高層建筑鋼結構設計

1、<p><b>　　高層建筑鋼結構設計</b></p><p>　　摘要：我國高層建筑發(fā)展迅速。設計思想也在不斷更新。結構體系日趨多樣化。鋼筋混凝土結構是最普遍的一種結構形式，它具有足夠的強度，良好的延性和較強的整體性，目前被廣泛應用。本文主要講解建筑鋼結構設計方面的知識，以便參考。 </p><p>　　關鍵詞：高層；鋼結構；設計 </p>

2、<p>　　中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　1、高層建筑結構體系 </p><p>　　1.1最初的高層建筑設計是從鋼結構的設計開始的。鋼筋混凝土和受力外包鋼筒系統運用起來是比較經濟的系統，被有效地運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。對于結構設計來講，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、的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架-剪力墻結構體系、框-筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。 </p><p>　　2、高層建筑的設計要求： </p><p>　　2.1在高層建筑結構的設計中應注重概念設計，重視結構的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風性能好且經濟合理的結構體系，加強構造

4、措施。在抗震設計中應保證結構的整體抗震性能，使整個結構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、設備用房和車庫；地下2層為車庫，局部戰(zhàn)時作為人防工程使用。地上一層為架空層，二層以上均為住宅。

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

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

7、型和程度均參照《建筑抗震設計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》等進行。該工程在針對超限情況下采取了上些有針對性的計算手段及構造措施：常遇地需的作用下采用空間程序SATWE和ETABS進行比較計算，考慮偶然偏心地震作用，雙向地震作用，扭轉耦連，對底部加強區(qū)剪力墻、連梁等關鍵部位采用兩個計算程序的計算程序的計算結果包絡值進行設計。偶遇地震作用下：采用SATWE對結構承載力進行復核，根據抗震設防目標，對關鍵構件的抗震性能按彈性和不屈服計算

8、。罕遇地震作用下：采用PUSH對結構進行靜力彈塑性推覆分析，估計結構的整體和局部彈塑性變形，對關鍵部位構件進行指導設計?？紤]到此結構扭轉不規(guī)則（屬于Ⅱ類）。因此加強外圍墻肢的水平筋，提高構件抗剪能力，同時將扭轉超限樓層的外圍連梁提高配箍率和增加抗扭筋的設置，以提高結果的抗扭剛度和構件延性。 </p><p>　　2.1.4以上是此工程關于高層建筑大概的一些結構設計與分析，在我們所接處過的高層建筑結構設計實操方面很

9、廣泛，針對不同的問題采取不一樣的措施，這是作為一名結構師必須應采取的策略。因此通過上面的案例，我們應該還要注意鋼結構設計方面的技能，下面我們進行下部的了解下鋼結構方面的設計： </p><p><b>　　3、結構選型 </b></p><p>　　高層建筑鋼結構體系一般根據其抗側力結構體系的特點分為四類：框架結構體系、框架一支撐結構體系、簡體結構體系和巨型結構體系。

10、在實際工程，應根據工程的條件和特，綜合考慮建筑的使用功能、荷載性能、制作安裝、材料供應等因，擇優(yōu)選擇抗震性能良，而又經濟合理的結構體系和結構形式，例如對高烈度設防的高層鋼結，宜選用鋼框一支、鋼框一筒或鋼一筒中筒等鋼結構體系。 </p><p>　　4、高層建筑鋼結構的穩(wěn)定性設計 </p><p>　　4.1鋼結構的穩(wěn)定性設計、在各種類型的鋼結構中，由于結構失穩(wěn)造成的傷亡事故時有發(fā)生、為了更

11、好地保證鋼結構穩(wěn)定設計中構件不失穩(wěn)定，保證工程質量及使用安全，有必要對鋼結構的穩(wěn)定性設計進行詳細探討與分析。在設計鋼結構時，要遵守它的基本設計原則，保證設計的鋼結構安全可靠，確保設計的鋼結構的良好的耐久性，并且有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性，具備鋼結構應具有的基礎的優(yōu)勢，通過穩(wěn)定性設計，發(fā)揮鋼結構的最大優(yōu)勢。 </p><p>　　4.2鋼結構穩(wěn)設計特點： </p><p>　　a鋼結構穩(wěn)定性

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

13、形量會對結構內力產生一定的影響。 </p><p>　　5、高層住宅鋼結構的設計流程 </p><p>　　5.1鋼結構設計步驟5.1.1判斷結構是否適合用鋼結構鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大，有較大振動、要求能活動或經常裝拆的結構。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、山地建筑和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。 <

14、;/p><p>　　5.2結構選型與結構布置 </p><p>　　在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“概念設計”，它在結構選型與布置階段尤其重要，對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。

15、所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。 </p><p><b>　　5.3預估截面 </b></p><p>　　結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。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。翼緣寬度根據梁間

16、側向支撐的間距按1/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜計算，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)定的構造規(guī)定預估。 </p><p>　　柱截面按長細比預估。通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、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、鋼結構住宅設計中應注意的問題： 6.1

17、 鋼結構，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構設計中一些問題。 6.2 超過9層為高層。10～12層又稱小高層?？拐鹨?guī)范GB50011對12層以下和12層以上的房屋提出不同要求。住宅鋼結構一般不宜超過12層。 6.3 結構抗震性能與結構布置規(guī)則性有很大關系。結構布置不規(guī)則，地震時易損壞，而且除彈性設計外還要作彈塑性層間位移驗算。因此應盡量使結構布置符合規(guī)則性要求。 6.4 住宅鋼結構的

18、平面布置應力求規(guī)則、對稱。住宅鋼結構常見的布置不規(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，明顯不對稱等。若樓層的最大彈性水平位移超過質心水平位移的1.2倍就屬于平面不規(guī)則此時需對支撐剪力墻的配置進行調整。 7、結束語 </p><p>　　目前，隨著我國鋼產量的增加，鋼結構在建筑中的應用必然會越來越廣泛，也必然會產生越來越深遠的影響。作為一名結構設計者需要在遵循各種規(guī)范的前提下大膽

19、靈活的解決一些結構方案上的難點、重點，并在工作實踐中不斷總結和完善。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　1、關盡遼，李志鋒淺析鋼結構設計 來源：中國鳴網 </p><p>　　2、高層建筑結構設計北京大學出版社 </p><p>　　3、金升亮 葉穎 淺談高層住宅鋼結構設計