单位文秘网 2021-07-24 08:11:24 点击: 次
唐山市规划建筑设计研究院
摘要:在高层建筑中钢结构的设计,相对于钢筋混凝土结构来说,具有稳定性强、空间利用率高、环保便利等优势,从而得到越来越广泛的应用,但也存在许多设计和施工上的问题,本文根据钢结构设计的绎济性和适用性原则,着重分析钢结构设计的问题,并提出相应的措施解决问题。
关键词:高层建筑 钢结构 设计分析
前言
目前,随着城市经济的发展和高层建筑的增多,我国钢结构发展也开始迅速起来,钢结构住宅作为一种绿色环保建筑,已经开始做为重点推广项目。人们的生活水平越来越高,对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。因此,加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。
一、高层建筑钢结构设计中应注意的问题
1、结构设计参数
钢结构的优质性能决定了前期设计工艺是非常复杂的,需要设计师先利用专业的数据统计软件对钢结构的各项技术指标进行严格精密的测试,只有通过了质量检测的钢结构才能真正投入大量生产再应用于施工中。具体的技术参数指标主要有水平荷载系数、抗震强度系数和结构的阻尼比等等。以水平荷载为例,建筑处于理想环境下,只有竖向荷载而水平荷载为零。但在正常生活环境中,一般都会存在不同程度的风荷载,在水平方向上将会对建筑的稳定性有所影响,设计师就需要根据当地环境可能的最大风荷载进行钢结构水平荷载系数的设计,以免出现建筑稳定性不佳而坍塌的事故。
2、强柱弱梁的设计
对于一个建筑而言,稳定性是最重要的,因为它关系到了整栋楼人的生命安全问题,也关系到一个国家以及地区的稳定。所以,在高层建筑的建设过程之中,要想保证建筑的稳定性就要保证主梁的稳定性。而在众多建筑结构材料的选用以及研究中,我们发现钢结构是比较稳定的,但是,我们不能保证它百分之百的稳定,因为强柱弱梁的设计是极其关键的,所以,在高层建筑结构的建造过程之中,柱子的材料我们一般选用钢材,因为由于它的硬度足以保证柱子的稳定性了,而墙梁的建造之中,我们就没有必要像建造柱子那样要求了,在这个时候,我们就可以选用质量较为轻的材料进行施工,但是我们要保证其建筑材料的质量,这样就可以保证建筑材料整体的重量,防止坍塌事件的发生,因而我们在设计的时候一定要综合考虑柱与梁的整体性。
3、钢结构建筑的抗震设计
2008 年汶川地震以后,我国对于地震的关注度越来越高了,尤其是在建筑方面。同时我国又处于环太平洋地震带以及太平洋板块和亚洲板块的交界处,所以地震事件的发生是属于见怪不怪的,所以,要想保证地震发生是能够在最大限度之上减少人员以及财产的伤害,就必须保证高层建筑具有防震性。因此在高层建筑钢结构设计的过程之中我们要增加抗震的设计。要想做到这一点最简单的方法就是在保证建筑材料质量的同时尽量使用重量较为轻便的材料,同时在建筑结构设计的时候一定注意,尽量避开一些地势较为奇异的地区,因为这样就可以避免环境因素而带来的伤害。
4、钢结构建筑的抗火设计
钢结构的钢材虽然属于非燃烧材料,但是因为钢材料在高温下的膨胀系数很高,会造成钢材的变形,而且钢材具有良好的导热性,会导致火势的蔓延。而且一旦达到一定的温度之后还会引起爆炸,所以我们必须要注意钢材料的抗火设计,在选用材料的时候一定要考虑到钢材的熔点以及它的抗火性,这样我们就在硬件设计上大大的减少了因为钢结构钢材的引燃、引爆的事件发生;另一方面,我们在设计的时候好要避免电路的交叉,以及电路与钢材之间的距离。
二、高层建筑中钢结构的设计方法
1、结构选型与结构布置
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―支撑结构体系、筒体结构体系和巨型结构体系。在实际工程中,钢结构的设计过程主打“概念设计”牌,应根据工程的条件和特点,综合考虑建筑的荷载性能、使用功能、制作安装、材料供应等因素,择优选择抗震性能良好,而又经济合理的结构体系和结构形式。其次,应通过力学关系的对比、钢材结构的优缺点整合和细节上的对比来实际考量。目前,已经有一些针对计算数据正常与否的软件投入到工程的设计中,不仅可以避免人工手算出现的失误,还能解决结构分析阶段不必要的繁琐计算。此外,结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般来说,要遵循结构刚度匀称,力学分布平稳,体形力求简单,最大限度减少荷载的影响,各层的抗侧力刚度中心和水平作用合力中心重合,尽可能减小房屋的扭转效应,使其以最直接的线路传递到基础。同时应便于施工,满足建筑使用要求,如进深、层高、层数和平面关系等要满足使用要求。
2、钢结构建筑的抗震设计
钢结构建筑抗震设计时,应根据设防烈度、结构类型和房屋高度,采用不同的地震作用效应调整系数,并采取不同的抗震构造措施。首先,结构刚柔度的选择应该结合结构的具体高度、体系和场地条件进行综合判断,使结构在满足变形要求的同时具有足够的刚度。受弯钢构件的板件局部稳定可以通过限制板件宽厚比,使之达到屈曲的极限承载能力,不在构件整体失效前屈曲;或者允许板件在构件整体失效前屈曲,然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力。其次,高层建筑钢结构应采用全刚接框架,当结构刚度不足时,可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式,在高烈度区宜采用偏心支撑框架和钢框筒结构。最后,加强各构件之间的连接,以保证结构的整体性,抗震支承系统应保证地震作用时结构的稳定。
3、构件深化设计
在钢结构工程设计中,设计人员应重视对钢材、连接材料与焊接等产品标准的了解与应用。构件的设计首先是材料的选择,不建议使用质量等级为A级的钢材,原因是这种类型的钢材不保证冲击韧性和延性性能,比较常用的是Q235和Q345。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理,若从经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面。
4、节点设计
节点设计是钢结构设计中的重要问题之一。按照传力特点节点分为刚接、铰接与半刚接三种。不同的连接方式对于结构的影响是不同的。节点的设计主要包括五个方面:焊接。焊接的焊缝形式与尺寸都有严格的规定,在焊接过程中必须遵守。另外,焊条应该与金属连接材料匹配。栓接。高层建筑钢结构连接传力螺栓通常使用高强螺栓,适合选择10.9s 强度等级。选择螺栓的类型可以是扭剪类型,连接型全部使用摩擦类型。梁腹板。对栓孔位置的腹板抗剪净截面实施验算,连接高强承压型螺栓还要对局部孔壁的承压能力进行验算。连接板。将梁腹板加厚4mm,不过需要进行抗剪净截面验算。节点设计还需要考虑的是考虑螺栓的安装、现场焊接等工作空间与吊装构件的具体顺序等。
结束语
总之,高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大,而建筑结构设计方面的变化也越来越多,很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。面对这样的形势,有必要,把高层建筑的钢结构设计进行讨论研究。
参考文献
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