高层建筑结构分析与设计
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良好的结构体系。 ２３ 简体体系 ．
１ ． 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
凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为 简体体系。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
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
著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀。
２２ 剪力墙体系 ． 当受力主体结构全部由平 面剪力墙构件组成
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第３ 卷 ４
第２ 期
建
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
厂
科
技
交
流
、０ ．４ Ｎｏ． ，１ ３ ２ Ｍａ． ０ ７ ｙ２ ｆ
２ ０ 年 ５月 ０７
Ｅ Ｃ Ａ Ｇ Ｆ ＪＩ ＮＣ Ａ Ｓ Ｅ Ｃ ＆ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｘ Ｈ Ｎ Ｅ Ｏ Ａ Ｈ ＮＧ ＣＩ Ｎ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ
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 ，进人到弹塑性工作 阶段 ，此时应 按弹塑性动力分析方法进行设计。 （ 小变形假定。 ２ ） 有不少人对几何非线性问题 （ Ｐ—Ａ效应 ） 进行 了一些研究。一般认为 ，当 顶点水平位移 △ 与建筑物高度 Ｈ 的比值 ＡＩ Ｈ＞ １ ０ 时， １ ０ Ｐ一△ 效 应 的影 响就不 能忽视 了。 ５ （ ３ ）刚性楼板假定 。 多高层建筑结构的分析 许 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
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
３ ． １高层建筑结构分析的基本假定 高层建筑结构是 由竖 向抗侧力构件通过水平
各抗侧力构件转角相等 的条件建立基本方程。 ② 二 维协 同分析 。二 维协 同分 析考虑 了
楼板连接构成大型空间结构体系。各种分析方法 需要对计算模型引入不同程度的简化 ：
平荷载作用下 的侧移应被控制在某一限度之内。
１ ． 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
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
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
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。
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
架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪 力。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
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。 １ 轴 向变形不 容忽视 ． ２
高 层 建 筑 结 构 分 析 与 设 计
设 计院
１ 层建 筑 结构设 计特 点
张武伦
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 ２１ 框架 一 ． 剪力墙体系
１ ． 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
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建厂科技交流
２０ 年第 ２ ０７ 期
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
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
板位移与其对 应外 力作用 的平衡 方程 ，用矩 阵
位移法求解 。
③
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 自由度 （ 个 考虑截面 翘曲，有 ７ 自由度 ）。 个 ３ ． ２高层建筑结构静力分析方法 （ 框架 一 １ ） 剪力墙结构 框架 一 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
（ １ ）弹性假定。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
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 ， ０，楼 ，ｖ 面 内各抗侧力 构件 的位移 均 由此 确定 。剪力楼
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
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 一 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
１ ． 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
凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为 简体体系。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
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
著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀。
２２ 剪力墙体系 ． 当受力主体结构全部由平 面剪力墙构件组成
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、０ ．４ Ｎｏ． ，１ ３ ２ Ｍａ． ０ ７ ｙ２ ｆ
２ ０ 年 ５月 ０７
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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 ，进人到弹塑性工作 阶段 ，此时应 按弹塑性动力分析方法进行设计。 （ 小变形假定。 ２ ） 有不少人对几何非线性问题 （ Ｐ—Ａ效应 ） 进行 了一些研究。一般认为 ，当 顶点水平位移 △ 与建筑物高度 Ｈ 的比值 ＡＩ Ｈ＞ １ ０ 时， １ ０ Ｐ一△ 效 应 的影 响就不 能忽视 了。 ５ （ ３ ）刚性楼板假定 。 多高层建筑结构的分析 许 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
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
３ ． １高层建筑结构分析的基本假定 高层建筑结构是 由竖 向抗侧力构件通过水平
各抗侧力构件转角相等 的条件建立基本方程。 ② 二 维协 同分析 。二 维协 同分 析考虑 了
楼板连接构成大型空间结构体系。各种分析方法 需要对计算模型引入不同程度的简化 ：
平荷载作用下 的侧移应被控制在某一限度之内。
１ ． 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
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
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
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。
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
架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪 力。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
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。 １ 轴 向变形不 容忽视 ． ２
高 层 建 筑 结 构 分 析 与 设 计
设 计院
１ 层建 筑 结构设 计特 点
张武伦
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 ２１ 框架 一 ． 剪力墙体系
１ ． 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
维普资讯 http://www.cqvip.com
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２０ 年第 ２ ０７ 期
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
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
板位移与其对 应外 力作用 的平衡 方程 ，用矩 阵
位移法求解 。
③
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 自由度 （ 个 考虑截面 翘曲，有 ７ 自由度 ）。 个 ３ ． ２高层建筑结构静力分析方法 （ 框架 一 １ ） 剪力墙结构 框架 一 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
（ １ ）弹性假定。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
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 ， ０，楼 ，ｖ 面 内各抗侧力 构件 的位移 均 由此 确定 。剪力楼
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
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 一 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