基于高層鋼結構設計要點分析

摘要：隨著我國經濟突飛猛進地發展，我國的經濟實力和技術水平都得到了迅速地提高。鋼結構以其獨特的優越憂，在建筑業被越來越廣泛的重視和應用，在“大力發展鋼結構”政策的指導下，我國鋼結構發展的歷史機遇已經到來。在高層鋼結構住宅建筑與結構設計中，合理的進行建筑平面設計，合理的選擇柱網布置，合理的選擇計算模型及計算方法是整個設計成功的隨著鋼結構住宅的發展，充分發揮鋼結構一系列的優點一直是本領域研究的熱點。

關鍵詞：高層建筑；鋼結構；設計；要點分析

1.鋼結構工程的優點

相比于傳統的磚混結構來說，鋼結構高層建筑的優勢十分明顯。①鋼結構高層建筑的施工速度快，施工時間短。就房地產市場而言，現在很多業主所買的都是期房，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商的交房時間，也能夠讓業主早日遷入新房。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能環保作用。在傳統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，同時還可以節約極多的邊角料，在節能的同時還能最大限度地降低建筑工程施工建設中對環境的影響和破壞。

2.高層鋼結構設計的要點分析

高層建筑鋼結構的設計不僅要結合建筑物在生活中的實際用途，還需要考慮建筑在面臨惡劣環境時的抗壓能力，所以在項目設計中，需要進行多方面的研究與探討，制定并擇取最優設計方案。高層建筑的鋼結構設計要點，總結了幾點如下：

2.1鋼結構選型與布置

由于結構選型涉及廣泛，做結構選型及布置應該具體工程具體分析。應根據工程的條件和特點，綜合考慮建筑的使用功能、荷載性能、制作安裝、材料供應等因素，擇優選擇抗震性能良好，而又經濟合理的結構體系和結構形式，對高烈度設防的高層鋼結構，宜選用鋼框一支、鋼框一筒或鋼一筒中筒等鋼結構體系。

2.2估算構件截面

結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。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。估算構件截面的工作內容包括：設定梁柱與支撐斷面的大小和形狀；根據需求選擇鋼梁；估算支座與載荷的情況，確定截面的高度；確定翼緣寬度；根據截面高度和翼緣寬度估算板件的厚度。

2.3構件的設計

構件設計中首先要做的是選擇材料。從管理角度上看，主結構選擇單一的鋼種有利于管理工作的實施，而從經濟的角度看，不同強度的鋼材也可以完成截面的組合。在實際的設計工作中，一般使用專門的軟件對截面進行驗算。機構工程是在構件設計中應當注意的問題有兩點：當截面不能估算的時候，應當采取兩種措施：強度達不到標準的時候增加板件厚度，彎度達不到標準的時候增加翼緣厚度，抗剪達不到標準的時候增加腹板厚度；二是變形超限的時候，為了節省成本，一般采取增加截面高度的方法。

2.4節點設計

節點設計是鋼結構設計中的重要問題之一。按照傳力特點節點分為剛接、鉸接與半剛接三種。不同的連接方式對于結構的影響是不同的。節點的設計主要包括五個方面：焊接。焊接的焊縫形式與尺寸都有嚴格的規定，在焊接過程中必須遵守。另外，焊條應該與金屬連接材料匹配。栓接。高層建筑鋼結構連接傳力螺栓通常使用高強螺栓，適合選擇10.9s強度等級。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。連接板。將梁腹板加厚4mm，不過需要進行抗剪凈截面驗算。節點設計還需要考慮的是考慮螺栓的安裝、現場焊接等工作空間與吊裝構件的具體順序等。

2.5圖紙編制

鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。

（1）設計圖：是提供制造廠編制施工詳圖的依據。深度及內容應完整但不冗余，在設計圖中，對于設計依據、荷載資料（包括地震作用）、技術數據、材料選用及材質要求、設計要求（包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸等）、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現設計的意圖。主要材料應列表表示。

（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。不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳盡的材料表，設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。

3.優化高層鋼結構設計的策略

隨著高層鋼結構近年來在我國越來越廣泛的重視和開發，傳統建筑格局被鋼結構建筑取代已經成為主流，優化高層鋼結構設計的策略，可以從以下幾個方面入手，下文將逐一進行分析。

3.1合理控制設計參數

合理控制設計參數是優化高層鋼結構設計的有效途徑之一。在高層鋼結構設計中，合理控制設計參數，也就是說一定要控制好強度、平面內、外的穩定性，與此同時，高層鋼結構設計的參數還包括墻檁條、屋檁條、水平支撐、柱間支撐等等，一定要按照設計規范，進行全面的分析和計算。

3.2把握結構設計重點

把握結構設計的重點也是高層鋼結構的重要環節。在高層鋼結構設計中，把握鋼結構設計的重點，可以從兩個方面入手，一方面是結構的穩定性，包括結構整體穩定，構件整體穩定和局部穩定，主要是支撐的設置和構造的設計；另一方面是連接的做法，主要是焊縫、螺栓的選擇和節點構造措施。

3.3熟練掌握相關規范

熟練掌握相關規范也有利于優化高層鋼結構設計。在高層鋼結構設計中，設計人員要對相關規范熟練掌握，如鋼結構設計規范、高層民用鋼結構設計規范、門式剛架輕型鋼結構設計規范等等，在實際工作中，則要加強高層鋼結構設計的相關規范運用。另外，還要加強對一些高層鋼結構節點構造圖集和門剛圖集的了解，保證施工設計圖的可行性和科學性。

4.結語

伴隨著社會經濟的迅猛發展，我國的建筑行業也是在不斷發展中飛速前進。建筑的安全性能也更應該引起建筑師的注意。高層建筑中鋼結構的設計不是簡單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項責任十分重大的工作，直接關系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經濟收益。總而言之，鋼結構設計在建筑工程中有著不可或缺的重要作用，隨著時代的變化，有關設計單位和技術人員也需要采用新的理念和方法，保障鋼結構在建筑工程中的安全性和穩定性，使得我國的建筑事業在孜孜不倦的摸索中穩定前進。

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