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點，在高層建筑行業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。鋼結構的材料優點，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便捷，工期短。 鋼結構工建能夠進行工廠化產生及現場下安裝，因現場施工量比較小，加上施工機械化程度高，這就提升了施工進程，根據相關資料統計，同一種建筑物，鋼結構要比砼結構工期減少三分之一，并且能夠很好的節儉模材料的使用量。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、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別。所謂的設計的年限，通常是指在設計之初規定的時間之內，該項產品不會出現大的問題進行大型的維修，只需進行日常的維修保養即可，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區分鋼結構設計的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態

承載能力極限狀態是指結構或結構構件達到最大承載能力或出現不適宜繼續承載的變形。正常使用極限狀態指結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限。鋼結構設計中，對承載能力極限狀態進行嚴格的控制，保證結構不發生安全破壞；對正常使用極限狀態，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點的設計，除了按照必要的規范及規程進行設計之外，還必須做到在進行電算之后還應該根據經驗進行判斷，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，結構設計師要根據鋼結構的實際工作狀態（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點間連接的承載力進行必要的調整。

根據結構的外圍環境進行的具體設計。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模，這樣可以大大地加快安裝速度，實現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點之間的連接穩固性。其次，對于鋼結構高層建筑的細部節點設計而言，鋼結構高層建筑的設計要求細致且設計內容復雜，都需要對細部節點進行嚴格的設計。很多時候，細部節點的設計直接決定著鋼結構的整體質量。在細部節點設計中，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， 并采取不同的抗震構造措施。抗震構造措施主要是根據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，作為專業設計師，必須不斷提高鋼結構設計專業技能，為高層建筑設計做出相應的貢獻。

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