淺談鋼結(jié)構(gòu)在某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

徐暉

摘 要：在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項復(fù)雜且艱巨的工作，科學(xué)、合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，可優(yōu)化和完善高層建筑結(jié)構(gòu)，提高建筑的整體質(zhì)量。本文結(jié)合高層建筑的實際情況，對鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進行分析與探討，以推動城市高層建筑的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

中圖分類號：TU391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）08-012-02

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，高層建筑日益驅(qū)多，其在城市發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用，是城市發(fā)展的縮影。由于高層建筑自重大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸也相應(yīng)較大，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到高層建筑整體的施工質(zhì)量，因此需給予高度重視。本文著重闡述某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況。

1 工程概況及結(jié)構(gòu)選型

某高層建筑工程共43層，其中地上40層，地下3層，總建筑面積13萬m2，建筑物總高度167m?？拐鹪O(shè)防烈度為6度。

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的類型，按材料區(qū)分有全鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)3種類型，根據(jù)工程條件和特點，結(jié)合建筑使用功能、荷載情況、材料供應(yīng)等因素，本工程采用了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)型式如下：地下3層至地上3層均采用框架-筒體結(jié)構(gòu)，第4層為梁式轉(zhuǎn)換層，層高3.5m，梁截面尺寸最大為1200mm×3500mm，板厚190mm，5層以上采用剪力墻-核芯筒結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)方案為預(yù)應(yīng)力管樁，采用型鋼混凝土柱，±0.000樓面采用鋼筋混凝土樓板及型鋼混凝土梁。

2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況，型鋼混凝土梁柱中的型鋼均采用Q345B級鋼材。高強度螺栓采用10.9級扭剪型高強螺栓，表面噴砂處理，摩擦面抗滑移動系數(shù)取0.45。

采用實腹式┼字形為型鋼混凝土柱中型鋼的截面形式，型鋼混凝土柱中的型鋼含鋼率控制在5%左右，而型鋼混凝土梁中的型鋼則采用H型鋼，采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列程序中多、高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE進行整體計算，并根據(jù)計算結(jié)果合理調(diào)整梁柱截面鋼筋及鋼骨大小。本工程若采用鋼筋混凝土柱，則底層柱的截面需要1600mm×1600mm，而采用鋼骨混凝土柱，底層柱的截面僅需要1100mm×1100mm。

鋼板的厚度均不小于6mm，一般為翼緣厚度≥20mm，腹板厚度≥16mm；由于在軋制過程中，較厚的鋼板存在各向異性，常在焊縫附近形成約束，焊接時易引致層狀撕裂，很難保證焊接質(zhì)量，因此當(dāng)鋼板厚度大于36mm時，必須按《厚度方向性能鋼板》GB5313中的Z15級來控制鋼材厚度方向的斷面收縮率。同時，按相關(guān)規(guī)范的要求驗算鋼骨的寬厚比。鋼骨混凝土柱的混凝土保護層厚度取120mm，鋼骨混凝土梁的混凝土保護層厚度則取100mm。

混凝土與型鋼之間的粘結(jié)力遠遠小于混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力，為避免粘結(jié)滑移，設(shè)計時，在構(gòu)件上另設(shè)了剪切連接件（即栓釘），承擔(dān)滑移面上的全部剪力，形成完全剪力連接，使混凝土與型鋼能完全共同工作。

鋼骨混凝土柱采用埋入式柱腳，埋入深度取3倍型鋼柱截面高度，柱腳及上一層的范圍內(nèi)，在鋼骨柱翼緣外側(cè)設(shè)置了栓釘，栓釘直徑≥φ19mm，間距≤200mm，栓釘距翼緣板邊緣>50mm。

梁、柱節(jié)點核心區(qū)是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，設(shè)計時應(yīng)保證傳力明確，安全可靠，施工方便，確保節(jié)點核心區(qū)不產(chǎn)生過大的變形。節(jié)點區(qū)鋼骨部分連接的構(gòu)造按鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的連接構(gòu)造設(shè)計，在梁、柱節(jié)點和主、次梁節(jié)點位置遇鋼筋穿型鋼的情況時，進行了如下處理：柱頭內(nèi)箍筋穿鋼骨梁腹板，采用兩個U型箍，單面焊接10d；梁縱筋避免穿鋼骨柱翼緣，按1∶6斜率繞開；梁縱筋可直接穿過鋼骨柱腹板，鋼筋采用直螺紋連接。鋼骨柱腹板開孔孔徑=梁縱筋直徑+4～6mm；鋼骨柱腹板開孔面積≥25%腹板面積時，采取措施進行補強；鋼骨柱縱橫兩方向至少錯開1個孔徑開孔；要求振搗時采用小型振搗棒（30mm），并控制混凝土中石子的粒徑≤20mm。

鋼骨的拼接鋼骨柱的長度應(yīng)根據(jù)鋼材的生產(chǎn)和運輸長度限制及建筑物層高綜合考慮，本工程鋼骨混凝土柱每3層一節(jié)，型鋼柱上下貫通，在工地現(xiàn)場拼裝，采用全熔透焊縫連接，梁柱之間為剛接，梁翼緣采用全熔透焊縫連接，梁腹板與柱翼緣采用雙面焊縫連接。

3 鋼結(jié)構(gòu)的制作與安裝

鋼結(jié)構(gòu)工程通常由制作和安裝兩部分組成，工程的最終質(zhì)量不僅取決于安裝的質(zhì)量，也與制作質(zhì)量有相當(dāng)大的關(guān)系，因此，構(gòu)件制作過程各環(huán)節(jié)都極其重要。

設(shè)計要求鋼骨的制作必須采用機械加工，并由專業(yè)的廠家承擔(dān)。各種材料都必須有合格證。施工中應(yīng)確保施工現(xiàn)場型鋼柱拼接和梁柱節(jié)點連接的焊接質(zhì)量，型鋼鋼板的制孔，應(yīng)采用工廠車床制孔，嚴(yán)禁現(xiàn)場用氧氣切割開孔。

3.1 鋼板對接階段

鋼板對接階段是鋼結(jié)構(gòu)工程的首要環(huán)節(jié)，對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體效果有著重要的影響，因此在高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)工程中尤需重視鋼板對接的設(shè)計制作。鋼板對接應(yīng)為整體對接，只在長度方向采用小車式埋弧自動焊或者龍門式自動埋弧焊完成鋼板的對接。

鋼板焊接坡口則采用龍門刨刨削或用鋼結(jié)構(gòu)萬能坡口切割機銑削而成，加工后用樣板檢查坡口尺寸。此外，還要采用超聲波對坡口及其兩側(cè)各50mm范圍進行檢測，如發(fā)現(xiàn)有裂縫、夾層等缺漏，必須進行處理。鋼板對接要在專用工作平臺上進行，嚴(yán)格要求對口錯邊小于2mm且不超過鋼板的厚度的1/25。當(dāng)不同厚度的鋼板對接時，為避免焊接后產(chǎn)生應(yīng)力集中，厚板的接頭附近要做削薄處理，再按普通鋼板對接的要求打坡口。

鋼板的定位點焊采用二氧化碳?xì)獗：福附z選用φ1.2mm的ER50-6焊絲。定位焊縫長度取50mm，焊道間距為150～200mm，并要求填滿弧坑。定位焊縫不得存在缺陷，若發(fā)現(xiàn)點焊上有氣孔、裂紋等缺陷時，必須清除干凈后重焊。

3.2 下料切割階段

采用數(shù)控多頭火焰切割機，同時切割板材的兩邊，使其兩邊均勻受熱，避免造成不易修復(fù)的側(cè)向彎曲，從而確保其邊緣質(zhì)量。此外，需按照設(shè)計圖紙標(biāo)注的尺寸確定鋼骨柱腹板和翼緣的下料長度。在進行焊接H型鋼的組立及裝配焊接時，根據(jù)構(gòu)件截面高度、板厚及加勁板數(shù)量等因素，按表1預(yù)留收縮余量。

在下料時，將翼緣的一端直接切割成滿足要求的坡口，在裝配H型鋼梁時，就以此端作為裝配時的基準(zhǔn)端，既避免了二次切割，也能更好地控制質(zhì)量。

3.3 H形鋼梁組立階段

本工程在組立H型鋼之前，首先進行了全方位的檢查核實，確保H型鋼梁的組立滿足設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)范的要求，然后將腹板和翼緣上的割渣、毛刺等物清除，并進行矯直矯正，再劃定定位線和中心線，采用超聲波對坡口及其兩側(cè)各50mm范圍進行檢測，對裂縫、夾層等缺漏進行處理。經(jīng)檢驗合格后，在翼緣板上標(biāo)出中心線，以其為基準(zhǔn)找出腹板組裝線，在組立機上組立。

3.4 端頭及鎖口加工階段

本工程的構(gòu)件需現(xiàn)場焊接，所以大多要進行鎖口加工，H型鋼加工好，并經(jīng)檢驗合格后，用端頭銑進行端頭銑平，此時要準(zhǔn)確控制構(gòu)件的幾何尺寸，保證端頭平整。并通過鎖口機完成相關(guān)的鎖口處理，以提高端頭及鎖口的加工質(zhì)量，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體效果。

3.5 構(gòu)件組裝階段

構(gòu)件組裝應(yīng)在組裝平臺上進行，平臺應(yīng)測量找平。將用于裝配的組裝架及胎模牢固地固定在平臺上，將合格的型鋼梁柱整齊有序地擺放其上，按照圖紙要求組裝加勁肋等構(gòu)件，然后按照設(shè)計圖紙放樣梁兩端螺栓孔的位置，標(biāo)出端面銑位置線和孔位檢查線，方便檢查及施工。構(gòu)件組裝時，注意先組裝內(nèi)部組件，再組裝外部組件。用數(shù)控臥式帶鋸床對H型鋼梁端坡口進行再次切割，同時需嚴(yán)格規(guī)定H形鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。本工程要求H型鋼加工時，彎曲度允許偏差≤L/1000，且≤5mm；扭曲度允許偏差≤H/250，且≤5mm；端部切斜允許的偏差值e≤1.6%H，且≤3mm；翼緣腹板平面度允許偏差值≤2.0mm。這些質(zhì)量要求能夠有效控制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝的整體質(zhì)量，具有舉足輕重的作用，不容忽視。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)安裝階段

本工程采用埋入式剛性柱腳固定，鋼柱整體吊裝就位，將焊接好的柱腳底板通過預(yù)留螺栓臨時固定在基礎(chǔ)上，調(diào)整校準(zhǔn)后再綁扎柱鋼筋，澆筑混凝土。已完成吊裝的結(jié)構(gòu)要盡快焊接，才能盡早澆筑本層混凝土，從而進行上層鋼結(jié)構(gòu)的安裝，加快建筑物的施工速度。

4 結(jié)語

通過對某高層建筑工程鋼結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計施工進行分析與探討，可知鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮著重要的作用，需給予高度重視。從鋼板對接階段到鋼結(jié)構(gòu)安裝階段，每一個環(huán)節(jié)都不容忽視，每一個環(huán)節(jié)都要細(xì)心、謹(jǐn)慎，確保鋼結(jié)構(gòu)能夠科學(xué)、合理地應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體效果，確保高層建筑工程整體的施工質(zhì)量。

參考文獻

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