1、高层建筑钢结构设计摘要：我国高层建筑发展迅速。设计思想也在不断更新。结构体系日趋多样化。钢筋混凝土结构是最普遍的一种结构形式，它具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，目前被广泛应用。本文主要讲解建筑钢结构设计方面的知识，以便参考。 关键词：高层；钢结构；设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 1、高层建筑结构体系 1.1 最初的高层建筑设计是从钢结构的设计开始的。钢筋混凝土和受力外包钢筒系统运用起来是比较经济的系统，被有效地运用于大批的民用建筑和商业建筑中。50 层到 100 层的建筑被定义为超高层建筑。对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地
2、的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。 2、高层建筑的设计要求： 2.1 在高层建筑结构的设计中应注重概念设计，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，加强构造措施。在抗震设计中应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性。 2.2 例如： 2.1.1 某工程高层建筑，该建筑西侧毗邻汉溪大道，包括 3 栋 43 层超高层住宅及 2 层地下室。地下一层为住宅配套用房、设备用房和车库；地下
3、 2 层为车库，局部战时作为人防工程使用。地上一层为架空层，二层以上均为住宅。 2.1.2 结构选型与结构布置：根据该建筑的地面来年看，工程地震和风荷载等水平力由结构的抗侧力体系承担。由于建筑效果的需要，建筑在 X 向设有较多的窗和门，结构不可设置过多的 X 向剪力墙，为保证 X向的整体抗侧能力，三栋塔楼 X 方向连在一起共同抵抗侧向力。从体型上来说，Y 向的抗侧刚度是较弱的，需要设置较多的 Y 向剪力墙，以保证Y 向的抗侧刚度。在另一方面，由于此结构的平面 X、Y 方向尺寸相差较大（L/B=3）为保证结构足够的抗扭刚度，尽量在周边设置较强的剪力墙。最后分析采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构。 该工
4、程各栋楼盖均采用整体性良好的现浇混凝土梁板式结构。首层作为上部结构嵌固端，楼板厚度为 180mm。标准层局部位置为保证建筑厅、房不露梁的效果，局部设置大板。核心筒开洞较多，为保证楼层平面内刚度，核心筒范围内板厚度不小于 150mm。 2.1.3 结构超限类型和程度均参照建筑抗震设计规范 、 高层建筑混凝土结构技术规程等进行。该工程在针对超限情况下采取了上些有针对性的计算手段及构造措施：常遇地需的作用下采用空间程序 SATWE和 ETABS 进行比较计算，考虑偶然偏心地震作用，双向地震作用，扭转耦连，对底部加强区剪力墙、连梁等关键部位采用两个计算程序的计算程序的计算结果包络值进行设计。偶遇地震作
5、用下：采用 SATWE 对结构承载力进行复核，根据抗震设防目标，对关键构件的抗震性能按弹性和不屈服计算。罕遇地震作用下：采用 PUSH 对结构进行静力弹塑性推覆分析，估计结构的整体和局部弹塑性变形，对关键部位构件进行指导设计。考虑到此结构扭转不规则（属于类） 。因此加强外围墙肢的水平筋，提高构件抗剪能力，同时将扭转超限楼层的外围连梁提高配箍率和增加抗扭筋的设置，以提高结果的抗扭刚度和构件延性。 2.1.4 以上是此工程关于高层建筑大概的一些结构设计与分析，在我们所接处过的高层建筑结构设计实操方面很广泛，针对不同的问题采取不一样的措施，这是作为一名结构师必须应采取的策略。因此通过上面的案例，我们
6、应该还要注意钢结构设计方面的技能，下面我们进行下部的了解下钢结构方面的设计： 3、结构选型 高层建筑钢结构体系一般根据其抗侧力结构体系的特点分为四类：框架结构体系、框架一支撑结构体系、简体结构体系和巨型结构体系。在实际工程，应根据工程的条件和特，综合考虑建筑的使用功能、荷载性能、制作安装、材料供应等因，择优选择抗震性能良，而又经济合理的结构体系和结构形式，例如对高烈度设防的高层钢结，宜选用钢框一支、钢框一筒或钢一筒中筒等钢结构体系。 4、高层建筑钢结构的稳定性设计 4.1 钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，
7、保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨与分析。在设计钢结构时，要遵守它的基本设计原则，保证设计的钢结构安全可靠，确保设计的钢结构的良好的耐久性，并且有足够的强度，刚度和稳定性，具备钢结构应具有的基础的优势，通过稳定性设计，发挥钢结构的最大优势。 4.2 钢结构稳设计特点： a 钢结构稳定性整体分析：要保持钢件的稳定，就要从结构的整体出发分析构件定性。 b 失稳和整体钢度：临界压力求解法和折减系数法是现行较为规范的稳定计算方法，这两种方法通用轴心压杆的稳定计算法中。 c 弹性稳定计算的特点：在弹性稳定计算中，不仅要考虑结构的整体性这一特点，还要考虑其它的特点，也就是应用于
8、柔性构件时，二阶段分析是我们首要考虑的，这主要是由于柔性构件的大变形量会对结构内力产生一定的影响。 5、高层住宅钢结构的设计流程 5.1 钢结构设计步骤 5.1.1 判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大，有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 5.2 结构选型与结构布置 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计” ，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分
9、体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。 5.3 预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接 H 型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的 1/201/50 之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按 1/b 限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽
10、度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。 柱截面按长细比预估。通常 50150，简单选择值在 100 附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或 H 型钢截面等。6、钢结构住宅设计中应注意的问题： 6.1 钢结构，有低层和多层之分。低层一般不超过 3 层，用于别墅；多层用于公寓。本文介绍多层公寓住宅钢结构设计中一些问题。 6.2 超过 9 层为高层。1012 层又称小高层。抗震规范 GB50011 对 12 层以下和 12 层以上的房屋提出不同要求。住宅钢结构一般不宜超过 12 层。 6.3 结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除
11、弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。 6.4 住宅钢结构的平面布置应力求规则、对称。住宅钢结构常见的布置不规则，主要是平面不规则。如平面形状不规则如：形等；特别是支撑剪力墙偏置，明显不对称等。若楼层的最大弹性水平位移超过质心水平位移的 1.2 倍就属于平面不规则此时需对支撑剪力墙的配置进行调整。7、结束语 目前，随着我国钢产量的增加，钢结构在建筑中的应用必然会越来越广泛，也必然会产生越来越深远的影响。作为一名结构设计者需要在遵循各种规范的前提下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点，并在工作实践中不断总结和完善。 参考文献： 1、关尽辽，李志锋浅析钢结构设计 来源：中国鸣网 2、高层建筑结构设计北京大学出版社 3、金升亮 叶颖 浅谈高层住宅钢结构设计 来源：中国鸣网 作者： 4、钢结构稳定设计的探讨J.江西 2004（4）：332-351 马奇 罗志兵
