摘 要：鋼材作為一種獨(dú)特的建筑材料，在我國各類建筑中的應(yīng)用日益廣泛，由鋼材形成的構(gòu)件進(jìn)而到結(jié)構(gòu)，其具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、構(gòu)件截面小、建筑空間大而靈活、施工工期短、可實(shí)現(xiàn)裝配化及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用在高層住宅建筑中。本文著重從建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等方面針對(duì)高層住宅建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了深入地分析與研究，旨在為類似的工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵字：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；構(gòu)件設(shè)計(jì)；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)形式中，鋼結(jié)構(gòu)由于具有重量輕、穩(wěn)定堅(jiān)固、安裝方便、節(jié)省施工時(shí)間等方面的優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的受力形式、結(jié)構(gòu)尺寸和防火要求選擇鋼結(jié)構(gòu)材料。除此之外，建筑鋼結(jié)構(gòu)施工通常采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝方式，因此要確保鋼結(jié)構(gòu)在起吊時(shí)擁有足夠的剛度，以確保建筑結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。

一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則

穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出問題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會(huì)遇到穩(wěn)定性問題。對(duì)于這個(gè)問題處理不好，將會(huì)造成不應(yīng)有的損失。

根據(jù)穩(wěn)定性問題在實(shí)際設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)提出了以下三項(xiàng)原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中構(gòu)件不會(huì)喪失穩(wěn)定性。

（一）結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求。目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設(shè)計(jì)的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來解決，亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定性計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落，1985年土耳其某體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設(shè)置適當(dāng)?shù)奈膿味斐沙銎矫媸Х€(wěn)。

（二）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡圖相一致，這對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算十分重要。目前設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定性分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定性計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架柱穩(wěn)定性時(shí)用到的柱計(jì)算長度系數(shù)，自應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定性分析得出，才能使柱穩(wěn)定性計(jì)算等效于框架穩(wěn)定性計(jì)算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件。

（三）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算必須相互配合，使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都注意的問題。對(duì)要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接，應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度，對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)?？紤]到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如，簡支梁就抗彎強(qiáng)度來說，對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定性時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定性分析所采取的邊界條件。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。

（二）結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要，對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。

建筑鋼結(jié)構(gòu)平面布置是否合理將直接影響到項(xiàng)目的投資成本，為了控制項(xiàng)目的投資成本，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，具體措施有：使建筑平面柱網(wǎng)相互對(duì)齊；控制柱距尺寸，盡量能夠接近；核心筒布置要居中，結(jié)構(gòu)傳力要簡潔；建筑核心筒的高寬比和鋼筋配置要控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

（三）構(gòu)件設(shè)計(jì)。構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗(yàn)算截面，這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級(jí)，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。

（四） 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免。按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。

（五）鋼結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)各種類型的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，會(huì)因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，在施工中造成安全事故更為常見。為了減少事故的發(fā)生，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，保證施工項(xiàng)目的安全和質(zhì)量，我們要積極的對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，和強(qiáng)度較小的剛度都會(huì)在一定程度上對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成破壞，但穩(wěn)定性和強(qiáng)度是不一樣的。穩(wěn)定性是變形，材料的組成部分由內(nèi)部結(jié)構(gòu)的抵抗力和外部荷載不穩(wěn)定，關(guān)鍵是要找出不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，防止變形的快速增長而導(dǎo)致破壞。

（六）圖紙編制。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。

設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀設(shè)計(jì)并參考相關(guān)的工具書，并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。

三、結(jié)論

綜上所述，通過針對(duì)本項(xiàng)目住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析，作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)不斷總結(jié)多高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)平、立面布置，認(rèn)真細(xì)致地做好構(gòu)件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，只有這樣才能提升建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平及保證工程的質(zhì)量。

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