高层超高层建筑的结构体系

摘要本文简要简介了高层、超高层建筑的构造体系，并结合“科技研发中心”超高层全钢构造的制作与安装及钢构造重要构件的翻样、下料、制作等各个重要环节的质量控制和材料选用提供某些粗浅的意见对于支撑体系，消能减震装置不在此文内简介关键词超高层智能大楼节点域MST组合梁

一、概况高层钢构造建筑在国外已经有110数年的历史，1883年最早一幢钢构造高层建筑在美国芝加哥拔地而起，到了二次世界大战后由于地价的I上涨和人口的迅速增长，以及对高层及超高层建筑的构造体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不停提高，使高层和超高层建筑迅猛发展钢筋混凝土构造在超高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率越来越大，在超高层建筑中采用钢筋混凝土构造受到质疑；同步高强度钢材应运而生,在超高层建筑中采用部分钢构造或全钢构造的理论研究与设计建造可说是同步前进超高层建筑的发展体现了发达国家的I建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平，也是建设部门财力雄厚的象征我国的高层与超高层钢构造建筑自改革开放以来已经有23年的历史，并在设计和施工中积累了不少经验，已经有我国自行编制的《高层民用建筑钢构造技术规程》JGJ99-

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二、高层及超高层构造体系对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一种统一规定，一般认为建筑总高度超过24nl为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑对于构造设计来讲，按照建筑使用功能的规定、建筑高度的不同样以及拟建场地的J抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的I设计原则，选择对应的构造体系，一般分为六大类框架构造体系、剪力墙构造体系、框架一剪力墙构造体系、框一筒构造体系、筒中筒构造体系、束筒构造体系高层和超高层建筑在构造设计中除采用钢筋混凝土构造（代号RC）外，还采用型钢混凝土构造（代号SRC）,钢管混凝土构造（代号CFS）和全钢构造（代号S或SS）＞东南科技研发中心，建筑高度100m,柱网为

8.4m,抗震设防烈度为6度，采用框架一剪力墙或框一筒构造体系较为经济合理，这种构造体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的I外装饰规定

三、材料的选用钢构造有诸多长处，但其缺陷是导热系数大，耐火性差伴随冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投入生产，为钢构造的深入发展发明了条件目前宝钢投入生产的I有B400RNQ和B490RNQ两种型号的耐火钢，其物理力学指标、化学性能及抗冲击韧性和可焊性，都能抵达构造钢的规定一般钢材当抵达600℃的高温时已完全丧失承载能力，宝钢生产日勺这两个品种钢材当抵达600℃时其屈服强度尚有150220Mpa.一般高层和超高层建筑当采用框一剪、框一筒构造体〜系时的经济性记录为钢构造造价;钢材费用（约占40%）+制作安装费用（约占30%）+防火涂料费用（约占30%）,防火涂料所占总造价时比重较大假如使用高强度耐火钢虽价格略有上升，但防火涂料价格有较大幅度下降，可望部分抵消由此带来的成本上升，并且可靠度及安全性有了一定的保障

四、制作与安装（-）统一测量仪器和钢尺量具建造一幢超高层大楼，波及到土建、钢构造、玻璃幕墙和各类设备的安装，使用的测量仪器和使用的钢尺必须由国家法定的同一计量部门由同一原则鉴定期校验以保证建筑物各项指标符合规定日勺指标一般以土建部门的测量仪器和钢尺量具为准

（二）定位轴线、标高和地脚螺栓钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄，在建筑物外部或内部设置控制轴线本工程高度在100m,设置二个控制桩，以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置，规定以能满足通视、可视为原则钢柱的长度以满足起重量的大小和运送时也许性，一般为23层为一节,对每一〜节柱子安装不得使用下一节柱子的定位轴线，应从地面控制轴线引到高空，以保证每节柱子安装对的无误，防止产生累积误差柱脚与钢筋混凝土基础的连接，一般采用埋入式刚性柱脚，地脚螺栓是在安装就位第一节钢柱时，控制平面尺寸和标高的临时固定措施

（三）钢柱的制作与安装钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的重要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的验收原则100m高的超高层钢柱一般分为812节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考〜虑焊缝的I收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，因此钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，虽然只有几毫米也不能忽视不计并且上下两节钢柱截面完全相等时也不容许互换，规定对每节钢柱应编号予以区别，对的安装就位矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范规定采用熔嘴电渣焊，不容许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式钢柱标高的控制一般有二种方式

1.按相对标高制作安装钢柱的长度误差不得超过3mm,不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要抵达各节柱子制作容许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一般在12层如下，层高控制不十分严格的建筑物

2.按设计标高制作安装一般在12层以上，精度规定较高的I层高，应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计规定的总尺寸每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去无论采用何种安装方式，都应在翻样下料制作过程中充足体现出来，并应符合设计规定的总高度

（四）框架梁的制作与安装高层、超高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接，钢柱为贯穿型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋框架梁应按设计编号对时就位为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有很好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性，在工厂制造时，在框架梁所在位置设置悬臂梁（短牛腿），悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接采用衬板（兼引弧板）全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接由于钢筋混凝土施工容许偏差远远不不大于钢构造的精度规定，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆孔，椭圆孔日勺长向尺寸不得不不大于2d0（dO为螺栓孔径），并应保证孔边距的规定框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度，需考虑焊接受缩变形焊接受缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的精确长度框架梁上下翼缘时连接可采用高强螺栓连接或焊接连接，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接施工时先焊下翼缘再焊上翼缘，先一端点焊定位,再焊另一端腹板则采用高强度螺栓连接，要充足理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理采用高强螺栓群连接时，孔位的精度十分重要目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以保证高强螺栓的组装孔和工地安装孔的I精度规定假如孔位局部偏差，只容许使用钱刀扩孔严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧次序应由中心按幅射方向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的I鲜明色彩在螺帽头上加以体现

五、楼盖的设计高层、超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度，是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件，同步使钢柱与各竖向构件（剪力墙或筒体）起到变形协调作用一般钢构造建筑物的楼板和屋盖，都采用轧制的I压型钢板加现浇钢筋混凝土（简称钢承混凝土）楼板和屋盖，厚度一般不不不不大于150nlm.目前在设计钢承混凝土楼板和屋盖时没有考虑钢承混凝土楼板和屋盖与钢梁共同作用重要是对于板底呈波形的计算原理不甚理解或认为计算繁琐，就按平板计算，这样既不安全又增长了钢梁的用钢量假如采用钢梁与钢承混凝土楼板共同作用，简称MST组合梁，只要计算对欧I,配筋合理，栓钉可靠，则可以节省楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，并且不需对钢梁进行稳定验算假如采用钢梁与钢承混凝土楼板共同作用，简称MST组合梁，只要计算对的，配筋合理，栓钉可靠，则可以节省楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，并且不需对钢梁进行稳定验算。