高楼钢结构工程实例-建筑平面形状

1.抗风设计

（1）对称平面

1）大风作用下，高楼的顺风向或横风向振动加速度超过某一量值时，在楼内工作和生活的人员，就会因大楼的强烈摇晃而产生头晕等不适感。

2）平面形状不规则、不对称的高楼，风荷载作用下将产生扭转振动。

工程实践经验证明，高楼在大风作用下即使仅仅发生轻微的扭转振动，也会使居住者感受到大楼振动加剧很多。

3）采用钢结构的高层建筑，高度多在100m以上，风荷载量值和风振效应均很大。为了尽量减小结构侧移、风振加速度及扭转振动的不良影响，建筑平面应尽量采用双轴对称的平面形状，例如方形、圆形、正六边形、正八边形、矩形、椭圆形（图2-1）。

图2-1 钢结构高楼的双轴对称平面

4）建筑平面宜简单、规则，以减小建筑的风荷载体型系数。

5）进行结构布置时，应结合建筑的平面、立面形状，使各楼层的抗推刚度（侧向刚度）中心与风荷载合力中心接近重合，并位于同一竖直线上，以避免建筑的扭转振动。

（2）流线型平面

1）高层建筑的楼层平面采用流线型平面形状，可显著减小高楼的风荷载效应。

2）流线型平面的风荷载体型系数要比带棱角平面的系数小得多。正方形平面的风荷载体型系数μ_s＝1.3；而圆形平面μ_s＝0.8。因此，作用于圆形平面高楼上的风荷载标准值ω_k，仅是方形平面高楼的62%。

3）风荷载作用下的高楼，往往因横风向振动加速度超过某一量值，而使大楼居住者感到不舒适。

4）采用方形、矩形等带棱角平面的高楼，当风速的冲角α发生改变时，还会引起高楼发生横风向驰振，从而增大高楼的横风向振动加速度，加剧人的不适感。

采用圆形平面的高楼，由于建筑平面具有双轴对称性，当风速的冲角α发生任何改变时，都不会引起侧力的变化，因此也就不会引发高楼横风向驰振现象。

（3）带切角平面

1）十字形、正六边形、正八边形平面的风荷载体型系数，都比方形和矩形平面要小。然而，实际工程中，高楼仍是采用方形、矩形平面居多。从减小风荷载体型系数的角度出发，对方形或矩形平面进行切角处理，也能取得一定的效果。(www.xing528.com)

2）对于采用框筒或框筒束结构体系的钢结构高楼，将其方形或矩形平面进行切角处理，还可减小风荷载作用下的角柱峰值应力。

2.抗震设计

（1）简单平面形状

1）位于地震区的高楼，其水平地震作用的分布取决于质量的分布。为使各楼层的水平地震作用在平面上的分布做到对称、均匀，建筑平面应尽可能地采用图2-1所示的方形、圆形等双轴对称的简单平面形状。

2）三角形平面虽然也属于简单平面形状，但它仅是单轴对称平面。楼层平面为三角形的高楼，在地震作用下，发生平移振动的同时，还会发生扭转振动，从而加重建筑的震害程度。

（2）不规则平面形状

1）因建筑场地形状的限制或因城市街景的要求，建筑平面需要采用图2-2所示的非简单平面形状时，也应尽量符合表2-1的要求。

2）若因建筑功能要求，平面形状超出表2-1的限值时，则属于不规则建筑平面，就需要在抗震计算和构造方面采取相应的措施。

表2-1 图2-2所示建筑平面形状的尺寸限值

（3）结构布置规则

1）建筑平面确定后，进行结构构件布置时，应使抗侧力构件沿建筑纵、横主轴方向的布置，均尽量做到“分散、均匀、对称”，使建筑的刚度中心靠近质量中心，实现结构平面的规则化。

2）若因建筑使用要求，抗侧力构件无法实现对称布置，以致高楼在侧力作用下，结构平面一端角部的层间侧移，大于结构平面两端角部的平均层间侧移的1.2倍时，则属于结构平面的扭转型不规则。此种结构不利于抗震。

3）因建筑平面局部凹进，或因楼板局部开洞，使楼板有效宽度小于结构平面典型宽度的50%；或者楼板错层；均属结构平面的非连续型不规则。此种结构也不利于抗震。

图2-2 建筑的不规则平面形状（当l/b＞1.0或l/B_max＞0.3时）

4）凡属结构平面不规则的高楼，应对其抗震计算和构造采取相应的补充措施。