鋼結(jié)構(gòu)高層建筑設(shè)計(jì)與施工中問(wèn)題探討

胡軍安

摘 要：我國(guó)的許多現(xiàn)代建筑是以混凝土為主要的結(jié)構(gòu)，但是隨著新材料的不斷問(wèn)世，鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，并且因?yàn)槠鋸?qiáng)度高、自重輕、施工快、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在高層建筑中得到了較廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)雖然起步較晚，但也得到了迅速的發(fā)展。本文分析了鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在設(shè)計(jì)和施工中存在的一些問(wèn)題，并根據(jù)實(shí)際的情況提出了一些解決的方法和建議，希望能為相關(guān)的技術(shù)人員提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；高層建筑；設(shè)計(jì)與施工；存在問(wèn)題；解決措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0020-02

前言

混凝土結(jié)構(gòu)一直是我國(guó)當(dāng)代建筑的主要結(jié)構(gòu)，并且也有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是隨著新材料、新技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)，新的建筑要求的不斷提出，混凝土結(jié)構(gòu)不能完全的滿足當(dāng)代建筑的要求。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)有近百年的時(shí)間，并且應(yīng)用范圍也比較廣泛。在我國(guó)雖然起步較晚，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人口數(shù)量的不斷增加，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的需求也在逐漸的增加，尤其是其具有的“輕、大、高”三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，使其在高層建筑中有著重要的優(yōu)勢(shì)，并且得到了較快的發(fā)展。本文分析了鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的主要特點(diǎn)，討論了鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決建議和措施。

1 鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的主要特點(diǎn)

1.1 自重輕、強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)成本低

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土高層建筑所耗費(fèi)用高，并且工期也較長(zhǎng)，還容易受到雨季、自然災(zāi)害等影響。而鋼結(jié)構(gòu)的建筑一般采用先進(jìn)的加工工藝和設(shè)計(jì)，并且都是大規(guī)模的生產(chǎn)，這樣就能大幅的降低造價(jià)，在進(jìn)行安裝時(shí)也迅速簡(jiǎn)單，節(jié)省了時(shí)間，也基本不受季節(jié)天氣的影響。另外，鋼結(jié)構(gòu)建筑因?yàn)槠渥灾剌p，也能相應(yīng)的節(jié)省地基處理的費(fèi)用[1]。所以，建筑鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，經(jīng)濟(jì)成本較低，性?xún)r(jià)比高。

1.2 材料環(huán)保

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)提倡綠色環(huán)保的時(shí)代，而鋼結(jié)構(gòu)建筑正是滿足時(shí)代的要求。鋼材具有較高的強(qiáng)度，能夠支撐比較大的結(jié)構(gòu)，也能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。鋼材的邊角料的再利用再循環(huán)價(jià)值也很高，運(yùn)輸和回收也都很方便。鋼材的循環(huán)利用不僅節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)整個(gè)環(huán)境也是有益的。

1.3 空間大，可移動(dòng)

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的跨度都不能太大，一般都小于15m，并且建成后對(duì)其結(jié)構(gòu)改造難度大，也很難進(jìn)行移動(dòng)。而鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)部空間很大，可以達(dá)到60m，并且還可以簡(jiǎn)單的進(jìn)行改建和擴(kuò)建，如果采用螺栓連接，還能夠較簡(jiǎn)單的進(jìn)行拆開(kāi)、移動(dòng)和重新組裝，有很好的移動(dòng)性。

1.4 抗震性能好

鋼材具有一定的韌性，再加上其在被破壞前具有較大的變形，比較容易觀察到進(jìn)而及時(shí)的躲避，較輕的重量和較好的力學(xué)變形特征，使之能夠有效的抵抗地震，一般可抵抗8級(jí)以上地震。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在地震時(shí)容易變形不足產(chǎn)生破壞，造成較大的危害。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)人員整體素質(zhì)不高

鋼結(jié)構(gòu)高層建筑設(shè)計(jì)人員整體素質(zhì)偏低，對(duì)具體的細(xì)節(jié)不夠注意，認(rèn)為只要滿足相應(yīng)的功能要求和技術(shù)要求即可，沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)上的合理做出認(rèn)真的考慮。并且在相關(guān)設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)理念等方面，也都需要提高。

2.2 施工圖在設(shè)計(jì)時(shí)不夠嚴(yán)謹(jǐn)、隨意性大

在采用套圖設(shè)計(jì)時(shí)，圖樣不夠精細(xì)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏項(xiàng)和錯(cuò)誤，不夠精準(zhǔn)因而不能滿足相應(yīng)的投標(biāo)、采購(gòu)和施工的要求。設(shè)計(jì)的變更審核不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致出現(xiàn)漏、錯(cuò)、缺等設(shè)計(jì)矛盾，沒(méi)有形成完善的體系[2]。

2.3 對(duì)一些復(fù)雜環(huán)節(jié)考慮不周

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的梁梁節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)、柱柱節(jié)點(diǎn)、柱頭、柱腳等節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，往往對(duì)其設(shè)計(jì)沒(méi)有引起足夠的重視，容易出現(xiàn)一些問(wèn)題。還有可能在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮風(fēng)力作用的影響，這樣就可能造成在大風(fēng)天氣影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.4 未考慮受自然條件的影響

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件長(zhǎng)期暴露在露天的情況下，會(huì)受到風(fēng)雨等自然條件的影響，這樣就會(huì)造成鋼構(gòu)件的老化生銹，不僅會(huì)影響建筑物的外在美觀，還會(huì)導(dǎo)致其自身承重能力下降，造成質(zhì)量隱患。如果在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到鋼結(jié)構(gòu)受腐蝕的影響，那么可能會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安全質(zhì)量構(gòu)成隱患。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)上問(wèn)題的改進(jìn)措施

3.1 加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)培訓(xùn)和素質(zhì)培訓(xùn)

要對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員展開(kāi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和綜合素質(zhì)培訓(xùn)，使他們不僅具有較高的業(yè)務(wù)水平，還應(yīng)具有較好的責(zé)任心。相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)工程的難度有合理的預(yù)測(cè)，對(duì)一些關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和重要的步驟，要做到心中有數(shù)，做好鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化工作，保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和完整。

3.2 完善施工圖在設(shè)計(jì)上的審核制度

要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章制度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的會(huì)簽和審核制度，保證預(yù)埋件、管線布置、預(yù)留孔的合理和系統(tǒng)。同時(shí)，對(duì)圖紙做好詳細(xì)的檢查工作，盡量減少之后的施工環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)變更。

3.3 重視鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)具有很重要的作用，要對(duì)其有足夠的重視，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證其可靠安全，并且最大可能的采用可靠、穩(wěn)定、簡(jiǎn)便的施工工藝，應(yīng)盡量采用高強(qiáng)螺栓連接和栓焊混合連接，減少甚至避免鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的焊縫連接方法。

3.4 做好防腐設(shè)計(jì)

在考慮鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境的腐蝕環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)的濕度和溫度、防腐的年限、裝飾的相關(guān)要求、鋼結(jié)構(gòu)所處的具體位置等各種條件，根據(jù)具體情況選用最佳的方案。

4 鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作存在的問(wèn)題

在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工前可能存在施工人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙理解不充分，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝前的檢查工作不夠深入仔細(xì)，構(gòu)件和設(shè)備在施工場(chǎng)地堆放較亂等情況。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過(guò)程中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)和步驟可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。如螺栓的預(yù)埋工作中出現(xiàn)差錯(cuò)，可能會(huì)造成構(gòu)件局部或整體的偏移；鋼柱的吊裝工作和鋼梁的吊裝工作沒(méi)有對(duì)吊裝質(zhì)量進(jìn)行必要的校準(zhǔn)，造成吊裝質(zhì)量不合格；構(gòu)件連接出現(xiàn)問(wèn)題，由于螺栓表面存在油污、銹蝕等雜質(zhì)，螺栓孔有毛刺等原因，造成在螺栓緊固時(shí)不滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。

5 鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工環(huán)節(jié)問(wèn)題的解決措施

5.1 施工前的準(zhǔn)備工作

5.1.1 加強(qiáng)施工圖紙的會(huì)審

施工圖紙是施工過(guò)程中的依據(jù)，在工程開(kāi)展之前，要組織專(zhuān)門(mén)的人員了解工程的圖紙和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、技術(shù)和工藝條件，充分理解圖紙所傳遞的含義。另外，也要組織專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員對(duì)圖紙會(huì)審，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題再細(xì)心檢查，避免因?yàn)閳D紙出現(xiàn)問(wèn)題而影響工程的進(jìn)度和質(zhì)量[3]。

5.1.2 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)安裝前的檢查

吊裝機(jī)械的鋼絲繩和其他重要的配件要進(jìn)行檢查，保證其良好的性能，如塔吊在選擇時(shí)應(yīng)考慮根據(jù)建筑物的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件、不同塔吊的型號(hào)選用來(lái)進(jìn)行檢查。

5.1.3 構(gòu)件的運(yùn)輸、驗(yàn)收和堆放方法的制定

一般施工的場(chǎng)地都較小，所以對(duì)各種材料和構(gòu)件的運(yùn)輸和堆放有較高的要求。在施工開(kāi)始時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)量較多，往往需要堆疊數(shù)層，如果沒(méi)有科學(xué)合理的計(jì)劃，就會(huì)造成各種物資材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)的混亂，可能相應(yīng)的構(gòu)件都存放不下。所以要根據(jù)施工的具體要求，合理規(guī)劃構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)順序和堆放地點(diǎn)，保證各種構(gòu)件和物資有序的排放，創(chuàng)造良好的施工條件。

5.2 施工過(guò)程中

5.2.1 螺栓的預(yù)埋工作

必須保證預(yù)埋的螺栓位置非常精確，不然容易造成鋼柱在安裝時(shí)很困難，并且還會(huì)影響安裝的質(zhì)量。所以，在進(jìn)行預(yù)埋工作時(shí)要對(duì)其位置進(jìn)行嚴(yán)格的控制，控制標(biāo)高基準(zhǔn)線和基礎(chǔ)軸線，埋設(shè)完成后要進(jìn)行兩次復(fù)測(cè)，第1次在埋設(shè)并且定位后進(jìn)行測(cè)量，第2次測(cè)量需在澆筑完基礎(chǔ)混凝土，并待其堅(jiān)固后再進(jìn)行，在復(fù)測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)位置的移動(dòng)超過(guò)一定的范圍，需要進(jìn)行重新埋設(shè)。

5.2.2 鋼柱和鋼梁的吊裝工作

鋼柱和鋼梁的吊裝工作，要做好校正和固定工作，在完成吊裝后要及時(shí)的對(duì)吊裝質(zhì)量進(jìn)行復(fù)檢，可以使用纜風(fēng)繩進(jìn)行復(fù)校，如果條件不允許可以采用千斤頂或調(diào)整桿校正，在對(duì)鋼柱復(fù)校進(jìn)行時(shí)，柱腳底板和基礎(chǔ)間間隙需墊入墊鐵，然后將錨固螺栓擰緊，焊接墊鐵，拆掉纜風(fēng)繩。

5.2.3 鋼結(jié)構(gòu)螺栓的連接

在安裝高強(qiáng)螺栓之前，應(yīng)先將接頭的摩擦面清潔干凈，還應(yīng)保持其整潔干燥，不能有毛刺、飛邊、污垢等，除了設(shè)計(jì)的要求之外，一般不在摩擦面涂漆。在結(jié)構(gòu)架調(diào)整完后再進(jìn)行高度螺栓的安裝，并對(duì)結(jié)合部分進(jìn)行校正，去除結(jié)合件的變形、錯(cuò)孔和錯(cuò)位，結(jié)合部的摩擦面貼緊實(shí)后，安裝高強(qiáng)的螺栓。

6 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)隨著新材料、新技術(shù)的不斷問(wèn)世，并且因?yàn)槠鋸?qiáng)度高、自重輕、施工快、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在高層建筑中得到了較廣泛的應(yīng)用。但由于其在我國(guó)起步較晚，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在人員培訓(xùn)和制度審核上都需要加強(qiáng)；另外，鋼結(jié)構(gòu)施工作為一門(mén)剛興起的技術(shù)，各個(gè)企業(yè)的施工水平不一致，容易造成工程的質(zhì)量隱患。因此，隨著鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的不斷發(fā)展，各個(gè)企業(yè)要及時(shí)總結(jié)已有的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，提高相關(guān)的技術(shù)水平，滿足市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的要求。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：本文受省教育廳高校青年教師出國(guó)研修項(xiàng)目資助