多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的基本方法是有限單元法。無(wú)論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，都是由樓板、梁、柱、支撐或剪力墻等幾種基本構(gòu)件組成的，在計(jì)算時(shí)，采用與構(gòu)件類型相應(yīng)的單元建立空間力學(xué)模型，對(duì)結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載以及地震力作用下的位移和內(nèi)力進(jìn)行分析。
目前，在多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大都采用三維空間有限元程序進(jìn)行計(jì)算分析。在第一階段設(shè)計(jì)中，無(wú)論鋼構(gòu)件還是混凝土構(gòu)件，均視為理想彈性材料。
在建立多高層建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型時(shí)，梁、柱和支撐構(gòu)件的力學(xué)特征十分明確，用一個(gè)單元來(lái)模擬一個(gè)構(gòu)件即可達(dá)到滿意的計(jì)算精度，然而對(duì)于剪力墻或核心筒，由于組合墻肢的幾何形狀非常復(fù)雜，再加上開(kāi)洞位置的影響，使其內(nèi)力分析變得十分復(fù)雜。
輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)
輕鋼結(jié)構(gòu)是以熱軋輕型H型鋼、輕型焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼等薄壁型材現(xiàn)場(chǎng)全裝配的輕型鋼結(jié)構(gòu)體系,被廣泛應(yīng)用于多種建筑領(lǐng)域。在工業(yè)建筑中,輕鋼結(jié)構(gòu)有以下三種形式:排架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、剛架結(jié)構(gòu)。排架和網(wǎng)架一般用在大跨度、高空間的建筑設(shè)計(jì)中,而對(duì)于單跨在9m～36m,高度在4.5m～9m之間的工業(yè)廠房,通常會(huì)選擇單跨或多跨門式剛架結(jié)構(gòu)。門式剛架是沿建筑長(zhǎng)向布置一榀一榀剛架的結(jié)構(gòu)體系,其間距一般在6m～12m之間。剛架由鋼梁鋼柱組成,梁柱連接為剛接,柱與地面之間可為剛接或鉸接。建筑的橫向作用力由剛架承受,縱向作用力則由縱向支撐承擔(dān)。每隔一段距離,在兩榀剛架結(jié)構(gòu)縱向整體穩(wěn)定性的必要構(gòu)件。剛架之間還設(shè)有連系桿,連系桿僅承受沿桿方向傳遞的力,不承受豎向壓力。剛架、支撐、連系桿共同作用,形成了主要?jiǎng)偧芙Y(jié)構(gòu)體系。在滿足設(shè)計(jì)、施工規(guī)范的前提下,還應(yīng)注意以下三點(diǎn):1)重視對(duì)鋼柱的保護(hù),做好柱腳處理,防止?fàn)�根現(xiàn)象,在車輛通道兩側(cè)的鋼柱,應(yīng)考慮設(shè)置防撞保護(hù)；2)一旦鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢后,盡量減少在承重構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)下直接施焊,例如安裝管線吊件等,以防止因施焊而造成變形,影響建筑整體穩(wěn)定性；3)如果建筑中抽柱就要進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,設(shè)置托梁,在計(jì)算凈空高度和管線匯總中需要重點(diǎn)考慮。
輕鋼結(jié)構(gòu)作為普通鋼結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)，其基本計(jì)算理論和后者基本相同。這里著重強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：1）對(duì)厚度為17～40mm的Q235鋼的設(shè)計(jì)指標(biāo)比現(xiàn)行GBJ17-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定值提高5Mpa，焊縫強(qiáng)度也作了相應(yīng)調(diào)整；2）考慮了技術(shù)進(jìn)步因素，將主要受力構(gòu)件的壁厚調(diào)小了，即在現(xiàn)行GBJ18-97《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中的主要受力構(gòu)件的壁厚不小于2mm調(diào)整為不小1.5mm，框架梁柱構(gòu)件不小于3mm。
輕鋼結(jié)構(gòu)允許采用塑性設(shè)計(jì)，但僅適用于不直接承受動(dòng)力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實(shí)腹構(gòu)件組成的單層和兩層框架結(jié)構(gòu)。采用塑性設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用荷載的設(shè)計(jì)值，考慮構(gòu)件截面內(nèi)塑性的發(fā)展及由此引起的內(nèi)力重分布，用考慮P-△效應(yīng)的塑性鉸理論或簡(jiǎn)單的塑性鉸理論進(jìn)行內(nèi)力分析。按塑性設(shè)計(jì)時(shí)，鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按規(guī)程的有關(guān)條款規(guī)定的數(shù)值乘以折減系數(shù)0.9。塑性設(shè)計(jì)截面板件的寬厚比也應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的防火措施
對(duì)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，除了進(jìn)行基本的抗火設(shè)計(jì)，還必須考慮可行的防火保護(hù)措施，將兩者緊密的結(jié)合起來(lái)。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用耐火、絕熱或吸熱的材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率，延緩鋼結(jié)構(gòu)表面到達(dá)臨界溫度的時(shí)間。常用防火措施現(xiàn)行基本有以下幾種:
一、噴涂法
該方法采用專門設(shè)備將一定厚度防火涂料直接噴在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面上，具有造價(jià)較低、施工快速、復(fù)雜的細(xì)部亦容易覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，視防火層厚度的大小抗火時(shí)間也有所不同，最高可達(dá)4個(gè)小時(shí)。但由于噴涂表面不平整，影響美觀。故適用于比較隱蔽的鋼構(gòu)件。防火涂料一般由硅石添加粘結(jié)劑或礦物纖維制成。
二、水泥磚塊填充法
對(duì)于某些截面的H型鋼柱，在其翼緣和腹板之間的空隙處填入水泥磚以降低構(gòu)件表面的曝火面積，同時(shí)使斷面上產(chǎn)生不同的溫度區(qū)域，從而達(dá)到降低構(gòu)件的受熱速率，提高其抗火性能的目的。單獨(dú)采用該方法可能達(dá)到30分鐘的抗火時(shí)間，如果需要更高的抗火時(shí)效，則須對(duì)暴露的鋼構(gòu)件表面施以其它的防火處理。
三、膨脹漆覆蓋法
將一定厚度的膨脹漆采用噴涂、刷或抹的方式在經(jīng)過(guò)一定處理的構(gòu)件表面形成一層保護(hù)膜，最高可滿足2小時(shí)的抗火時(shí)間要求。膨脹漆防火材料覆蓋層遇高溫時(shí)能夠自然澎脹成泡沫狀，形成一層很厚的隔熱毯，其厚度可達(dá)原防火層厚度的數(shù)十倍，以降低鋼構(gòu)件的升溫速率。該方法可作為鋼構(gòu)件的表面裝修，具有施工迅速且易于在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)細(xì)部施工等優(yōu)點(diǎn)，但大都不適合潮濕的環(huán)境，僅適用于干燥的室內(nèi)環(huán)境。視材料防火性能的不同，該方法造價(jià)可高可低。
四、防火板隔離法
將表面平整的防火材料板采用機(jī)械方法螺栓連接或捆扎環(huán)繞固定在鋼構(gòu)件的四周，一般做成箱狀，將構(gòu)件和周圍火環(huán)境隔離，以達(dá)到降低構(gòu)件的受熱速度，確保構(gòu)件在一定的防火時(shí)效內(nèi)不致達(dá)到其極限溫度。由于防火板可在工廠批量生產(chǎn)，所以具有厚度一致、品質(zhì)保證、干凈無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。其外表平整、美觀，故較為適用于外露構(gòu)件如鋼柱的防火處理，大部分產(chǎn)品抗火時(shí)間可達(dá)到4小時(shí)。但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)部施工較困難,裝配速度較慢。
五、水冷卻法
將空心的鋼柱（或鋼梁）連成管網(wǎng)，其內(nèi)充滿含抗凍劑、防銹劑的水溶液，通過(guò)著火時(shí)的溫差作用，使水溶液循環(huán)流動(dòng)，把熱量帶走；也可以設(shè)置自動(dòng)水淋裝置，在鋼結(jié)構(gòu)頂部設(shè)噴淋供水管網(wǎng)，火災(zāi)時(shí)自動(dòng)噴水，在鋼構(gòu)件表面形成一道致密的連續(xù)流動(dòng)的水膜，從而起到防火保護(hù)作用.
高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)方法并不是單單用上面的某一種方法，而是采用多法結(jié)合作用。現(xiàn)在高層或超高層鋼結(jié)構(gòu)往往設(shè)置幾道防火防線，一般以噴淋法為第一道防線，以防火板隔離法和噴涂法為第二、第三道防線等。
