浅析高层建筑中的钢结构设计

2022-09-10

1、高层建筑中钢结构设计概述

1.1、特点

钢结构之所以被广泛应用于高层建筑的建设当中是因为其具有很多的优势, 以下将对其的三大优势进行简要的分析。首先, 钢结构的强度高且成本低。和传统建筑中所使用的钢筋混凝土相比较而言, 钢结构很明显不容易受到外界环境的影响, 而且其还具有质量轻和施工周期短的优点。再者高层建筑中钢结构的选用一般都为比较先进的设计与工艺, 从而更好地确保了高层建筑的施工质量。其次, 钢结构的空间大。以往建筑中对钢筋混凝土材料的使用比较多, 但是其跨度比较小, 一般情况下都在15m以内, 而且在对其建造完成之后就很难再进行移动了, 但是钢结构的使用却很好地克服了钢筋混凝土的这几个缺陷。第一, 钢结构的跨度可以超越60m以上。第二, 钢结构在建造完成之后, 可以很容易实现对其的移动。再次, 钢结构的原材料比较环保。钢结构的主要原材料是钢材, 而在高层建筑建设的过程中, 可以对钢材的一些边角料进行再次回收利用, 从而大大降低了工程的施工成本, 而且也起到了一定的环保作用。

1.2、设计原则

1.2.1、适用性原则

适用性原则钢结构的基本要求, 因为钢结构的适用性对建筑物的质量会造成非常关键的影响。在建筑工程中使用钢结构的时候一定要刚柔并济, 如果过于刚性便会造成钢结构的柔韧性不足而影响结构的变形能力, 反之则会影响钢结构的承载能力, 甚至还会造成坍塌现象的出现。所以在对高层建筑钢结构进行设计的时候, 一定要特别注意对其适用性的充分考虑。应该充分结合施工现场的环境、气候以及建筑物的使用功能等各个方面来进行最为科学合理的设计。

1.2.2、经济性原则

经济效益是钢结构被应用于高层建筑设计中的一个最重要的原因, 只有在设计中遵循了经济性原则才能更好地确保建设企业的经济效益和发展。但是在实际应用的时候却会遇到各种各样的问题, 比如公共建筑需要体现的是其的社会效益, 而工业建筑更加注重经济效益的实现。这就需要相关的工作人员在进行设计的过程中对工程的实际情况进行充分的了解, 然后根据具体的情况来进行最为科学合理的设计以实现建筑综合效益的最大化。

2、钢结构高层建筑设计要点

2.1、荷载设计

钢构设计过程的主要控制因素包括对风荷载以及地震荷载的有效把控, 结构内力和位移基本都是通过对弹性方法计算的采用, 对于具有抗震设防要求的建筑结构来说, 不仅仅需要做好地震作用下的弹性阶段的计算, 还应该进行有可能进入的弹塑阶段状态进行充分的验算。在进行风振验算的过程当中, 如果建筑主体结构的顶部有一些小型突出建筑的话, 还应该将鞭梢效应也进行相应的计算。

2.2、基本构件设计

高层建筑钢结构构件的形式有很多种, 下面对其几种主要的构件形式进行简要的介绍。首先是线性构件设计, 线性构件主要用于对轴向的拉力或者是压力进行一定的承载, 其并不能作为一种单独的承载构件来进行独立的使用, 因此在设计线性构件组成框架一支撑体系、框架一剪力墙体系的基本构件。其次是平面构件设计, 平面构件横截面片状构件的宽度以及厚度都比较大, 所以其主要应用于建筑物楼板以及墙体的建设当中, 其在水平方向的承载力和刚度都相对比较小,

所以设计平面构件组成框架一剪力墙体系、框架一核心筒体系的基本构件。再次是空间构件设计, 空间构件横截面的尺寸相对比较大, 但是构件壁却比较薄, 所以其往往被应用于高层建筑结构中的竖向筒体或者是巨型柱当中, 这种构件在处于水平位置的时候, 其承载力的侧移功能比较小, 因此其设计主要为框筒体系、支撑框筒体系、筒中筒体系、大型支撑筒体系、束筒体系及巨型结构体系中的基本构件。

2.3、防火设计

在对高层建筑钢结构进行设计的时候, 相关的设计人员务必要严格按照相关的标准与要求来进行设计, 当然还应该充分结合施工场地的具体情况。对于建筑物与建筑物之间的距离应该进行精确的计算, 而且对高层建筑防火系统的设计还应该充分结合施工现场的地形特征。除此之外, 对于防火设计还应该尤其要注意对于发生火灾时人员疏散通道的设计。一般情况下, 对于安全通道的设计要符合垂直结构设计的相关要求, 疏散通道应该尽量增多以确保危险来临时人员的及时疏散, 而且在通道中还应该设有防烟区域以更好地确保人员在疏散的过程中发生烟雾熏呛而造成人员的伤亡。

2.4、抗震性能设计

高层建筑钢结构的设计一定要使每个位置的刚度都能确保均匀及对称性, 这样便可以在进行地震应力计算工作更加容易也更方便进行处理。由此不难看出, 在进行高层建筑结构设计的时候, 需要尽可能地将建筑刚度的中心点与地震力作用力的中心点同时进行设计, 通常情况下, 偏心距离要小于与外力作用线垂直建筑物边长的5%。如果高层建筑没有较好的抗震效果, 一旦有地震发生就会造成非常大的伤亡与损失。为了避免发生灾难, 我们必须要做好对高层建筑抗震性能的设计。

2.5、结构节点设计

节点的设计工作也是高层建筑钢结构设计工作中的一项非常重要的内容, 其甚至直接决定着建筑物的最终使用性能。对节点的设计有很多类型, 不同的类型会对建筑钢结构产生不同的影响。在对钢结构节点进行设计的时候应该注意对其焊接、梁腹板、栓接以及连接板等内容的设计。

总而言之, 高层建筑对于钢结构的合理运用可以有效提升建筑物的抗震性能, 当然在具体的实际应用当中, 还应该充分结合具体的实际情况来进行最为科学合理的设计, 从而更好地满足高层建筑工程建设的要求。

摘要：随着社会经济的不断发展, 城市化进程的不断加快, 城市人口越来越多, 而可利用的土地却越来越少。在这样的背景之下, 高层建筑也就应用而生了。高层建筑的钢结构设计对于整个高层建筑的质量都有着至关重要的影响, 其因为具有较好的承载力以及较强的抗震能力, 所以被广泛应用于高层建筑的建设当中。鉴于此, 本文对高层建筑钢结构设计的特点、原则以及设计要点进行了分析, 以期为我国高层建筑的建设提供一定的帮助。

关键词：高层建筑,钢结构,设计