高层建筑结构要同时受垂直荷载和水平荷载,还要抵抗地震作用。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,通常可以忽略;在多层结构中,水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大;而到高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。
高层建筑设计不仅需要较大的承载能力,而且需要较大的刚度,使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围之内,这是因为:
(1)过大的侧向变形会使人不舒服,影响使用。至于偶尔发生的地震,人的舒适感则是次要的。
(2)过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形。变形限制的大小与装修的材料、构造做法有关。在地震作用下,非结构性的损坏会使修复费用很高,且填充墙等倒塌也会威协人的生命及设备安全,因此,对地震作用下产生的侧向变形也要加以限制。
(3)过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝,甚至损坏。限制侧向变形也就是限制结构的裂缝宽度及破坏程度。
(4)过大的侧向变形会使结构产生附加内力,甚至引起倒塌。这是因为建筑物上的垂直荷载在侧向变形下将产生附加弯矩,即所谓这P-△效应。
由于高层建筑高度较大,地震作用对它的影响也较大。在地震区,应使结构具有延性(延性是指结构塑性变形能力大小的一种性能),即在地震作用下,结构进入塑性阶段,以塑性变形抵抗地震作用,又要做到不破坏,不倒塌。这样设计可以降低材料消耗,经济而安全。在高层建筑中,随着结构高度的加大,结构变形增大,对结构要求也相应提高。