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2012年一級結構工程師高層建筑結構方案設計匯總

2.4 高層鋼結構方案設計基本原則和方法

高層建筑鋼結構設計中，結構工程師應與建筑師緊密配合，要考慮建筑特點、功能、荷載性質、材料供應、制作安裝等多種因素，擇優選取利于抗震、抗風又經濟合理的結構體系和平立面布置。常用的高層建筑鋼結構體系有框架體系、雙重抗側體系(鋼框架—支撐或剪力墻板體系、鋼框架—混凝土剪力墻體系、鋼管混凝土框架—剪力墻體系、鋼框架—混凝土核心筒體系)、筒體體系(框筒體系、筒中筒體系、桁架筒體系、框筒束體系)和巨型框架體系。

無論采用什么結構體系，具體設計中都應使結構具有明確的計算簡圖、合理的傳力途徑、多道抗震防線，力求形成立體構件或盡量使結構能趨向于實現總體屈服機制。結構布置和設計中應盡量使結構具有以下幾方面的特點，或注意考慮到以下一些原則。

⑴ 使結構構件能形成立體化，在豎向構件布置時，盡量使由墻或密柱與深梁能組成筒體或巨型柱，使結構單元形成不同力學特性的立體構件，構成在任何方向都具有較大的剛度與抵抗力矩的能力。

⑵ 使柱或巨型柱周邊布置，將柱沿平面周邊設置使結構整體具有更大的抗側和抗扭剛度。

⑶ 使結構支撐化。在框筒結構體系中由于水平力作用下存在固有的剪力滯后效應，當功能需要加大柱間距時剪力滯后效應更易削弱結構的抗側剛度，影響水平承載力，因此在框筒中增設支撐能強化框筒;當房屋四角有巨柱采用支撐使其形成立體支撐體系更有利于抵抗各向力，發揮其材料潛力。

(4)園錐形能減小風載體型系數和增大抗側抗扭剛度,特別在非地震區由風荷載起控制作用的高層建筑，采用園錐體型能節約材料經濟性好。

(5)選用高強、輕質材料，有條件時設置安裝傳感器、質量驅動裝置等減振設置使其動力反應智能化。

(6)應積極探討將目前的整體結構分析、單個構件設計向整體結構分析、整體結構構件設計方向發展考慮，使各構件的承載力可靠度盡量一致。

(7)用增大結構阻尼方法以減小結構加速度;用合理的幾何平、剖面圖形合理的墻板及構件連接方法來減小側向位移，而不要隨意采用加大柱截面的方法來提高抗側抗彎剛度。實踐證明外柱布置遠離平面重心或芯筒，或使外柱沿建筑物全高向內全高度傾斜等方法均能有效地減小側向位移值，用增加主梁的線剛度EI/L在框架中也能起到減少側向位移的作用;而采用加大柱截面的方法來提高框架抗側剛度其效果將很小且不經濟。一般框架剛度通常取決于大梁剛度而不是柱的剛度，因為一般跨度和層高的建筑中柱的剛度比梁剛度已大很多。

(8)在結構的平面與剖面設計中應盡量避免出現不規則體型。建筑的開間進深應盡量統一，框筒、墻、支撐的布置盡量對稱。常用的框筒結構中為充分發揮框筒作用應嚴格控制房屋的高寬比，且內筒邊長不宜小于相應外筒邊長的1/3，框筒柱跨不宜大于層高，框筒裙梁高度不宜小于800mm，框筒結構為矩形平面時其長寬比不宜大于1.5:1，否則應改用框筒束體系。筒的墻面開洞面積宜小于50%墻面積，內外筒之間的間距一般可取10~16m，為了保證角柱具有足夠的承載力，角柱宜為中心柱截面積的1.5~2倍。一般還應該根據具體情況選用支撐，型鋼混凝土墻板、豎縫鋼筋混凝土墻板或鋼板剪力墻等作為主要抗側構件。注意應使支撐、剪力墻能沿高度豎向一致連續布置。邊柱外柱應盡量使其參與結構整體抗彎以增加整個結構的抗側剛度和承載力。在抗震設計中應注意使結構形式強節點弱桿件、強豎弱平、強壓弱拉。柱的超載必須避免，屈服應控制在梁和支撐上，要多道傳力途徑，多道設防，適當增多結構的超靜定次數。要避免水平剛度產生偏心和豎向剛度、強度的突變。節點連接應剛強。

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