分析我國高層建筑鋼結構的應用

摘 要：建筑行業已經成為目前我國迅速發展的行業之一，隨著人們生活水平不斷提高，對于建筑的要求也在不斷增加，建筑物越來越高就是其中要求的一種具體體現。貴州省也隨著時代發展的潮流修建了許多高層建筑，筆者通過總結貴州當地應用情況，結合國內外相關先進經驗，對鋼結構在應用上的優劣點進行闡述與對比，詳細論述鋼結構在我國高層建筑中應用的優點。

關鍵詞：高層建筑；鋼結構；高層鋼結構；鋼結構應用

隨著我國經濟飛速發展，在上世紀80年代中期的時候，北京、上海等地就已經完成了40余座高層建筑。筆者通過總結自身工作經驗，結合國內、國外相關工作經驗以及先進施工手段，對高層建筑鋼結構的實用性進行詳細論證。

1 我國高層建筑鋼結構存在的問題

1.1 原料剛才供應

當前情況下，我國生產H型鋼材的廠家比較少，并且生產規格不齊全，只能滿足小范圍、小批供應。雖然上海寶鋼目前已經可以生產適合高層建筑鋼結構使用的柱子以及豎方向支撐時使用的大于40mm的剛材，但是負荷Z方向斷面收縮率規定厚鋼板仍然需要提高。否則，想要讓鋼材滿足建筑設計的需求，就需要從國外進口鋼材，從而導致施工成本增高，并且長途運輸過程中會發生種種意外情況，延遲工期。

1.2 鋼結構耐火性差

目前我國生產的鋼材，在早期火災的時候，構件溫度會急速上升，并且鋼材屈服強度以及彈性模量將會因為溫度的上升而迅速下降。當火場溫度達到350℃的時候，強度會下降30%，當火場溫度到達500℃的時候，強度會下降50%。當溫度達到600℃的時候，結構會完全喪失在承載方面的能力，結構體急劇變形，最終導致結構倒塌。

1.3 結構設計不合理

鋼結構自身雖然具有一定延伸性，但是由于地震的隨機性以及實際工作中結構復雜性，所以結構時刻會遭受到破壞。在地震的時候，部分鋼結構的連接點會開裂，情況嚴重時，甚至會導致樁子脆性斷裂，所以當結構設計不合理時，鋼結構同樣面臨破壞風險。

2 鋼結構優點與缺點

2.1 鋼材質地均勻

鋼材自身的材料性能與力學計算方面的假定比較符合，并且鋼材內部組織接近各項同性，鋼材質地自身波動范圍比較小，屬于理想彈性材料，并且在固定的受力幅度內，屬于完全彈性的，并且實際受力狀態與工程力學的計算結果相符。

2.2 鋼材塑性、韌性好

鋼結構在普通條件下，不會發生因為超載的原因造成斷裂的現象，剛才自身可以將峰值應力重新分配，并且可以讓應力變化幅度逐漸趨于平緩。因為鋼材自身具有良好的塑性以及韌性，所以對于載荷適應能力比較強，在地震的作用下，通過結構自身彈性形變以及塑性形變，可以在很高程度上吸收地震帶來的能量，從而達到提升鋼結構抗震性的目的。從歷年來的地震災害調查表中我們可以發現，全鋼結構在地震中受到的損害與其他結構相比，明顯減少。

2.3 高強度低重量

鋼結構自身強度比較高，并且與混凝土結構比較起來，鋼結構的截面面積比較小，從而有效增加了建筑的實際使用面積。鋼結構與建造相比較的混凝土建筑物相比，高層鋼結構主體截面的面積要比高層混凝土結構截面少一半。鋼結構自身重量比較輕，為混凝土結構的1/2-3/5之間，結構自身的重量比較小，從而減少地震作用的響應，并且也可以減小結構設計的內力。并且鋼結構自身重量比較低，可以減少工程造價，鋼結構這一優勢在貴州省的優勢格外明顯。

2.4 制造周期較短、施工速度快

大部分鋼結構的零件均在工廠進行生產，之后送往施工現場進行焊接或者組裝，并且可以實現全天候作業。因為鋼結構自身韌性比較強，所以在承擔結構自身荷載力以及施工荷載力方面，不需要進行支模以拆模工作，所以降低了工程成本，而且大幅度加快了施工速度。經筆者多年工作經驗總結，鋼結構的施工速度比混凝土結構施工速度快1.5倍。

2.5 外形美觀，可塑性比較強

鋼結構與其他結構所比較，鋼結構的建筑可以超越結構自身的束縛，創造出多彩多樣的空間以及形象，并且可以產生輕盈通透的效果。斜線、曲線等線條作為修飾鋼結構的一種常用的造型手段，經實踐表明，在鋼結構中十分適合。

2.6 符合我國可持續發展政策

鋼結構產業屬于一種綠色環保的建筑行業產業，其自身對于資源、能源的利用比較合理。鋼結構對于環境的破壞比較小，可以很好的解決當前施工需求以及可持續發展的一項實用手段。鋼材屬于一種可以再循環的材料，施工過程中剩下的邊角料均可以通過回收進行再次利用。鋼結構與混凝土結構之間，在有害氣體排放量上，鋼結構排放的氣體僅為混凝土結構的65%。并且鋼結構施工中，使用砂土、水泥等散料的情況比較少，從根本上解決了施工現場塵土飛揚、廢棄物堆積如山的情況。

鋼材結構以其優越的自身優勢以及顯著的經濟優勢，被我國許多地區應用到實際生產生活中，并且取得了相當不錯的經濟、環保方面的效益。

3 高層建筑鋼結構體系

3.1 框架-支撐結構

這種體系屬于目前我國建筑鋼結構中最為常見的一種體系，其特點是框架與支撐協同工作，提供較大的抗側剛度，承擔相應的水平力，形成二道防線結構體系。在結構設計時，可以根據建筑物自身實際特點，綜合剛度、形式等特性，選擇合適的支撐形式，支撐方式包括中心支撐、偏心支撐、嵌入式的墻板以及跨層支撐等方面。主體結構抗側力構件，通常是根據結構特點或是設計單位自身習慣來決定的。

3.2 簡體結構

簡體結構屬于受力性能比較好的一種結構，內外筒都可以提供較大的抗彎剛度，也可以起到二道防線的效果。通常情況下，外框筒承受30～40%的水平力。

3.3 巨型框架

巨型框架在高層建筑鋼結構中屬于新興起的一種。其中外露巨型框架的支撐體系，因為豐富了建筑立面，進而成為目前我國建筑業中比較時髦的一種處理方法。巨型框架雖好，但是想要徹底發揮其作用，還需要進行進一步的研究。

3.4 鋼框架-鋼筋混凝土核心筒的混合結構

鋼框架-鋼筋混凝土核心筒的混合結構在我國應用十分廣泛，該結構從自身重量、施工速度、工程造價等方面，完全優于鋼筋混凝土結構，所以被業主廣泛接受。

4 結束語

我國在鋼材方面，起步要比其余國家晚上許多。自從上世紀80年代之后，我國鋼材產業有了日新月異的變化，在產量上發生了巨大的突破。但是鋼材產量雖然提升迅速，但是我國卻沒有相對應的工程消化這部分生產力，所以國家在2000年的時候，對鋼材進行了產量控制。這種限制政策的頒布明顯制約了我國鋼材產業的發展，也削弱了我國鋼材產業的國際總體競爭力。從發達國家的發展過程中來看，鋼材屬于建筑業發展過程中的一種剛性需求，是必須要對其進行深度發展的一種建筑材料。另外，鋼材本身具有許多優點，所以在之后的幾年中，逐漸受到國家的重視。與此同時，鋼材自身的特性也完全符合我國可持續發展的要求，鋼材自身就是一種可持續發展的建筑類的環保型材料。

從上述論點中可以得出結論，日后我國鋼結構在高層建筑中的應用必然會越來越普遍，并且使用水平會越來越高。筆者通過分析我國高層建筑鋼結構的應用，對鋼結構自身的利與弊進行了詳細論述，希望可以為我國鋼材的發展貢獻出自己的一份綿薄之力。

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作者簡介：任廷堅（1966-），男，貴州人，本科，高級工程師，主要從事建筑結構設計方面的工作。