【摘要】主要圍繞高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及設(shè)計(jì)方法展開詳細(xì)分析，并以某高層建筑為例，基于建筑形式的限制，開展多個(gè)結(jié)構(gòu)方案比選，對(duì)其結(jié)構(gòu)整體、地震作用下結(jié)構(gòu)受力等方面進(jìn)行分析。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1引言
近年來，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，其具有抗震性能優(yōu)越、節(jié)能性好、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高、可持續(xù)發(fā)展、施工高效等諸多優(yōu)點(diǎn)。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程中有著至關(guān)重要的作用，當(dāng)前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平顯著提高，但是也暴露出一些問題，因此，加強(qiáng)相關(guān)研究并解決、克服鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2當(dāng)前高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題
1）設(shè)計(jì)市場(chǎng)存在一些混亂現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量不佳：根據(jù)我國(guó)近年來高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況來看，各大設(shè)計(jì)院往往承接了較多項(xiàng)目，且收費(fèi)相對(duì)較高。但鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)費(fèi)工且收費(fèi)低，部分設(shè)計(jì)單位不愿意承接此類任務(wù)，或是在此方面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，將項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)部分分包給其他單位，甚至是出現(xiàn)層層轉(zhuǎn)包的情況，部分設(shè)計(jì)單位并無資質(zhì)，僅僅是用買來的圖標(biāo)搞設(shè)計(jì)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量、安全隱患。對(duì)此，必須要進(jìn)一步規(guī)范設(shè)計(jì)市場(chǎng)，加強(qiáng)資質(zhì)管理，通過嚴(yán)格的檢查監(jiān)督來保障設(shè)計(jì)質(zhì)量[1]。2）設(shè)計(jì)深度不夠，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)嫁給加工企業(yè)：目前不少設(shè)計(jì)單位鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平低，多數(shù)是剛畢業(yè)的新人承擔(dān)此類任務(wù)，普遍存在照搬規(guī)范、套程序的情況，設(shè)計(jì)成果質(zhì)量不高，僅僅是給出“構(gòu)件布置圖”，對(duì)關(guān)鍵的“節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)不分具體情況，原本應(yīng)由設(shè)計(jì)單位完成的“節(jié)點(diǎn)構(gòu)造”“支座詳圖”“施工安裝”等均交給加工企業(yè)，最終導(dǎo)致質(zhì)量隱患嚴(yán)重。我國(guó)住建部明確規(guī)定，“施工圖設(shè)計(jì)”由設(shè)計(jì)院完成，必須將此規(guī)定落實(shí)到位，防止出現(xiàn)互相扯皮的情況。3）設(shè)計(jì)未充分考慮施工，使鋼結(jié)構(gòu)建筑施工受阻：部分設(shè)計(jì)人員存在理論豐富、實(shí)踐不足的情況，不了解施工，不確定設(shè)計(jì)方案是否具有施工可行性，嚴(yán)重者甚至?xí)䦟?dǎo)致施工事故的出現(xiàn)。目前，我國(guó)重大鋼結(jié)構(gòu)工程均采用全焊接結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、相交于節(jié)點(diǎn)的桿件太多的情況，大量的高空對(duì)接必然存在安裝偏差，常采用強(qiáng)制構(gòu)件就位措施，以致于桿件出現(xiàn)很大施工應(yīng)力，設(shè)計(jì)人員必須考慮此類因素的影響，懂得焊接工藝，保證結(jié)構(gòu)安全度。4）設(shè)計(jì)過于保守或激進(jìn)，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑工程投資增大：目前，部分設(shè)計(jì)人員對(duì)復(fù)雜工程缺乏經(jīng)驗(yàn)，或盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)保守；或降低設(shè)計(jì)安全等級(jí)，設(shè)計(jì)激進(jìn)。上述等問題的存在，極易因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案不合理而影響工程投資，然而，工程投資的增大反而會(huì)使設(shè)計(jì)費(fèi)增加，設(shè)計(jì)單位并未因工程浪費(fèi)承擔(dān)任何責(zé)任，因此，必須要加強(qiáng)此方面的管理工作。
3高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析
基于上述問題的存在，必須要規(guī)范設(shè)計(jì)市場(chǎng)，科學(xué)開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，具體可分為3個(gè)部分：方案設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)體系選型）寅結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)寅施工圖繪制。1）方案設(shè)計(jì)：此階段主要是合理選擇結(jié)構(gòu)體系，其直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)受力性能，影響后續(xù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)合理性。2）結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)：此階段包括參數(shù)化設(shè)計(jì)、找形分析、靜力分析、動(dòng)力分析、穩(wěn)定性分析、彈塑性極限承載力分析、抗連續(xù)倒塌分析、支座設(shè)計(jì)和焊縫形式設(shè)計(jì)，具體流程如下：開始寅確定結(jié)構(gòu)方案寅靜力分析寅動(dòng)力分析寅彈塑性極限承載力分析寅抗連續(xù)倒塌分析寅節(jié)點(diǎn)細(xì)部設(shè)計(jì)寅結(jié)束。3）施工圖繪制：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖繪制應(yīng)由具備鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)資質(zhì)或甲級(jí)設(shè)計(jì)單位完成，并提供給鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖單位進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。對(duì)此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖繪制必須要明確設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料、建筑抗震設(shè)防類別和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)布置、支撐設(shè)置、構(gòu)件選型、構(gòu)件截面以及結(jié)構(gòu)主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和控制尺寸，確保鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計(jì)人員能正確體會(huì)設(shè)計(jì)意圖[2]。
4實(shí)例探析高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
4.1工程概況。以某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例展開分析，此建筑位于市中心，占地面積3.6伊104m2，共計(jì)7座塔樓，A座為辦公建筑，高度212m（最高）、建筑面積7.8伊104m2，地上45層、地下4層。建筑平面呈東西長(zhǎng)（65.2m）、南北窄（底部23m），高寬比、平面長(zhǎng)寬比分別為9.22和3，可利用核心筒寬度8.6m、高寬比24.7。4.2結(jié)構(gòu)選型與比較。本項(xiàng)目基于建筑形式的限制，結(jié)構(gòu)短向抗側(cè)剛度低，對(duì)此決定采用立體構(gòu)件，抗側(cè)力體系主要構(gòu)件移至周邊，將承重構(gòu)件與抗側(cè)力構(gòu)件合為一體，以切實(shí)保證結(jié)構(gòu)的安全度。在方案前提階段，開展多個(gè)結(jié)構(gòu)方案比選，具體如圖1所示。經(jīng)結(jié)構(gòu)受力性能、建筑功能實(shí)現(xiàn)程度、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性等多方面對(duì)比后，決定采用方案6：雙向支撐框架鋼結(jié)構(gòu)體系，具體如圖2所示。4.3結(jié)構(gòu)分析。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：抗震設(shè)防烈度7度，類別丙類；場(chǎng)地土類別為II類；設(shè)計(jì)地震分組為第一組；小震阻尼比為0.02，大震阻尼比為0.05。采用MIDAS、ETABS程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，采用彈性樓板，必須考慮P-駐效應(yīng)。4.3.1結(jié)構(gòu)自振周期與振型。4.3.2地震作用下結(jié)構(gòu)受力分析。本項(xiàng)目小震下層間位移角見圖3。對(duì)圖3分析可知，變形情況滿足設(shè)防目標(biāo)要求。4.3.3罕遇地震下結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析。本項(xiàng)目采用MIDAS、ETABS軟件開展靜力彈塑性分析，采用4種側(cè)向力加載模式進(jìn)行如下推覆分析［重力荷載（初始荷載）用S表示］：（1）S+振型1（X向）；（2）S+振型2（Y向）；（3）S+X向加速度；（4）S+Y向加速度[3]。根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)耗能減振機(jī)制良好，滿足設(shè)計(jì)要求，可達(dá)到大震不倒的目標(biāo)。
5結(jié)語
綜上所述，近年來鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展面臨良好的機(jī)遇，因此，提高高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平十分關(guān)鍵。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須要科學(xué)開展結(jié)構(gòu)體系的選擇工作，除了要滿足安全、適用、受力合理等要求外，還要考慮充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)與施工可行性等方面因素，落實(shí)相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)抗震效果良好、后期運(yùn)行可靠。
【參考文獻(xiàn)】
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