鋼結構設計論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇鋼結構設計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

一。設計方面

1.屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年，但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2.《鋼結構設計規范》規定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數0.6.門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規定，遇到超載情況，就要出安全問題。設計時可適當提高至0.5kN/m2.現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。

2.屋脊垂度要控制

框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，可能不包括屋脊點垂度。現在應該是計算的。一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現斜坡，使屋面變形。本人有此想法，剛架側移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。

3.鋼柱換砼柱

少數設計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。有些設計，在門式剛架設計好之后，又根據業主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構件內力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關。

4.檁條計算不安全

檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規范》（GB50018－2002）中講的，有的設計人員恐怕還不了解，甚至有些設計軟件也未考慮。但是，設計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮。再有，設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應力將高于計算值。《規范》4.1.8、9條規定：“結構構件的受拉強度應按凈截面計算；受壓強度應按有效截面計算；穩定性應按有效截面計算。變形和各種穩定系數均可按毛截面計算”。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。國外是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。二。施工方面

1.柱子拔出

有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。

2.沒有柱間支撐

這種情況最近較多，這樣肯定不行。目前沒有任何一本規范允許不設支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。

3.端板合不上

端板連接是結構的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。

4.錨栓不鉛直

框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實。

5.保溫材吸水超重

篇2

1、引言

穩定性是鋼結構的一個突出問題。在各種類型的鋼結構中，都會遇到穩定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應有的損失。現代工程史上不乏因失穩而造成的鋼結構事故，其中影響最大的是1907年加拿大魁北克一座大橋在施工中破壞，9000噸鋼結構全部墜入河中，橋上施工的人員75人遇難。破壞是由于懸臂的受壓下弦失穩造成的。而美國哈特福特城的體育館網架結構，平面92m×110m,突然于1978年破壞而落地，破壞起因可能是壓桿屈曲。以及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有關[1]。在我國1988年也曾發生l3.2×l7.99m網架因腹桿穩定位不足而在施工過程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結構中的穩定問題是鋼結構設計中以待解決的主要問題，一旦出現了鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結構設計中，一定要把握好這一關。目前，鋼結構中出現過的失穩事故都是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定性能不夠清楚，對如何保證結構穩定缺少明確概念，造成一般性結構設計中不應有的薄弱環節。另一方面是由于新型結構的出現，如空間網架，網殼結構等，設計者對其如何設計還沒有完全的了解。本文針對這些問題提出了在設計中應該明確在鋼結構穩定設計中的一些基本概念，以及對新型鋼結構穩定性研究應該了解的一些問題并且應該懂得如何解決這些問題。只有這樣我們在設計中才能更好處理鋼結構穩定問題。

2、鋼結構穩定設計的基本概念

2.1強度與穩定的區別[2]

強度問題是指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起地最大應力（或內力）是否超過建筑材料的極限強度，因此是一個應力問題。極限強度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強度，對鋼材則常取它的屈服點。穩定問題則與強度問題不同，它主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態，即變形開始急劇增長的狀態，從而設法避免進入該狀態，因此，它是一個變形問題。如軸壓柱，由于失穩，側向撓度使柱中增加數量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然，軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。

2.2鋼結構失穩的分類[1]

(1)第一類穩定問題或者具有平衡分岔的穩定問題（也叫分支點失穩）。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。

(2)第二類穩定問題或無平衡分岔的穩定問題（也叫極值點失穩）。由建筑鋼材做成的偏心受壓構件，在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力，屬于這一類。

(3)躍越失穩是一種不同于以上兩種類型，它既無平衡分岔點，又無極值點，它是在喪失穩定平衡之后跳躍到另一個穩定平衡狀態。

區分結構失穩類型的性質十分重要，這樣才有可能正確估量結構的穩定承載力。隨著穩定問題研究的逐步深入，上述分類看起來已經不夠了。設計為軸心受壓的構件，實際上總不免有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。因此，我們要真正掌握這種構件的性能，就必須了解缺陷對它的影響，其他構件也都有個缺陷影響問題。另一方面就是深入對構件屈曲后性能的研究。

2.3鋼結構設計的原則

根據穩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定設計中構件不會喪失穩定。

(1)結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求

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，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。

由平面桁架組成的塔架，基于同樣原因，需要注意桿件的穩定和橫隔設置之間的關系。

(2)結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩定計算十分重要[3]。

目前任設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩定分折而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時，計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。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。GBJl7—88規范對單層或多層框架給出的計算長度系數采用了五條基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同時喪失穩定的，即各柱同時達到其臨界荷載”。按照這條假定，框架各柱的穩定參數桿件穩定計算的常用方法，往往是依據一定的簡化假設或者典型情況得出的，設計者必須確知所設計的結構符合這些假設時才能正確應用。在實際工程中，框架計算簡圖和實用方法所依據的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規范的系數計算，都會導致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設和具體計算對象應該相一致。

(3)設計結構的細部構造和構件的穩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點連接，應分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節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，以符合穩定分析所采取的邊界條件。

2.4鋼結構穩定設計特點

（1）失穩和整體剛度:現行規范通用的軸心壓桿的穩定計算法是臨界壓力求解法和折減系數法。

（2）穩定性整體分析：桿件能否保持穩定牽涉到結構的整體。穩定分析必須從整體著眼。

（3）穩定計算的其它特點：在彈性穩定計算中，除了需要考慮結構的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視，首先要做的就是二階分析，這種分析對柔性構件尤為重要，這是因為柔性構件的大變形量對結構內力產生了不能忽視的影響，其次，普遍用于應力問題的迭加原理[4]．在彈性穩定計算中不能應用。這是因為迭加原理的應用應以滿足以下條件為前提：

1）材料服從虎克定律變成正比；

2）結構的變形很小。

而彈性穩定計算一般均不能滿足第2）個條件，非彈性穩定計算則兩個前提都不符合。

了解了一些在鋼結構設計中應該明確的一些基本概念，有助于我們在設計中更好地處理穩定方面的問題，隨著新型鋼結構體系地不斷發展，我們對穩定問題的研究要求也不斷地提高，之所以在設計中出現結構失穩問題，另一個重要原因就是我們對新型結構穩定知之甚少，也就是目前鋼結構穩定研究中存在的問題。

3、鋼結構穩定性研究中存在的問題

鋼結構體系穩定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題[5]：

(1)目前在網殼結構穩定性的研究中，梁-柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁-柱單元是否能真實反映網殼結構的受力狀態還很難說，雖然有學者對梁-柱單元進行過修正[3]。主要問題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應。

(2)在大跨度結構設計中整體穩定與局部穩定的相互關系也是一個值得探討的問題，目前大跨度結構設計中取一個統一的穩定安全系數，未反映整體穩定與局部穩定的關聯性。

(3)預張拉結構體系的穩定設計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體系來分析預張拉結構體系的穩定性。

(4)鋼結構體系的穩定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結構隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結構參數、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍，而在實際工程中，由于結構參數的不確定性，會引起結構響應的顯著差異。所以應著眼于考慮隨機參數的結構極值失穩、干擾型屈曲、跳躍型失穩問題的研究。

從上面可以看出，我們的鋼結構穩定理論還是不夠完善，我們在設計中一般都是把鋼結構看成是完善的結構體系，針對上述問題（4），我們可以看出在設計中我們沒有考慮一些隨機因素的影響。但是我們在考慮這些因素之前，應該弄清楚這些隨機因素的來源，一般情況下把影響鋼結構穩定性隨機因素分為三類：

(1)物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應力、初始變形等。

(2)統計的不確定性：在統計與穩定性有關的物理量和幾何量時，總是根據有限樣本來選擇概率密度分布函數,因此帶來一定的經驗性。這種不確定性稱為統計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

(3)模型的不確定性：為了對結構進行分析，所提的假設、數學模型、邊界條件以及目前技術水平難以在計算中反映的種種因素，所導致的理論值與實際承載力的差異，都歸結為模型的不確定性。

以上都是鋼結構穩定設計中存在的問題，只有我們進一步地深入研究這些穩定，鋼結構穩定理論將會進一步完善，如對于鋼結構穩定設計中涉及到隨機因素的影響，國外已經引入了鋼結構穩定的可靠度設計，這也表明了鋼結構穩定設計理論也在不斷的完善。

4、結束語

鋼結構穩定問題區別于強度問題。在實際設計中，設計人員應該明確知道結構構件的穩定性能，以免在設計過程中發生不必要的失穩損失。針對上述問題，本文提出了在設計過程中設計人員應該明確的一些基本概念；其次，隨著新型結構的出現，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構件的失穩,本文就這個問題闡述了新型結構現存的一些問題，并且針對一些問題論述了產生的原因。總之，只有深入了解這些問題，才會使得鋼結構穩定理論設計不斷地完善。

參考文獻

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理.科學出版社，2000.23-25.

[2]夏志斌,潘有昌結構穩定理論.高等教育出版社.1988.11-12.

[3]陳紹蕃.鋼結構穩定設計指南.中國建筑工業出版社，1995.

[4]朱步范,羅建華.鋼結構穩定性設計計算要點.新疆石油科技.l998年第3期(第8卷)－69－.

[5]盧家森,張其林.鋼結構穩定問題的可靠性研究評述同濟大學學報.

篇3

最為現代最重要的建筑材料，鋼是在19世紀被引入到建筑中的，鋼實質上是鐵和少量碳的合金，一直要通過費力的過程被制造，所以那時的鋼僅僅被用在一些特殊用途，例如制造劍刃。1856年貝塞麥煉鋼發發明以來，剛才能以低價大量獲得。剛最顯著的特點就是它的抗拉強度，也就是說，當作用在剛上的荷載小于其抗拉強度荷載時，剛不會失去它的強度，正如我們所看到的，而該荷載足以將其他材料都拉斷。新的合金又進一步加強了鋼的強度，與此同時，也消除了一些它的缺陷，比如疲勞破壞。

鋼作為建筑材料有很多優點。在結構中使用的鋼材成為低碳鋼。與鑄鐵相比，它更有彈性。除非達到彈性極限，一旦巴赫在曲調，它就會恢復原狀。即使荷載超出彈性和在很多，低碳鋼也只是屈服，而不會直接斷裂。然而鑄鐵雖然強度較高，卻非常脆，如果超負荷，就會沒有征兆的突然斷裂。鋼在拉力（拉伸）和壓力作用下同樣具有高強度這是鋼優于以前其他結構金屬以及砌磚工程、磚石結構、混凝土或木材等建筑材料的優點，這些材料雖然抗壓，但卻不抗拉。因此，鋼筋被用于制造鋼筋混凝土——混凝土抵抗壓力，鋼筋抵抗拉力。

在鋼筋框架建筑中，用來支撐樓板和墻的水平梁也是靠豎向鋼柱支撐，通常叫做支柱，除了最底層的樓板是靠地基支撐以外，整個結構的負荷都是通過支柱傳送到地基上。平屋面的構造方式和樓板相同，而坡屋頂是靠中空的鋼制個構架，又成為三角形桁架，或者鋼制斜掾支撐。

一座建筑物的鋼構架設計是從屋頂向下進行的。所有的荷載，不管是恒荷載還是活荷載（包括風荷載），都要按照連續水平面進行計算，直到每一根柱的荷載確定下來，并相應的對基礎進行設計。利用這些信息，結構設計師算出整個結構需要的鋼構件的規格、形狀，以及連接細節。對于屋頂桁架和格構梁，設計師利用“三角剖分”的方法，因為三角形是唯一的固有剛度的結構。因此，格構框架幾乎都是有一系列三角形組成。 鋼結構可以分成三大類：一是框架結構。其構件包括抗拉構件、梁構件、柱構件，以及壓彎構件；二是殼體結構。其中主要是軸向應力；三是懸掛結構。其中軸向拉應力是最主要的受力體系。

網架結構 這是剛結構最典型的一種。多層建筑通常包括梁和柱，一般是剛性連接或是簡單的通過沿著提供穩定性的斜向支撐方向在端部連接。盡管多層建筑是三維的，但通常某個方向即某一維度要比其他維度剛度更大，所以，其有理由被當做是一系列的平面框架。然而，如果一個框架中某一平面上的構建的特性可以影響其他平面的特性，這個框架就必須當做一個三維框架來考慮。

網殼結構 在這類結構中，殼體除了參與傳遞荷載外，還有其他實用功能。許多殼體結構中，框架結構也會與殼體一起組合使用。再強和平屋頂上“外殼”構件也和框架結構一起承擔壓力。

懸掛結構 在懸掛結構中，張拉索是主要的受力構件。屋面也可以有索支撐。這種形式的結構主要是吊橋。這種結構的子系統，是有框架結構組成，就像加勁桁架支撐索橋。由于這種張拉構建能夠最有效的承擔荷載，結構中的這種設計理念被越來越廣泛的應用。

很多不尋常的結構，是由框架、殼體以及懸掛結構的不同組合形式建造。

在美國，鋼結構的設計主要依據是美國鋼結構協會頒布的規范。這些規范是很多學者和一線工程師的經驗所得。這些研究成果被綜合處理成一套既安全又經濟的設計理念的設計程序。設計過程中數字計算機的出現促使更加精妙可行的設計規則產生。

規范包括一系列保證安全性的規則，盡管如此，設計者必須理解規則的適用性，否則，很可能導致荒謬的、非常不經濟的、有時甚至是不安全的設計結果。

建筑規則有時等同于規范。這些規則涉及所有有關安全性的方面，例如結構設計、建筑細節、防火、暖氣和空調、管路系統、衛生系統以及照明系統。

結構和結構構件必須具有足夠的強度、剛度、韌性，以在結構的使用中充分發揮其功能。設計必須提供足夠的強度儲備，以承當使用期間的荷載，也就是說，建筑物不需承擔可能的超負荷。改變某一結構原來的使用用途，或者由于在結構分析中采用了過度簡化的方法而低估了荷載作用，以及施工程序的變更會造成結構的超載。即使在允許范圍內，構建尺寸的偏差也可導致某個構件低于他所計算的強度。

不管采用哪些設計原理，結構設計必須提供足夠的安全性。必需預防超負荷和強度的不足情況。在過去的三十年里，如何保證設計安全性的研究一直在繼續。使用各種不同的概率方法來研究構件、連接件或者系統的失效可能性。

此外，由于結構鋼構件相當高的造價，與人工安裝費用相比，材料采購成本是巨大的。與其他總承包合同中所涉及的混凝土工程、砌筑工程以及土木工程不同，與人工安

裝費用相比，鋼構件的材料成本是相當大的。

隨著鋼結構建筑的發展，鋼結構住宅建筑技術也必將不斷的成熟，大量的適合鋼結構住宅的新材料也將不斷的涌現，同時，鋼結構行業建筑規范、建筑的標準也將隨之逐漸完善。相信不久的將來，鋼結構住宅必然會給住宅產業和建筑行業帶來一聲深層次的革命，鋼結構的應用前景廣闊！

英文翻譯：

Steel Structure

Steel in one form or another is now probably the most widely used material in the world for building construction. For the framings it has almost entirely replaced timber, except for rather special work, and it has superseded its immediate predecessors, cast iron and wrought iron, for pidges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, had been mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large

quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we have seen, tends to pull apart many materials. New alloys have further increased the strength of steel and eliminated some of its problems, such as fatigue.

Steel has great advantages for buildings. The steel normally used for structures is known as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without peaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously pittle and, if overloaded, will peak suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier structural metals and over other building materials such as pickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced

concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.

In steel-framed building, the horizontal girders which carry the floors and walls are

themselves supported on vertical steel posts,

Known as “stanchions” , which transfer the whole load of a building down to the

foundations, except for the lowest floor which rests on the ground itself. A flat roof is framed in the same way as a floor. A sloping roof is carried on open steel lattice frames called roof trusses or on steel sloping rafters.

The steel framework of a building is designed from the roof downwards, all the loading, both “dead” and “live” (including wind forces) , being calculated at successive levels until the total weight carried by each stanchion is determined and the foundations designed accordingly. Whih this information the structural designer calculated the sizes and shapes of the steel parts needed in the whole structure, as wall as details of all the connexions. For roof trusses and lattice girders, he uses the method of “triangulation” because a triangle is the only open frame which is inherently rigid. Therefore, lattice frameworks are nearly always built up from a series of triangles.

Steel structures may be divided into three general categories: (a) framed structures,

where elements may consist of tension member, columns, beams, and members under

combined bending and axial load; (b) shell-type structures, where axial stresses predominate; and (c) suspension-type structures, where axial tension predominates the principal support system.

Framed Structures Most typical building construction is in this category. The

multistory building usually consists of beams and columns, either rigidly connected or having simple end connections along with diagonal pacing to provide stability. Even though a multistory building is three-dimensional, it usually is designed to be much stiffer in one direction than the other; thus it may reasonably be treated as a series of plane frames.

However, if the framing is such that behavior of the members in one plane substantially influences the behavior in another plane, the frame must be treated as a three-dimensional

space frame.

Shell-Type Structures In this type of structure the shell serves a use function in

addition to participation in carrying loads. On many shell-type structure, a framed structure may be used in conjunction with the shell. On walls and flat roofs the “skin” elements may be in compression while they act together with a framework.

Suspension-Type Structure In the suspension-type structure tension cables are major supporting elements. A roof may be cable-supported. Probably the most common structure of this type is the suspension pidge. Usually a suspension pidge. Since the tension element is the most efficient way of carrying load, structures utilizing this concept are increasingly being used.

Many unusual structure utilizing various combinations of framed, shell-type, and

suspension-type structure have been built.

Structural steel design of buildings in the USA is principally is principally based on the specifications of the American Institute of Steel Construction (AISC), The AISC

Specifications are the result of the combined judgment of researchers and practicing engineers. The research efforts have been synthesized into practical design procedures to provide a safe, economical structure. The advent of the digital computer in design practice has made feasible more elaborate design rules.

A lot of unusual structure, is made up of frame, shell and different combination forms of hanging structure.

In the United States, the design of steel structure is mainly on the basis of regulations

promulgated by the American association of steel structure. These specifications are a lot of scholars and a line engineer experience. The results of this study was comprehensive

processing into a set of safe and economic design idea of design program. The design process of the digital computer prompted a more sophisticated feasible design rules.

Specification includes a series of security rules, in spite of this, the designer must

understand the applicability of the rules, otherwise, is likely to lead to absurd, very

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

Building rules sometimes equated with specification. These regulations cover all aspects relating to the safety, such as structure design, architectural details, fire protection, heating and air-conditioning, piping system, health systems, and lighting systems.

Structure and structural components must have sufficient strength, stiffness, toughness, in order to give full play to its functions in the use of the structure. Reserves of design must

provide sufficient strength to bear the load during use, that is to say, the buildings do not need to bear the possible overload. Change a structure of the original purpose, or because of excessive simplified method was adopted in the structural analysis and underestimated the load, as well as the construction process of change will cause the overload of the structure. Even within the scope of the permit, building size of the deviation can also lead to a

component is lower than the strength he calculates.

No matter what design principle, structure design must provide adequate security. The lack of necessary to prevent overload and intensity. Over the past 30 years, the research of how to ensure the safety design has continued. Use a variety of different probability method to study the components, fittings or system failure probability.

In addition, due to structural steel components are very high cost, compared with the cost of installation of artificial, material procurement cost is huge. With other involved in the general contract of building project and civil engineering, concrete engineering, compared with the manual installation cost, material cost of steel components are considerable.

With the development of steel structure, steel structure residential construction

篇4

1.1材料的強度高，塑性和韌性好鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構件和結構。鋼材還具有塑性和韌性好的特點。塑性好，結構在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結構對動力荷載的適應性強。良好的吸能能力和延性還使鋼結構具有優越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強度高，做成的構件截面小而壁薄，受壓時需要滿足穩定的要求，強度有時不能充分發揮。

1.2材質均勻，與力學計算的假定比較符合鋼材內部組織比較接近于勻質和各向同性，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質量可以得到嚴格控制，材質波動的范圍小。

1.3鋼結構制造簡便，施工周期短鋼結構所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，并能使用機械操作，因此，大量的鋼結構一般在專業化的金屬結構廠做成構件，精確度較高。構件在工地拼裝，可以采用安設簡便的普通螺栓和高強度螺栓，有時還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對已建成的鋼結構也比較容易進行改建和加固，用螺栓連接的結構還可以根據需要進行拆遷。

1.4鋼結構的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結構卻比鋼筋混凝土結構輕，原因是鋼材的強度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過鋼筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對于需要遠距離運輸的結構，如建造在交通不便的山區和邊遠地區的工程，重量輕也是一個重要的有利條件。

當然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對結構進行防護時費用比鋼筋混凝土結構高。不過在沒有侵蝕性介質的一般廠房中，構件經過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題也并不嚴重。近年來出現的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經逐步推廣應用，并取得了良好的效果。鋼材長期經受100℃輻射熱時，強度沒有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達150℃以上時，就須用隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴涂層或石膏板等加以防護。

2鋼結構住宅的特點

鋼結構住宅與傳統結構相比，在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優勢，主要體現在以下方面。

2.1設計制造周期短，設計生產一體化現代結構設計借助于計算機和專業化結構分析軟件，使得設計周期大大縮短，設計中的修改和調整非常方便。同時，由于鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點，可以將前期設計和現業的生產手段相結合，通過網絡計算機和數控機床結合，使設計人員在工作室中完成設計后，即由工廠的生產線完成產品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項目建設周期。

2.2能夠合理布置功能區間在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無豎向結構的空間，這樣，可以根據需求進行靈活隔斷，使室內布置呈多樣化。傳統住宅由于所用材料的性質，限制了空間布置的自由。

2.3承載強度高，抗震性能優越相同的荷載，鋼結構截面最小，相同的截面，鋼結構承載力最大。在抗震設防區，鋼筋砼結構有許多不足之處，而鋼結構重量輕，六層輕鋼住宅的重量僅相當于四層磚混結構的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結構安全度高。

2.4施工方面優勢突出現澆砼需要連續施工，在我國北方地區受到施工季節的影響。鋼結構的大部分構件在工廠生產，運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝，可全天候作業。施工現場作業量小，減少了施工臨時用地，與傳統建筑材料相比，對周圍環境污染小，提高了施工的機械化水平。

2.5綜合造價低鋼結構承載力高，可以實現結構的大開間布置，構件截面小，與砼結構和磚混結構相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎型式。由于基礎在工程造價中占有比重比較大，上部結構重量輕可以降低基礎的造價，從而減少整個項目的投資。鋼結構施工機械化高的特點，從另一方面減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。

3鋼結構住宅的設計思路

3.1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。

3.2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范未規定的問題，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。

3.3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，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。

柱截面按長細比預估，通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。

3.4結構分析目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P-Δ，p-δ。

新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結構提供了條件。

3.5構件設計構件的設計首先是材料的選擇。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理。經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。構件設計中，現行規范使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法并不匹配，當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。

3.6節點設計連接節點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定，常常出現的一種情況是，最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免.按傳力特性不同，節點分剛接，鉸接和半剛接。

3.7圖紙編制鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。

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Abstract: this article is the author of the work experience in recent years, mainly discusses the design of the steel structure in the choice of the form of structure, section design, the support design, node design problems, and put forward some reference and Suggestions.

Keywords: steel structure design; Problem; suggest

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

近幾年隨著建筑物越來越向著大跨度、大空間方向發展，傳統的鋼筋混凝土結構已不能完全滿足建筑結構的多樣化，鋼結構彌補了混凝土結構的種種不足之處，且受到廣泛的重視。與混凝土結構相比，鋼結構一般具有如下的特點:

1) 結構構件自重輕。鋼結構與鋼筋混凝土結構相比要30% ～ 50% ，結構構件自重輕，因此相應的基礎、地基處理費用也較低。此外，在相同地震烈度下結構的地震反應較小。2) 結構布置靈活。鋼材結構組織均勻，而且強度、彈性模量高，可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便。如單層工業廠房，傳統鋼筋混凝土結構形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為 6 m，而鋼結構的圍護體系可采用金屬壓型板，所以柱網不受模數限制，柱距大小主要根據使用要求和經濟合理的原則考慮。3) 施工周期短。鋼結構的主要構件和配件多為工廠制作，易于保證質量，除基礎施工外，基本沒有濕作業; 構件之間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速，施工周期短。4) 經濟效益高。鋼結構構件采用先進自動化設備制造，運輸方便，因此工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。5) 由于鋼材本身的材質問題，鋼結構耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著一些缺陷。6) 構件及結構的穩定性是鋼結構的突出問題。鋼結構的構件截面相對較小，造成了結構容易失穩。因此我們在鋼結構設計和施工時，應采取相應的提高穩定的措施。

1 結構布置

鋼結構的結構體系包括框架結構、框架—支撐結構、筒體結構、平面桁架結構、網架( 殼) 結構、索膜結構、輕鋼結構、塔桅結構等。選擇結構體系時，應考慮它們不同的特點，如在輕型鋼結構工業廠房中，當有較大懸掛荷載時，可考慮放棄門式剛架結構而采用網架結構; 建筑設計允許的情況下，可在框架中布置支撐來提高結構剛度，一般能取得比簡單的剛性連接節點框架更好的經濟性; 對屋面覆蓋跨度較大的建筑，可選擇懸索或索膜結構體系，其構件以受拉為主; 高層鋼結構設計中，常采用鋼—混凝土組合結構，來彌補鋼結構本身的缺陷，提高結構性能。

結構的布置應根據結構體系的特征、建筑物荷載分布的情況及性質等因素綜合考慮。一般說來，結構布置應剛度均勻，力學模型清晰，使荷載以最直接的路徑傳遞到基礎。此外，結構布置應根據具體情況靈活多變。如框架結構中次梁的布置，一般為減小截面而沿短向布置次梁，但會使主梁截面加大，因此減小了樓層凈高。為避免這一問題，可根據需要調整其荷載傳遞方向，以滿足不同的設計要求。應特別注意的是結構的抗側應有多道防線，如有框架—支撐結構體系，框架柱至少應能單獨承受 1/4 的總側向荷載。

2 截面設計

構件截面設計是否合理直接關系到結構的安全性，工程的造價及施工是否方便。結構形式確定后，可根據經驗對構件截面作初步估算。主要包括梁、柱和支撐等構件截面形狀與尺寸的假設，一般鋼梁可選擇槽鋼、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我國現行鋼結構規范限值確定，盡量回避鋼梁整體穩定的計算。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造來初步確定。柱截面根據長細比來估計，通常 50≤λ≤80，然后考慮不同的受力情況，選擇鋼管或 H 型鋼等截面形式。

在進行鋼結構設計時，應在確保結構安全，滿足使用要求的前提下，使結構用鋼量最省、造價最低。因此，如何選擇合理截面的桿件，使其在滿足強度、剛度、穩定性等要求的前提下，用鋼量最小就是優化設計的最終目標。

在進行截面優化時，必須綜合考慮以下幾點: 1) 構件強度、穩定驗算。截面尺寸的優化必須滿足強度、穩定性的要求，從而滿足結構設計的安全性要求。2) 剛度要求。截面尺寸在優化時，結構的整體剛度必須滿足有關規范規定的變形控制要求，即橫梁的最大撓度、柱頂的最大水平位移、吊車軌頂處柱的最大水平位移必須滿足有關規范規定的變形限值。3) 構造要求。優化截面尺寸必須滿足有關規范的構造要求及使用要求。如柱翼緣的寬厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必須滿足有關規定。4) 制作、安裝控制條件。優化構件截面尺寸必須滿足常規的制作、安裝要求。

3 支撐設計

在鋼結構中通常利用支撐提高結構或構件的穩定性。合理布置支撐體系可有效優化主要承重構件內力分布情況，可有效改善整體剛度分布，加強結構薄弱環節，使結構整體共同抵御水平荷載，尤其是地震作用。支撐體系的設計一般遵從以下原則:

1) 明確、合理地傳遞縱向荷載。2) 保證結構體系平面外的穩定，對結構和構件的整體穩定提供側向支點。3) 結構安裝方便。4) 滿足必要的強度、剛度要求，具有可靠的連接。

柱間支撐通常采用十字交叉式。在柱間有運輸、通行域、放置設備等要求時，可采用門架式柱間支撐和單斜式柱間支撐。此外，還有人字形、K 形、L 形等支撐形式，對于常用的支撐體系，在相同用鋼量下，十字支撐體系和人字支撐體系對提高結構側向剛度的作用相對顯著。

4 節點設計

連接節點的設計是整個設計過程中極其重要的環節，節點設計得當與否，對保證結構的整體性、可靠度以及建設周期和成本有著直接影響。在進行結構設計時，在結構分析過程中就應該想好用哪種節點形式，根據結構構件的選用，傳力特性不同判斷是選用剛節點、鉸節點還是半剛節點。

對于焊接節點，焊縫的尺寸及形式應符合我國現行規范的有關規定。如焊條的選用應和被連接金屬材質強度相適應，E43 對應 Q235，E50 對應 Q345。此外，焊接設計中應考慮焊縫的重心盡量與被連接構件重心接近。對于栓接節點，普通螺栓由于其抗剪性能差，只能在結構次要部位使用。高強螺栓的使用相對廣泛，常用 S8． 8 和 S10． 9 兩個強度等級，高強螺栓連接根據受力特點分承壓型和摩擦型兩種連接，在設計時應注意兩者計算方法的差別。連接板可簡單取其厚度為梁腹板厚度加 4 mm，然后按我國現行規范進行相應驗算。

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失穩和屈曲的概念

Bazant [14]、Farshad [15]、Huseyin [16]等引述和討論了穩定和屈曲的定義，他們從不同的角度和范圍描述了失穩現象，并指出屈曲是眾多失穩現象中的一個模式，屈曲是發生在結構中的一種失穩。文獻[14]-[18]討論了結構產生屈曲的原因，可以定義結構的屈曲為處于高位能的結構由平衡臨界狀態隨著能量的釋放向處于低位能的結構平衡臨界狀態轉移的過程，發生平衡轉移的那個瞬間狀態，就是臨界狀態。這也是目前比較廣泛被接受的解釋[19]。具體地講有三種：

1) 、從能量的角度來說，結構失穩就是儲存在結構中的應變能形式發生轉換。

2) 、從力學要素的性質方面來說，失穩是結構中承載的主要力學要素的性質發生了變化。

3) 、從變形角度來說，失穩在實際上也可以被認為是一種從彈性變形到幾何變形的變形轉移。

鋼結構構件以軸壓、壓彎構件居多，如上所述，其核心問題是穩定問題。就單個鋼結構構件而言，影響穩定的主要因素有殘余應力的分布、初始缺陷、截面形狀、幾何尺寸、材料強度和構件的長度等。【2】張志剛。而近年來，采用新技術設計和建造的大型復雜空間鋼結構形式（如網殼結構、拱、弦支穹頂結構等）越來越多，通常這類結構整體上或某些較大區域內承受很大的壓力作用，也即某些構件承受很大軸向壓力，使得這類結構容易引發整體失穩或某區域內的局部失穩現象。大型復雜結構 的這一力學特征顯著不同于傳統的小跨度或小規模簡單結構，因而，在設計這類結構時，除按常規設計規范驗算結構構件的強度及穩定性，結構的剛度外，設計者還要驗算結構的整體穩定性。【3】整體結構穩定

在現階段的鋼結構設計中，常以計算長度系數法來進行整體結構的整體穩定性分析。以鋼框架為例【3】P94

目前大部分工程師在設計鋼框架結構承載力時，常分兩步進行。第一步進行結構分析，通過一階彈性分析確定構件在各種外荷載與作用組合工況下的內力效應；第二步進行構件設計，首先查得采用彈性近似分析法確定的構件計算長度系數，然后按現行《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）的計算公式求得構件的承載力。如果所有構件的承載力大于外荷載產生的效應，則認為結構體系整體和構件均滿足承載力要求。 這種設計方法以通過計算長度系數把構件承載力驗算和結構整體穩定承載力驗算聯系起來，被稱為計算長度系數法。

對于一些大跨空間結構桿件的計算長度系數取值，規范缺乏詳細的規定，沒有提出明確的計算方法。針對實際工程設計時，桿件計算長度系數的取值往往無據可依。為了設計方便，

工程上常通過反推的方法來確定計算長度系數。方法有兩種

1） 反推法

為了鋼結構設計應用上的方便，可以把各種約束條件的構件屈服荷載Pcr 值換算成相當于兩端鉸接的軸心受壓構件屈曲荷載的形式，其方法是把端部有約束的構件用等效長度為l0

22P =πEI /l cr 0的構件來代替，這樣。等效長度通常稱為計算長度，而計算長度l0與構件

實際的幾何長度之間的關系l 0=μl ，這里的系數μ稱為計算長度系數。對于均勻受壓的等截面直桿，此系數取決于構件兩端的約束。這樣一來，具有各種約束條件的軸心受壓構件的屈曲荷載轉化為歐拉荷載的通式是：

π2EI P cr =(μl ) 2

構件截面的平均應力稱為屈曲應力：

P cr π2EI π2E σcr ===2A (μl /i ) 2λ

式中A 為面積，λ為長細比，λ=μl i ；而i

為回轉半徑，i =關。計算長度系數的理論值可寫作：

μ=

其中PE 為歐拉荷載，即兩端鉸接的軸心受壓構件的屈曲荷載。

對兩端固接

自由=μ= 0.5，兩端鉸接μ= 1.0，一端固接，一端鉸接μ= 0.7，一端固接，一端μ= 2.0。

2） 反彎點法

通過對整體結構進行屈曲分析，可以得到結構及桿件發生屈曲時彎矩圖或變形曲線圖。彎矩圖和變形曲線圖均可以反映出桿件反彎點之間的距離l0。因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當。L0可以代表該桿件的計算長度。根據不同的約束條件，反彎點可能落在桿件的實際長度范圍之內，也可能在其延伸線上。由于約束條件是多種多樣的，有時很難在變形曲線上表示出反彎點之間的距離。反彎點法主要包括以下3個步驟：

1） 由屈曲分析得到結構及桿件的屈曲模態；

2） 提取桿件屈曲模態對應的彎矩圖或變形曲線中變形位移曲線；

3） A ） 確定彎矩圖中反彎點的位置，從而得出桿件的計算長度及計算長度系數；

4） B) 根據圖（）中桿件發生屈曲時的變形曲線，可以根據桿件已有的變形擬合出此桿

件在理想鉸接狀態下的變形曲線。對比兩個曲線圖，確定桿件變形曲線的拐點（即反彎點）位置，從面可以得出桿件的計算長度及計算長度系數。

計算長度系數的推導方法：

計算長度系數的推導

圖4-1 無側移剛接框架柱的計算簡圖

圖4-1給出的是無側移多層鋼框架的子結構，利用受彎構件和壓彎構件的轉角位移方程，代入θE =θF =-θB ，θG =θH =-θA ，且θC =-θB ，θD =-θA 建立與節點A 有關的梁端與柱端力矩：

M AG =M AH =

M AB =M AC EI b 22θA (4-1) l EI =c (C θA +S θB ) (4-2) h

其中，C 、S 根據無側移彈性壓彎構件轉角位移方程確定：

kl sin(kl ) -(kl ) 2cos(kl ) (kl ) 2-kl sin(kl ) ，S =，k =C =2-2cos(kl ) -kl sin(kl ) 2-2cos(kl ) -

kl sin(kl ) =π根據節點平衡條件：

可得：

EI ?EI ?EI 2 2b 2+C c ?θA +2S c θB =0l h ?h ? M AB +M AC +M AG +M AH =0

或 (2K 2+C )θA +S θB =0

(4-3)

式中：

K 2=I b 2/l I c /h

同時，可求出節點B 的彎矩平衡條件為

S θA +(2K 1+C ) θB =0 (4-4)

式中：

K 1=I b 1/l I c /h

由公式（4-3、4-4）組成無常數項的聯立程。要得到θA 和θB 的非零解，必須系數行列式等于零。這就是說，子結構失穩時應滿足下列條件

2K 2+C

S

即 S =02K 1+C

C 2+2(K 1+K 2) C +4K 1K 2-S 2=0 (4-5)

把式中的C 和S 代入公式(4-5)整理后得，即得下列臨界條件：

2??π?2??π??π????π??π?? μ??+2(K 1+K 2) -4K 1K 2? μ??sin μ??-2?(K 1+K 2) μ??+4K 1K 2?cos μ??+8K 1K 2=0??????????????????

(4-6)

其中，式中的K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值，說明計算長度系數μ的值取決于K 1與K 2。

對于有側移框架也可以按以上方法推導，過程從略，得到的臨界條件為：

2??π??

?36K 1K 2- μ???t ???????π?π?a +6(K +K ) =0 12 μ?μ??

(4-8)

《高層民用建筑鋼結構技術規程》第6.3.2條，

指出對于框架柱的計算長度系數可采用下列的近擬公式計算：

1. 有側移時

μ=

2. 無側移時 7. 5K 1K 2+4(K 1+K 2) +1. 52 (4-9) 7. 5K 1K 2+K 1+K 2

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2)+3 (4-7) 1.28K 1K 2+2K 1+K 2+3

K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值 其中有側移框架常指純框架體，無側移結構常指有支撐和（或）剪力墻的體系

4.1 計算長度系數確定方法

《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)(以下簡稱“規范”) 對框架柱的計算長度系數有明確的規定。在框架平面內框架的失穩分為有側移和無側移兩種，有側移框架的承載力比無側移的要小得多。因此，確定框架柱的計算長度時首先要區分框架失穩時有無側移。框架柱的分析方法有兩種：一是采用一階分析方法（計算長度法），即分析框架內力時按一階理論，不考慮框架二階變形的影響，計算框架時用計算長度代替柱的實際長度考慮與柱相連的影響；二是采用二階或近似二階分析方法求得框架柱的內力，穩定計算時取柱的幾何長度。目前國內外大多數國家的規范采用了計算長度法。該方法的計算步驟為：首先采用一階分析求解結構內力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內力；然后按第一類彈性穩定問題建立框架達到臨界狀態時的特征方程，確定各柱的計算長度；最后將各桿件隔離出來，按單獨的壓彎構件進行穩定承載力的驗算。驗算中考慮了材料非線性和幾何缺陷等因素的影響。該方法的最大特點是采用計算長度系數來考慮結構體系對被隔離出來構件的影響。該方法對比較規則的結構可以給出比較好的結果，而且計算比較簡單。

柱的計算長度系數與相連的各橫梁的約束程度有關。而相交于每一節點的橫梁對該節點所連柱的約束程度，又取決于相交于該節點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比。因此，柱的計算長度系數就由節點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比確定，常見的鋼框架設計方法中均給出了根據框架柱端部約束條件直接查用的計算長度系數表格或曲線。“規范”將框架分為無支撐純框架和有支撐框架，根據支撐抗側移剛度的大小，有支撐框架又可分為強支撐框架和弱支撐框架。

根據不同的情況，不同支撐框架柱可分別選用有側移框架柱和無側移框架柱的計算長度系數μ[47]。

“規范”有側移和無側移框架柱的計算長度系數μ均為根據一定理想化的假定得到。對于需要確定無側移框架計算長度的柱子以及與之相連的4根梁和上下兩根柱的計算模型如圖4-1。對有、無側移框架均采用了理想化的假定[46,48,49]。

無側移框架柱確定計算長度系數μ時的基本假定[46]：1) 、梁與柱的連接均為剛接；2) 、柱與上下兩層柱子同時失穩，即圖4-1中，柱AB 與柱BD 、AC 同時屈曲；

3) 、剛架屈曲時，同層的各橫梁兩端轉角大小相等，方向相反；4) 、橫梁中的軸力對梁本身的抗彎剛度的影響可以忽略不計；5) 、柱端轉角隔層相等；6) 、各柱

的這里P 是柱子的軸力，P E 是柱子計算長度系數為1時的歐拉臨界力；7) 、失穩時各層層間位移角相同；8) 、材料為線彈性材料。

有側移框架柱確定計算長度系數μ時同無側移框架柱的基本假定大體相同，只是在第3點：剛架屈曲時同，同層的各橫梁兩端轉角大小相等但方向相同。

4.1.2 網殼規程的規定

《網殼結構技術規程》(JGJ61-2003)根據節點的型式，規定了構件的計算長度。對于雙層網殼桿件計算長度應按表4-1采用，單層網殼按表4-2采用。

表4-1 雙層網殼桿件的計算長度l 0

節 點

桿件

螺栓球

弦桿及支座腹桿

腹 桿 l l 焊接空心球 0.9l 0.9l 板節點 l 0.9l

表4-2 單層網殼桿件的計算長度l 0

節 點

彎曲方向

焊接空心球

殼體曲面內

殼體曲面外 l l 轂節點 0.9l 0.9l

“規范”及網殼規程的這些規定有很大的局限性：對于其它節點型式，特別

是大型網殼結構，桿件規格多、截面尺寸大、構造復雜，采用上述節點型式將很不合理，導致無法采用現成的規范條文；而且本章后續的研究表明：網殼規程所取的計算長度系數，特別是單層網殼，存在較大的安全隱患，不能直接運用于設計中；構件的計算長度系數也不僅僅簡單地與節點型式相關；當前規范針對大跨空間結構構件的計算長度取值，缺乏明確的規定，更沒有提出計算方法，導致結構設計人員無據可依。實際工程設計中，通常將需要穩定設計的構件近似為軸壓構件，通過歐拉公式反推的方法來確定計算長度系數，常見的各種方法如本章4.4節所述。

4.4.1 工程設計常用的方法

歐拉荷載的推導：

加圖：（P31）【5】陳驥的書

所圖所示兩端鉸接的挺直的軸心受壓構件，按照小撓度理論求解中性平衡狀態時彈性分岔彎屈屈曲荷載。

如圖所示，兩端鉸接的軸心受壓桿件，在壓力P 的作用下，根據構件屈曲時存在微小彎曲變形的條件，先建立平衡微分方程，再求解構件的分岔屈曲荷載。在建立彎曲平衡方程時作如下基本假定：

（1） 構件是理想的等截面挺直桿。

（2） 壓力沿構件原來的軸線作用。

（3） 材料符合胡克定律，即應力和應變呈線性關系

（4） 構件變形之前的平截面在彎曲變形后仍為平面。

（5） 構件的彎曲變形是微波的。曲率可以近似地用變形的二次微分表示，即（）

可取如圖隔離體，列方程：（EIy``+PY=0）推導得出：P=n2pi()2EI/l2，其中式中n=1時為構件具有中性平衡狀態時的最小荷載，即分岔屈曲荷載Pcr ，又稱為歐拉荷載Pe=pi^2EI/l2

采用計算長度系數進行穩定設計的原因：

的概念：

穩定問題具有多樣性、整體性及相關性三個問題：【5】陳紹蕃P94

1） 多樣性：軸性受壓桿件有彎曲屈曲、扭轉屈曲、彎扭屈曲等多種形式。

2） 整體性：構件作為結構的組成單元，其穩定性不能就其本身去孤立地分析，而

應當考慮相鄰構件對它的約束作用。這種約束作用顯然要從結構的整體分析來確定。穩定問題的整體性不僅表現為構件之間的相互約束作用，也存在于圍護結構與承重結構之間的相互約束作用中，只不過在通常的平面結構（框架和桁架）的分析中被忽略了。

3） 相關性：具體體現在不同失穩模型之間有耦合作用、局部屈曲與整體屈曲互有

影響、組成構件的板件之間發生屈曲時有相互約束用等。

【5】P169

結構和構件喪失穩定屬于整體性問題，需要通過整體分析來確定它們的臨界條件。不過，為了計算簡便，目前在設計工作中的做法是所計算的受壓構件（或壓彎構件）從整體結構中分離出來計算，計算時考慮結構其他部分對它的約束作用，并用計算長度來體現這種約束。

計算長度的概念：

計算長度的概念來源于理想軸心壓桿的彈性分析。其把端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的桿件，等效條件為兩者的承載力相同。

構件在荷載作用下的變形曲線圖可以反映出了反彎點之間的距離，此距離代表了該構件的計算長度；因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當。根據不同的約束條件，反彎點可能落在構件的實際長度范圍之內，也可能在其延伸線上[46]。

常見的結構形式的受壓構件的計算長度系數在相應的規范及規程中都有所體現。將規范涉及到的可以直接使用的規范例舉如下：

1） 鋼結構設計規范第5.3條：桁架：含弦桿、單系腹桿（用節點板與弦桿連接）、交叉腹桿，

均分平面內與平面外的計算長度考慮；

框架：依據側移剛度將框架分為無支撐、弱支撐和強支撐框架三種，分別按照本規范的附錄D 的表格D-1至D-2查找框架柱的計算長度系數；

單層廠房的階形柱（單階柱及雙階柱）：按本規范附錄D-3至D-6查找相應的計算長度系數

2） 鋼高規：第6.3.1及6.3.2條規定了鋼框架柱的計算長度取值

指出1）重力荷載作用下的穩定計算，應按鋼結構設計規范相應條文進行，并指出相應的近似公式：。。。。

2）結構在重力和風力或多遇地震作用組合下的穩定計算相應的計算長度系數。

網殼結構技術規程：第5.1條，根據鋼殼的分類及其節點的做法形式，分別定義其計算長度系數

3） 空間網格結構技術規程：第5.1條，根據網架、雙層網殼、單層網殼、立體桁架及其桿

件分類和節點形式，分別定義其計算長度系數

對于梁-柱鋼框架結構體系，可直接采用規范查表的方法或實用公式確定構件的計算長度系數。但對于大多數不規則（非梁-柱鋼框架結構體系）的大跨空間結構構件的計算長度取值，如上所述，規范不可能包含所有的結構類型，也缺乏明確的規定，沒有提出計算方法，導致結構設計人員無據可依。

因此為了設計方便，工程上通常將其近似為軸壓構件，通過反推的方法來確定計算長度系數。

大跨度結構及其桿件的穩定問題都是一個整體問題，各桿件互相支承、互相約束，任何一個構件的屈曲都會受到其他構件的約束作用，影響因素較多。而對于空間鋼結構桿件的計算長度系數，規范（桁架體系、網殼結構）根據桿件位置規范一般規定在0.8~1.0范圍內取值。有學者的研究資料表明：對于復雜結構體系中部分桿件，采用低于1.0的計算長度系數取值可能偏于不安全。因此，工程上常從整體結構穩定性角度出發，取重力荷載（自重＋附加恒載＋活荷載）標準值工況組合作用作為初始態，根據計算長度系數的物理意義，通過整體結構線性屈

曲分析來研究各主要桿件的計算長度系數，主要包括以下3個步驟[56]：

1) 、由線性屈曲分析得到結構的各階屈曲模態以及屈曲臨界荷載系數；

2) 、檢查各階屈曲模態形狀，確定該桿件發生屈曲時的臨界荷載系數，乘以相應的初始態軸力，得到該構件的屈曲臨界荷載P cr ；

3) 、由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數，即：

π2EI P cr =

2(μl )

μ=式中：EI 為桿件發生屈曲方向的彈性抗彎剛度；P cr 為桿件對應的屈曲臨界荷載；l 為桿件的幾何長度；μ為桿件計算長度系數。

由4.3.2節可知，當某個方向的荷載（如水平荷載）較大時，確定計算長度系數的初始態應采用各工況的組合，這樣，根據不同的荷載組合下（初始態）反推出來的計算長度系數是不同的。

確定計算長度系數主要是確定歐拉臨界荷載P cr 。

本文以確定一平面無側移框架柱的計算長度為例，詳細地介紹工程設計中。如圖4-6所示的有側移，橫梁與柱均為剛接，柱的截面為H500×400×12×20， I c =1.019×109mm 4，為保證柱先于梁發生屈曲，設梁的截面為1000×400×30×30， I b =9.80×109mm 4，鋼材采用Q235。作用在梁上的荷載標準值q=60kN/m，柱高l c =6m，梁長度l b =6m。

圖4-6 無側移剛架

按規范的設計方法，由K 1i =i b

c EI b /l b I b l c 9.80?109?6000====9.6173，EI c /l c I c l b 1.019?109?6000

K 2=0根據鋼結構規范附錄D 表D-1，采用插值法μ=0.7341, 或采用實用公式的方法：

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2) +31.4?9.6173+3==0.7404 1.28K 1K 2+2(K 1+K 2) +32?9.6173+3

.3.2 整體屈曲法

通過整個結構的屈曲分析確定該構件的計算長度，其方法是將該構件放在整體模型中，進行屈曲模態分析，從而得到歐拉臨界力和屈曲系數的方法。整體模型的屈曲分析具有較為直觀的屈曲模態，可以直接看到結構整體的屈曲變形，通過判斷各階屈曲模態對應的變形來判斷具體結構構件是否發生屈曲，從而得到其對應的屈曲臨界力[57]。該方法較難判斷具體構件應對應的屈曲模態，常導致計算結果偏于保守；但該方法考慮了諸多計算長度系數的影響因素，與實際情況也相符合，較為合理。

本文采用SAP2000做鋼框架的屈曲分析。在荷載q 的作用下，鋼框架的軸力如圖4-7(a)所示，圖(b)為構鋼框架的第一階屈曲模態，從變形圖可以看出，柱子發生了屈曲。 -180-180

(a) q作用下的軸力(kN) (b) 第一階屈曲模態(η=784.547)

圖4-7 荷載作用下的軸力及屈曲模態

所以，柱子的臨界荷載為：

P cr =ηP =180?784.547=141218.46kN

由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數：

μ===0.638

由此可見，兩者非常接近。工程中的一系列對比，也說明這些做法是正確的，下面以筆者的一個實例來說明些方法在工程實踐中的運用。

本算例取決于某工程的施工頂升架，頂模鋼平臺由桁架層、支撐柱和支撐鋼梁組成，鋼平臺桁架層由主桁架、次桁架、三級桁架和邊桁架及內部小次梁、吊架梁等構件組成。桁架層高2.05m ，支撐柱高12.6m ，兩層支撐鋼梁間距4.5m 。頂模鋼平臺設計采用SAP2000軟件，圖2.1.1至圖2.1.3為頂模鋼平臺sap2000計算模型。

圖2.1.1頂模鋼平臺三維圖

圖2.1.2 頂模鋼平臺立面圖

圖2.1.3 頂模鋼平臺平面圖

荷載考慮：恒荷載、活荷載、風荷載（考慮三種情況：施工狀態及提升狀態下遭遇八級風、

施工狀態下遭遇十級風、施工狀態下遭遇臺風荷載）、頂升不同步位移、施工電梯荷載。

1.1 邊界約束條件

根據邊界約束條件的不同，鋼平臺分為兩種計算模型。施工狀態時，假定兩道支撐梁兩端為鉸接，如圖2.3.1所示；頂升狀態時，忽略支撐梁的約束作用，將千斤頂與支承柱的連接簡化為鉸支座，如圖2.3.2所示。

圖2.3.1施工狀態支承柱的約束邊界

下列僅以施工狀態 圖2.3.2頂升狀態支承柱的約束邊界

1.1.1.1 支承柱計算長度取值（根據屈曲分析）

采用十級風施工狀態模型：

以結構整體模型為基礎，對結構進行特征值屈曲分析。正常施工狀態下取D+L計算屈曲工況，圓管柱及格構柱在Mode98的屈曲模態下首次發生屈曲。其屈曲變形及屈曲荷載如下：

圓管柱在D+L工況下的最小軸力值為：-2634kN ，則根據屈曲分析結果，施工階段的支承柱的一階彈性屈曲臨界荷載為2634×11.05=29105.7kN，根據歐拉公式可以反推得到理論計算長度系數：

μ=π2EI

P cr l 23. 142?2. 06?105?5. 355?109==1. 40 29105. 7?103?138002

1.1.1.1 鋼結構構件計算應力比

將各計算長度系數值手工輸入模型中，應力比計算結果如下圖所示：

具體各構件應力比數值可在模型中查看，圓管柱最大應力比為0.378，格構柱應力比均小于0.95，滿足規范要求。

整體穩定性計算步驟如下【3】P61

鋼結構系統整體穩定性理論分析的主要步驟包括：

（1） 建立完善結構力學模型

按理論設計結構構型建立完善結構計算模型，包括確定結構幾何模型、構件單元模型、構件規格尺寸、構件材料特性、結構邊界條件等。

確定整體穩定性驗算的荷載組合

荷載組合常采用標準組合。對于活荷載需要按不同的分布模型分別進行組合； 對于風荷載需要按不同的風向分別進行組合。

結構線性整體穩定性分析

對每一種荷載組合，通過對穩定特征方程的分析，分別計算結構線性整體穩定的臨界荷載因子（）及相應的屈曲模態矩陣（）

確定結構的初始幾何缺陷模型

對每一種荷載組合，確定相應的初始幾何缺陷模式及幅值，可采用“一致缺陷模態法”模擬。若第一臨界點為重臨界點，應選用與臨界荷載因子（）相應的所有模態。對于第一臨界點附近頻率密集的結構，應多選用幾個模態。

結構大位移幾何非線性整體穩定性分析

包括完善結構和有缺陷結構分析，獲得相應的整體穩定最小臨界荷載因子（）和（）

判斷構件是否出現屈服變形現象

判斷在幾何非線性分析過程中，當荷載達到整體穩定最小臨界荷載因子（）之前，主要構件是非否屈服，若未屈服，則轉第（8）步，進行結構整體穩定性評定，否則，進入第（7）步。

結構大位移彈塑性整體穩定性分析

篇7

前言

所謂超限高層建筑工程是指超出國家現行規范、規程所規定的適用高度和適用結構類型、體型特別不規則以及有關規范、規程規定應進行抗震專項審查的高層建筑工程。中廣大廈是集辦公，住宅,商場,餐飲,娛樂為一體的大型高層綜合性建筑。包括三棟高層塔樓(A,B,C棟).裙房五層,地下二層。地下一、二層為設備用房，汽車庫，地下二層戰時為六級人防。地上一~五層為商場。A、B棟塔樓為6~26層蝶形平面的高層住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在內，建筑總高度106.1米。C棟塔樓為6~28層大空間辦公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在內，建筑總高度118.800米。五層商場總面積為26745平方米，總建筑面積100010平方米。

因房屋總長度遠超過鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距55米的限值，為此設二道抗震縫將房屋分為三段，形成三個結構單元。即A、B棟高層為大底盤、雙塔樓；C棟為獨立帶裙房的框架剪力墻結構高層建筑；其余為框架結構。建筑抗震設防類別均為乙類，場地類別為Ⅱ類。基礎采用鋼筋混凝土平板式筏形基礎，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（辦公部分），持力層為強風化砂巖，地基承載力標準值400Kpa，壓縮模量Es=12~17Mpa.。本建筑的結構安全等級為一級，設計基準期為50年。本文以A、B棟為論及對象。

1、結構布置特點

A、B棟高層為滿足上部住宅建筑的舒適性、規則性要求（即住宅室內無柱角）及下部五層商場大空間的使用要求，采用五層大底盤雙塔樓框支剪力墻結構，在五~六層中間利用設備層做轉換層，采用梁式轉換，轉換層設置標高為23米。高寬比為3.22，長寬比為4.13，轉換層上下剪切剛度比值γ=1.395。

1、房屋高度超限

A、B棟高層房屋高度為89.1米，超過了《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》（JGJ3-91）中規定的框支剪力墻結構8度區適用高度80米的限值。

2、采用雙塔樓聯體結構，質量、剛度分布不均勻，豎向不規則。

3、高位轉換：

在五~六層之間利用設備層做轉換層，標高23米。超過8度區轉換層宜控制在3層以下的限制。

4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次轉換。

5、由于商場使用功能的限制，A、B棟塔樓的落地剪力墻數量偏少，且大都布置在商場后部，主體結構與大底盤中心的偏心矩與底盤尺寸之比大于0.2。

6、6~26層住宅部分在剪力墻局部開設角窗。

2、構造措施

經我院多次分析論證，認為其主要不利因素為：框支剪力墻結構在轉換層以下，支撐框架與落地剪力墻并存，形成了“支撐框架—剪力墻“體系。此中，支撐框架是一個薄弱環節。這種結構體系，在高位轉換時，由于在轉換層附近的剛度、內力和傳力途徑發生突變，易形成薄弱層，對抗震不利。同時，支撐框架柱要直接承擔上部傳來的重力荷載，直接承擔其上剪力墻由于傾覆力矩產生的軸力，要直接承擔不可能依靠樓板全部間接傳力給落地剪力墻而有一部分直接傳來的地震水平剪力。這樣使得轉換層以下支撐框架柱的內力遠大于計算分析結果。對此采取以下措施：

1、在塔樓范圍內五層以下框支部分采用鋼骨混凝土柱，鋼筋混凝土梁混合結構（鋼骨混凝土柱共48個）。作為解決高位轉換和高度超限的一項重要措施。

2、A、B棟塔樓的裙樓樓屋面板，在塔樓高振型的影響下，承受較大反復作用下的縱向拉壓力及橫向剪力，受力十分復雜。同時，由于建筑使用功能的要求，在裙樓中部開設大洞以便設置電梯，對樓板削弱較大。針對這一不利因素，在設計中采用了加強開大洞處樓板四周梁的斷面及配筋，加大樓板厚度，增設斜筋的措施。

3、由于上部住宅為蝶形平面，在轉換層個別部位出現了二次轉換梁。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）第10.2.10條的規定：轉換層上部的豎向抗側力構件（墻、柱）宜直接落在轉換層的主結構上。當結構豎向布置復雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻時，應進行應力分析，按應力校核配筋，并加強配筋構造措施。B級高度框支剪力墻高層建筑的結構轉換層，不宜采用框支主、次梁方案。針對這一不利因素，我們采取了加強框支主梁的配筋構造措施，并在框支主梁的下部配筋區設置鋼梁的措施。

4、在住宅部分開設角窗，削弱了剪力墻結構體系的整體性，對其抗震性能帶來了不利影響，改變了剪力墻與框支梁之間的傳力方式。針對這一不利因素，我們決定從受力計算和構造措施兩方面予以加強處理。

3、計算結果分析

3.1、總體計算結果

1、計算軟件：

采用中國建筑科學研究院的PKPM系列中的TAT（多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件），SATWE（多、高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件）兩種不同程序分別進行對比計算，其總體計算結果接近。下面列出TAT、SATWE的計算結果。地震影響系數采用《建筑抗震設計規范》GBJ11-89中的數值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05

2、設計參數：

地震烈度8度；場地土類別Ⅱ類；抗震等級框架、剪力墻均為一級；樓層自由度數：每個塔樓每層3個自由度（兩個平動，一個扭轉）；地震作用按側剛分析模型考慮扭轉耦連，用18個振型計算，固定端取在±0.000處。

3、結構基本周期：

SATWE結果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611

T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458

（僅列出前六個振型）

TAT結果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669

T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749

(僅列出前六個振型)

4、地震作用下的底層水平地震剪力系數：

SATWE結果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%

TAT結果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%

5、地震作用下按彈性方法計算的最大層間位移與層高比值：

SATWE結果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187

TAT結果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583

6、地震作用下按彈性方法計算的最大頂點位移與總高比值：

SATWE結果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649

TAT結果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373

7、結構振型曲線及時程分析的部分圖形

3.2、計算結果分析

根據以上計算結果來看，兩種計算結果接近。下面以SATWE程序為主進行分析：

1、自振周期在合理范圍之內，結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.9，滿足規范要求。

2、振型曲線光滑符合規律。

3、底層剪重比>3.2%,滿足規范要求。

4、最大層間位移和頂點位移<1/1000，滿足規范要求。從最大樓層位移曲線可以看出，五層以下較緩，而轉換層以上較陡，說明底盤剛度比塔樓剛度小。

5、分析表明，時程分析的最大位移均不超過反應譜法計算的位移值，y向樓層剪力，X、Y向樓層彎矩均不超過反應譜法計算的樓層剪力及樓層彎矩，僅X向樓層剪力TAF-2波大于反應譜法，但三個波的平均值仍小于反映譜法樓層剪力。動力時程分析復核結果表明，不需要調整個樓層構件的內力和斷面配筋。

3.3、局部計算及構造處理

1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墻有限元分析程序進行計算，并進行應力分析。同時，加強框支梁的配筋構造措施，為避免框支梁鋼筋過密，在框支主梁的下部配筋區加設一根580mm高的鋼梁。

2、角窗：整體計算時，角窗上部墻體按雙懸臂梁進行計算。配筋設計時同時滿足剪力墻連梁的要求。同時，加強角窗周圍的暗柱及連梁的配筋，邊墻剪力墻加墻垛，角窗部分樓板加斜筋。

3、鋼骨柱的計算：首先，確定鋼骨的截面形式，預定鋼骨柱的鋼骨含鋼率，帶入SATWE程序中進行整體計算，并根據計算結果調整含鋼率。有關鋼骨柱的構造及具體做法見下面的詳細介紹。

4、鋼骨混凝土結構設計前的準備工作

采用鋼骨混凝土是解決超限問題的重大技術措施，也是本次設計的重要組成部分，在我省也是首次采用。在本次設計中，鋼骨柱采用的是實腹式十字型鋼，鋼骨梁采用的是工字型鋼。在鋼骨混凝土結構設計中需要注意的幾個問題如下：

4.1、鋼骨的含鋼率：

關于鋼骨混凝土構件的最小和最大含鋼率，目前沒有統一的認識，但當鋼骨含鋼率小于2%時，可以采用鋼筋混凝土構件，而沒有必要采用鋼骨混凝土構件。當鋼骨含鋼率太大時，鋼骨與混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全發揮，且混凝土澆注施工有困難。因此，在冶金部行業標準《鋼骨混凝土結構設計規程》YB9082-97中將鋼骨含鋼率定為2%~15%。一般說來，較為合理的含鋼率為5%~8%。另在建設部行業標準《型鋼混凝土組合結構技術規程》JGJ138-2001中定為4%~10%。在中廣大廈鋼骨混凝土柱的設計中，考慮到建設單位盡量節約鋼材，節省資金的要求，經專家委員會認可，鋼骨柱的含鋼率確定為3.5%。

4.2、鋼骨的寬厚比：

鋼板的厚度不宜小于6mm，一般為翼緣板20mm以上，腹板16mm以上，但當鋼板厚度大于36mm時，鋼材的厚度方向的斷面收縮率應符合現行國家標準《厚度方向性能鋼板》GB5313中的Z15級的規定。這是因為厚度較大的鋼板在軋制過程中存在各向異性，由于在焊縫附近常形成約束，焊接時容易引起層狀撕裂，焊接質量不易保證。鋼骨的寬厚比應滿足規范的要求。

4.3、鋼骨的混凝土保護層厚度：

根據規范規定，對鋼骨柱，混凝土最小保護層厚度不宜小于120mm，對鋼骨梁則不宜小于100mm。

4.4、要重視鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁在構造連接上的配合協調問題。

5、鋼骨的制作與構造措施

5.1、鋼骨的制作

鋼骨的制作必須采用機械加工，并宜由鋼結構制作廠家承擔。型鋼的切割、焊接、運輸、吊裝、探傷檢驗應符合現行國家標準《鋼結構工程施工及驗收規范》GB50205、《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81、《鋼結構工程質量檢驗評定標準》GB50221的規定，鋼材、焊接材料、螺栓等應有質量證明書，質量應符合國家有關規范的規定。焊接前應將構件焊接面除油、除銹，焊工應持證上崗。施工中應確保施工現場型鋼柱拼接和梁柱節點連接的焊接質量，型鋼鋼板的制孔，應采用工廠車床制孔，嚴禁現場用氧氣切割開孔，在鋼骨制作完成后，建設單位不可隨意變更，以免引起孔位改變造成施工困難。

5.2、鋼骨混凝土中設置抗剪拴釘的要求

鋼骨混凝土與鋼筋混凝土結構的顯著區別之一是型鋼與混凝土的粘結力遠遠小于鋼筋與混凝土的粘結力。根據國內外的試驗，大約只相當于光面鋼筋粘結力的45%。因此，在鋼筋混凝土結構中認為鋼筋與混凝土是共同工作的，直至構件破壞。而在鋼骨混凝土中，由于粘結滑移的存在，將影響到構件的破壞形態、計算假定、構件承載能力及剛度、裂縫。通常可用兩種方法解決，一是在構件上另設剪切連接件(栓釘)，并按照計算確定其數量，即滑移面上的剪力全由剪切連接件承擔，稱為完全剪力連接。這樣可以認為型鋼與混凝土完全共同工作。另一種方法是在計算中考慮粘結滑移對承載力的影響，同時在型鋼的一定部位：如（1）柱腳及柱腳向上一層范圍內；（2）與框架梁連接的牛腿的上、下翼緣處；（3）結構過渡層范圍內的鋼骨翼緣處加設抗剪栓釘作為構造要求。構件中設置的栓釘應符合國家現行標準《園柱頭焊釘》GB10433的規定，栓釘直徑一般為Ø19,長度不宜小于4倍栓釘直徑，間距不宜小于6倍栓釘直徑，且不宜大于200mm。并采用特制的設釘槍進行焊接，焊接質量應滿足規范要求。

5.3、鋼骨的拼接

鋼骨柱的長度應根據鋼材的生產和運輸長度限制及建筑物層高綜合考慮，一般每三層為一根，其工地拼接接頭宜設于框架梁頂面以上1~3m處。鋼骨柱的工地拼接一般有三種形式：（1）全焊接連接；（2）全螺栓連接；（3）栓、焊混合連接。設計施工中多采用第三種形式，即鋼骨柱翼緣采用全溶透的剖口對接焊縫連接，腹板采用摩擦型高強度螺栓連接。中廣大廈設計中的鋼骨工地拼接采用第三種形式。

5.4、鋼骨柱的柱腳構造

1、鋼骨柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種，在抗震區宜采用埋入式柱腳，柱腳鋼骨的混凝土最小保護層厚度為：中間柱：不得小于180mm，邊柱和角柱：不得小于250mm。

2、鋼骨柱埋入式柱腳的埋入深度不應小于3倍型鋼柱截面高度，在注腳部位和柱腳向上一層的范圍內，鋼骨柱翼緣外側設置栓釘，栓釘直徑不小于Ø19，間距不大于200mm,且栓釘至翼緣板邊緣的距離大于50mm。

3、在中廣大廈的鋼骨設計中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米處，為保證地下一層汽車庫的使用功能，經多次反復研究、討論，最終確定了底層框架梁水平、垂直加腋，鋼骨伸入框架柱內長度為1.5m，下部與鋼筋混凝土柱柱心鋼筋焊接。在施工過程中，施工單位提出，鋼骨注腳放在半層柱上施工有困難，施工質量無法保證。后經施工單位、設計單位、制作單位及建設單位多次研究，決定在鋼骨柱柱腳底部另設格構式支架，將支架一延伸至地下一層底板（支架必須保證拉力傳遞），比上述方法容易施工，加快了施工進度。經實踐證明在今后的設計中若遇到同類問題，宜將鋼骨直接伸入地下一層，這樣即滿足了埋入式柱腳的埋深問題，又取消了底層梁加腋的施工工序、支架的制作安裝工序，節省了時間，施工質量較易保證。

5.5、鋼骨柱的節點構造

框架梁、柱節點核心區是結構受力的關鍵部位，設計時應保證傳力明確，安全可靠，施工方便，節點核心區不允許有過大的變形。

在鋼骨混凝土結構中，梁、柱節點包括以下幾種形式：（1）鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接；（2）鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接；（3）鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接。在中廣大廈設計中我們遇到的是第三種情況。

規范規定，節點區鋼骨部分的連接構造應與鋼結構的節點連接相一致，在柱鋼骨的鋼牛腿翼緣水平位置處應設置加勁肋，其構造應便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實。柱中鋼骨和主筋的布置應為梁中主筋貫穿留出通道，梁中主筋不應穿過鋼骨翼緣，也不得與柱中鋼骨直接焊接，鋼骨腹板部分設置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不宜超過腹板面積的25%。

根據規范要求，在中廣大廈鋼骨設計中，我們采用的方法是：在鋼筋混凝土梁與鋼骨柱連接的梁端，設置一段工字型鋼梁（牛腿），鋼梁的高度由鋼筋混凝土梁高決定，一般為鋼筋混凝土梁高的0.7倍以上，鋼筋混凝土梁內鋼筋的一部分與鋼牛腿焊接或搭接，鋼牛腿的長度應滿足梁內鋼筋內力傳遞要求。因鋼骨柱主筋穿過鋼牛腿翼緣，鋼牛腿強度有所削弱，因此梁內鋼筋焊接或搭接長度應從牛腿根部起算。在實際施工中，由于鋼牛腿長度較長，運輸有困難，鋼牛腿的長度均取滿足梁內主筋焊接長度要求。在鋼牛腿的上、下翼緣上設置栓釘，栓釘的直徑為Ø19，間距200mm，從框架梁梁端至鋼梁（牛腿）端部以外2倍梁高范圍內為框架梁端箍筋加密區，梁內主筋保證有不少于1/3主筋面積穿過鋼骨連續配置。

為方便鋼骨的工廠化制作，鋼骨混凝土結構與普通鋼筋混凝土結構設計中不同且難度最大的是：

（1）需確定鋼骨柱中每根鋼筋的準確位置；

（2）根據鋼骨這種型鋼翼緣的寬度確定框架梁的寬度；

（3）確定框架梁中每根鋼筋的位置；

（4）根據柱梁鋼筋的位置確定鋼骨穿孔的位置；

（5）鋼骨中穿鋼筋的孔徑由鋼筋直徑確定，一般比鋼筋直徑大4~6mm；

（6）,鋼骨中縱橫兩方向穿鋼筋孔的位置至少應錯開一個孔徑。

5.6、鋼骨的柱頂構造

根據規范規定，但結構下部采用鋼骨混凝土柱、上部采用鋼筋混凝土柱時，其間應設置過渡層。在本次設計中，過渡層設置在轉換層中，柱頂加設一塊25厚柱頂錨固板。但在實際施工過程中，轉換大梁配筋較多，柱頂錨固板直接影響轉換大梁鋼筋的錨固，經多方研究，取消了柱頂錨固板，為轉換大梁的順利施工創造了條件。

6、經濟比較

未采用鋼骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸為1300X1300mm,上部住宅為6~25層。采用鋼骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸為1100X1100mm,上部住宅為6~26層，框支柱截面面積減少了30%左右，住宅面積增加了1860平方米。

在整個建筑中，共使用型鋼650噸，型鋼的材料、制作、安裝綜合預算價約為6500元/噸，減去縮小柱截面及減少鋼筋面積的費用后，增加費用257.63萬元，柱截面縮小后商場部分增加使用面積115.2平方米，按20000元/平方米計算，增加收益230.4萬元。增加住宅面積增加收益372萬元（1860平方米，按2000元/平方米計算），變更后增加凈收益352.77萬元。

篇8

1．1工業建筑中常規鋼結構的作用

在工業建筑中，鋼結構的常規應用由來已久，我國多數工業廠房均采用的是常規鋼結構人字梁以及工字梁，這些常規鋼結構已成為工業早期時代的主要象征。而這些特征構成了我國的吊車梁式系統以及常規鋼屋架系統。由于民用建筑、商用建筑以及工業建筑各有不同，在進行工業建筑時要求建筑結構能夠為工業生產以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統鋼筋混凝土結構已經不能完全滿足現在工業生產在跨度以及空間上的相關需求，從而鑒于此基礎上的鋼屋架系統應運而生，屋架系統主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時吊車梁系統作為工業廠房的重要部分，多數廠房中均設有吊車，主要由車檔、吊車梁、軌道、制動結構及連接件等構成。在傳統鋼筋砼結構不能夠滿足新時代工業建筑在相應功能及跨度上需求時多采用鋼結構。如(1)材料堆場、大型倉庫以及飛機裝配車間等多采用鋼結構體系，這些鋼結構體系多為網架、拱架、門式剛架以及懸索等;(2)建筑物受到動力荷載影響時，多采用鋼結構體系;(3)碳素廠高樓部碳素振動成型機對相應結構的耐疲勞程度和強度要求均較高時，多采用鋼結構體系;(4)在高烈度區，鋼筋砼結構早已超出了現行工業行業的規范以及規定，應采用鋼結構以滿足其新的需要;(5)原有廠房需改建或擴建時，多采用鋼結構。綜上即可知，鋼結構在現今工業建筑中有著十分重要的作用，且應用廣泛。

1．2工業鋼結構在建筑工程中的應用方向

在工業建筑中，相關人員應該根據規定的生產流程來為工藝服務。在這個過程中，工業鋼結構的形式、材料與空間等多個方面都有特殊的標準。由于建筑體量比較大，要求相關人員應該注重把握好尺度，熟練掌握新材料技術。因此，工業建筑與普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工業建筑中，一些比較簡單的建材會被新建材取代，落后的施工工藝會被淘汰。如今在工業鋼結構方面，包括鋼纜、構件和型材等方面的建材類型越來越豐富。另外，高性能施工涂料的應用有效地解決了工業鋼結構中存在的防火、防腐、防污染以及隔熱等多個方面的問題。隨著經濟的發展與科學技術的日益進步，涌出了很多新的設備、工藝與材料，有利于迎合工業建筑設計的更高要求，落后的原有工業建筑體系應該與時俱進，實現進一步的完善。

2鋼結構在工業建筑中存在的問題

目前，人們對工業鋼結構在建筑方面的相關認識還不夠全面。傳統混凝土結構一直影響著人們的建筑觀念，直到現在也還沒有徹底轉變。工業鋼結構體系還不夠完善，其具有一定的復雜性以及綜合性，涉及到多種配套體系，比如屋面、墻體、防腐、隔熱和保溫等多個方面的配套材料。而國內的工業鋼結構與發達國家相比，其技術水平與設計理念相對落后，專業人才的培養、新產品的研發、設備的制作與安裝水平、鋼材質量等多個方面都沒有得到很明顯的提升。從事工業鋼結構的設計、制作、安裝以及監理等領域的相關工作人員依舊沒有掌握好新知識，沒有徹底轉變新理念，沒有充分挖掘新材料，對新的施工方法也缺乏足夠的掌握力度。

3優化工業建筑施工過程中的鋼結構

在實際工作中，為了有效地提高工業建筑中鋼結構的穩定性。

3.1需要我們確保腳螺栓的穩定與堅固，保證在腳螺栓使用過程中控制得當，且可以保證鋼結構的應用合理有效。對腳螺栓的安裝與埋設，需要重視其精度問題，以保證其他環節的有序穩定運行。

3.2要在地腳螺栓的安裝中，注意鋼柱的準備，有效地協調平面控制網全系統的每個環節，進而更好地保證螺栓的安裝精度，使鋼結構穩定性增加。

3.3要注意順利彈出柱腳底板十字線、地腳螺栓的中心線，并將柱腳剪力孔做好積極的清理工作，在鋼柱就位后，要將標高調整好，并堅固螺母。

3.4對鋼結構的施工需要注意梁柱安裝，并控制梁柱之間的柱間支撐精度，使空間單元的穩定性提高，以保證其他安裝工作有效進行。

3.5要注意合理有效地應用墊板，確保墊板定位線精準，以對后續鋼結構施工整體運作起到優化的作用。此外，在安裝結構構件中，要健全構件儲備，并能夠充分地利用構件設備，更好地滿足實際鋼結構工作需要。堆放要合理規范，管理科學。每個存放場地均要有專人管理，根據供貨需要攜帶清單取貨，適時清點。

篇9

一、前言

輕鋼結構住宅相比于傳統住宅，有其突出的優點：

（1）輕鋼結構配件制作工廠化和機械化程度高，商品化程度高。

（2）現場施工速度快，主要為干作業，有利于文明施工。

（3）鋼結構建筑是環保型的可持續發展產品。

（4）自重輕，抗震性能好。

（5）綜合經濟指標不高于鋼筋混凝土結構。

隨著我國鋼產量的快速增長，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，國務院1999年頒發的72號文件提出要發展鋼結構住宅產業，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。因此開發輕鋼結構住宅體系已成為當前住宅結構研究中的熱點。不過，多層輕鋼結構的研究還處于起動階段，研究力度還不夠，實際設計和施工還存在不少爭議和問題。這些都急需解決，以利于輕鋼住宅在我國健康快速發展。

二、結構體系選型

對低、多層住宅，目前國內外常用的結構體系主要有：

（一）冷彎薄壁型鋼體系

構件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構件，可單獨使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節點剛性不易保證，抗側能力較差，一般只用于1～2層住宅或別墅。筆者處理的幾個舊房加層，如薊縣國稅局、天津港派出所等改造工程，使用了該體系，效果較好。

（二）框架

目前，這種體系在多層鋼結構住宅中應用最廣。縱橫向都設成鋼框架，門窗設置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般都能滿足抗側要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設計施工時須慎重處理。

（三）框架支撐體系

在風載或地震作用較大區域，為提高體系的抗側剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為多重抗側體系，而且梁柱節點，柱腳節點可設計成鉸接、半剛接，施工構造簡單，基礎主要承受軸力，體形較小，因此成為人們青睞的對象。

（四）框架剪力墻體系

在低多層住宅中，可以應用傳統的剪力墻體系，如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空腔結構板是一種理想的抗側結構。空腔結構板是一種新型的輕質板材，采用黃紙制成具有眾多等邊空腔結構的板狀基架，然后經浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接，便可形成新型剪力墻。另外美國，澳大利亞等國還開發了交錯桁架體系，比較新穎。

三、主要構件設計

（一）柱

前已述及，鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好，而且結構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結構中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發展的主要方向，但由于缺乏相應的規范、規程，目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜，不利于工廠制作和現場施工，應加大力度開發研究。

（二）樓蓋

在多層輕鋼房屋中，樓蓋結構的選擇至關重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側力結構的空間協調作用；另外從抗震角度來看，還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結構有：壓型鋼板－現澆混凝土組合樓板，現澆鋼筋混凝土板以及鋼－混凝土疊合板，而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使設置抗剪鍵，也偏保守地假設鋼結構承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結構自重，反而會造成強梁弱柱的不利情況。有一6層算例，表1、表2分別反映了考慮樓蓋組合作用對梁剛度以及結構整體剛度的影響。

表1截面慣性矩對比

構件名稱截面慣性矩組合前后的對比

主梁（負彎矩區）1.51（2.22）1.47

主梁（正彎矩區）1.51（4.28）2.83

次梁0.797（2.48）3.11

注：括號內為考慮年組合作用的情況

表2結構位移對比

結果工況1工況2工況3

樓層梁撓度16.9（10.9）16.9（10.2）/

屋蓋梁撓度35.5（35.4）34.3（34.2）/

底層層間位移16.9（10.2）4.8（3.7）8.4（5.9）

頂點位移/18.2（13.8）49.9（31.0）

注：括號內為考慮年組合作用的情況

算例表明，考慮組合作用后主梁的剛度大大增加，使得梁的撓度和地震作用下柱頂的側移大為減少，此考慮組合作用應予關注。為使樓層高度減到最小，提供更大的空間，組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢。

（三）支撐體系

支撐分軸交支撐和近年發展起來的偏交支撐兩種，前者耐震能力較差，后者在強震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且為門窗洞的布置提供了有利條件，目前國內用的還很少，建議在高烈度區首選偏交支撐。剪切型耗能梁段，加勁肋按以下公式設計：

a＝29tw－d/5,（γp＝±0.09rad）（1）

a＝38tw－d/5,（γp＝±0.06rad）（2）

a＝56tw－d/5,（γp＝±0.03rad）（3）

式中，a―――加勁肋間距，d―――梁高，―――腹板厚度，γp―――塑性轉角；彎曲型耗能梁段還需在梁段端點外1.5bf處加設加勁肋。

（四）節點抗震設計

框架梁柱節點一般采用兩種連接方法，根據"常用設計法"，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進行設計。震害表明，這種設計不能有效滿足"強節點弱桿件"的抗震要求，在高烈度區隱患很大。改進的框架節點設計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗算公式確定：

式中：為基于極限強度最小值的節點連接最大受彎承載力，全部由局部加大后的翼緣連接承擔；為梁件的全塑性受彎承載力；為基于極限強度最小值的節點連接最大受剪承載力，僅由腹板的連接承擔；為梁的凈跨；為梁在重力荷載代表值作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。

四、結論

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1.1結構不合理、性能缺少驗證。在高層建筑設計中同時要考慮多種因素，保證結構承載力的前提下盡量減少造價成本，需要將建筑結構從總體至細節進行優化。優化工作多數是將設計圖紙中的一些參數進行計算分析，適當的加固墻體厚度，常出現缺少對地基承載力的實際考察情況。高層建筑的抗震能力規定在中等強度地震時建筑物不會產生高危裂縫，并可通過修補達到預期效果，在發生高強度的地震時建筑物保證結構不出現坍塌。地震發生的幾率很小，一旦發生具有極大的毀滅性，高層建筑抗震性能只停留在設計層面，從數據上分析已經達到了國家要求，但各施工地點基層土壤礦物質組成存在差異，松軟程度也就不同，缺少驗證，真正發生危險時其穩定性很難保證。

1.2結構設計缺少創新。高層建筑結構復雜，設計過程中受多種因素限制，為同時滿足多種需求，工程設計師都施行保守方案，缺少創新精神。鋼筋混凝土材質的墻體承載能力與結構有很大聯系，在剪力墻設計方案中，應充分借鑒國外先進技術，基于傳統結構進行創新，解決承載力不足的問題，同時使高層建筑整體結構更符合大眾審美，減少造價支出。概念設計在結構優化上的運用還受很多施工技術以及設備使用方面的限制，阻礙建筑工程行業進步。

1.3受力分布不均勻。高層建筑上下層的結構是不同的，為保證自身重力不會對建筑物造成破壞，基層修筑中會應用到大量的鋼筋混凝土材料，加固底層的同時削弱上層，可減輕對地基的壓力，同時建筑物承受風力和地震破壞的能力更強。進行概念設計過程中，沒有充分考慮轉換層占據的空間和對受力平衡的影響，承重柱滿足了承載上層壓力的要求，但墻體產生的剪力不能與內部的應力平衡，作用在水平方向時形成了破壞力。概念設計中缺少優化環節導致這一現象的產生，很難保障整體結構的穩定性。

1.4概念設計中常見問題的解決方案。設計過程中不可脫離實際情況，在前期準備工作中對建筑場地進行詳細的測量，將地區可能出現的自然災害進行模擬實驗，根據測試結果對設計結構進行優化。充分考慮建筑物的自重，滿足對抗震性能的要求，同時在結構上進行改進，應用力學知識，節省建筑過程中的原材料使用。合理修筑剪力墻，結構在成體建筑中起到承重作用，但不能破壞空間整體性，注重格局的設計，將各單元的樓梯間進行分別設計，根據不同區域的需求，可將方案進行更改，保證整體結構統一又各有特點。在樓體外觀的設計中加入符合當地人文特色的元素，使建筑物更具有中國特色。應用概念設計法時加強后期的優化工作，注重從宏觀到細致的過渡，設計方案要具有靈動性，應對施工進展過程中的突況工程師要及時進行探討，對原有結構做出更改，保障施工連續進展。設計測量工作中會涉及到很多變量，對這些數據進行反復測量，確定合理的浮動范圍，作為施工開展的有力依據。

2結構選型的問題

2.1結構的超高。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚至超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

2.2控制柱的軸壓比與短柱問題。在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結構延性就差，當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在結構中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。

3結構計算與分析

3.1計算模型的選取。對于常規結構，可采用樓板整體平面內無限剛假定模型；對于多塔或錯層結構，可采用樓板分塊平面內無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結構等可采用樓板分塊平面內無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結構或要求分析精度高的高層結構則可采用彈性樓板模型。在使用中可根據工程經驗和工程實際情況靈活應用，以最少的計算工作量達到預期的分析精度要求，既不能不分情況一概采用剛性樓板模型，造成小墻肢計算值偏小，不安全；也沒必要都采用彈性樓板模型，無謂地增大計算工作量。

3.2抗震等級的確定。對常規高層建筑，可按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8節規定確定抗震等級，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于復雜高層建筑還應符合第10章的規定；對于地下室部分，當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震等級可根據具體情況采用三級或更低等級。

3.3非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑地震作用和風荷載較大，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的處理措施進行設計。