鋼結(jié)構(gòu)在超高層建筑中的應(yīng)用

【摘要】計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。在高層和超高層建筑中采用部分鋼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)的理論研究與設(shè)計(jì)建造可說(shuō)是同步前進(jìn)。本文舉例說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)在超高層建筑中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，得出鋼結(jié)構(gòu)用于超高層建筑中具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國(guó)外已有百年的歷史。計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。在北京、上海、深圳、大連、天津等大、中城市相繼建成了一批鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑。高層建筑的發(fā)展與城市民用建筑的發(fā)展密切相關(guān)，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的激烈化，促進(jìn)了人們對(duì)高層建筑的需求。

1.超高層建筑大截面勁性柱施工

高層建筑中采用勁性鋼筋混凝土組合柱，可縮小柱的截面。但由于鋼柱加工、現(xiàn)場(chǎng)上下柱的連接和梁柱節(jié)點(diǎn)中梁的鋼筋需穿過(guò)柱的腹板等工藝，給施工提出高難度的要求。

1.1工程簡(jiǎn)述

在建的蘇州金融中心超高層建筑是一座具有國(guó)際一流設(shè)施和一流管理水平的智能型辦公大樓，建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模：用地面積21280.89m2，總建筑面積367679m2，主體建筑T1建筑99層，T2建筑14層，T3建筑2層，該樓建成后將再次刷新蘇州城市的高度，成為蘇州城市新地標(biāo)。

本工程主樓外框鋼結(jié)構(gòu)主要包括異型組合柱、十字柱、框架鋼梁、伸臂桁架、環(huán)形桁架等，其中外框巨型鋼骨柱從地下室B4層開(kāi)始設(shè)置，核心筒10層以下主要為鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，10層以上核心筒為型鋼組成的鋼骨框架勁性混凝土結(jié)構(gòu)。在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墻內(nèi)埋有2層高的桁架。核心筒與周邊巨型結(jié)構(gòu)之間通過(guò)伸臂桁架連接，使周邊巨型結(jié)構(gòu)和核心筒共同承受大樓的水平及橫向荷載。塔樓91～99層是由鋼框架結(jié)構(gòu)做支撐，由鋼桁架構(gòu)成的塔冠結(jié)構(gòu)，起到壓頂桁架的作用。

1.2鋼結(jié)構(gòu)的安裝原則

勁性柱型鋼及鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)安裝，分節(jié)原則為：與現(xiàn)場(chǎng)塔吊的起重范圍相適應(yīng)，所有構(gòu)件都能夠利用塔吊安裝；分段位置在統(tǒng)一標(biāo)高。利于砼澆注；每節(jié)鋼柱長(zhǎng)度方便制作、運(yùn)輸、安裝；分段后的鋼柱安裝后高度適中，便于臨時(shí)固定和調(diào)整。

1.3鋼結(jié)構(gòu)的的制作

勁性柱型鋼及鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)制作時(shí)，應(yīng)對(duì)構(gòu)造復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，轉(zhuǎn)換桁架、伸臂桁架、大跨度結(jié)構(gòu)等構(gòu)造復(fù)雜的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝。由于安裝需要，在勁性柱兩端頭的翼緣板外側(cè)，各焊接4塊連接耳板，耳板規(guī)格170mm×90mm×20mm，嚴(yán)格要求焊位準(zhǔn)確，以利安裝時(shí)上下耳板對(duì)準(zhǔn)在一個(gè)平面上。

1.4鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)焊接

該工程是上下段構(gòu)件的逐步往上安裝，對(duì)接處采用焊接的方式連接，按照對(duì)稱(chēng)原則，每節(jié)柱安排兩個(gè)焊工同時(shí)對(duì)稱(chēng)、分段、反向施焊的工藝，并保證焊接參數(shù)、焊接速度一致，嚴(yán)格控制焊道平直，分層連續(xù)施焊，保證焊縫質(zhì)量，先焊接翼緣板，再焊腹板?？蚣芙Y(jié)構(gòu)梁柱支撐的拼接焊縫，節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)截面組合焊縫，所有板件的對(duì)接焊縫均采用坡口合熔透焊縫，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，全部要進(jìn)行100%超聲波探傷，以確保安裝的質(zhì)量及工程的安全。

2.全鋼結(jié)構(gòu)的建筑的應(yīng)用

2.1工程簡(jiǎn)述

蘇州現(xiàn)代傳媒廣場(chǎng)由辦公樓、演播樓、酒店樓、商業(yè)樓、M形屋架五個(gè)部分組成。其中辦公樓42層，混凝土核心筒外框架鋼結(jié)構(gòu)，屋頂有碗狀網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)、門(mén)庭為巨型桁架鋼結(jié)構(gòu)以及中庭弧形屋面鋼梁結(jié)構(gòu)；酒店樓38層，為勁性鋼柱的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂有碗狀網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)和中庭弧形屋面鋼結(jié)構(gòu)；演播樓8層框架鋼結(jié)構(gòu)；商業(yè)樓5層，為勁性鋼柱鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為30m跨實(shí)腹梁鋼結(jié)構(gòu)；在演播樓和商業(yè)樓之間，有M形屋架，M形屋架跨度23m，由直徑500×16鋼管彎曲而成，上部標(biāo)高為43m，U形底部標(biāo)高為26m。地下室3層為勁性鋼柱框架結(jié)構(gòu)。

2.2鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)

特點(diǎn)一：鋼結(jié)構(gòu)體量大，構(gòu)件截面形式多，種類(lèi)多。該工程鋼結(jié)構(gòu)重量達(dá)40000多噸，其中演播樓用鋼量達(dá)9722噸，屬大型工程。本工程構(gòu)件截面有圓管形、H形、十字形、箱形等；構(gòu)件種類(lèi)有鑄鋼形、鋼棒、索、O型彎管、弧形H形鋼等。幾乎匯集了鋼結(jié)構(gòu)所有形式和種類(lèi)，充分體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)之特長(zhǎng)。

特點(diǎn)二：結(jié)構(gòu)多樣性。本工程有四大功能不一的單體組成：辦公樓、演播樓、酒店樓、商業(yè)樓、M形屋架五個(gè)部分組成。群多的結(jié)構(gòu)體系集中在一個(gè)工程中較少見(jiàn)。

特點(diǎn)三：異型結(jié)構(gòu)多、外觀(guān)獨(dú)特。M型屋架：通過(guò)鋼管的彎弧和節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)折，形似涼曬的絲綢。屋頂碗狀網(wǎng)殼：通過(guò)鋼管的彎扭，形成上方下圓的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，有一絲古韻在里面。傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合的建筑，外形漂亮美觀(guān)。而U形的M型管子屋架，中庭弧形H型鋼屋架、屋頂彎扭鋼管網(wǎng)殼，把映該工程異形構(gòu)件特殊性。

2.3鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝難點(diǎn)

難點(diǎn)一：M型屋架底標(biāo)高21m，上點(diǎn)標(biāo)高45.5m，上部鋼棒、鑄鋼件、圓管三鉸構(gòu)造，下部U型圓管與上部相連，空間索結(jié)構(gòu)重934噸。安裝時(shí)下部U型鋼管分段對(duì)接準(zhǔn)度，難度較大，上部三鉸構(gòu)造與U型管連接難度大，整個(gè)U型構(gòu)造在施工中穩(wěn)定性難度大。只有地面組裝，整體安裝。

難點(diǎn)二：辦公樓中庭弧形屋面長(zhǎng)度為54m，重220噸。空中安裝弧形對(duì)接精度、焊接彎型控制難，弧形整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制難。采用節(jié)間組裝，以節(jié)間為主，逐間滑移。

難點(diǎn)三：辦公樓中庭巨型桁架，由H型鋼組成結(jié)構(gòu)式，四層空間大桁架，重2300噸。散件安裝量大，斜撐多，高屋焊接對(duì)接精度難度大，腳手搭設(shè)量大。構(gòu)件工廠(chǎng)預(yù)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)臨時(shí)支撐分段安裝，四層平面形成后，逐層往上安裝，五、六層桁架安裝焊接完畢后，拆除臨時(shí)支撐。

3.未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的作用

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)為發(fā)展我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時(shí)機(jī)。一大批有實(shí)力的鋼結(jié)構(gòu)安裝企業(yè)承擔(dān)了國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大型鋼結(jié)構(gòu)工程安裝，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備層出不窮，其施工安裝水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

目前，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入跨越式發(fā)展的新階段。鋼結(jié)構(gòu)建筑規(guī)模越來(lái)越大、跨度越來(lái)越大、造型越來(lái)越新穎獨(dú)特，有很大的發(fā)展?jié)摿?。以前我?guó)的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展緩慢主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)造價(jià)高以及鋼材產(chǎn)量有限。今非昔比，鋼結(jié)構(gòu)施工速度快，施工污染小，重量輕，這些優(yōu)勢(shì)讓它成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的同時(shí)，還推動(dòng)了新型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)規(guī)模從幾百萬(wàn)噸發(fā)展到2000萬(wàn)噸以上。由此可見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)是一個(gè)正在蒸蒸日上、向著更高階段發(fā)展的朝陽(yáng)行業(yè)。

最后，我們應(yīng)該加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)在節(jié)能減排、綠色環(huán)保方面的宣傳，并且開(kāi)發(fā)新型的圍護(hù)體系。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)在這方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯，更適應(yīng)國(guó)家實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。這要我們從多方面、深層次進(jìn)行宣傳，使社會(huì)和用戶(hù)都能意識(shí)到這一點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)是今后發(fā)展的一個(gè)方向，隨著科技的進(jìn)步，審美觀(guān)念改變必然使得鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷的去擴(kuò)展自身的表達(dá)語(yǔ)匯而尋求發(fā)展。我們提倡的是拋棄風(fēng)格，從結(jié)構(gòu)的理性主義出發(fā)，從現(xiàn)代和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)中吸取精華，創(chuàng)造出技術(shù)和藝術(shù)有機(jī)融合的鋼結(jié)構(gòu)精品建筑。我們要分清楚，鋼結(jié)構(gòu)框架是建筑中承重體系和服務(wù)部分，它不是建筑使用中的主要部分，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)首先要遵循建筑設(shè)計(jì)的一般原則，然后才是發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳紹蕃，顧強(qiáng)等.鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

[2]夏志斌.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2004