1、浅谈高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计摘要：随着经济的不断发展以及城市化水平的不断提高，土地利用也是越来越频繁，随着土地资源的匮乏，高层建筑以其较高的土地利用率的特点受到广泛的关注和发展。而在高层建筑中钢结构与混凝土结构属于比较常见的结构类型，对于高层建筑的构架有着重要影响。本文主要就高层建筑中钢结构设计与混凝土结构设计进行了分析研究。 关键词：高层建筑 钢结构 混凝土结构 设计 中图分类号： TU208 文献标识码： A 引言 随着建筑水平的提升，建筑工程逐渐朝向高层且复杂的结构发展，这对于建筑材料的选择也有了更高的要求标准。目前，在高层建筑中比较常见的两种结构方式即就是钢结构和混凝土结构。
2、钢结构与混凝土结构在高层建筑中的应用，在很大程度上促进了高层建筑的发展和进步。随着，钢结构设计与混凝土结构设计的广泛应用，它们各自的优势在高层建筑中都有着很好的体现。所以，在高层建筑施工中，要注重钢结构设计与混凝土设计的要点，切实提高其对于高层建筑结构的重要性，促进高层建筑更进一步的发展和进步。 高层建筑钢结构设计 高层钢结构的优缺点 1.1 钢结构重量轻、抗震性能好：钢结构是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以轻质墙板建造而成。它与同面积的建筑楼层相比重量可减轻近 30%。同时，由于钢材具有较强的延展性，能较好地消除地震波力，防震性能好，尤其适用于高层建筑。 1.2 钢结构建筑占地面积小
3、、空间灵活：开放的空间比有承重墙占据的空间更有价值。钢结构房屋的空间灵活性及自由发挥度要比混凝土房屋要强很多。并且钢结构在建筑所需要占用的面积较小，从而实现建筑空间的高效利用，这种建筑施工效果是钢筋混凝土等材料无法实现的。 1.3 钢结构住宅的综合效益高：钢结构房屋自重轻，可以减少基础部分的投资。在建筑施工的过程中，钢结构施工工期短，需要人力少，从而为企业节约成本。更为重要的是钢结构在施工的过程中，外界因素所造成的影响费用较小，从而确保工程的顺利开展。 1.4 利用率高、环保：在施工过程中，钢结构建筑现场作业量小、无噪声、不污染周围环境，不会产生大量的灰尘以及垃圾废物，且在建筑拆除之后还能够再
4、次的应用，这对于节约型社会的建设具有重要的推动意义。 1.5 钢结构房屋的缺点：对建筑物的耐腐蚀性和耐火性要求较高，用钢量稍大，造价偏高。 2、高层钢结构房屋的结构体系 2.1 钢框架结构体系 框架结构体系是指，沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧向力的主要构件所构成的结构体系。由于框架体系能够提供较大的内部使用空间，因而建筑布置灵活。此外，框架的杆件类型少，构造简单，施工周期短。所以，对层数不太多的高层结构来说，框架体系是一种应用比较广泛的结构体系。纯框架结构的抗侧移能力主要决定于柱和梁的抗弯能力，当楼层数较多时要提高结构的抗侧移刚度只有加大梁和柱相的截面。截面过大，就会使框架失去其
5、经济合理性。 2.1 框架支撑框架结构体系 框架支撑框架结构就是在框架的一跨或几跨沿竖向布置支撑而构成，其中支撑桁架部分起着类似于框架剪力墙结构中剪力墙的作用。在水平作用下，支撑桁架部分中支撑构件只承受拉、压轴向力，这种结构形式无论是从承载力或变形的角度看，都是十分有效的。与纯框架结构相比，这种结构形式大大提高了结构的抗侧力刚度。支撑在水平荷载作用下所产生的侧移，主要是由其杆件的轴向拉伸或压缩变形引起的。与杆件的剪弯刚度相比较，杆件的轴向变形刚度要大得多。也就是说，支撑的抗侧力刚度相对于框架的抗侧力刚度要大得多。 2.3 筒体结构体系 筒体结构体系是在超高层建筑体系中应用较多的一种种，按筒体的
6、位置、数量等分为钢框架核心筒体结构体系、外框架筒结构体系、筒中筒结构体系和束筒结构体系。 2.3 巨型结构体系 巨型结构体系是一种新型的超高层建筑结构体系是由梁式转换楼层结构发展而形成的巨型结构又称超级结构体系，是由不同于通常梁柱概念的大型构件巨型梁、巨型柱组成的简单而巨型的主结构和由常规结构构件组成的次结构共向工作的一种结构体系。 3、钢结构设计要点分析 3.1 合理的结构选型与结构布置 高层钢结构设计中，常采用钢-混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型 src 柱，核心为支撑框架的结构体系。结构的布置要根据体系特征
7、,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀，力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。 比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受 1/4 的总水平力。3.2 合理选择钢结构的构件 在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。钢结构的钢材主要采用的是 Q2
8、35 和 Q345，不建议使用等级为 A 的钢材，因为这类钢材的冲击韧性强度和延展性达不到标准。当强度起控制作用时,可选择 Q345; 稳定控制时,宜使用 Q235。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。 3.3 加强对钢结构设计的技术规范的重视 在钢结构的设计中，要注意做到的是技术要先进、经济要合理、质量要保证，所以技术人员要重视对技术标准和规范的学习，并且要深刻的理解和贯彻，形成一种严格遵循标准和规范的严谨工作习惯。现在的钢结构设计的计算和构造绘图过分依赖电脑，缺乏动手能力的实际操作能力。所以在实际中应该要注意对钢结构的实
9、际掌握。在钢结构设计中还要重视对钢材、连接材料和焊接等材料的应用标准，要在了解相关规定的要求下，提出合理的材料选用和质量要求。 3.4 重视节点设计 连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。应保证连接节点的安全、耐久及经济的要求。节点应传力简捷、明确、可靠；节点计算的模型应与实际受力情况一致；保证节点连接有足够的强度和刚度，避免由于节点不足而导致整体结构的破坏；采用合理的细部构造使节点连接具有较好的延性。 二、高层建筑混凝土结构设计 1、高层混凝土结构类型 1.1 框架结构体系 框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面
10、也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。 1.2 剪力墙结构体系 剪力墙结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖组成的空间结构。剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。缺点是不能提供大空间房屋，结构延性较差。 1.3 框架剪力墙结构体系 在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用
11、方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。 1.4 筒体结构体系 随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。 2、高层混凝土结构设计要点 2.1 在设计中重视规范、规程中有关结构概念设计 在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构布置应使结构能抵抗任意方向的地
12、震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。在一个独立的结构单元内，应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯间；减少地震作用下的扭转效应。2.2 采用合理的结构选型 应尽量避免采用结构不规则的设计方案。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，对于超高问题应特别重视，应严格按照规范要求进行设计。在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙。 2.3 结构计算与分析 在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软
13、件。对计算结果的合理性、可靠性进行判断是十分必要的，是结构工程师最主要的任务之一。结构整体计算需控制剪重比、刚度比、位移比、周期比等参数。还要注意高层建筑的抗震设计，准确分析个单体、塔楼、裙房的抗震等级。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重构件（如屋顶处的装饰构件） ，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。 结束语 总而言之，钢结构设计与混凝土结构设计各有各的特点，在具体的高层建筑施工中要合理进行结构设计的选择，充分发挥各自的优势，从而确保高层建筑施工质量与安全，更大限度的发挥高层建筑本身的功能，为人们生活提供质量保证与安全保障。 参考文献： 1苏光能.高层建筑结构设计中混凝土的应用J.中国新技术新产品，2010(2). 2韩飞 .浅谈建筑钢结构设计施工与质量控制 J.科技与企业，2013,17:207-208. 3冯磊,胡海涛.高层建筑混凝土结构设计浅析J.价值工程，2011(6)
