鋼結構在高層建筑結構設計中的應用探討

毛耿松 李培強

【摘要】隨著現(xiàn)代住房的剛性需求增大，鋼結構對于高層建筑來說有很多優(yōu)點，在高層建筑行業(yè)中鋼結構的設計與使用十分常見。本文主要結合鋼結構的特點，分析了鋼結構在高層建筑結構設計中的應用，以供參考。

【關鍵詞】鋼結構；建筑設計；要點分析

1、鋼結構工程的特點

鋼結構工程量大、結構復雜、質量要求高，同時鋼結構體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好的特點，因此，在建筑工程中被廣泛的使用。當前我國鋼結構建筑己經工業(yè)化、商品化，特別是在高層建筑的運用中有一定的歷史。鋼結構的材料優(yōu)點，鋼結構高層建筑的優(yōu)勢十分明顯。

1）鋼結構高層建筑的施工便捷，工期短。 鋼結構工建能夠進行工廠化產生及現(xiàn)場下安裝，因現(xiàn)場施工量比較小，加上施工機械化程度高，這就提升了施工進程，根據(jù)相關資料統(tǒng)計，同一種建筑物，鋼結構要比砼結構工期減少三分之一，并且能夠很好的節(jié)儉模材料的使用量。就房地產市場而言，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構的建筑的施工時間是三年，那么采用鋼結構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）鋼結構高層建筑物的格局比較個性化，造型相對更豐富。鋼結構高層建筑的內部空間，除了住宅類建筑內的衛(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行改變，而傳統(tǒng)磚混結構的建筑卻不具備此功能

3）建筑物室內面積的利用率高。鋼結構高層建筑的室內格局比較靈活，不會像磚混結構那般有諸多限制，因此業(yè)主可以對室內空間隨意進行設計，最大限度的提升室內空間的利用率。

4）鋼結構高層建筑的抗震性能比磚混結構建筑更為突出。如日本等地震頻發(fā)國家多是采用的鋼結構高層建筑，其抗震效果極佳。

5）鋼結構高層建筑能夠起到較好的節(jié)能環(huán)保作用。在傳統(tǒng)磚混結構建筑施工建設中，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。而使用鋼結構高層建筑，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中對環(huán)境的影響和破壞。

2、鋼結構設計的注意事項

鋼結構設計使用年限、設計基準期和建筑壽命的區(qū)別。所謂的設計的年限，通常是指在設計之初規(guī)定的時間之內，該項產品不會出現(xiàn)大的問題進行大型的維修，只需進行日常的維修保養(yǎng)即可，就能達到設計之初的設計理念。

2.1鋼結構制圖注意事項

鋼結構的設計圖紙和很多的設計圖一樣也是分為兩部分，設計之初的設計圖和施工圖兩部分，我們嚴格按照設計審核的相關的規(guī)定，圖紙的設計者主要的方向是在設計圖方面進行深入的鉆研探索，鋼結構的相關的施工單位根據(jù)實際的工程方向進行設計。在設計的過程中這兩部分的設計人一定要進好工作的協(xié)調工作，互相滲透自己的思想理念，達成共同的目標，以保證工程的進度順利地實施，最后達到工程的目的。

2.2區(qū)分鋼結構設計的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)是指結構或結構構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適宜繼續(xù)承載的變形。正常使用極限狀態(tài)指結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限。鋼結構設計中，對承載能力極限狀態(tài)進行嚴格的控制，保證結構不發(fā)生安全破壞；對正常使用極限狀態(tài)，要結合建筑物的安全等級，使用功能等要求進行有效地控制。既滿足建筑物的使用要求，又要兼顧建筑結構的經濟性。

2.3 注重鋼柱拼接方面

建筑樓層過高時要對鋼柱的標高進行準確控制，對鋼柱加工誤差要盡量控制在最小范圍。所以鋼柱的切割、焊接、組對就尤其重要。鋼柱拼接要注意一下幾點：

（1）針對焊接要求使用正確的焊接方式，比如在安裝十字柱柱腳螺栓時為了保證混凝土和鋼柱的結合強度，最好摒棄手工焊接的方式，而采用專門的栓釘焊槍進行焊接。

（2）在現(xiàn)場進行螺栓固定能夠加快鋼柱安裝拼裝速度，還能減少拼裝誤差。所以在加工時提前把中間鋼柱的兩端點焊做好定位和鉆孔，等到現(xiàn)場再拼裝。

3、鋼結構在高層建筑結構設計中應用分析

3.1鋼結構材料的選擇

對于鋼結構設計來說，由于鋼材的種類繁多，加上目前鋼結構高層建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對鋼結構的強度、變形度、疲勞應力等方面的要求也不一致，選材是一項極為重要且難度較大的工作。如在某高層辦公樓的鋼結構設計中，對結構鋼材的選擇：鋼材的質量標準應符合現(xiàn)行國家標準；承重構件用個鋼材應保證抗拉強度、伸張率、屈服點、冷彎試驗、沖擊韌性合格；保證工程中所采用的鋼材，不論其厚度及有無Z向性能要求，均滿足的性能是：鋼材在焊接完成后，不會出現(xiàn)層狀撕裂、板厚度中心線分離或其他類似的情況。

3.2構件設計

對于鋼結構的構件及其連接節(jié)點的設計，除了按照必要的規(guī)范及規(guī)程進行設計之外，還必須做到在進行電算之后還應該根據(jù)經驗進行判斷，必要時還可以采用手算的方法對結果進行校核，保證將誤差控制至最低，可靠性達到最高。

對于計算結果，結構設計師要根據(jù)鋼結構的實際工作狀態(tài)（這可以通過實際測算并結合結構力學知識進行估算），對一些重要構件的截面以及節(jié)點間連接的承載力進行必要的調整。

根據(jù)結構的外圍環(huán)境進行的具體設計。例如，在施工中，設備的吊裝能力較大時，進行構件設計時可以盡可能地擴大拼裝結構的規(guī)模，這樣可以大大地加快安裝速度，實現(xiàn)綜合經濟效益的最大化

3.3加強對鋼結構受力體系以及細部節(jié)點的設計

在鋼結構方案確定以后，必須要立即對鋼結構的受力體系以及細部節(jié)點進行具體的計算和完善。首先，針對鋼結構受力體系設計而言，現(xiàn)今很多鋼結構都是采用的桿系結構，這種結構要求鋼材強度大、截面尺寸小；在生產的時候可以在現(xiàn)場組裝、構件之間的約束作用小。因此其設計的重點是保證構件節(jié)點之間的連接穩(wěn)固性。其次，對于鋼結構高層建筑的細部節(jié)點設計而言，鋼結構高層建筑的設計要求細致且設計內容復雜，都需要對細部節(jié)點進行嚴格的設計。很多時候，細部節(jié)點的設計直接決定著鋼結構的整體質量。在細部節(jié)點設計中，除了要確保其滿足結構受力要求之外，還必須要充分考慮鋼結構安裝的便利性以及可行性。

3.4抗震設計方面

鋼結構抗震設計時，應根據(jù)設防烈度， 結構類型和房屋高度采用不同的地震作用效應調整系數(shù)， 并采取不同的抗震構造措施。抗震構造措施主要是根據(jù)設防烈度和房屋高度， 控制框架柱和支撐的長細比、梁柱及支撐桿件板件的寬厚比、梁柱連接節(jié)點的構造要求等，包括設置加勁肋， 設置側向支撐及連接焊縫的質量要求和高強度螺栓連接的構造要求。型鋼構件用于抗震結構時， 要注意板件寬厚比， 可能超過規(guī)范限值

4、結束語

高層建筑鋼結構體系是一項多樣化和復雜系統(tǒng)工程，目前，我國鋼結構的設計取得了一定的成績但是還有很多的問題存在，作為專業(yè)設計師，必須不斷提高鋼結構設計專業(yè)技能，為高層建筑設計做出相應的貢獻。

參考文獻：

[1]趙東曉.高層建筑結構設計的問題與對策研究[J].商品混凝土，2012，

6（09）：260-263.

[2]吳云強.鋼筋混凝土結構在高層建筑中的應用研究[J].知識經濟，2012，

12（15）：87-88.

[3] 吳炳 傅承誠，高層建筑結構抗震設計的討論[j]科技與生活，2012.（09）：123-124.