高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：我國高層建筑發(fā)展迅速。設(shè)計(jì)思想也在不斷更新。結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，它具有足夠的強(qiáng)度，良好的延性和較強(qiáng)的整體性，目前被廣泛應(yīng)用。本文主要講解建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，以便參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì) </p>

2、<p>　　中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p>　　1、高層建筑結(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　1.1最初的高層建筑設(shè)計(jì)是從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)開始的。鋼筋混凝土和受力外包鋼筒系統(tǒng)運(yùn)用起來是比較經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，被有效地運(yùn)用于大批的民用建筑和商業(yè)建筑中。50層到100層的建筑被定義為超高層建筑。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地

3、的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框-筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　2、高層建筑的設(shè)計(jì)要求： </p><p>　　2.1在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)構(gòu)造

4、措施。在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度和延性。 </p><p><b>　　2.2例如： </b></p><p>　　2.1.1某工程高層建筑，該建筑西側(cè)毗鄰漢溪大道，包括3棟43層超高層住宅及2層地下室。地下一層為住宅配套用房、設(shè)備用房和車庫；地下2層為車庫，局部戰(zhàn)時(shí)作為人防工程使用。地上一層為架空層，二層以上均為住宅。

5、</p><p>　　2.1.2結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置：根據(jù)該建筑的地面來年看，工程地震和風(fēng)荷載等水平力由結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系承擔(dān)。由于建筑效果的需要，建筑在X向設(shè)有較多的窗和門，結(jié)構(gòu)不可設(shè)置過多的X向剪力墻，為保證X向的整體抗側(cè)能力，三棟塔樓X方向連在一起共同抵抗側(cè)向力。從體型上來說，Y向的抗側(cè)剛度是較弱的，需要設(shè)置較多的Y向剪力墻，以保證Y向的抗側(cè)剛度。在另一方面，由于此結(jié)構(gòu)的平面X、Y方向尺寸相差較大（L/B=3）

6、為保證結(jié)構(gòu)足夠的抗扭剛度，盡量在周邊設(shè)置較強(qiáng)的剪力墻。最后分析采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　該工程各棟樓蓋均采用整體性良好的現(xiàn)澆混凝土梁板式結(jié)構(gòu)。首層作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，樓板厚度為180mm。標(biāo)準(zhǔn)層局部位置為保證建筑廳、房不露梁的效果，局部設(shè)置大板。核心筒開洞較多，為保證樓層平面內(nèi)剛度，核心筒范圍內(nèi)板厚度不小于150mm。 </p><p>　　2.1.3結(jié)構(gòu)超限類

7、型和程度均參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等進(jìn)行。該工程在針對(duì)超限情況下采取了上些有針對(duì)性的計(jì)算手段及構(gòu)造措施：常遇地需的作用下采用空間程序SATWE和ETABS進(jìn)行比較計(jì)算，考慮偶然偏心地震作用，雙向地震作用，扭轉(zhuǎn)耦連，對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻、連梁等關(guān)鍵部位采用兩個(gè)計(jì)算程序的計(jì)算程序的計(jì)算結(jié)果包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計(jì)。偶遇地震作用下：采用SATWE對(duì)結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)抗震設(shè)防目標(biāo)，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能按彈性和不屈服計(jì)算

8、。罕遇地震作用下：采用PUSH對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性推覆分析，估計(jì)結(jié)構(gòu)的整體和局部彈塑性變形，對(duì)關(guān)鍵部位構(gòu)件進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)?？紤]到此結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（屬于Ⅱ類）。因此加強(qiáng)外圍墻肢的水平筋，提高構(gòu)件抗剪能力，同時(shí)將扭轉(zhuǎn)超限樓層的外圍連梁提高配箍率和增加抗扭筋的設(shè)置，以提高結(jié)果的抗扭剛度和構(gòu)件延性。 </p><p>　　2.1.4以上是此工程關(guān)于高層建筑大概的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，在我們所接處過的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)操方面很

9、廣泛，針對(duì)不同的問題采取不一樣的措施，這是作為一名結(jié)構(gòu)師必須應(yīng)采取的策略。因此通過上面的案例，我們應(yīng)該還要注意鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的技能，下面我們進(jìn)行下部的了解下鋼結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)： </p><p><b>　　3、結(jié)構(gòu)選型 </b></p><p>　　高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系一般根據(jù)其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)分為四類：框架結(jié)構(gòu)體系、框架一支撐結(jié)構(gòu)體系、簡體結(jié)構(gòu)體系和巨型結(jié)構(gòu)體系。

10、在實(shí)際工程，應(yīng)根據(jù)工程的條件和特，綜合考慮建筑的使用功能、荷載性能、制作安裝、材料供應(yīng)等因，擇優(yōu)選擇抗震性能良，而又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式，例如對(duì)高烈度設(shè)防的高層鋼結(jié)，宜選用鋼框一支、鋼框一筒或鋼一筒中筒等鋼結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　4、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì) </p><p>　　4.1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成的傷亡事故時(shí)有發(fā)生、為了更

11、好地保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中構(gòu)件不失穩(wěn)定，保證工程質(zhì)量及使用安全，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)探討與分析。在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要遵守它的基本設(shè)計(jì)原則，保證設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)安全可靠，確保設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)的良好的耐久性，并且有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性，具備鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，通過穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　　4.2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)： </p><p>　　a鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

12、整體分析：要保持鋼件的穩(wěn)定，就要從結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)分析構(gòu)件定性。 </p><p>　　b失穩(wěn)和整體鋼度：臨界壓力求解法和折減系數(shù)法是現(xiàn)行較為規(guī)范的穩(wěn)定計(jì)算方法，這兩種方法通用軸心壓桿的穩(wěn)定計(jì)算法中。 </p><p>　　c彈性穩(wěn)定計(jì)算的特點(diǎn)：在彈性穩(wěn)定計(jì)算中，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的整體性這一特點(diǎn)，還要考慮其它的特點(diǎn)，也就是應(yīng)用于柔性構(gòu)件時(shí)，二階段分析是我們首要考慮的，這主要是由于柔性構(gòu)件的大變

13、形量會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生一定的影響。 </p><p>　　5、高層住宅鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程 </p><p>　　5.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟5.1.1判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大，有較大振動(dòng)、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。 <

14、;/p><p>　　5.2結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要，對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。

15、所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。 </p><p><b>　　5.3預(yù)估截面 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20—1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間

16、側(cè)向支撐的間距按1/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。 </p><p>　　柱截面按長細(xì)比預(yù)估。通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。 </p><p>　　6、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題： 6.1

17、 鋼結(jié)構(gòu)，有低層和多層之分。低層一般不超過3層，用于別墅；多層用于公寓。本文介紹多層公寓住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問題。 6.2 超過9層為高層。10～12層又稱小高層?？拐鹨?guī)范GB50011對(duì)12層以下和12層以上的房屋提出不同要求。住宅鋼結(jié)構(gòu)一般不宜超過12層。 6.3 結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，地震時(shí)易損壞，而且除彈性設(shè)計(jì)外還要作彈塑性層間位移驗(yàn)算。因此應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求。 6.4 住宅鋼結(jié)構(gòu)的

18、平面布置應(yīng)力求規(guī)則、對(duì)稱。住宅鋼結(jié)構(gòu)常見的布置不規(guī)則，主要是平面不規(guī)則。如平面形狀不規(guī)則如：Ｌ形等；特別是支撐剪力墻偏置，明顯不對(duì)稱等。若樓層的最大彈性水平位移超過質(zhì)心水平位移的1.2倍就屬于平面不規(guī)則此時(shí)需對(duì)支撐剪力墻的配置進(jìn)行調(diào)整。 7、結(jié)束語 </p><p>　　目前，隨著我國鋼產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用必然會(huì)越來越廣泛，也必然會(huì)產(chǎn)生越來越深遠(yuǎn)的影響。作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要在遵循各種規(guī)范的前提下大膽

19、靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點(diǎn)、重點(diǎn)，并在工作實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1、關(guān)盡遼，李志鋒淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 來源：中國鳴網(wǎng) </p><p>　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)北京大學(xué)出版社 </p><p>　　3、金升亮 葉穎 淺談高層住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)