探析高層住宅鋼結構的設計流程及應注意的問題

摘要：我國鋼結構住宅起步很晚，只是改革開放后，從國外引進了一些低層和多層鋼結構住宅，才使我們有了學習與借鑒的機會。大規(guī)模研究開發(fā)、設計制造、施工安裝鋼結構住宅還是近二三年才發(fā)展起來。由于具備其他結構無法比擬的優(yōu)點，鋼結構住宅已經給住宅產業(yè)和建筑行業(yè)帶來了一場深層次的革命，從設計、施工、到一系列新材料的使用都出現了革命性的變化，因而在國際范圍內代表了未來的住宅發(fā)展新模式。


關鍵詞：高層 鋼結構 發(fā)展 設計 原則
　　
　　
　　 0 引言
　　
　　高層鋼結構建筑在國外已有110多年的歷史，1883年最早一幢鋼結構高層建筑在美國芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價的上漲和人口的迅速增長，以及對高層及超高層建筑的結構體系的研究日趨完善、計算技術的發(fā)展和施工技術水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結構在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結構受到質疑；同時高強度鋼材應運而生，
　　在超高層建筑中采用部分鋼結構或全鋼結構的理論研究與設計建造可說是同步前進。
　　
　　1 鋼結構穩(wěn)定設計的原則
　　
　　穩(wěn)定性是鋼結構的一個突出問題。在各種類型的鋼結構中，都會遇到穩(wěn)定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應有的損失。
　　根據穩(wěn)定問題在實際設計中的特點提出了以下三項原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結構穩(wěn)定設計中構件不會喪失穩(wěn)定。
　　1.1 結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求。
　　目前結構大多數是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩(wěn)，需要從結構整體布置來解決，亦即設計必要的支撐構件。這就是說，平面結構構件的出平面穩(wěn)定計算必須和結構布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車場的屋蓋結構塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設置適當的文撐而造成出平面失穩(wěn)。
　　1.2 結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩(wěn)定計算十分重要。
　　目前任設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計算。在采用這種方法時，計算框架柱穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計算等效于框架穩(wěn)定計算。然而，實際框架多種多樣，而設計中為了簡化計算工作，需要設定一些典型條件。
　　1.3 設計結構的細部構造和構件的穩(wěn)定計算必須相互配合，使二者有一致性。
　　結構計算和構造設計相符合，一直是結構設計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接，應分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節(jié)點應盡量減少桿件偏心這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。但是，當涉及穩(wěn)定性能時，構造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如，簡支梁就抗彎強度來說，對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時允許在平面內轉動。然而在處理梁整體穩(wěn)定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉，同時允許梁在水平平面內轉動和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。
　　
　　2 鋼結構住宅的設計流程
　　
　　2.1 判斷結構是否適合用鋼結構
　　鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。
　　2.2 結構選型與結構布置
　　在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“概念設計”，它在結構選型與布置階段尤其重要，對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

　　2.3 預估截面
　　結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。
　　鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。
　　柱截面按長細比預估。通常50

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