鋼斜撐在高層結構設計中的應用

文/龐仙臺 杭州鐵木辛柯鋼結構設計有限公司 浙江杭州 310000

鋼斜撐在高層結構設計中的應用

文/龐仙臺 杭州鐵木辛柯鋼結構設計有限公司 浙江杭州 310000

近年來，伴隨我國建筑行業不斷地發展，人們對于居住條件需求越來越高。為了提高城市土地資源的有效利用，國家倡導在城市內建設高層建筑，隨之鋼結構高層建筑也越來越多，與鋼筋砼建筑相比，鋼結構的強度高延性好，耐震性能強，特別適用于地震區的高層建筑中。高層鋼結構建筑的結構體系有框架結構、框架-支撐結構、框架核心筒結構等；在框架-支撐結構體系中，鋼斜撐的作用能大幅提高建筑整體的抗側剛度和抗扭能力。鑒于此，本文將對鋼斜撐在高層結構設計中的應用進行分析探討。

鋼斜撐；高層鋼結構；鋼結構設計

隨著高層結構越來越多，我們為了提升結構的整體抗壓、抗扭能力，鋼結構越來越多的運用在建筑工程中，并對高層鋼結構進行了專門的研究，同時在進行結構設計的時候進行嚴格的審核。在進行設計的時候一定要分析考慮房屋結構的整體性，我們必須要在不影響整體結構效果的前提下進行結構設計，以達到美觀實用的效果。鋼斜撐結構能夠達到在保證結構設計標準的前提下，提高了整體結構的抗側力，進而提高結構整體的強度。

一、高層結構中的框架-支撐結構體系

目前，我國的許多高層建筑都有進行鋼斜撐的設計，與框架結構相比較，框-撐體系具有較大的抗推剛度，而且由于剛性樓板的協調，結構下部的最大層間側移角顯著減小，框-撐可以用于比框架體系更高的建筑，這一切都歸功于鋼支撐的作用，支撐在水平荷載作用下所產生的側移主要是由其中各桿件的軸向變形所引起。

支撐形式有中心支撐、偏心支撐，中心支撐有X支撐，V字撐、人字撐或單斜桿支撐。X支撐、人字型等中心支撐具有很大的抗推剛度和水平承載力。中心支撐的主要缺點在水平地震作用下斜桿反復受壓屈曲后承載力急劇下降。偏心支撐的優點是在強烈地震作用下，斜桿因受到消能梁段先行屈曲而進入塑形變形保護，并始終保持平直狀態，避免反復壓曲、拉伸進而引起剛度退化和強度降低，因此提高了支撐甚至整個結構的延性。

我們在結構設計中，最重要的工作就是合理的布置結構中豎向構件和水平構件，尤其是鋼支撐的布置，鋼斜撐能夠有效地減少柱與梁所承擔的荷載作用，提高整個結構的強度，還能夠提高整體的美觀，使整個建筑看起來更加堅固實用。

二、高層結構中的鋼斜撐結構的設計要點

1.模型計算分析處理

在模型分析時，中心支撐的斜桿可按兩端鉸接桿件進行整體內力分析，不論實際支撐兩端是做成鉸接的還是剛接的；當支撐斜桿軸線偏離梁與軸線交點不超過斜桿的截面寬度時，模型中仍可按中心支撐進行分析，但在節點設計時應計入由于偏心產生的附加彎矩的影響。

在實際工程中支撐的截面宜采用雙軸對稱截面，截面形式有雙角鋼、H型鋼、方鋼管、矩形鋼管等。往往在整體分析時，經常會碰到支撐平面內的正應力很有富余，而平面外的穩定應力已經超過1.0的情況；這種情況下我們該怎么解決呢？通常可以將H型支撐轉90度或采用交叉支撐或采用鋼管支撐就能很好的解決，因為支撐斜桿平面外的計算長度較大，設計時宜將斜桿截面的強軸置于平面外的方向，采用H型截面時宜將翼緣平行于支撐所在平面；采用交叉支撐時平面內的計算長度系數可取為0.5，平面外的計算長度系數根據經驗最小可取0.7（具體根據節點形式）。鋼管支撐對整體結構的剛度貢獻較大，往往在層高比較高時或建筑高度比較大時采用。H型鋼通常用在層高不太高，跨度不太大，雙角鋼組合的T型截面在設防烈度7度以上時用的較少。

支撐的長細比控制要相對要求嚴格，因為支撐系統在地震作用下的滯回特性主要取決與斜桿的受壓性能。支撐的長細比較大時，滯回曲線所圍成的面積就較小，所能吸收的能量較少；在抗震烈度較高的結構中，支撐在長細比上控制的更嚴。

2.抗震性設計

我們在地震帶上建設房子就需要我們進行設計的時候一定要注意建筑整體的抗震要求，1）具有明確的計算簡圖，合理的地震力傳遞途徑；2）框架-支撐體系具有多道防線，避免了部分結構或構建破壞，而導致整個結構體系喪失整體穩定和繼續承載的能力；3）具備必要的水平承載力，良好的側向變形能力和較大的消耗地震能量的能力；4）沿房屋高度，具有合理的側向剛度和水平承載力分布，避免因個別樓層的局部削弱或突變，形成柔軟或薄弱部位，引起過大的應力集中或塑性變形集中；5）鋼結構的整體穩定破壞的結構是很嚴重的，要避免結構發生整體失穩，構件應合理控制截面尺寸，避免構件的局部失穩；6）結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。鋼構件的設計應符合“三強”耐震設計準則，即“強結弱桿，強柱弱梁，強焊弱鋼”。

鋼結構的抗震要求必須嚴格遵守力學的要求，我們要對鋼結構中的每個部件進行抗震試驗，并得出每個結構的構件的抗震能力，對于不符合抗震要求的結構進行修改。我們一定要注意力的傳遞，力的傳遞盡量直接，避免多次傳遞。

3.節點連接設計

我們在進行鋼結構的設計中最重要的部分還有節點的設計，節點的設計雖然可以說成細節，俗話說的好“千里之堤，潰于蟻穴”。支撐斜桿采用焊接H型鋼截面，其翼緣與腹桿的連接宜采取全熔透連續焊縫。為簡化構造方便施工，梁-柱節點宜帶有工廠焊接的懸臂梁段，斜桿端部變化處宜做成圓弧。支撐斜桿采用節點板連接時，構造上應采取防止節點板側向屈曲。支撐斜桿翼緣位于框架平面內時，支撐的出平面的剛度比較大，但是節點構造上比較麻煩。X型支撐的中央節點宜做成在平面外具有較大抗彎剛度的“連續通過型”，來提高支撐出平面的穩定性。H型支撐與框架柱或梁的連接比較方便，通常以栓焊連接為主；鋼管支撐節點主要以焊接為主。

我們必須重視節點的設計，在進行節點設計的時候出現一點的失誤，就有可能影響整體的結構強度。我們要對節點部位就需要編制設計的規范，并把設計的規范編制成為標準，提高設計的速度和質量方便以后的施工，進而有效地減少失誤的發生，提高建筑整體的強度。

結語：

綜上所述，我們不難看出在今后的發展中鋼斜撐的結構會越來越多的應用到高層建筑中，為了提高鋼斜撐設計的強度，就需要我們在一定的結構中進行嚴格的控制。為了減少由于設計的失誤對施工的影響，就需要我們對設計進行嚴格的監督。結合現階段的科技力量，提高我們的設計水平，是我們的建筑質量越來越高，并使我國的施工走向世界提供豐厚的經驗。

［1］龔兵.鋼斜撐在超限高層結構設計中的應用［J］.福建建筑，2016，（02）：38-42.

［2］龔胡廣.基于性能的抗震設計方法及其在高層混合結構抗震評估中的應用［D］.湖南大學，2006.

［3］林紹明.帶耗能減震層高層結構體系分析與設計方法研究［D］.廣州大學，2014.

［4］鄒昀.上海環球金融中心大廈基于性能的抗震設計研究［D］.同濟大學，2006.

［5］于鯤.鋼結構在高層建筑中的應用［D］.天津大學，2011.