高層鋼結構的案例
不知道多高層鋼結構如何抗震，怎么抵抗大震？
掌握：多層鋼結構房屋的抗震計算；高層鋼結構的抗震計算。
理解：鋼構件的抗震設計與構造措施；鋼節點及連接的抗震計算與構造措施；
了解：鋼結構的震害及破壞特點；多層鋼結構房屋的抗震構造措施。高層鋼結構的體系與布置；
鋼結構的震害特點
█ 鋼結構的特點
（１）各向同性的均質材料，質量易保證，結構的可靠性好；
（２）輕質高強，比強度高，可減小結構所受地震作用；
（３）良好的延性，使結構具有較大的變形能力，保證結構的抗震安全性；
（4）構件細、薄、長，宜發生失穩破壞；
（5）高溫下軟化，喪失承載能力，防火性能差。
（6）宜銹蝕，耐久性差。
（7）若設計、施工不當，可能發生脆性破壞。
█ 鋼結構的破壞形式
（１）框架節點區的梁柱焊接連接破壞；
（２）豎向支撐的整體失穩和局部失穩；
（３）柱腳焊縫破壞及錨栓失效；
（４）鋼柱脆斷；
（５）支撐及其連接的破壞；
（６）梁柱節點的破壞。
高層鋼結構的選型與布置
█ 高層鋼結構的體系
高層鋼結構的結構體系主要有框架體系、框架－支撐（剪力墻板）體系、筒體體系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）和巨型框架體系。
1、框架體系
框架體系是沿房屋縱橫方向由多榀平面框架構成的結構。這類結構的抗側力能力主要決定于梁柱構件和節點的強度與延性，故節點常采用剛性連接節點。
展開 考慮高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計研究
在確定第i段單元的上下兩端狀態變量后，分析變量傳遞關系，公式為：
rn=WHnWHn-1…WH2WH1r0=WHr0 (5)
將高層建筑鋼結構框架上的節點荷載視為梁兩端的幾種應力，沿著柱子的軸線方向，設Fij為高層建筑鋼結構第i層第j根柱子所承受的豎向承載力。正常情況下，鋼結構框架沿著豎直方向承載力呈均勻分布，由此設定鋼結構框架各層主體所能承受的軸向壓力值基本一致，可用如下公式表示：
Fi=αiF (6)
式中：αi表示最大屈服值。
對于高層建筑鋼結構，隨著建筑樓層的增加，其受到的側向承載力也會逐漸增加。根據式(6),推導出傳遞矩陣WH的初始狀態變量，再結合層傳遞矩陣，求解鋼結構框架的側向位移，就可以獲取與豎向承載力相應的高層建筑鋼結構框架節點的側向位移。
根據以上公式，設定框架分級荷載，得到高層建筑鋼結構失穩判定依據：
式中：Fy為高層結構框架屈服時相應的承載力；F0為歐拉承載力；ΔFi為框架上下部分的承載力差值。
以式(7)為依據，當計算結果滿足式(7)時，其承載力在設定的閾值范圍內，說明高層建筑鋼結構框架穩定；當計算結果不滿足式(7)時，其承載力不在設定的閾值范圍內，說明高層建筑鋼結構框架不穩定，容易出現建筑構件斷裂，甚至倒塌災害。
4 實驗
4.1 荷載-位移分析
分別使用基于有限元網格劃分的節點承載力分析方法、基于SMMS模型的節點承載力分析方法和高層建筑鋼結構框架節點承載力三維仿真分析方法，對比分析X、Y、Z三個方向的荷載-位移曲線，如圖4所示。
展開 鋼結構怎么進行抗震設計？
1、鋼結構房屋結構類型
常見的鋼結構房屋的結構體系有框架結構、框架一支援結構、框架一抗震墻板結構、簡體結構以及巨型框架結構等。鋼結構房屋的抗震性能的優劣取決于結構的選型，進行實際工程設計時，需要綜合考慮多種因素進行方案的優化，在優化過程中確定其適宜的結構體系。
2、鋼結構房屋結構布置原則
鋼結構房屋的結構體系和結構布置的選擇關系到結構的安全性、適用性和經濟性。和其他類型的建筑結構一樣，多高層鋼結構房屋應盡量采用規則的建筑方案。當結構體型復雜、平立面特別不規則時，可按實際需要在適當部位設置防震續，從而形成多個較規則的抗側力結構單元。由于鋼結構可耐受的結構變形大于混凝土結構，一般來說，不宜設抗震縫，必須設置時，抗震縫寬應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。
3、 鋼結構房屋適用的最大高度和高寬比
根據結構總體高度和抗震設防烈度確定結構類型和最大適用高度。結構的高寬比是影響結構整體穩定性和抗震性能的重要參數，它對結構剛度、側移和振動形式有直接影響。高度比指房屋總高度與平面較小寬度之比。高寬比值較大時，一方面使結構產生較大的水平位移及P—A效應，還由于傾覆力矩使柱產生很大的軸向力。因此，需要對鋼結構房屋的最大高寬比制定限值，不宜大于合理的限值，超過時應進行專門研究，采取必要的抗震措施。
抗震設計的一般方法
鋼材基本屬于各向同性的均質材料，且質輕高強、延性好，是一種很適合于建筑抗震結構的材料，在地震作用下，高層鋼結構房屋由于鋼材材質均勻，強度易于保證，所以結構的可靠性大；輕質高強的特點使得鋼結構房屋的自重輕，從而所受地震作用減小；良好的延性使結構在很大的變形下仍不致倒塌，從而保證結構在地震作用下的安全性。
展開 林樹枝：裝配式建筑的未來——鋼結構大發展
超高層鋼結構建筑
主要結構類型
大跨度空間鋼結構：主要包括網架、網殼、桁架、索-膜結構等結構類型，用于體育場館、會展中心、航站樓、機庫等。
低層輕型鋼結構：主要用于輕型的工業廠房、倉庫、超市、活動房屋、住宅等。
多高層、超高層鋼結構：主要用于住宅和辦公建筑等。
主要結構體系
鋼結構體系，采用鋼框架+鋼支撐，或者鋼框架+鋼支撐+鋼板剪力墻。為了減少側移可以加上約束屈曲支撐、阻尼器。
高層辦公建筑，或公共建筑，采用鋼結構體系，外加石幕墻、金屬幕墻、玻璃幕墻，技術上已很成熟。
工業建筑，采用大跨度鋼結構，已經很普及。
外圍護采用幕墻結構的高檔鋼結構住宅（住宅公建化），在技術上已經沒有問題，但這類高層住宅，造價高，工程項目并不多。
工業化建造特色明顯
1) 真正具有裝配式建筑天然優勢的是鋼結構。
2) 適合工廠化生產，在現場裝配焊接，能熔成一體，保持了結構的整體性。
3) 能滿足多種建筑高度、多種建筑平面的需要。
4) 能與非承重輕質墻體材料配套使用，施工安裝工業化程度高。
5) 構件制作精度高，施工吊裝速度快。
標志性鋼結構建筑
中國多個具有標志性的知名建筑都是鋼結構建筑，“鳥巢”、國家大劇院、中央電視臺、世界最大天文望遠鏡FAST … … ，憑借“綠色”、可持續、強度高、抗震能力強等“先天優勢”，鋼結構建筑如雨后春筍，蓬勃興起。
展開 
鋼結構設計簡單步驟和設計思路
鋼結構設計常用規范
(一) 一般規范
《鋼結構設計規范》 (GBJ 17-88)
《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GBJ18-87)
《建筑鋼結構焊接規程》（JGJ81-91）
《高強度螺栓設計、施工及驗收規程》
《鋼結構加固技術規范》（CECS77：96）中國工程建設標準化協會
(二) 專門規范
《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ 99-98)
《高聳結構設計規范》(GBJ 135-90)
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS 102:98)
《網架結構設計與施工規定》（JGJ 7-91）
《壓型鋼板拱殼結構技術規程》
(三) 組合結構規范
《鋼-混凝土組合結構設計規程》（DL/T 5085-1999）國家經濟貿易委員會
《鋼骨混凝土結構設計規程》（YB9082-97）冶金工業部
《鋼管混凝土結構設計與施工規程》（CECS28：90）中國工程建設標準化協會
(四) 其他規范
《上海地方標準 輕型鋼結構設計規程》（DBJ 08-68-97)
《上海地方標準 高層鋼結構設計暫行規定》（DBJ 08-32-92）
《上海地方標準 建筑鋼結構防火技術規程》（DG/TJ 08-008-2000)
鋼結構設計常用專業圖集、書籍及雜志
(一) 圖集
1.輕型鋼結構廠房門式剛架(2000浙G26) 已獲批準使用。主編單位:機械工業部第二設計研究院 協編單位:杭州大地網架制造有限公司 0571-2831830
2.新型屋面梯形鋼屋架(01SG515) 試用圖 北京交通大學勘察設計研究院 已獲批準使用。
展開 一文讀懂數字技術在超高層鋼結構上海中心大廈中的運用
02 超高層鋼結構的數字化設計與建造
基于數字技術的鋼結構構件設計與加工深化
在鋼結構設計階段，設計團隊利用Rhino+Grasshopper，Xsteel與Revit AR&ST軟件，搭建鋼結構模型，其技術優點體現在如下方面：由二維轉向三維設計，清晰明了地展示復雜的空間關系；由線條勾畫變成空間構件布置，完全考慮構件尺寸對于空間的影響，協調了鋼結構專業與其他專業的界面劃分問題。同時，設備專業會在鋼結構BIM模型的基礎上，進行管線綜合，對于梁下凈空不足的區域，可以直接在BIM模型中開洞，該模型經結構專業、設備專業確認后，可作為鋼結構加工、制作、安裝的參考依據，為鋼結構深化加工提供了精確的設計數據，壓縮了后續鋼結構加工制作與安裝工程的周期。
展開 中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
項目信息
建設地點：大連市東港區
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
所獲榮譽：中國鋼結構金獎
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
D10地塊概況
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
結構難點與挑戰
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
展開 資源共享---ANSYS在中高層鋼結構抗震性能分析中的運用
中高層住宅由于經濟效益好，設計人性化而受到了用戶和開發者的重視，近年來，鋼結構以其自重輕、延性好、施工快等優勢在中高層建筑中得到了廣泛的運用。本文運用有限元軟件ANSYS對一特定的9層的鋼框架－支撐結構進行計算分析，介紹了框架結構有限元建模技巧，分析框架支撐結構的地震作用下的動力性能，并用APDL 語言編程進行后處理的簡化。
http://www.caenet.cn/paper/Paper.aspx?ID=315
裝配式鋼結構+BIM技術在高層住宅中的應用（多圖詳解）
項目概況
該項目位于深圳市南山區，由住宅、公寓、還遷住宅、養老酒店等8棟高層建筑組成，占地6.7萬平方米，計容建面33.7萬平方米。
▲ 地塊總體規劃示意圖
根據建筑使用性能、平立面的規整性與建筑高度，本案選取8棟建筑中具有代表性的4號建筑進行研究。其結構高度179.6m，結構高寬比10.1，地上55層，層高3.1m(避難層4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m，其中標準層面積約710㎡，每層6戶(3種戶型)，地上總面積約4萬㎡。
深圳南山區抗震設防烈度7度(0.1g)，設計地震分組為第一組，場地類別Ⅱ類，場地特征周期Tg=0.35s。10年一遇風荷載0.45kN/㎡，50年一遇風荷載0.75kN/㎡，100年一遇風荷載0.9kN/㎡。
▼ 注：本文圖片較大，可雙擊圖片，放大后查看。
▲ 4號建筑平面圖
▲ 4號建筑立面圖
結構體系
由于本項目結構高寬比達到10.1，且水平風荷載大，導致結構設計難度很大。針對這類高層住宅建筑，傳統做法是采用混凝土結構，通過增大構件截面、設置剪力墻等方法來增加結構剛度，以滿足結構安全性與舒適性的需求。但是傳統做法對建筑品質有較大影響，且施工工期較長，無法實現建筑工業化的目標。
為解決以上難點，同濟設計團隊突破傳統設計方法的限制，采用裝配式鋼結構進行設計，以滿足業主高標準的要求。
鋼結構方案的結構體系構成：CFT柱型鋼框架+支撐+黏滯阻尼墻。支撐布置于公共交通區域與建筑隔墻的位置，黏滯阻尼墻布置于結構的中上部，共72片。
▲ 鋼結構方案結構體系組成
▲ 鋼結構方案結構平面布置
▲ 黏滯阻尼墻構造圖
▲ 某項目黏滯阻尼墻安裝示意圖
采用鋼結構設計的優點
相比于傳統混凝土結構，本項目采用鋼結構體系具有多個方面的優勢。
展開 MIDAS GEN——鋼板剪力墻高層鋼結構彈塑性動力分析模型
鋼板剪力墻模型.zip
高層建筑抗風設計的幾個問題
地上20層，建筑頂部高度77.6米，塔樓結構采用帶部分鋼支撐的鋼框架一鋼砼組合筒體結構，外框柱采用12根φ450x15曲線鋼管柱。
氣象雷達用于對臺風、龍卷風、冰雹、雷暴、暴雨等災害性天氣的觀測和監視。建筑物的側移不能太大，還要確保臺風等災害來臨時，監測儀器能正常工作，因此，風荷載取值需做專門研究。
二、減小高層建筑在風荷載下的水平側移
▲減小高層建筑在風荷載下的水平側移
增設加強層，對解決高層建筑抗風問題十分有效。設置水平加強層后，將引起結構主要內力重分布，使結構構件更能發揮抗側潛能，從而減少層間側移。
加強層設置要綜合考慮數量、位置、伸臂結構形式、伸臂結構剛度等因素。宜在適當的樓層設置適宜剛度的水平伸臂構件。太柔作用不明顯，太剛又會剛度突變，不利于抗震。必要時，也可同時設置周邊水平環帶構件。
廈門世茂海峽大廈，兩棟超高層鋼結構建筑（總高度300米）。“莫蘭蒂”臺風后，主體結構及幕墻完好無損。
三、重視幕墻支撐鋼結構的設計
▲幕墻的支撐鋼結構
進入二十一世紀，鋼結構大量應用于幕墻骨架。十多年來，我國已建成的采用焊接鋼結構支承的玻璃、鋁板和石材幕墻，這類工程甚至經歷了多次12級到14級強臺風的吹襲而完好無損。但應重視以下問題：
幕墻的大型支承鋼結構是鋼結構的一部分，應按鋼結構規范執行，其結構設計使用年限宜按主體結構考慮。
焊接是鋼結構最可靠的連接方式之一。國外也有許多幕墻的鋼橫梁、鋼立柱采用焊接，并非全用螺栓。但高空焊接，如何檢測，質量如何保證，是個大問題。（鋼結構專業施工隊伍？焊工持證上崗？）
展開 
史詩級大片"山竹"登陸我國，那些高層建筑還安好嗎？
地上20層，建筑頂部高度77.6米，塔樓結構采用帶部分鋼支撐的鋼框架一鋼砼組合筒體結構，外框柱采用12根φ450x15曲線鋼管柱。
氣象雷達用于對臺風、龍卷風、冰雹、雷暴、暴雨等災害性天氣的觀測和監視。建筑物的側移不能太大，還要確保臺風等災害來臨時，監測儀器能正常工作，因此，風荷載取值需做專門研究。
二、減小高層建筑在風荷載下的水平側移
▲減小高層建筑在風荷載下的水平側移
增設加強層，對解決高層建筑抗風問題十分有效。設置水平加強層后，將引起結構主要內力重分布，使結構構件更能發揮抗側潛能，從而減少層間側移。
加強層設置要綜合考慮數量、位置、伸臂結構形式、伸臂結構剛度等因素。宜在適當的樓層設置適宜剛度的水平伸臂構件。太柔作用不明顯，太剛又會剛度突變，不利于抗震。必要時，也可同時設置周邊水平環帶構件。
廈門世茂海峽大廈，兩棟超高層鋼結構建筑（總高度300米）。“莫蘭蒂”臺風后，主體結構及幕墻完好無損。
三、重視幕墻支撐鋼結構的設計
▲幕墻的支撐鋼結構
進入二十一世紀，鋼結構大量應用于幕墻骨架。十多年來，我國已建成的采用焊接鋼結構支承的玻璃、鋁板和石材幕墻，這類工程甚至經歷了多次12級到14級強臺風的吹襲而完好無損。但應重視以下問題：
幕墻的大型支承鋼結構是鋼結構的一部分，應按鋼結構規范執行，其結構設計使用年限宜按主體結構考慮。
焊接是鋼結構最可靠的連接方式之一。國外也有許多幕墻的鋼橫梁、鋼立柱采用焊接，并非全用螺栓。但高空焊接，如何檢測，質量如何保證，是個大問題。（鋼結構專業施工隊伍？焊工持證上崗？）
展開 高層結構在風荷載作用下的結構響應
作者：袁程
郵箱：cheng.yuan@postgrad.curtin.edu.au
SAP2000結構分析軟件具有強大的三維結構整體性能分析功能，不僅可分析二維框架靜力分析，而且還可分析動力非線性時程反應和減震器和阻尼材料等。今天我分享一下如何使用SAP2000對高層混凝土結構進行風荷載作用下的力學分析。
以下為詳細的建模過程（多圖，注意流量）。
01
單位網格
選取基本單位制，設置grid，然后編輯尺寸。
超高層框筒結構反應譜分析
超高層框筒結構反應譜分析
摘要：基于有限元分析軟件，構建超高層框筒結構的參數化模型，計算其反應譜。
工程概況：該工程抗震設防烈度為8度，處于多遇地震區，設計地震分組為第二組，場地類別為第二類，特征周期，阻尼比為0.035。
本結構有56層，層高4，高224，首層占地面積為，三維平面布置圖見圖一；模型分四個標準層，各標準層梁、柱和支撐截面尺寸見表1、表2。本結構模型核心筒為鋼板墻，柱為方鋼混凝土柱，需要設置縱梁，用于兩種材料的賦予，具體材料見圖二，其中LL為連梁，LML為樓面梁，CL為次梁，BYL為邊緣梁，WALL為核心筒鋼板墻，KZ為框柱，BZ為邊柱，LB為樓板。整體模型見圖三。
展開 說說高層結構的X型節點
02 共面矩型管X型節點
深圳信通金融大廈地下6層、塔樓地上33層，總高度161.73m，外框45mX45m，核心筒22.5mX22.5m，副樓地上5層；菱形斜交鋼網格外框架－鋼筋混凝土核心筒結構，核心筒與外框鋼結構之間僅通過少數水平鋼梁及斜梁連接，樓板在本結構體系中并未起到有效的協同作用，剛性樓板假定不適于本項目。
斜交網格結構在建筑立面呈菱形，且沿各樓層尺寸統一，其邊長均為5.86m。斜撐構件在F26層以下為箱型，其從下至上為B450×800×70×70~B425×425×27×27，鋼材從下至上依次為Q420GJ、Q390GJ、Q390；在F26層以上為工字型，尺寸為H350×425×25×20，材質為Q390。
該項目與長沙A9項目不同點在于：（1）截面為矩形且立面為正正規規的盒式造型；（2）網格傾斜角度約45度，比較適中，外框架的抗側能力好于內核心筒。
與常規高度外框架不同，網格本身平面內剛度大且網格均為焊接連接，在施工過程中發現，桿件焊接收縮變形，拘束力巨大，因此合理的焊縫順序有利于減焊接殘余應力。
03 非共面矩型管X型節點
深圳中信金融中心項目（方案階段）位于深圳灣超級總部基區域，T1和T2高度分別為312m和212m。
塔樓結構采用斜交網格-核心筒結構，其中鋼結構工程包括斜交網格及環梁、樓層鋼梁、塔冠鋼框架，核心筒鋼骨柱等。
展開 