基于高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)水平都得到了迅速地提高。鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)越憂，在建筑業(yè)被越來越廣泛的重視和應(yīng)用，在“大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)”政策的指導(dǎo)下，我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的歷史機(jī)遇已經(jīng)到來。在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理的進(jìn)行建筑平面設(shè)計(jì)，合理的選擇柱網(wǎng)布置，合理的選擇計(jì)算模型及計(jì)算方法是整個設(shè)計(jì)成功的隨著鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)一系列的優(yōu)點(diǎn)一直是本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

1.鋼結(jié)構(gòu)工程的優(yōu)點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的優(yōu)勢十分明顯。①鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的施工速度快，施工時間短。就房地產(chǎn)市場而言，現(xiàn)在很多業(yè)主所買的都是期房，對交房時間看得很重。如果采用大量磚混結(jié)構(gòu)的建筑的施工時間是三年，那么采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑的施工時間至少可以減半。這在很大程度上大大地提前了房地產(chǎn)開發(fā)商的交房時間，也能夠讓業(yè)主早日遷入新房。②鋼結(jié)構(gòu)高層建筑物的格局比較個性化，造型相對更豐富。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的內(nèi)部空間，除了住宅類建筑內(nèi)的衛(wèi)生間以及廚房是固定的以外，其余空間格局都可以隨意進(jìn)行改變，而傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)的建筑卻不具備此功能。③建筑物室內(nèi)面積的利用率高。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的室內(nèi)格局比較靈活，不會像磚混結(jié)構(gòu)那般有諸多限制，因此業(yè)主可以對室內(nèi)空間隨意進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度的提升室內(nèi)空間的利用率。④鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的抗震性能比磚混結(jié)構(gòu)建筑更為突出。如日本等地震頻發(fā)國家多是采用的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，其抗震效果極佳。⑤鋼結(jié)構(gòu)高層建筑能夠起到較好的節(jié)能環(huán)保作用。在傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑施工建設(shè)中，所使用的建筑材料以及輔助材料會消耗很多的自然資源，造成資源浪費(fèi)。而使用鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，則可以免去支模施工等工序，同時還可以節(jié)約極多的邊角料，在節(jié)能的同時還能最大限度地降低建筑工程施工建設(shè)中對環(huán)境的影響和破壞。

2.高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要結(jié)合建筑物在生活中的實(shí)際用途，還需要考慮建筑在面臨惡劣環(huán)境時的抗壓能力，所以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行多方面的研究與探討，制定并擇取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，總結(jié)了幾點(diǎn)如下：

2.1鋼結(jié)構(gòu)選型與布置

由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛，做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該具體工程具體分析。應(yīng)根據(jù)工程的條件和特點(diǎn)，綜合考慮建筑的使用功能、荷載性能、制作安裝、材料供應(yīng)等因素，擇優(yōu)選擇抗震性能良好，而又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式，對高烈度設(shè)防的高層鋼結(jié)構(gòu)，宜選用鋼框一支、鋼框一筒或鋼一筒中筒等鋼結(jié)構(gòu)體系。

2.2估算構(gòu)件截面

結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對構(gòu)件截面作初步估算。主要是粱柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。估算構(gòu)件截面的工作內(nèi)容包括：設(shè)定梁柱與支撐斷面的大小和形狀；根據(jù)需求選擇鋼梁；估算支座與載荷的情況，確定截面的高度；確定翼緣寬度；根據(jù)截面高度和翼緣寬度估算板件的厚度。

2.3構(gòu)件的設(shè)計(jì)

構(gòu)件設(shè)計(jì)中首先要做的是選擇材料。從管理角度上看，主結(jié)構(gòu)選擇單一的鋼種有利于管理工作的實(shí)施，而從經(jīng)濟(jì)的角度看，不同強(qiáng)度的鋼材也可以完成截面的組合。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，一般使用專門的軟件對截面進(jìn)行驗(yàn)算。機(jī)構(gòu)工程是在構(gòu)件設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的問題有兩點(diǎn)：當(dāng)截面不能估算的時候，應(yīng)當(dāng)采取兩種措施：強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的時候增加板件厚度，彎度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的時候增加翼緣厚度，抗剪達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的時候增加腹板厚度；二是變形超限的時候，為了節(jié)省成本，一般采取增加截面高度的方法。

2.4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要問題之一。按照傳力特點(diǎn)節(jié)點(diǎn)分為剛接、鉸接與半剛接三種。不同的連接方式對于結(jié)構(gòu)的影響是不同的。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主要包括五個方面：焊接。焊接的焊縫形式與尺寸都有嚴(yán)格的規(guī)定，在焊接過程中必須遵守。另外，焊條應(yīng)該與金屬連接材料匹配。栓接。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)連接傳力螺栓通常使用高強(qiáng)螺栓，適合選擇10.9s強(qiáng)度等級。選擇螺栓的類型可以是扭剪類型，連接型全部使用摩擦類型。梁腹板。對栓孔位置的腹板抗剪凈截面實(shí)施驗(yàn)算，連接高強(qiáng)承壓型螺栓還要對局部孔壁的承壓能力進(jìn)行驗(yàn)算。連接板。將梁腹板加厚4mm，不過需要進(jìn)行抗剪凈截面驗(yàn)算。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還需要考慮的是考慮螺栓的安裝、現(xiàn)場焊接等工作空間與吊裝構(gòu)件的具體順序等。

2.5圖紙編制

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時也會由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。

（1）設(shè)計(jì)圖：是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余，在設(shè)計(jì)圖中，對于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求（包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的等級、涂裝及運(yùn)輸?shù)龋?、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。主要材料應(yīng)列表表示。

（2）施工詳圖：又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá)，并應(yīng)附有詳盡的材料表，設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。

3.優(yōu)化高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略

隨著高層鋼結(jié)構(gòu)近年來在我國越來越廣泛的重視和開發(fā)，傳統(tǒng)建筑格局被鋼結(jié)構(gòu)建筑取代已經(jīng)成為主流，優(yōu)化高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略，可以從以下幾個方面入手，下文將逐一進(jìn)行分析。

3.1合理控制設(shè)計(jì)參數(shù)

合理控制設(shè)計(jì)參數(shù)是優(yōu)化高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效途徑之一。在高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理控制設(shè)計(jì)參數(shù)，也就是說一定要控制好強(qiáng)度、平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性，與此同時，高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)還包括墻檁條、屋檁條、水平支撐、柱間支撐等等，一定要按照設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn)行全面的分析和計(jì)算。

3.2把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是高層鋼結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。在高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，把握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，可以從兩個方面入手，一方面是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，包括結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定，主要是支撐的設(shè)置和構(gòu)造的設(shè)計(jì)；另一方面是連接的做法，主要是焊縫、螺栓的選擇和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施。

3.3熟練掌握相關(guān)規(guī)范

熟練掌握相關(guān)規(guī)范也有利于優(yōu)化高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要對相關(guān)規(guī)范熟練掌握，如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、高層民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等等，在實(shí)際工作中，則要加強(qiáng)高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范運(yùn)用。另外，還要加強(qiáng)對一些高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖集和門剛圖集的了解，保證施工設(shè)計(jì)圖的可行性和科學(xué)性。

4.結(jié)語

伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也是在不斷發(fā)展中飛速前進(jìn)。建筑的安全性能也更應(yīng)該引起建筑師的注意。高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是簡單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項(xiàng)責(zé)任十分重大的工作，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經(jīng)濟(jì)收益?？偠灾?，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程中有著不可或缺的重要作用，隨著時代的變化，有關(guān)設(shè)計(jì)單位和技術(shù)人員也需要采用新的理念和方法，保障鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的安全性和穩(wěn)定性，使得我國的建筑事業(yè)在孜孜不倦的摸索中穩(wěn)定前進(jìn)。

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