高層建筑鋼結構在土建工程中的應用研究

劉穎

摘 要：對高層建筑鋼結構的優劣勢進行了詳細的分析，并且從鋼結構的水平力、設計控制指標等方面介紹了高層建筑鋼結構的設計要點，探討了螺栓預埋技術、吊裝技術以及焊接技術在土建工程施工中的應用，以供參考。

關鍵詞：預埋技術，力學性能，結構設計

1 高層建筑鋼結構的優劣勢分析

在高層建筑鋼結構工程中，鋼材是最主要的原材料，它憑著自身的優勢，在土建工程中得到了廣泛的使用，既而讓建筑結構由原來的單一化走向了多元化道路。為此，在土建工程中，需要合理的運用鋼結構施工技術，而對此進行研究，是整個行業的重要課題。

1. 1 鋼結構的優勢

在如今的建筑行業中，鋼結構施工技術已經被得到了廣泛的使用，同時也是建筑行業中最重要的組成部分，這對高層建筑的發展起到了一定的推動作用，而它主要有以下幾點優勢：

1） 鋼結構強度大： a. 鋼材比起混凝土，它的密度更大，這個優勢在跨度大的工程中能夠得到更好的運用。b. 鋼材具有較好的抗震性、延伸性、吸收能力等，對比其他的抗震材料，鋼材更具優越性。c. 鋼材它自身的強度較大，單憑這一點，就可以對鋼材所制成的構件做到最小截面，這在壓力所能承受的范圍內起到了更好的穩定效果。d. 鋼材它的內部組織較為均勻，不會讓使用和預期效果產生太大的差距。

2） 施工周期短，更方便： 把鋼結構工程與傳統的工程相比較，它能夠在滿足任務要求的同時，縮短施工周期、節約一定的成本，從而給業主創造更多的經濟效益。而施工周期短的主要原因是因為鋼結構它本身就有很多的成型材料，這種成品就壓縮了施工時間，一般情況下，為了從根本上保證鋼材尺寸的準確度，相關人員都會選擇加工廠來對構件進行加工，然后直接運往施工現場進行安裝、加固、改造。

3） 質地輕： 傳統的鋼筋混凝土結構它的自身重量是很大的，而鋼結構就與之相反，它的質地非常輕，在某種程度上，它的效果就遠遠超過了傳統的鋼筋混凝土結構，比如在承重力相同的情況下，鋼筋混凝土的重量也會超過鋼結構 3 倍以上。此外，鋼材在運輸的時候也會更加方便，這就降低了運輸成本。

4） 韌性和塑性強： 在靜力荷載下，擁有較強韌性和塑性的鋼結構能夠有效吸收自身的變形，而對于一些重力荷載，鋼結構只會增加變形，不會出現任何的斷裂。鋼結構在動力荷載下，它自身所擁有的韌性和塑性可以幫助它更快的適應，這個優勢可以給高層建筑提供更加安全的保障。除此之外，鋼結構還可以進行回收利用，這不但可以減少對環境的污染，而且更節能、更環保。

1. 2 鋼結構的劣勢

1） 施工技術要求高： 在鋼結構施工過程中，除了要規范它的功能之外，還要對它承受荷載所產生的變形進行前期的考量，加上鋼結構的節點較多，在設計的時候，就要精確計算出每個螺絲和焊接中所產生的縫隙。此外，由于鋼結構的設計過程比混凝土結構復雜，這就需要較高的施工技術才能滿足鋼結構施工要求。

2） 價格太高： 雖然鋼結構每年的產量都呈上升趨勢，也形成了生產體系，但由于原材料進口因素的影響，使得市場上的價格極其不穩定，這時候的鋼筋混凝土優勢就被突顯出來了。

3） 不耐高溫： 鋼材它具有一定的導熱性，在耐火耐高溫上可以說是一點優勢都沒有，比如鋼結構在高溫下會失去一定的承載力，使得建筑出現坍塌的現象，而鋼結構耐火性能差，也是阻礙它在土建工程中應用的重要因素。面對這樣的情況，在施工的時候，就需要涂防火涂料，使得鋼結構能夠滿足設計要求。

2 高層建筑鋼結構的設計

2. 1 鋼結構的水平力

在高層建筑設計過程中，鋼結構設計占核心位置，為了從根本上保障建筑的質量，就需要把水平力放在第一位。在豎向構件中，建筑物自身和樓面重量荷載所產生的彎矩與建筑物高度的一次方是成正比的; 而水平荷載對建筑物產生的軸向力與建筑物高度的二次方成正比。因此，在鋼結構設計過程中，除了要考慮豎向荷載之外，更重要的是要考慮水平荷載，這就需要選擇水平荷載能力比較高的鋼材，深刻了解鋼材的特性，對鋼材的分布進行合理的設計，這也是設計師的首要任務[1]。

2. 2 鋼結構設計控制指標

在低層建筑中，鋼結構只是用作連接構件，而在高層建筑中，鋼結構是提高工程安全的重要保障，可見，在高層建筑鋼結構施工中，控制各項技術指標是非常關鍵的，比如在豎向鋼構件偏心加劇的時候，就會開始出現位移，使得附加內力出現，然而當附加內力達到一個限值的時候，就會出現建筑倒塌現象。為此，這就需要對構件進行合理的設計，避免豎向構件出現位移，有效避免側移所帶來的安全隱患。除此之外，在高層建筑中使用鋼結構，還要重視填充墻設計，因為在鋼結構中，填充墻極為容易出現裂縫現象，會給鋼結構本身造成傷害。

3 土建工程中高層鋼結構施工技術的具體運用

3. 1 地腳螺栓預埋技術

在高層鋼結構中，地腳螺栓預埋技術是最常用的，但在該技術運用過程中，一定要注意螺栓的位置，如果還未確定螺栓的位置，那么就會增加鋼柱安裝的難度。因此，施工人員一定要根據施工現場的具體情況，按照相關標準確定螺栓預埋水平和垂直標高，然后根據確定好的位置，把誤差控制在有效范圍內。在螺栓預埋完成后，還要測量預埋的具體位置，并在混凝土凝固后，再次展開測量工作，從而保證測量數據符合實際要求[2]。

3. 2 吊裝施工技術

在建設過程中，吊裝主要包含了鋼梁和鋼柱的吊裝，其中鋼柱吊裝為主要。在具體施工中，鋼柱在豎向荷載作用下所產生的變形情況是施工人員最需要注意的問題。與此同時，鋼柱的實際與設計長度可能會產生一定的偏差，這就要對鋼柱豎向變形因素進行充分的考慮，即便上下兩節的截面形狀和長度完全一樣，也不能隨意進行更換，這樣才能控制好施工的嚴謹性。除此之外，在展開鋼梁吊裝施工之前，先要在梁上安裝扶手桿和繩子，保證安裝人員的安全，然后以鋼梁跨度為主要基準，在鋼梁的上方找到適合打孔的位置，然后把吊耳焊接上去，從而用作吊裝點。

3. 3 螺栓連接技術

在連接螺栓的時候，施工人員要全面掌握螺栓安裝、緊固工藝，讓螺栓連接中的每個環節的質量都能得到相對的保障。在螺栓結構架設完成后，要結合構件展開矯正工作，避免螺栓出現任何的變形和錯位現象。除此之外，在安裝的時候，還要保證螺栓都是從同一個方向進行穿入，只有做好每一個細節，才能給施工創造更好的條件，如果螺栓無法穿過螺孔，不能強行進行穿入，而是運用鉸刀進行螺孔修正，然后再次進行穿入。

3. 4 焊接技術

在焊接過程中，施工人員一定要合理的選擇焊接參數、焊絲、電瓶等。對于不同的焊接位置一定要先進行分析，然后再選擇不同的焊接工藝，以此達到施工的真正目的。在焊接的時候可以運用左向焊法，這樣可以更有效的檢查焊縫和熔池，以及準確判斷焊縫的形成，但在橫焊的時候，就可以采用右向焊法。除此之外，必要的時候還可以選擇電渣焊，這是一種自動焊接方式，在焊接的時候只要選擇正確的電流、電壓，然后根據公式計算出電壓、電流、熔縫的寬度，在焊接起弧階段，電壓需要高一點，在焊透之后，電壓就要低一點，注意隨時調整電壓，在焊接結束之后，還要檢查焊件的熾熱狀態，調整工藝參數。

4 結語

根據以上的闡述和分析，高層鋼結構建筑不僅對土建工程的發展起到了一定的推動作用，同時也在土建中得到了廣泛的應用，鋼結構自身所具有的各種優勢適用于不同類型的建筑工程中。為此，相關人員就需要對鋼結構施工技術進行深入的研究，不斷總結經驗，學習新知識，只有這樣，才能更好的為我國高層鋼結構建筑提供有力的依據，促進土建工程走向可持續發展道路。

參考文獻：

[1] 羅曉玲. 鋼結構在高層建筑工程中的應用及對綠色建筑發展思考[J]. 中國住宅設施，2018（ 2） ： 37-38.

[2] 鄧小年. 高層建筑鋼結構的施工技術要點解析[J]. 江西建材，2015（ 10） ： 76.