2、高層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展概況
高層鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)體系可由某一類體系單獨(dú)構(gòu)成或多個(gè)體系按不同比例組合而成，發(fā)展至今最常見的主要有以下三類結(jié)構(gòu)體系：
2.1框筒結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)主要由中央核心筒與周邊框架柱構(gòu)成，采用在筒體與周邊鋼柱以及框架梁間設(shè)置鋼梁用于支撐樓板，核心筒一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如上海二十一世紀(jì)中心大廈（50層）。當(dāng)層高較高或建筑結(jié)構(gòu)較高時(shí)，核心筒以及鋼柱采用鋼-混凝土組合的勁性結(jié)構(gòu)。
該體系的抗側(cè)向位移剛度來源于核心筒與周邊鋼柱組成的承載體系，當(dāng)出現(xiàn)剛度不夠的情況，通常在設(shè)備層或避難層加設(shè)連接筒體與外框的外伸剛架作為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)體系。
2.2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系
為增加結(jié)構(gòu)剛度，避免建筑產(chǎn)生過大的側(cè)向位移。通常在框架結(jié)構(gòu)中根據(jù)需要布置一定數(shù)量的剪力墻，剪力墻的類型包括以下三種：鋼筋混凝土剪力墻、鋼筋混凝土帶縫剪力墻和鋼板剪力墻等。該結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用廣泛，如：上海盛大國(guó)際金融中心（40層）、鉆石大廈（14層）等工程采用該結(jié)構(gòu)形式。
其中，鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)中，鋼板厚度為8-10mm，通過利用鋼板與鋼框架組合形成剛性構(gòu)件的方式承載側(cè)向力，鋼板剪力墻由于其自重輕，占用空間小等優(yōu)點(diǎn)也得到了越來越多的應(yīng)用。
2.3鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系
該體系是在框架結(jié)構(gòu)中布置支撐桁架結(jié)構(gòu)，通過框架與支撐結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，使豎向支撐桁架起到剪力墻的作用，承擔(dān)大部分的水平剪力。
該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于如遇罕見地震導(dǎo)致支撐系統(tǒng)破壞時(shí)，可由框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)水平力，增加了結(jié)構(gòu)使用的可靠性。該結(jié)構(gòu)體系在上海平安金融大廈（34層）等工程中得到了采用。
（1）高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下六個(gè)比值：1.軸壓比：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性。2.剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性。3.剛度比：主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。4.位移比：主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。5.周期比：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。6.剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆。
（2）風(fēng)荷載與地震荷載組成的結(jié)構(gòu)水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素，結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移一般采用彈性方法計(jì)算，對(duì)于有抗震設(shè)防要求的結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行地震作用下的彈性階段計(jì)算外，還應(yīng)驗(yàn)算可能進(jìn)入的彈塑階段狀態(tài)。風(fēng)振驗(yàn)算時(shí)對(duì)于建筑主體結(jié)構(gòu)部分頂部有小型突出建筑時(shí)，應(yīng)計(jì)入鞭梢效應(yīng)，特別是對(duì)于頂部有桅桿類的結(jié)構(gòu)的應(yīng)著重分析。
（3）高層建筑鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算內(nèi)容確定，一般可采用平面抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)空間協(xié)同計(jì)算模型。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則，質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻時(shí)可采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；當(dāng)結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則，無法劃分為平面抗側(cè)力單元時(shí)，考慮采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。
（4）高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮建筑場(chǎng)地的地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)的類型，確保建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求。還應(yīng)注意與相鄰建筑的相互影響，尤其是周邊高層建筑影響，宜采用筏形基礎(chǔ)，必要時(shí)可采用箱形基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形要求時(shí)，也可采用交叉梁基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ)形式；當(dāng)?shù)鼗休d力或變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用樁基或復(fù)合地基。
4、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展歷程
中國(guó)國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)技術(shù)水平隨著國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展而取得了飛速進(jìn)步。在不斷吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)后，自八十年代至今，經(jīng)歷了由最初依靠人工制圖、CAD輔助繪圖發(fā)展到現(xiàn)今主要以包括structurecad、XSTEEL等高效集成建模軟件制圖的發(fā)展階段，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)內(nèi)容也由最初單純的鋼構(gòu)件詳圖繪制發(fā)展到為制作加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝提供全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持服務(wù)。目前，業(yè)內(nèi)最為先進(jìn)的XSTEEL軟件已能完成包括鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算、構(gòu)件與零件詳圖以及鋼板放樣下料等在內(nèi)的從設(shè)計(jì)到施工環(huán)節(jié)的一系列重要工作，極大的簡(jiǎn)化了鋼結(jié)構(gòu)施工流程。
5、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)
5.1滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖
鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)應(yīng)以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，并針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)（工程采用的鋼材材質(zhì)、連接件和焊材要求、摩擦面抗滑移系數(shù)和焊縫等級(jí)以及油漆涂裝和防火要求）進(jìn)行更為詳盡的闡述與說明。對(duì)結(jié)構(gòu)圖中簡(jiǎn)化表述的各類鋼構(gòu)件精確的進(jìn)行空間定位以及尺寸計(jì)算，各類構(gòu)件尺寸造型以及連接形式必須以符合設(shè)計(jì)圖紙的要求為基本原則。當(dāng)出現(xiàn)無法滿足結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的情況后，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通，以便進(jìn)行調(diào)整或優(yōu)化。最終出具的深化設(shè)計(jì)圖紙必須由設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后方可實(shí)施制作與安裝施工。
5.2符合工藝工法要求，簡(jiǎn)化施工流程
鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)的合理與否都將經(jīng)歷由制作到現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的各個(gè)環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)，不能滿足施工工藝、工法的深化設(shè)計(jì)都是失敗的。深化設(shè)計(jì)必須考慮包括如構(gòu)件分段分節(jié)必須滿足運(yùn)輸和起重設(shè)備要求以及安裝環(huán)節(jié)構(gòu)件吊裝校正措施等等一系列問題。
同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意細(xì)節(jié)處理，如勁性構(gòu)件表面的油漆涂裝區(qū)域標(biāo)注，鋼構(gòu)件軸線標(biāo)高定位示意圖等。由于從事鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝一線作業(yè)工人一般不會(huì)深入研究結(jié)構(gòu)圖紙，因此，鋼結(jié)構(gòu)深化圖紙更應(yīng)該針對(duì)各個(gè)易出問題的工序進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，確保在施工中不出現(xiàn)遺漏與錯(cuò)誤。如對(duì)勁性構(gòu)件表面的油漆涂裝區(qū)域進(jìn)行明確標(biāo)注，避免出現(xiàn)勁性構(gòu)件表面出現(xiàn)誤涂的情況；在深化圖紙中明確構(gòu)件軸線標(biāo)高定位數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)構(gòu)件安裝反向的失誤；針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)角度不易測(cè)量的問題，增設(shè)接頭間距標(biāo)注以便于測(cè)量復(fù)核。
5.3提出合理化建議，縮短施工周期、降低施工風(fēng)險(xiǎn)
目前，各類高層鋼結(jié)構(gòu)工程施工普遍存在異種鋼材采購(gòu)、構(gòu)件制作周期長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝風(fēng)險(xiǎn)大等不利因素。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)同時(shí)，應(yīng)積極思考各個(gè)施工環(huán)節(jié)的特點(diǎn)與難點(diǎn)，從整個(gè)項(xiàng)目管理的角度出發(fā)，提出合理的建議以優(yōu)化整個(gè)項(xiàng)目施工流程。如在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下提議將原結(jié)構(gòu)圖紙中的焊接H型鋼材替換為熱軋H型鋼材，以便縮短工廠制作周期；當(dāng)采購(gòu)環(huán)節(jié)受阻時(shí)，考慮將原設(shè)計(jì)厚板以高強(qiáng)度的薄板替代，避免影響工程進(jìn)度；提議在結(jié)構(gòu)鋼梁上開設(shè)吊裝孔或焊接吊裝耳板以增強(qiáng)施工安全性等。
5.4全盤考慮各個(gè)專業(yè)施工，提前預(yù)見設(shè)計(jì)問題
對(duì)于單位工程而言，鋼結(jié)構(gòu)工程在只是其眾多專業(yè)工程之一，無可避免的存在與其他專業(yè)施工交叉的問題，深化設(shè)計(jì)期間應(yīng)全面分析考慮各類問題，并提出合理的解決方案。如遇勁性結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋沖突時(shí)，可調(diào)整鋼筋位置或在勁性鋼結(jié)構(gòu)開洞處理，鋼結(jié)構(gòu)梁與混凝土墻面預(yù)埋件采用連接板連接時(shí)，應(yīng)考慮混凝土施工誤差，預(yù)留連接板調(diào)整長(zhǎng)度。
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