2022年高层建筑钢结构的设计方案理念和应用.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高层建筑钢结构的设计理念和应用-建筑论文高层建筑钢结构的设计理念和应用田书红（河北百川建筑设计有限公司河北 邯郸 056000 ）【摘要】随着我国国民经济的不断进展,人们的住房环境也有了很大的改 善,高层建筑逐步成为了人们的主要居住形式；同时对于高层建筑的钢结构设 计和选型布置方面也带来建筑师了新的挑战；本文主要从钢结构的选型布置方 面入手,重点分析高层建筑之中钢结构的设计和应用；关键词 高层建筑；钢结构；选型布置；设计高层钢结构建筑在国外已有110 多年的历史, 1883 年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起,到了二次世界大战后由于地

2、价的上涨和人口的迅 速增长,以及对高层及超高层建筑的结构体系的讨论日趋完善、运算技术的发 展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛进展；钢筋混凝土结 构在超高层建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,在超高层 建筑中采纳钢筋混凝土结构受到质疑；同时高强度钢材应运而生,在超高层建 筑中采纳部分钢结构或全钢结构的理论讨论与设计建造可说是同步前进； 1. 钢结构的适用范畴 我国的高层与超高层钢结构建筑的进展我国的高层与超高层钢结构建筑自改 革开放以来已有 20 年的历史,并在设计和施工中积存了不少体会,已有我国自行编制的高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98 ；钢结构通常用于

3、高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封 性要求高、要求能活动或常常装拆的结构；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2. 对结构的选型与布置（1）” 概念设计” 往往被强调于钢结构设计的整个过程中,它在结构选型 与布置中发挥着重要的作用；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体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验 现象和工程体会所获得的设计思想,从全局的角度来确定掌握结构的布置及细 部措施；（2）概念设计的运用可以在早期快速、有效地进行构思、比较与挑选；

4、所 得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可防止结构分析阶段不必 要的繁琐运算；同时,它也是判定运算机内力分析输出数据牢靠与否的主要依 据；（3）钢结构分为框架、平面（木行）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅 等结构型式；其理论与技术已经相当的成熟；但是仍旧有部分难题没有解决,或没有简洁有用的设计方法,例如网壳的稳固等；结构选型时,应考虑它们不 同的特点；在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑舍弃 门式刚架而采纳网架；对于冬季雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落；结构的布置要依据体系特点,荷载分布情形及性质等综合考虑；一般的说要刚 度匀称；力学模型清晰；尽可能限制大荷载

5、或移动荷载的影响范畴,使其以最 直接的线路传递到基础；柱间抗侧支撑的分布应匀称；其重心要尽量靠近侧向 力（风震）的作用线；否就应考虑结构的扭转,结构的抗侧应有多道防线；比如有撑框架结构,柱子至少应能单独承担1/4的总水平力框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满意不同的要求；通常为了减小 截面沿短向布置次梁,但是这会使主梁截面加大,削减了楼层净高,顶层边柱名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 也时会吃不消,此时把次粱支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子； 3. 预估截面的估算结构布置终止后,需

6、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；钢梁可挑选槽钢、轧制或焊接H 型钢截面等；依据荷载与支座情形,其截面高度通常在度的 120-1 50 之间挑选；翼缘宽度向支撑的间距按 lb 限值确定时,可回避钢梁的整体稳固的复杂运算,这种方法使用非常广泛；确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳固的构造规定预估；柱截面按长细比预估,通常50150 ；依据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可挑选钢管或 H 型钢截面等；除此之外构件截面形式的挑选没有固定的要求,结构工程师应当依据构件的受力情形,界面挑选要科学合理、经济美观； 4. 对构件的设计构件的设计非常注意材料

7、的挑选,比较常用的是Q235 （类似 A3）和 Q345（类似 16Mn ）；主结构为了便于工程治理一般使用单一钢种；从经济方面考 虑,也可以挑选不同强度钢材的组合截面；当强度起掌握作用时,可挑选Q345 ；稳固掌握时,宜使用Q235 ,构件设计中,现行规范使用塑性的方法来验算截面；这和结构内力运算的弹性方法并不匹配；当前的结构软件,都供应 截面验算的后处理功能；由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过 的构件,从给定的截面库里挑选加大一级；并自动重新分析验算,直至通过,如 sap2000 等；这是常说的截面优化设计功能之一；这样结构师的工作量就大 范畴削减了；名师归纳总结 - - -

8、- - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5. 对节点节点的设计（1）连接节点的设计对钢结构的设计很关键；在结构分析前,就应当对节 点的形式充分摸索与确定；常常显现的一种情形是,最终设计的节点与结构分 析模型中使用的形式不完全一样,这必需防止；按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半接；初学者宜挑选可以简洁定量分析的前两者；常用的参考书有 丰富的举荐的节点做法及运算公式；连接的不同对结构影响甚大；比如,有的钢接节点虽然承担弯矩没有问题,这时转动较大,不符合结构分析中的假定；具体设计主要包括以下内容：焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制 规定,应严格

9、遵守,焊条的选用应和被连接金属材质适应；E43 对应 Q235 ,E50 对应 Q3 ,Q235 与 Q345 连接时,应当挑选低强度的 E43 而不是 E50；焊接设计中不得任意加大焊缝；焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近；其他具体内容可查规范关于焊缝构造方面的规定；栓接：铆接形式,在建筑工程 中,现已很少采纳,通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用,高强螺栓,使用日益广泛；常用 88s 和 10.9s 两个强度等级；依据受力特点分承压型和摩擦型；两者算方法不同,高强螺栓最小规格M12 ,常用 M16 M30 ；超大规格的螺栓性能据梁间侧不稳固,设计中应谨慎使用；自攻螺丝用于板材与薄 壁型

10、钢间的次要连接；（2）对连接板的设计过程：简洁取其厚度为梁腹板厚度加 4mm ；对验算净 截面抗剪验算；梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪；承压型高强螺栓连 接仍需验算孔壁局部承压；节点设计必需考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空 间及构件吊装次序等；构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误；此外,仍 应尽可能使工人能便利的进行现场定位与暂时固定；节点设计仍应考虑制造厂名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的工艺水平；比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床；通常等设备才 能完成； 6. 图纸的编制（1）设计图的编制过程：

11、是供应制造厂编制施工详图的依据；深度及内容 应完整但不冗余,在设计图中是弹对于设计依据、荷载资料（包括地震作 用）、数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括造和安装、焊缝质量检验 的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造 等均应表示清晰,以利于施工详图的顺当编制,并能正确表达设计的意图；主 要材应列表表示；（2）施工详图的编制过程：又称加工图或放样图等；深度须能满意车间直 接制造加工；不完全相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的材料 表,设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的掌握,目前比较纷乱,各 个设计单位及其与钢结构公司之间不尽相同；参考文献1宗钟凌

12、,曹双寅,张皓混凝土框架顶部钢结构加层连接节点抗震性 能试验讨论 J.建筑结构学报, 2022 ,7. 2徐龙河,杨冬玲,李忠献基于应变和比能双控的钢结构损耗模型J.振动与冲击, 2022 ,7. 3张慎伟,张其林,罗晓群大型复杂钢结构施工过程运算理论与应用J.同济高校学报（自然科学版）,2022 ,4. 4曾志斌,史志强,史永吉大型钢结构厚板对接焊接变形试验讨论J.中国铁道科学, 2022 ,3. 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5蔡益燕,郁银泉,王喆高层民用建筑钢结构技术规程修订简述J.建筑结构学报, 2022 ,6. 文章编号 1006-7619 （2022 ）07-12-640 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页