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2012年一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)匯總

2.4 高層鋼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)基本原則和方法

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)與建筑師緊密配合，要考慮建筑特點(diǎn)、功能、荷載性質(zhì)、材料供應(yīng)、制作安裝等多種因素，擇優(yōu)選取利于抗震、抗風(fēng)又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系和平立面布置。常用的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系有框架體系、雙重抗側(cè)體系(鋼框架—支撐或剪力墻板體系、鋼框架—混凝土剪力墻體系、鋼管混凝土框架—剪力墻體系、鋼框架—混凝土核心筒體系)、筒體體系(框筒體系、筒中筒體系、桁架筒體系、框筒束體系)和巨型框架體系。

無論采用什么結(jié)構(gòu)體系，具體設(shè)計(jì)中都應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖、合理的傳力途徑、多道抗震防線，力求形成立體構(gòu)件或盡量使結(jié)構(gòu)能趨向于實(shí)現(xiàn)總體屈服機(jī)制。結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)具有以下幾方面的特點(diǎn)，或注意考慮到以下一些原則。

⑴ 使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能形成立體化，在豎向構(gòu)件布置時(shí)，盡量使由墻或密柱與深梁能組成筒體或巨型柱，使結(jié)構(gòu)單元形成不同力學(xué)特性的立體構(gòu)件，構(gòu)成在任何方向都具有較大的剛度與抵抗力矩的能力。

⑵ 使柱或巨型柱周邊布置，將柱沿平面周邊設(shè)置使結(jié)構(gòu)整體具有更大的抗側(cè)和抗扭剛度。

⑶ 使結(jié)構(gòu)支撐化。在框筒結(jié)構(gòu)體系中由于水平力作用下存在固有的剪力滯后效應(yīng)，當(dāng)功能需要加大柱間距時(shí)剪力滯后效應(yīng)更易削弱結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，影響水平承載力，因此在框筒中增設(shè)支撐能強(qiáng)化框筒;當(dāng)房屋四角有巨柱采用支撐使其形成立體支撐體系更有利于抵抗各向力，發(fā)揮其材料潛力。

(4)園錐形能減小風(fēng)載體型系數(shù)和增大抗側(cè)抗扭剛度,特別在非地震區(qū)由風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑，采用園錐體型能節(jié)約材料經(jīng)濟(jì)性好。

(5)選用高強(qiáng)、輕質(zhì)材料，有條件時(shí)設(shè)置安裝傳感器、質(zhì)量驅(qū)動(dòng)裝置等減振設(shè)置使其動(dòng)力反應(yīng)智能化。

(6)應(yīng)積極探討將目前的整體結(jié)構(gòu)分析、單個(gè)構(gòu)件設(shè)計(jì)向整體結(jié)構(gòu)分析、整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)方向發(fā)展考慮，使各構(gòu)件的承載力可靠度盡量一致。

(7)用增大結(jié)構(gòu)阻尼方法以減小結(jié)構(gòu)加速度;用合理的幾何平、剖面圖形合理的墻板及構(gòu)件連接方法來減小側(cè)向位移，而不要隨意采用加大柱截面的方法來提高抗側(cè)抗彎剛度。實(shí)踐證明外柱布置遠(yuǎn)離平面重心或芯筒，或使外柱沿建筑物全高向內(nèi)全高度傾斜等方法均能有效地減小側(cè)向位移值，用增加主梁的線剛度EI/L在框架中也能起到減少側(cè)向位移的作用;而采用加大柱截面的方法來提高框架抗側(cè)剛度其效果將很小且不經(jīng)濟(jì)。一般框架剛度通常取決于大梁剛度而不是柱的剛度，因?yàn)橐话憧缍群蛯痈叩慕ㄖ兄膭偠缺攘簞偠纫汛蠛芏唷?/p>

(8)在結(jié)構(gòu)的平面與剖面設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)不規(guī)則體型。建筑的開間進(jìn)深應(yīng)盡量統(tǒng)一，框筒、墻、支撐的布置盡量對(duì)稱。常用的框筒結(jié)構(gòu)中為充分發(fā)揮框筒作用應(yīng)嚴(yán)格控制房屋的高寬比，且內(nèi)筒邊長(zhǎng)不宜小于相應(yīng)外筒邊長(zhǎng)的1/3，框筒柱跨不宜大于層高，框筒裙梁高度不宜小于800mm，框筒結(jié)構(gòu)為矩形平面時(shí)其長(zhǎng)寬比不宜大于1.5:1，否則應(yīng)改用框筒束體系。筒的墻面開洞面積宜小于50%墻面積，內(nèi)外筒之間的間距一般可取10~16m，為了保證角柱具有足夠的承載力，角柱宜為中心柱截面積的1.5~2倍。一般還應(yīng)該根據(jù)具體情況選用支撐，型鋼混凝土墻板、豎縫鋼筋混凝土墻板或鋼板剪力墻等作為主要抗側(cè)構(gòu)件。注意應(yīng)使支撐、剪力墻能沿高度豎向一致連續(xù)布置。邊柱外柱應(yīng)盡量使其參與結(jié)構(gòu)整體抗彎以增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和承載力。在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意使結(jié)構(gòu)形式強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件、強(qiáng)豎弱平、強(qiáng)壓弱拉。柱的超載必須避免，屈服應(yīng)控制在梁和支撐上，要多道傳力途徑，多道設(shè)防，適當(dāng)增多結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)。要避免水平剛度產(chǎn)生偏心和豎向剛度、強(qiáng)度的突變。節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)剛強(qiáng)。

考試用書：2012年結(jié)構(gòu)工程師考試用書

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