【摘要】主要圍繞高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及設(shè)計方法展開詳細分析，并以某高層建筑為例，基于建筑形式的限制，開展多個結(jié)構(gòu)方案比選，對其結(jié)構(gòu)整體、地震作用下結(jié)構(gòu)受力等方面進行分析。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；高層結(jié)構(gòu)設(shè)計
1引言
近年來，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑領(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)濟指標(biāo)高、可持續(xù)發(fā)展、施工高效等諸多優(yōu)點。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在工程中有著至關(guān)重要的作用，當(dāng)前我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平顯著提高，但是也暴露出一些問題，因此，加強相關(guān)研究并解決、克服鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題具有重要的現(xiàn)實意義。
2當(dāng)前高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題
1）設(shè)計市場存在一些混亂現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量不佳：根據(jù)我國近年來高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計情況來看，各大設(shè)計院往往承接了較多項目，且收費相對較高。但鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計費工且收費低，部分設(shè)計單位不愿意承接此類任務(wù)，或是在此方面設(shè)計經(jīng)驗不足，將項目中鋼結(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)計單位并無資質(zhì)，僅僅是用買來的圖標(biāo)搞設(shè)計，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量、安全隱患。對此，必須要進一步規(guī)范設(shè)計市場，加強資質(zhì)管理，通過嚴(yán)格的檢查監(jiān)督來保障設(shè)計質(zhì)量[1]。2）設(shè)計深度不夠，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)轉(zhuǎn)嫁給加工企業(yè)：目前不少設(shè)計單位鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平低，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)計成果質(zhì)量不高，僅僅是給出“構(gòu)件布置圖”，對關(guān)鍵的“節(jié)點”設(shè)計不分具體情況，原本應(yīng)由設(shè)計單位完成的“節(jié)點構(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。我國住建部明確規(guī)定，“施工圖設(shè)計”由設(shè)計院完成，必須將此規(guī)定落實到位，防止出現(xiàn)互相扯皮的情況。3）設(shè)計未充分考慮施工，使鋼結(jié)構(gòu)建筑施工受阻：部分設(shè)計人員存在理論豐富、實踐不足的情況，不了解施工，不確定設(shè)計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)點的桿件太多的情況，大量的高空對接必然存在安裝偏差，常采用強制構(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)計過于保守或激進，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑工程投資增大：目前，部分設(shè)計人員對復(fù)雜工程缺乏經(jīng)驗，或盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計保守；或降低設(shè)計安全等級，設(shè)計激進。上述等問題的存在，極易因為設(shè)計方案不合理而影響工程投資，然而，工程投資的增大反而會使設(shè)計費增加，設(shè)計單位并未因工程浪費承擔(dān)任何責(zé)任，因此，必須要加強此方面的管理工作。
3高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析
基于上述問題的存在，必須要規(guī)范設(shè)計市場，科學(xué)開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，具體可分為3個部分：方案設(shè)計（結(jié)構(gòu)體系選型）寅結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計寅施工圖繪制。1）方案設(shè)計：此階段主要是合理選擇結(jié)構(gòu)體系，其直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)受力性能，影響后續(xù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計合理性。2）結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計：此階段包括參數(shù)化設(shè)計、找形分析、靜力分析、動力分析、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)計和焊縫形式設(shè)計，具體流程如下：開始寅確定結(jié)構(gòu)方案寅靜力分析寅動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)點細部設(shè)計寅結(jié)束。3）施工圖繪制：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工圖繪制應(yīng)由具備鋼結(jié)構(gòu)專項設(shè)計資質(zhì)或甲級設(shè)計單位完成，并提供給鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖單位進行深化設(shè)計。對此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工圖繪制必須要明確設(shè)計依據(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)點構(gòu)造和控制尺寸，確保鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計人員能正確體會設(shè)計意圖[2]。
4實例探析高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
4.1工程概況。以某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計為例展開分析，此建筑位于市中心，占地面積3.6伊104m2，共計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（65.2m）、南北窄（底部23m），高寬比、平面長寬比分別為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。本項目基于建筑形式的限制，結(jié)構(gòu)短向抗側(cè)剛度低，對此決定采用立體構(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，以切實保證結(jié)構(gòu)的安全度。在方案前提階段，開展多個結(jié)構(gòu)方案比選，具體如圖1所示。經(jīng)結(jié)構(gòu)受力性能、建筑功能實現(xiàn)程度、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性等多方面對比后，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。本項目設(shè)計指標(biāo)如下：抗震設(shè)防烈度7度，類別丙類；場地土類別為II類；設(shè)計地震分組為第一組；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。本項目小震下層間位移角見圖3。對圖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)計算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)耗能減振機制良好，滿足設(shè)計要求，可達到大震不倒的目標(biāo)。
5結(jié)語
綜上所述，近年來鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展面臨良好的機遇，因此，提高高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平十分關(guān)鍵。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，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)勢與施工可行性等方面因素，落實相關(guān)結(jié)構(gòu)計算分析，保證結(jié)構(gòu)抗震效果良好、后期運行可靠。
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