筑力学，有助于我们去培养对建筑结构的兴趣。高层建筑的力学分析作为一个值得探讨的研究课题，我们既可以从中发现有关高层建筑的创新点，也尝试发掘当今时代高层建筑中能够突破的点。

２结构及设计特点分析

２．１基本结构分析方法

常见的建筑结构的分析方法有弹性分析；弹塑性分析；塑性内力重分布分析和试验分析等。在此将简单介绍其中的一种分析方法—塑性内力重分布分析。内力或塑性内力重分布指的是：超静定钢筋混凝土结构中的非弹性特性引起的各截面内力间不再服从线性弹性关系的现象。静定的钢筋混凝土结构不存在塑性内力重分布。高层建筑结构稳定性计算中的弹性假定，关于风荷载、竖向荷载及多地震作用下内力和位移的计算，结构方面的塑性内力重分布需要加以考虑。大体原因有以下两点：（１）建筑中的弹性内力与理论不符（混凝土开裂等）。（２）试图减少或增大一些部位的配筋，期望合理施工及破坏机构。能考虑使用的方法：调整内力幅度（调幅）（１）建筑结构弹性的计算中将内力乘以某一系数，如框剪结构中框架的内力调整，框架梁竖向荷载的调幅等。（２）建筑结构的弹性内力计算时尝试降低构件本身的刚度，如联肢剪力墙中的连梁，框剪结构中的框架与剪力墙间的连梁等。

２．２影响高层建筑结构稳定性的主要因素

高层建筑结构存在以下特点：首先随着建筑高度的不断增大，位移加剧增加；水平荷载作用下的结构侧移也会随之急剧增大；建筑高度的不断增加，同时建筑的结构高宽比增大，水平荷载下的整体弯曲影响随之变大，轴向变形的影响越来越大；与多层建筑的结构稳定性计算相比，高层建筑结构的最显著的特点在于水平荷载成为设计结构稳定性的首要因素，有些构件除需要考虑到弯曲形变，还需要考虑轴向形变和剪切形变，地震高发区的高层建筑结构稳定性的计算还应该控制构件和结构延性的指标。任何一个建筑都要同时承受竖直荷载和气流、气压产生的荷载，还要具有抵抗地震的能力。在较低楼层中，由于竖直高度不算太高，墙体也比较厚，受到的普通风力对建筑的影响也不是特别明显，这时候就需要着重考虑竖直方向上墙体产生的剪力。在前些年，楼房多为五层，六层，之所以不再加高，就是因为楼层越高，其上部对下部的剪力越大盖到六层为止。而高层建筑普遍为框架结构，这种框架结构抗震效果更突出，设计出的建筑也朝着“小震能用，中震能修，大震不倒”的标准建造。但高层建筑能“拦截”更多的风，因此，对于高层建筑，我们不得不认真考虑风荷载等水平荷载产生的影响，水平荷载逐渐成为高层建筑结构设计中需要考虑的关键因素。

２．３结构的抗震概念设计

在对课题的研究过程中，我对结构的抗震概念设计有所思考，并整理了我搜集和探讨的相关内容。框架结构出现问题的主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。结构选型原则：（１）建筑功能要求；（２）结构安全性、适用性和耐久性要求；（３）建筑材料及施工要求；（４）经济及美观要求。高层建筑总体结构的布置，指的是对高度、平面和体型等的选择，除应考虑到建筑使用功能、美学要求外，在结构上还需要满足刚度、强度及延性的要求。地震高发区域的高层建筑在进行结构设计时，应努力保证建筑物具有良好的抗震性能。

３高层建筑模型与实例分析

３．１基本模型

从本文引言部分的叙述可知，建筑力学涉及了一些物理中的基本定理和公式，这些定理可以帮助我们找到更好的基本模型，从而对建筑力学的结构稳定性有更好的了解。在此，我们简单介绍几种物理公理和定理。

３．２典型高层建筑结构稳定性的几点讨论

对高层建筑而言，水平荷载的影响不容忽视。在结构设计中必须考虑水平荷载的承受能力。水平荷载指的是物体受水平方向的作用力。在高层建筑中最常见的水平荷载是风荷载，还有地震荷载等。下面通过一个简单的例子，计算风荷载的值，看看对建筑的影响。

３．３一个建筑物的稳定性也可通过其抗震能力反映出来

地震反应在不同情况下有明显差别，也意味有着不同的抗震要求。人们为了方便设计和区别不同的情况，对建筑结构延性要求的严格程度可分为四级：很严格／严格／较严格／一般，这称之为结构的抗震等级。

４结束语

高层建筑的结构稳定性的研究是当今建筑领域较为热门的研究方向。抗震能力是反映结构稳定性的一个指标，目前一部分建筑的抗震性能已经达到令人满意的程度，但仍然存在一些危楼，对其居民的安全有很大的威胁。必须在预算和施工之前，对建筑的稳定性进行合理准确的分析、计算和评估。当然，怎样更好地定量分析建筑的结构稳定性，也需要我们不断进行理论和思维的突破。高层建筑结构稳定性力学分析是一个清晰的方向，希望以此为出发点的研究能促进高层建筑理论和实践水平的不断完善。

参考文献

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［７］王睿智．超高层结构设计的注意事项与要点［Ｊ］．建筑知识，２０１６，（１）．

作者:刘学通 单位:济宁市兖州区第一中学