多高层钢结构体系有哪些选型设计？

多高层钢结构体系有哪些选型设计？（共7篇）

多高层钢结构体系有哪些选型设计？ 篇1

目前国内进行多高层钢结构住宅建设所采用的结构体系主要分为四种：

1）纯框架形式；

2）框架支撑形式；

3）型钢混凝土组合形式；

4）钢框架一混凝土抗震墙形式， 对于纯框架形式，梁柱材料采用型钢，通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装。框架支撑形式同纯框架形式类似，只是由于抗震需要，在主体结构两个主轴方向布置斜撑，钢斜撑与型钢柱和梁连接组成竖向抗侧力析架，从而取代传统的混凝土剪力墙，安装方式同样采用焊接或螺栓连接，

型钢混凝土组合形式的特点是在钢骨架梁柱外侧另外浇筑一层混凝土，新浇筑的混凝土不仅起到结构作用，同时有助于解决主体结构的防腐、防火问题。钢框架一混凝土抗震墙形式，外部梁柱系统采用型钢，同样通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装，内部核心筒或剪力墙采用现浇方式施工，通过预埋构件同外围钢结构框架相连接，共同组成结构系统。这种结构体系的用钢量低于纯钢结构，施工速度介于纯钢结构和混凝土结构之间。但钢与混凝土材料的刚度和延性相差较多，目前主要在低烈度地震区的高层钢结构住宅中采用。钢结构住宅设计时应根据安全可靠、经济合理、施工方便等原则，并结合建筑使用功能、建筑模块和建筑维护结构以及抗震设防烈度等要求合理择优选用抗震和抗风性能好的结构体系，以保证结构具有足够的抗风、抗震能力和满足住宅特点的使用功能。

多高层钢结构体系有哪些选型设计？ 篇2

目前, 我国内地建成和在建的高层钢结构建筑有近40幢, 总面积约320万平方米, 用钢量约30万吨, 投资约600亿人民币。与此相适应, 我国在高层钢结构的科学研究、设计软件的编制、设计能力及各项配套的工艺方面均取得较大的进展, 在钢结构的制作及安装方面的国产化已具有相当水平。多层钢结构多应用于住宅体系, 但其发展在我国仍处于起步阶段。国家为加快住宅产业现代化的步伐, 采取了一系列的政策措施, 不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用, 同时, 还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

2 多高层钢结构体系的优点

虽然制约钢结构推广的因素很多, 但是其中最重要的是其造价问题。要降低成本, 势必从减少结构用钢量、减轻结构自重着手, 除采用合理的设计方法之外, 还需要研究开发经济合理的结构体系以及轻质高强的楼板和墙板。减轻结构自重, 不仅可以节约大量建材, 降低工程造价, 还有利于抗震, 从而获得良好的经济效益和社会效益。多层钢结构的优点可以归结如下, 1) 设计制造周期短, 设计生产一体化。2) 大跨度、大开间, 有利于功能、空间的灵活布置。3) 钢结构体系具有良好的抗震性能。4) 自重轻, 降低基础造价。5) 工期短, 施工效率高, 采用钢结构体系可为施工提供较大的空间和较宽敞的施工作业面。6) 钢结构的质量容易保证。7) 管线布置方便。8) 节能环保, 钢材可以重复使用, 遗留的废料垃圾少, 其生产和使用中对自然环境的破坏小。

3 多高层钢结构体系简介

3.1 框架体系

框架体系是指沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所形成的结构体系。框架节点是结构整体性的关键部位, 但同时又是应力集中的地方。许多震害表明:节点往往是导致结构破坏的薄弱环节。框架结构的侧向刚度小, 属柔性结构。框架结构的变形主要由剪切及整体弯曲变形构成。层数较少时, 大部分位移由剪力引起的梁柱弯曲产生。但随着层数增加, 框架尤如悬臂梁, 柱子轴向伸长和压缩, 使整体弯曲变形所占比例增加。

3.2 框架———支撑体系

框架———支撑结构体系是由纯框架体系变化而来, 即在框架体系中部分框架柱之间设置竖向支撑, 形成支撑框架, 属于双重抗侧力结构体系, 支撑框架是第一道防线, 框架是第二道防线, 支撑框架中的竖向支撑产生屈曲或破坏后, 由于支撑斜杆一般不承担竖向荷载, 所以不影响结构承担竖向荷载的能力, 不致危及结构的基本安全要求。在这种体系中, 框架的布置原则和柱网尺寸, 基本上与框架体系相同, 支撑大多数沿楼面中心部位服务面积的周围布置, 沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接, 形成一个支撑芯筒。一般而言, 钢框架-支撑体系用于非地震区40层以下的楼房是不会超出经济、有效的范畴的。地震区不超过12层的楼房, 可用中心支撑;超过12层的楼房, 8、9度时宜采用偏心支撑等消能支撑, 但顶层可采用中心支撑。

3.3 框架———墙板体系

框架———墙板体系是以钢框架为基础, 于框架间嵌置一定数量的带肋钢板或预制钢筋混凝土墙板所组成的结构体系。框架———墙板体系整个建筑的竖向荷载全部由钢框架承担。水平荷载引起的水平剪力由钢框架和墙板协同工作, 共同承担, 并按两类构件的层间抗推刚度 (侧向刚度) 的比例分配。由于墙板具有较强的抗推刚度和受剪承载力, 在风或地震作用下, 框架———墙板体系的侧移比框架体系减小很多, 因而可以用于层数更多的建筑。具有特殊构造措施的墙板, 其延性比普通现浇钢筋混凝土墙体大数倍, 因而能与钢框架更协调的同步工作。

3.4 框筒体系

框筒体系是指由建筑平面外圈的框架筒体和楼面内部的框架所组成的结构体系。因为框筒体系的抗侧力构件是沿房屋周边布置, 不仅具有很大的抗倾覆能力, 而且具有很强的抗扭能力, 所以框筒体系也适用于平面复杂的建筑。楼面内部的框架仅承受重力荷载, 所以, 柱网可以按照建筑平面使用功能要求随意布置, 不要求规则、正交, 柱距也可以加大。作为抗侧力立体构件的框筒, 具有很大的抗推刚度。框筒体系中的框筒, 将承担建筑全部水平荷载所引起的水平剪力和倾覆力矩。

3.5 交叉错列桁架体系

交叉错列桁架结构体系主要适用于住宅、办公楼、旅馆、公寓等中高层建筑, 平面布置最适宜采用矩形, 也可采用其它形状如L形、T形或半圆形, 但其计算较为复杂。交错桁架结构体系的基本组成是楼板、桁架和柱子。柱子仅在房屋周围布置, 不设中间柱。桁架的高度等于楼层高度, 跨度等于建筑全宽, 它的两端支承在房屋外围钢柱上, 在相邻柱轴线上为上、下层交错布置。而楼面板跨越桁架间距的一半, 一端支承在一桁架的上弦杆另一端则悬挂在相邻桁架的下弦杆, 因此, 每层楼面在两个相邻桁架之间可以获得一个较大的空间。

3.6 混凝土芯筒———钢框架体系

混凝土芯筒———钢框架体系是指由钢筋混凝土芯筒与外圈的刚接或铰接钢框架共同组成的混合结构体系。当建筑的楼层平面采用核心式建筑布置方案, 沿楼面中心部位的服务型面积周边设置钢筋混凝土墙体所形成的芯筒, 是一个立体构件, 在各个方向都具有较大的抗推刚度。混凝土芯筒是结构体系中的主要或唯一的抗侧力竖向构件。当楼面外圈为刚接框架时, 芯筒承担着绝大部分作用于整个建筑的水平荷载, 一小部分由钢框架承担。当楼面外圈为铰接框架时, 芯筒则承担楼房的全部水平荷载。

4 结语

本文回顾了国内外多高层钢结构体系的发展情况, 归纳了国内外常见多高层钢结构体系的优点, 同时总结了目前多高层钢结构体系楼板、墙板的类型及其性能特点, 以期为新型轻钢结构体系设计提供技术基础。

摘要：多层钢结构多应用于住宅体系, 但其发展在我国仍处于起步阶段。国家为加快住宅产业现代化的步伐, 采取了一系列的政策措施, 不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用, 同时, 还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

关键词：建筑设计,轻钢结构体系,现状

参考文献

[1]康昌平.多层钢结构住宅结构体系探讨[J].山西建筑, 2009.

[2]李显林, 孙玉宝.对钢结构住宅可行性分析及其设计思路的探讨[J].中国科技信息, 2005.

高层结构设计体系选型与优化研究 篇3

【摘 要】对于同一个设计，不同的结构工程师可能采用不同的结构体系，选用不同的结构材料来实现同一设计目标，使得最终的经济性能不同，甚至相差很大。因此就非常有必要对结构材料、结构体系以及基础形式等进行比选和优化。

【关键词】高层；优化；设计

【Abstract】For the same design， different structural engineers may have different structural systems， use different materials to achieve the same structural design goals， making the final economic performance of different， even a big difference. Therefore， it is necessary for structural materials， structural systems and forms the basis for comparison and selection and optimization.

【Key words】Level；Optimization；Design

结构体系是指结构在抵抗竖向荷载和水平荷载时的传力途径及构件的组成方式。竖向荷载由水平构件和竖向构件传递到基础，而水平荷载则由抗侧力体系传到基础。在高层建筑中，抗侧力体系的选择与组成是高层建筑结构设计的首要考虑及决策重点。

1. 高层建筑按结构材料划分

1.1 钢筋混凝土结构体系。

钢筋混凝土结构合理利用了钢筋和混凝土两种材料的协同受力性能特点，广泛应用于各种工程结构中。它具有取材丰富，造价较低，耐久性和耐火性较好，维护费用低，结构造型灵活，整体性能好等优点。由于这些优点使得钢筋混凝土结构成为我国传统的结构形式，在我国的高层建筑中占主导地位。

1.2 钢结构体系。

钢结构具有强度高，抗震性能好，构件截面小，工厂化生产程度高，施工方便，建设周期短，大跨度、大空间、多用途等特点。同时它也具有结构材料较昂贵，造价较高，钢材易于锈蚀，日后维护费用高，防火性能较差，设计施工技术较复杂等缺点。

1.3 钢一混凝土混合结构体系。

钢一混凝土混合结构将钢构件和钢筋混凝土构件两者并用，互相取长补短，既充分利用了钢构件具有的材料强度高，截面尺寸小，能提供较大跨度空间的优点，也利用了钢筋混凝土墙体或筒体具有的较大的抗侧刚度和较高的抗震承

载力等优点。

1.4 钢一混凝土组合结构体系。

钢一混凝土组合结构主要包括型钢混凝土结构和钢管混凝土结构，型钢混凝土结构是指混凝土内含型钢的劲性配筋混凝土结构，钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。

2. 高层建筑按结构形式划分

多层及高层建筑中传统的、广为应用的是框架、剪力墙、框架一剪力墙结构体系。在高度较大的高层建筑中，应用较多的是框架一筒体结构、框架结构、筒中筒结构及多筒结构等结构体系。

2.1 框架结构体系。

框架结构体系采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载，适用于多层或高度不大的高层建筑。框架结构的布置要注意对称均匀和传力途径直接。传统的结构布置采用主次梁的作法为主，逐步向扁梁或无盖梁发展。框架柱是框架结构的主要竖向承重和抗侧力构件，以受压应力为主。

2.2 剪力墙结构体系。

剪力墙结构体系是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构体系。剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为3～8米。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑。

2.3 框架一剪力墙结构体系。

框架一剪力墙结构是将框架和剪力墙结合在一起而形成的结构形式。它既有框架结构平面布局灵活、适用性强的优点，又有较好的承受水平荷载的能力，是高层建筑中应用比较广泛的一种结构形式。合理的结构设计，将能使框架、剪力墙两种不同变形性能的抗侧力结构很好地协同工作共同发挥作用。

2.4 筒体结构。

随着建筑物高度的增加，传统的框架结构体系、框架一剪力墙结构体系已不能很好地满足结构在水平荷载作用下强度和刚度的要求。筒体体系因其在抵抗水平力方面具有良好的刚度，并能形成较大的使用空间，而成为六十年代以后常用于超高层建筑中的一种新的结构体系。根据筒体布置、组成、数量的不同，又可分为框架筒体、筒中筒、组合筒三种体系。

3. 高层建筑结构体系选型的影响因素

高层建筑是一个一个单体，可统计性差、影响因素多，并且多个影响因素之间往往相互制约，从信息角度讲：它的不确定以及不确知的信息多，同时其综合性也很强。影响高层建筑结构选型的主要因素可以简要的归纳为。

3.1 环境条件。主要包括建筑抗震设防烈度、建设场地类别、基本风压以及基本雪压等自然环境因素。

3.2 建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度和层数、高宽比、长宽比以及建筑体型。每一种结构形式都有其各自的特点以及适用性，考虑到经济的原因也就有了各自的适用高度。我国的《抗震规范》以及《高规》均给出了每一种常见建筑结构体系的适用高度。

3.3 建筑功能要求。结构是为建筑服务的，所以结构的布置必须满足建筑功能的要求。建筑的功能基本上分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼，某种功能的建筑可能只有某几种结构形式与之相配。例如高层住宅，由于其使用空间较小，分隔墙体较多，且各层的平面布置基本相同，通常比较适宜采用剪力墙或框架一剪力墙结构。

3.4 建筑材料。建筑材料对建筑的影响是非常大的，可以说是至关重要。每一次建筑高度的突破，都伴随着建筑材料的革新。在多层建筑中，水平荷载处于次要地位，结构的荷载主要是竖向荷载。

4. 高层建筑结构体系优化

每一种结构体系都有其适用的经济高度，对于同一栋高层建筑，往往可以有不同的结构体系可以选择。到底选择那一种结构体系比较经济合理，这就牵扯到结构体系优化的问题。在钢筋混凝土以及钢结构的设计中，有一些基本的原则能够改善结构的受力性能，提高结构的抗震能力，而不需要明显地增大建筑成本。

4.1 增加抗弯结构体系的有效宽度，以调整结构的抗侧刚度。这样做，是非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力。从材料力学的基本知识可以知道，同样面积、抗倾覆力同结构宽度的关系不同形状，可以获得不同的其几何特征。例如：相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。在其它条件不变的前提下，侧移将按宽度增加的三次方的比例减小。当然，必须考虑“剪力滞后”的不利影响，结构体系中竖向构件的水平连接应具有足够的刚性，才能真正达到上述效果。

4.2 设计结构分体系时，应使其构件以最有效的方式相互作用。例如，采用具有有效受力状态的弦杆和斜杆的析架体系；在钢筋混凝土抗震墙内配置交叉钢筋，以增强其抗剪能力；调整构件刚度，使框架的刚度比达到最优以取得良好的受力效果。

4.3 增大最有效承受荷载构件的面积，充分发挥材料的自身强度，是结构工程师应该时刻考虑的问题以及应该具有的基本结构概念。例如，增大较低楼层框架柱和框架梁的截面高度或受压翼缘面积，就能够直接增大结构的抗侧刚度，有效减小侧向位移，从而改善结构的抗震性能。

4.4 水平作用的传递主要是依靠楼板，并且目前几乎所有的结构分析理论所采用的基本假定都是楼板水平刚度无限大。故此，每一层楼盖应该具有足够的刚度和连续性，以起到水平隔板的作用，使各抵抗外力的构件能够协同工作成为整体，而非各自独立。

4.5 选择合理的倒塌机制。结构之所以称之为结构，是因为它可以稳定地承受外荷载作用。高层建筑同多层建筑一样，当结构出现一定的塑性铰以后，整个结构变为机构，丧失承载能力。结构最佳的破坏机制应该是结构构件出现塑性铰以后，其承载能力基本保持稳定，可以持续变形而不至于倒塌，最大限度地消耗地震能量。例如框架结构中，塑性铰应先出现在框架梁端，而不是出现在柱端；抗震墙结构和框架一抗震墙结构中，塑性铰应先出现在连梁两端而不是出现在剪力墙或者框架柱端。

[文章编号]1619-2737（2015）07-11-184

[作者简介] 王菁菁（1984.07.07-），女，籍贯：河北省石家庄市，职称：助理工程师，工作单位：河北大地建设科技有限公司。

多高层钢结构体系有哪些选型设计？ 篇4

1梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率，非抗震设计时均不应小于0.30%;抗震设计时，特一、一、二级分别不应小于0.60%、0.50%和0.40%，

2离柱边1.5倍梁截面高度范围内的梁箍筋应加密，加密区箍筋直径不应小于10mm，间距不应大于100mm，

加密区箍筋的最小面积配筋率，非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv;抗震设计时，特一、一、二级分别不应小于1.3 ft/fyv、1.2 ft/fyv和1.1 ft/fyv。

小高层住宅结构选型与设计 篇5

1.1 结构设计遵循简单性和规则性

结构的简单性可以保证地震具有明确直接的传递途径, 设计中尽量采用规则的平面布置。相对简单的结构通过对模型进行内力和位移分析, 能够可靠地估计出结构的抗震性能。平面规则、均匀使建筑物以较直接和较短的途径传递分布质量产生的地震惯性力。结构刚度和分布协调质量, 通过限制刚度与质量之间的偏心, 防止薄弱的子结构过早破坏。

1.2 小高层住宅结构设计要点

《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定, 6度抗震设防时也应进行地震作用计算, 水平荷载在设计中有重要影响。控制其侧移成为钢筋混凝土结构设计的主要指标。在小高层住宅设计中, 结构不仅要具有足够的强度, 而且还要满足抗侧移刚度, 使结构在水平荷载下产生的位移符合规范要求。结构延性设计是钢筋混凝土结构设计的另一指标。相对于低层建筑, 小高层住宅结构更柔, 地震作用下也大。为了保证结构在进入塑性阶段后仍保持较强的变形能力, 需要在构造上采取特别的措施, 使结构达到一定的延性。

1.3 小高层住宅采用的结构型式

小高层住宅采用的结构型式主要有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构。但是随着人们对高层住宅平面与空间的要求越来越严格, 普通框架结构的露梁凸柱、普通剪力墙结构对建筑空间的分隔已不能满足对住宅空间的要求, 于是就出现了“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”。这两种结构在普通剪力墙的基础上, 吸收了框架结构的优点, 能满足新的高层住宅观念需求。一方面提供灵活的建筑空间, 满足居民对现代住宅空间划分的要求, 具有美观平整的室内环境;另一方面通过合理地布置承重构件, 使结构的刚度与承载力达到最佳。

1.3.1 异形柱结构

异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2～4, 包括异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构。异形柱是多肢的, 其剪切中心在平面范围之外, 受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土协调内力和变形, 产生较大的剪应力和翘曲应力, 这种剪应力的存在, 使柱肢易出现裂缝, 也使得各肢的核心混凝土处于三向剪力状态;具有变形能力低、延性差, 脆性破坏明显的特征;影响其异形柱破坏的因素主要有:轴压比、荷载角、柱净高与截面肢长比、配箍率等。由于异形柱受力复杂, 设计者必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其延性和强度。

1.3.2 短肢剪力墙结构

短肢剪力墙是指截面厚度不>300 mm、各墙肢截面高度为厚度的4～8倍的剪力墙结构。具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指, 在规定的水平地震作用下, 短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%。此结构型式具有以下特点:布置灵活, 楼盖方案简单, 很好的结合建筑平面, 不会与建筑使用功能冲突;可以充分利用中心剪力墙, 形成主要的抗侧力构件、强度和刚度要求。

2抗震性能分析

对具体建筑物来说, 静力荷载 (重力荷载、风荷载等) , 其值是基本稳定的。而地震作用的大小, 却与其动力特性有关。异形柱结构、矩形柱结构以及短肢剪力墙结构三种结构中, 短肢剪力墙结构抗侧刚度最大, 楼层的水平位移最小, 各项技术指标较易满足规范要求;其整体结构性能要优于其他两种结构体系, 其抗震性能最好。但短肢剪力墙结构体系的混凝土和钢筋用量相对要高于异型柱结构, 所以异形柱结构相对短肢剪力墙结构更为经济。

3结构优化设计

目前, 结构设计采用的优化方法, 是设计者应用建筑结构分析软件, 采用人工分析进行不断调整, 即对不同的结构选型和布置方案进行比较分析, 进行获得比较理想的结构方案。工程师先按经验确定结构的材料和几何尺寸, 然后进行结构内力分析校核, 最后再确定方案。这种设计方法, 可以充分考虑整个结构的安全性, 却容易忽略经济性。优化的目标通常是求解具有最小重量的结构, 但同时必须满足一定的约束条件, 以获得最佳的静力或动力等性态特征。结构优化设计包含尺寸优化:在给定结构类型、材料、外形几何和布局拓扑的情况下, 优化各个构件的截面尺寸, 使结构重量最轻或最经济。设计中可以采用满应力法进行结构优化设计。所谓满应力是指结构的构件在荷载作用下的最大应力达到材料的容许应力, 此时材料的强度能够得到充分利用。满应力设计法是指结构在规定的材料和确定的几何形状条件下, 按照满应力准则的要求, 然后通过修改构件的截面尺寸, 使每一构件至少在某一种工况下达到或接近容许应力限值的优化算法。

根据以下步骤利用满应力设计法进行结构优化设计:首先, 根据经验确定结构各构件的初始截面尺寸, 并分别建立墙、柱、梁的截面尺寸数据库;其次, 对结构进行受力分析, 并算出各种工况作用下结构的位移及内力, 并对结构构件进行承载力验算;再次, 根据计算结果, 对构件截面尺寸大小进行调整, 使构件能充分发挥材料的性能, 接近满应力状态;同时统计截面需修改的个数;然后, 根据修改截面的数量、性质, 由人工干预或指定一个限值自动决定是否需要重新计算, 可以返回到第二步计算, 如此反复循环, 直到满足要求为止;最后, 可以输出优化后的构件尺寸及计算结果。

摘要：通过分析小高层住宅各种不同结构体系的特点、抗震性能和经济性, 比较它们之间的差异, 得出最适合于小高层住宅的结构体系, 同时介绍了结构优化设计方法, 为结构设计提供依据。

关键词：小高层,抗震性能,混凝土结构,优化设计

参考文献

[1]薄冰, 黄慎江.短肢剪力墙结构的抗震性能比较与研究[J].工程与建设, 2010 (2) .

多高层钢结构体系有哪些选型设计？ 篇6

住宅、酒店、写字楼等高层建筑的建设已经逐渐成为当今社会建设活动的主流。类似于悬臂构件, 高层建筑结构在水平荷载如风荷载及地震作用作用下位移比较大, 竖向荷载并非控制结构的关键因素。而且随着结构高度的增加, 位移会很快增加, 过大的变形严重影响居住及办公的舒适度, 甚至影响其使用功能。过大的变形也容易损伤甚至破坏结构非受力构件及部分受力构件, 威胁到生命财产安全。因此, 设计的合理化、选型的科学性对高层建筑结构而言十分重要。

2 高层建筑结构选型概述

建筑师综合考虑建筑功能、实用性及其美观性, 采用丰富的平、立面布置形式使建筑与周围环境相互协调。然而对于高层结构的选型及后续设计而言, 不规则的平面形式是巨大的难题。在满足建筑设计的要求下, 我们需要不断探索研究各类技术及经济因素, 确保高层建筑社会经济效益的最优性。选型往往在最初阶段就应考虑到后续的设计深化、施工难度、以及使用和后期维护等问题, 避免设计出不合理、经济效益低甚至发展不安全的建筑, 对社会造成不必要的浪费和不良的影响。

3 结构体系的选择

结构选型要根据建筑功能、建筑高度、安全性经济性等综合考虑, 主要采用的结构体系有以下几种:

3.1 框架结构体系

框架结构是指由梁柱等构件组成的结构所承担的体系, 框架结构对不同抗震等级采用不同构造措施, 注意“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的实现, 保证足够的延性。

3.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是指钢筋混凝土墙体承担竖向和侧向荷载的体系, 片状构件承载力大且平面内刚度大, 但是相对的剪切变形也较大、平面外刚度小, 墙不适宜太密否则墙体能力不能充分利用且结构自重大。

3.3 框架剪力墙结构体系

框架剪力墙结构体系是指框架和剪力墙整体共同抗侧向力的结构体系, 简称框剪结构。变形曲线在水平力作用下呈S型, 框架较好的延性、带边框的剪力墙较抗侧力刚度、连梁良好的耗能性能, 使得框剪结构具有多道抗震防线, 抗震性能较好。

3.4 筒中筒结构体系

筒中筒体系是指建筑中部实腹筒和建筑外围的空腹筒通过楼盖连成整体工作的结构体系。筒中筒体系普遍用于建筑高度高且平面有近于圆形、方形包括正多边形、长短边之比不大于1.5的矩形大楼, 但是筒中筒结构密集柱柱距过小, 经常需要采用桁架、连续拱、预应力大梁等水平转换构件来扩大底部密集柱的柱距。

3.5 框架核心筒体系

框架-核心筒结构体系, 其外围的框架柱数量较少, 倾覆弯矩以及剪力大部分由核心筒承担, 核心筒与框架形成整体后共同承受荷载, 这种体系的关键是核心筒抗侧力构件, 要实现双重抗侧力体系必须采用一定的措施。

3.6 板柱-剪力墙体系

板柱-剪力墙体系是指侧向与竖向荷载由剪力墙与板柱框架共同承担的结构体系。板为体系中主要的水平构件, 剪力墙与柱承担全部竖向荷载以及水平地震作用, 其缺点就是抗侧刚度较小。

4 某工程结构选型对比分析

项目主楼高232m, 共56层, 核心筒尺寸26m×15.15m, 平面尺寸为宽45m×39.6m, , y向梁跨度12m, x向梁跨度9m, 核心筒高宽比15.1, 整体高宽比5.9。此项目为超高层结构, 选型较为复杂。综合结构受力要求以及建筑使用功能, 初步确定两种方案:1、钢筋混凝土核心筒加钢管混凝土柱的混合结构;2、常规的框架核心筒结构。两种方案均设置加强层满足规范要求的位移角。

4.1 结构分析结果对比

表1为两种方案的自振特性分析结果, 可以看出, 两种结构体系的动力性能较为接近, Y、X向平动分别为第一、二振型, 第三周期为扭转;混合结构周期相对较小, 两种体系扭转周期比均小于规范要求的0.85。两种方案在地震作用下的最大层间位移角为1/1274与1/1112, 混合结构刚度略大于混凝土结构方案。

表2为两种方案的框架剪力与弯矩承载率、刚重比、剪重比, 分析表明, 两个方案主要抗侧力构件为核心筒。地震作用下, 两种方案X向较为Y向框架所承担的剪力与弯矩大, 两种方案刚重比均大于规范要求1.4, 整体稳定性满足要求。剪重比混合结构略大于混凝土结构, 但两者均不满足规范要求, 需按照相关规定进行调整。根据计算结果, 混凝土结构方案以及混合结构方案竖向构件轴压比均能满足规范限值的要求, 同时框架柱的轴压比也控制在一个比较小的范围。此外还进行了风振舒适度验算, 两者顶点峰值加速度均满足相关规范要求。

4.2 施工周期与成本估算

根据相关工程经验, 混凝土结构的施工周期平均每层为6.11天;而纯钢框架结构的施工周期平均每层为5.91天;超高层混合结构的施工周期平均每层为4天。若采用混合结构, 每层施工的时间比混凝土结构要快2.11天, 取1.5天计算, 此项目将提前2到3个月时间竣工。

表3为根据两种方案估算的造价表, 可以看出, 混合结构方案要略高于混凝土结构方案, 但综合施工管理费用以及社会效益后, 采用混合结构方案此工程将提前投入使用, 为业主节省利息, 并为业主提前带来租金的收入, 经初步核算, 所带来的收益基本与造价持平。采用混合结构, 其钢管混凝土柱承载力较大, 在高轴压比的情况下延性较好, 且柱截面相比于混凝土柱要小, 节省建筑使用面积, 且钢管能充当模板, 无需支模, 给施工带来方便。由于混合结构上部结构相对较轻, 桩基础费用较省。混合结构梁截面相对于混凝土结构较小, 可为建筑提供更多空间。综合考虑, 此工程采用混合结构方案。

5 结论

本文介绍了结构体系的类型, 并结合实际, 选用两种结构方案进行对比, 最终选择有利项目的结构方案。在满足建筑设计的要求下, 我们需要不断探索研究各类技术及经济因素, 确保高层建筑社会经济效益的最优性。结构选型应考虑到后续的设计深化、施工难度、以及使用和后期维护等问题, 避免设计出不合理、经济效益低甚至不安全的建筑, 避免造成浪费和不良的影响。

摘要：随着社会的发展, 建筑高度越做越高, 建筑平面布置越来越复杂多变, 建筑立面也越来越多样化, 结构选型及后续设计的难度越来越大。本文对高层建筑结构的几个关键控制指标介绍, 总结出结构典型特点及关键难点。并通过多年的设计经验, 从具体的某工程案例着手分析结构几个重要影响因素综合比, 多方收集资料指出选型中突出问题为选型建议, 与大家共同研究学习。

关键词：结构设计,结构选型,结构体系

参考文献

[1]黄海, 阎兴华, 张艳霞.钢-混凝土混合结构在我国超高层建筑中的应用于研究[J], 北京建筑工程学院学报, 2002, 18 (4) :53-57.

[2]JGJ3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[3]沈蒲生.高层混合结构设计与施工[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[4]顾详林.建筑混凝土结构设计[M].上海:同济大学出版社, 2011.

多高层钢结构体系有哪些选型设计？ 篇7

无论选用何种材料、何种结构体系的抗震结构, 都宜设置多道抗震防线，一次地震持续的时间少则几秒, 多则十几秒甚至更长。这样长时间的地震动, 一个接一个的强脉冲对建筑物产生多次往复式冲击, 造成累积式破坏; 如果建筑物采用的是单结构体系, 仅有一道抗震防线, 一旦破坏后接踵而来的持续地震就会使建筑倒塌; 而设了多重抗震体系的建筑物, 在第一道防线的抗侧力体系遭破坏后, 后备的第二道、第三道防线立即接替, 抵挡后续的地震冲击, 特别是对于因“共振”而引起的破坏, 在第一道防线失效后,结构转入第二道、第三道防线工作, 此时随着第一道防线破坏塑性铰出现, 结构基本周期已生变化, 从而错开了地震动卓越周期, 建筑物免遭进一步破坏。这种抗震设计概念是对付高度地震的一种经济有效的办法, 且已应用到实际工程中, 如前面提到的马那瓜美洲银行就是一个应用多道抗震防线概念的成功实例。

美国林同炎国际设计公司设计这一工程(美洲银行)时所采取的指导思想是: 在风荷载和规范规定的等效静力地震荷载作用下, 结构具有较大的抗推刚度以满足变形方面的要求; 当遭遇更高地震烈度, 建筑物所受的地震力很大时,通过某些构件的屈服过渡到另一个具有较高变形能力的结构体系，

据这一指导思想, 该大楼采用了12. 55 m×12. 55 m 的芯筒作为主要的抗风和抗震构件, 不过, 该芯筒又由4 个“L”形小筒构成, 小筒外边尺寸4. 6 m×4. 6 m, 在每层楼板处, 采用较大截面的钢筋混凝土连梁将4 个小筒连成具有较强整体性的芯筒 。进行抗震设计时, 既考虑了4 个小筒作为大筒组成部分发挥整体作用时受力状况, 又考虑了连梁损坏后4 个小筒各自作为独立构件时的受力状态。这样, 当小筒间连梁完全破坏后, 整个结构的抗侧力能力也不至降低很多, 同时由于各层连梁两端出现朔性铰之后, 整个结构自震基本周期加长, 地震反应减弱, 有利于保持结构的安全和稳定。该大楼的震害表现( 表1) 说明这种设计思想是成功的。据测算, 该次地震在大楼中引起的水平地震力至少是0. 35 g, 大楼是1963 年设计的, 设计的水平地震力相当于0. 06 g, 这就是说大楼经受住了6 倍于设计的地震力。