高層建筑鋼結構設計的安全問題探析

蔣國斌

[摘 要]目前，高層建筑已成為城市的主要形式。該鋼結構具有跨度大、施工速度快、造價低等特點，在高層建筑中廣泛應用。因此，有必要做好高層建筑鋼結構設計，把結構質量、安全性、經濟性和施工進度等因素結合起來，確?？茖W合理的設計，使鋼結構的質量、安全和效率處于最佳狀態(tài)。

[關鍵詞]高層建筑；鋼結構設計；安全

中圖分類號：TU973.13 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）09-0142-01

前言

隨著經濟建設的不斷發(fā)展，我國各個城市中大興建設，而鋼結構則在這些高樓大廈中發(fā)揮無可替代的作用。鋼結構由于其具有較好的整體特性，施工周期短、對環(huán)境影響小、自重輕等諸多優(yōu)點，在當前的高層建筑結構中得以廣泛的應用。

1 高層建筑鋼結構的主要特點

由于鋼材具有較高的強度，而且整體重量較輕，是一種較為理想的彈塑性材料。鋼結構主要是由多個構件進行組成而成。利用焊接或是螺栓連接等方式將單根型鋼組裝形成構件，通常會選擇在工廠內進行加工成型，然后再運至安裝現場。但鋼材料作為鋼結構的主要材料，其自身表現也一定的隱脆性，這在高層建設鋼結構設計時需要對這點要給予充分考慮。

2 高層鋼結構設計中較為常見的安全隱患

2.1 建筑結構空間布局不合理

鋼結構在設計前期，如果設計人員沒有對業(yè)主對于建筑物的使用要求進行充分的調研，而只憑自己主觀或是套用固定的設計方案進行設計，那么所設計出來的結構則可能無法滿足業(yè)主的要求，同時在安全上也會留下了隱患。另外就是建筑空間布局這對結構的功能性將會產生較大的影響同時如果空間布局，不合理還會無形中導致建設成本的增加對整體建筑的壽命也會產生較大的影響。

2.2 建筑的抗震性能達不到要求

目前我國已進入到地震的高發(fā)期，相繼發(fā)生的地震給我們人民生命和財產都帶來了較嚴重的損害。在建筑的抗震性能上我國有明確的設計規(guī)范。但在具體設計過程中，部分業(yè)主為了有效的降低工程的造價覺得鋼結構自身就具有較好的抗震性能，于是在建筑的防震等級上人為的進行降低，從而導致建筑存在著較大的安全隱患高層鋼結構建筑的抗震性能不能滿足要求。所以在地震災害發(fā)生時，會導致一些節(jié)點連接處由于應力集中而導致破壞，這是地震中建筑物破壞的最主要原因。同時在鋼結構設計中對鋼結構的低周疲勞、構件的寬厚及塑性設計上都缺乏周全的考慮從而導致地震發(fā)生時一些局部構件。由于失去支撐而導致整體結構受到破壞，另外在鋼結構設計過程中加效果造型不合理或是存在薄弱的地方這樣在地震來臨時會導致鋼結構發(fā)生坍塌造成最為嚴重的破壞發(fā)生。

2.3 設計過程中過分追求經濟性

在高層建筑項目中其整體造價中鋼結構則占有較大的比例，大家都知道鋼材的價格一直居高不下，這樣就導致高層鋼結構施工成本的不斷上升，在這種情況下，業(yè)主為了追求利潤的最大化就會要求設計單位或是聘請第三方來對用鋼量進行控制或是對原有設計進行優(yōu)化，減少鋼結構中的用鋼量。用鋼量的減少，即使在設計計算上能夠滿足建筑的安全要求，但整體建筑的抗震性能和抗沖擊性能都會有所減弱。在正常條件下建筑的安全性不會有大的問題，一旦發(fā)生地震這種特殊的荷載，極易導致建筑物的梁和柱等部位發(fā)生開裂，發(fā)生嚴重時可以致使結構出現坍塌。

3 科學進行高層建筑鋼結構設計的要點

3.1 選擇合理的結構方案

高層建筑的結構設計不僅要具有較高的經濟性，更要滿足使用性及合理性，因此在進行高層建筑結構設計時，首先就要選取一種既可行又滿足較好經濟性的結構形式及體系。其中要注意如下問題：首先在同一結構單元中，最好不要混合使用不同的結構體系，同時還要綜合考慮使用要求、地理環(huán)境及施工條件等實際情況，還要協調好建筑電氣及水暖等配套設施的設計，從而選擇最優(yōu)的建筑結構體系。

3.2 選擇合適的基礎方案

基礎設計應根據工程地質條件、上部結構類型與載荷分布、相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算?；A設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。

3.3 結構設計參數

在高層建筑鋼結構設計中，鋼結構的優(yōu)質性，在一定程度上決定了其本身的設計工藝需要復雜的程序。在進行高層建筑鋼結構設計工作中，設計師需要利用專業(yè)的數據統(tǒng)計軟件對鋼結構進行技術指標分析，將各項技術指標的分析形成報告，并進行嚴格、精密的技術測試，確保鋼結構的質量符合建筑行業(yè)的施工標準。結構設計參數是否符合建筑施工標準，直接影響著高層建筑的安全性能。因此，如何結合高層建筑的施工要求，重視結構設計參數設計與檢測具有一定的現實意義。

3.4 強調弱梁強柱的設計

穩(wěn)定性和安全性室高層建筑鋼結構設計遵循的首要原則，它不僅關系到人們的生命財產的安全，更關系到國家地區(qū)的安全穩(wěn)定。因此在建筑鋼結構設計中，必須以穩(wěn)定性和安全性放在第一位。而高層建筑的主要承受力是主梁柱，這就要求我們在對高層建筑結構的設計中，必須保證主梁柱的穩(wěn)定性。在實際應用中，由于柱子的材料主要是鋼材，其剛度足以保證建筑的穩(wěn)定性，在墻梁的設計建造中，就可以弱化，選用質量相對較輕的材料進行建設，這樣在保證整個建筑質量的同時，還能減輕高層建筑的重量，有效的避免了自重過重而造成的坍塌事故。因此，在對高層建筑鋼結構設計中應當注意強調強柱弱梁的設計，并注意考慮梁柱的整體性。

3.5 鋼結構的節(jié)點設計

在鋼結構設計中，節(jié)點設計既是其重要組成部分，又是整個設計環(huán)境中的關鍵環(huán)節(jié)。一般而言，以傳力為特點可將節(jié)點分為三種，即半剛接、鉸接以及剛接。同時，連接方式不同，對結構的影響也大不相同。通常，鋼結構中節(jié)點的設計主要包括焊接、栓接、梁腹板以及連接板這四個方面。其中，在焊接方面，焊接的焊縫形式與尺寸均有非常嚴格的規(guī)定；在栓接方面，連接高層建筑鋼結構的傳力螺栓一般使用高強螺栓，并適合選擇10.9s強度等級；在梁腹板方面，對栓孔位置的腹板抗剪凈截面實施驗算，連接高強承壓型螺栓還要對局部孔壁的承壓能力進行驗算；而在連接板方面，應在梁腹板的基礎上增加4mm。

3.6 鋼結構建筑的抗震設計

一直以來，鋼結構建筑的抗震設計，都是高層建筑鋼結構設計中應注意的問題。我國是一個多地震的國家，在地震區(qū)進行建設各種工程項目，通常都會采用鋼筋混凝土進行施工，以降低高層建筑在地震等災害中受到嚴重損失。相對而言，鋼結構更加適合高層建筑的發(fā)展。結合建筑工程所處的地理環(huán)境及施工技術，重視鋼結構建筑的抗震設計，可以有效的降低高層建筑出現安全隱患的可能性。因此，在進行高層建筑的施工時，充分考慮鋼結構建筑的抗震設計具有一定的意義。

結束語

總之，高層建筑鋼結構設計在工程中有著至關重要的作用。隨著我國的整體技術水平的提高，高層建筑鋼結構存在的問題會逐漸解決、克服，高層建筑鋼結構的應用也會越來越廣泛，將給鋼結構建筑帶來無限的前景，不但加快我國的建筑行業(yè)發(fā)展，也更好的適應國際之間的競爭關系。

參考文獻

[1] 孫超.高層建筑鋼結構設計中應注意的問題分析[J].黑龍江科技信息.2014，（32）：247

[2] 路致遠.高層建筑鋼結構施工技術要點分析[J].中國建材科技，2015，02：268+270.

[3] 師麗.現代鋼結構建筑設計與表現淺析[J].中國-東盟博覽，2011，5（03）.