试论高层建筑结构设计与分析
【摘要】本文分析了高层建筑的现状，高层建筑结构的设计特点，并简单的论述了现有的各种结构体系及其优缺点，最后探讨了高层建筑的分析方法，进一步完善高层建筑结构设计，促进高层建筑的发展。
【关键词】高层建筑；建筑结构体系；分析方法；剪力墙结构 引言
现代高层建筑起源于美国，已有100多年的历史，美国的高层建筑在质量、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415m，110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建筑发展非常迅速，而且广泛采用新的结构体系和建筑形式，逐步成为世界建造高层建筑的新重心。其中日本、中东、马来西亚、新加坡、泰国是高层建筑发展迅速的国家。
我国高层建筑起源于20世纪初的上海，近年来国内的高层建筑以极为迅速的态势在各地铺开，高度及层数不断突破。据统计，我国高层建筑在数量上已超过万栋，高层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的高层建筑已经耸立在全国各个大、中城市，我国最高的101层492m的上海环球金融中心已经建成。 1 高层建筑结构的设计特点
高层建筑与普通建筑或低层建筑相比有很大差别，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。所以，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，在高层建筑中，结构处于竖向荷载和水平荷载的共同作用下工作。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，将成为结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。在水平荷载中，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。高层建筑对风的动力作用比较敏感，风振作用成为结构分析中不容忽视的因素。在地震区，高层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建筑分析的重要内容。 2 高层建筑的结构体系
2.1 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，空间大，能适应较多功能的需要，因此成为高层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下，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。 2.2 剪力墙结构体系。为了满足更高层数的要求，结合住宅、
公寓和宾馆对单开间的需求，出现了较高层数的剪力墙结构。剪力墙结构具有良好的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住宅建筑，绝大多数均采用剪力墙结构。
2.3 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——剪力墙结构。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，是一种较好的结构体系，已广泛应用。 2.4 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建筑更高层数的要求，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，在平面布置和满足功能要求方面也有明显的优势，为众多高层和超高层建筑结构所采用。 3 高层建筑结构的分析方法
3.1 基于常微分方程求解器的分析方法。
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