钢结构设计的基本原则.pdf

钢结构设计的基本原则

1.高层建筑钢结构的应用概况我国在经济建设发展的基础

下，于上世纪90年代初期与末期分别形成了两个高层钢结构建

设的高峰期，至今已建成以上海环球金融中心为首的地上101

层、总高度492m，高度居世界最高建筑的第三位，还有金茂大

厦88层、总高度421m，刚刚竣工的京城第一高楼北京国贸三

期主塔楼建筑高度为330米。并且现在又有《高层民用建筑钢

结构技术规程》（JGJ99-98）作为设计依据。08年奥运会主会

场鸟巢的建成表明我国国产高性能优质钢板、厚板以满足高层

钢结构的用材要求。以上工程实例表明我国已具备建造高层、

超高层钢结构的能力。

2.高层建筑钢结构技术经济性能的特点

2.1钢结构材料轻质高强、承载力高而自重轻

钢结构材料与钢筋混凝土相比，其强度重量比指数是钢筋

混凝土的5倍以上，这个比值随着钢铁材料的发展更加显著。

据统计高层钢结构的自重仅是钢筋混凝土高层结构自重的一半

到60%左右。

2．2高层钢结构的自重减轻可显著减小基础负荷和地震作

用，从而降低基础及结构的造价

第1页共6页

通过各种实例统计得出：高层钢结构地基上单位面积的负

荷约可减少25%以上，当为软土地基或人工地基的条件时，这

种降低工程造价的影响更为明显；综合考虑阻尼比、质点质

量、刚度与周期的影响地震作用约可减少20%~30%。

2.3钢结构钢材在具有高强度的同时还具有高延性、高韧

性

优质结构钢的强屈比均可保证大于1．2。按抗震设计规定

弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规

定为h/800，而对钢结构则可放宽到h/250，二者相差3.2倍。

可见在地震作用下，由于钢结构有良好延性的优势特征，不仅

因吸能而减弱地震作用，而且属较理想的弹塑性结构，具有良

好的适应强震变形能力。

2.4减小结构尺寸增加使用面积

由于钢材轻质高强，其梁柱截面尺寸相对较小因而占用的

建筑面积也小，相当于增加了使用面积。

2.5施工速度快、周期短

钢结构构件均在工厂制作加工，现场安装，干作业比重

大，基本不受气候影响。且钢材可以回收，建造和拆除时对环

境污染较少。

2.6便于大柱网大开间的建筑布置或转换层设备层、共享

空间等建筑特殊平面与空间布置，还便于设备管线的穿越设置

第2页共6页

2.7防锈、防火性能差，需特别处理防护

钢结构耐锈蚀能力及耐火能力差（其自身耐火时限仅为

5min）是主要缺陷，这是其材料自身特性所决定的。在应用

中，应按设防标准采取防锈涂料及防火涂料（或外包板材）防

护。目前已有相应的防护规范、配套材料可应用，也可采用耐

候钢、耐火钢或钢管（型钢）混凝土构件，提高结构耐火性

能。由于采用防护措施也会增加钢结构的造价。

3.结构体系特点

（1）根据国外高层建筑的建设经验，为了保证高层钢结构

承载（竖向荷载与水平荷载）的可靠性与结构的合理性，应妥

善地选用与配置适用于使用条件的承重结构体系（如纯框架体

系、钢框架-支撑体系）、钢筒中筒体系（密柱外筒与密柱内筒

相组合）及钢框架-钢筋混凝土剪力墙（或核心筒）组合结构体

系。

（2）抗震高层钢结构的体系和布置应符合下列要求：

①应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；

②宜有避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗

震能力的多道设防；

③应具有必要的刚度和承载力，良好的变形能力和耗能能

力；

④宜具有均匀的刚度和承载能力分布，避免因局部削弱或

第3页共6页

突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对

可能出现的薄弱部分，应采取加强措施。

（3）当采用钢框架-混凝土筒（墙）混合结构体系时，其

抗震设防应考虑双重抗侧力体系，其层间位移的限值应有专门

的考虑。

4.高层钢结构的设计特点

（1）设计应遵照专门的设计规程“高层民用建筑钢结构技

术规程”进行。应严格要求合理的结构布