關(guān)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的探析

1、<p>　　關(guān)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的探析</p><p>　　[摘 要]鋼結(jié)構(gòu)工程具有跨度大、施工速度快以及造價低的特點，在很多的建筑主體工程中被采用。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工過程中，要從結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及安全性方面出發(fā)，同時兼顧經(jīng)濟效益及施工進度，這樣才能實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全及使用效能綜合性能的最佳。本文將對高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工進行討論研究。 </p><p>　　[關(guān)鍵

2、詞]高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；施工 </p><p>　　中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）44-0061-01 </p><p>　　1.高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要特點 </p><p>　　主要特點體現(xiàn)在鋼材強度較高、重量較輕，是一種相當理想的彈塑性材料。鋼結(jié)構(gòu)采用多個構(gòu)件進行組裝后形成。構(gòu)件主要是由單根型鋼或者是由型鋼通過

3、焊接及螺栓連接后進行組裝而成的，通常都是在工廠加工成型后運送到安裝現(xiàn)場進行安裝的。其中的材料包括型鋼與鋼板都是由鋼鐵廠按合同直接供貨。由于鋼材自身的特性，其在一定的條件下將表現(xiàn)出隱脆性，尤其是對高層建筑而言，在設(shè)計時要予以充分的考慮。 </p><p>　　由于普通鋼材的耐腐蝕性能較差，同時鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力通常較差，因此在設(shè)計時對其防護要進行同步設(shè)計。 </p><p>　　2.高層建筑鋼

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容 </p><p><b>　　2.1 方案設(shè)計 </b></p><p>　　除了要考慮建筑的使用功能以及施工工藝性能外，還必須因地制宜，對方案的總體進行設(shè)計。對于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，建筑承受的主要載荷是以風(fēng)載及地震作用為主，這與以承受豎向載荷為主的一般建筑物不同，其設(shè)計的一個主要目的就是要減少側(cè)移，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，避免在建筑中出現(xiàn)薄弱層面及薄弱

5、環(huán)節(jié)。 </p><p>　　高層建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計還需要考慮到建筑物的高度。同時，在進行結(jié)構(gòu)布置時要與建筑師進行共同的設(shè)計，確保鋼結(jié)構(gòu)具有相當?shù)膫?cè)向剛度與承載能力，并使載荷能夠在平面及立面上均勻分布。之后，在對結(jié)構(gòu)體系確定的基礎(chǔ)上再對柱網(wǎng)尺寸及樓蓋的結(jié)構(gòu)體系進行確認，最終保證設(shè)計方案的經(jīng)濟合理。 </p><p><b>　　2.2 構(gòu)件設(shè)計 </b><

6、;/p><p>　　對于鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接節(jié)點的設(shè)計，除了按照必要的規(guī)范及規(guī)程進行設(shè)計之外，還必須做到以下幾點。 </p><p>　　1）要結(jié)合具體工程的實際情況對構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式進行創(chuàng)新，采用新的連接方式，形成新的連接方法與高效截面。例如，在建筑地基條件較好時，可以采用插入式柱腳、采用T型鋼代替雙角鋼進行焊接組合截面，這樣可以有效地減少涂料使用，對于防銹有較好的作用。 </p>

7、<p>　　2）結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算要達到相當?shù)目煽啃?。在進行電算之后還應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗進行判斷，必要時還可以采用手算的方法對結(jié)果進行校核，保證將誤差控制至最低，可靠性達到最高。 </p><p>　　3）對于計算結(jié)果，結(jié)構(gòu)設(shè)計師要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)（這可以通過實際測算并結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)知識進行估算），對一些重要構(gòu)件的截面以及節(jié)點間連接的承載力進行必要的調(diào)整。這主要是因為鋼結(jié)構(gòu)都是空間工作，同時構(gòu)件間的連接

8、點都是半剛性的，結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力狀態(tài)相當復(fù)雜，再精確的計算模型都不可能完全反映出真實的受力情況，其間的差距是不可避免的。因此，進行設(shè)計時要根據(jù)概念以及經(jīng)驗對結(jié)果加以適當?shù)恼{(diào)整和估算，這樣才能使計算結(jié)果合理化。 </p><p>　　4）要根據(jù)結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)境進行具體設(shè)計。例如，在施工中，設(shè)備的吊裝能力較大時，進行構(gòu)件設(shè)計時可以盡可能地擴大拼裝結(jié)構(gòu)的規(guī)模，這樣可以大大地加快安裝速度，實現(xiàn)綜合經(jīng)濟效益的最大化。 </

9、p><p>　　2.3 確保設(shè)計理念的先進性 </p><p>　　在設(shè)計時要時刻關(guān)注國內(nèi)外先進的設(shè)計理念，注意將當前和長遠相結(jié)合，這對于工業(yè)建筑物及構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計相當重要。隨著技術(shù)的進步，工藝革新及工藝需求的變化頻率加快，建筑物勢必需要隨之進行改進。改進速度越快，耽誤生產(chǎn)的時間將越少，這將有效減少經(jīng)濟效益的損失。因此，在進行設(shè)計時要充分考慮到建筑物改進的可能性及方便性。從這個角度來看，平

10、面結(jié)構(gòu)的鋼架將優(yōu)于空間結(jié)構(gòu)，工業(yè)建筑中通常采用平面結(jié)構(gòu)鋼架也是出于這方面的考慮。 </p><p>　　3.高層建筑鋼架構(gòu)的施工工藝分析 </p><p><b>　　3.1焊接工藝 </b></p><p>　　由于型材的種類以及型材材質(zhì)的多樣性，焊接時存在一定的特殊性，所以要從焊前預(yù)處理、焊接工藝以及焊后處理等幾個方面加以保證。 </

11、p><p><b>　　3.2組裝工藝 </b></p><p>　　1）結(jié)構(gòu)相對簡單、批量較小零部件的組裝可按照圖紙在平臺上劃出各組裝零件的裝配定位線，實現(xiàn)各組裝構(gòu)件間的裝配。 </p><p>　　2）H型鋼結(jié)構(gòu)的組裝：首先要按照圖紙制作出組裝胎模，通常用一塊翼緣板作為定位的基準面，然后利用腹板從另一個側(cè)向增加水平推力，這樣就能夠依靠翼緣板及腹

12、板的自重，使其固定于工作位置上。 </p><p>　　3）箱形結(jié)構(gòu)組裝：首先應(yīng)根據(jù)圖紙的要求，在箱形結(jié)構(gòu)的蓋板、腹板以及隔板的組裝面上用粉線彈出組裝線。然后以下蓋板以及某一側(cè)腹板作為基準面，按照粉線安裝好腹板、隔板。在安裝的過程中，通常采用從一個方向進行安裝，在定位中部的隔板后再對腹板進行定位，然后采用對稱的順序進行定位點焊。 </p><p><b>　　3.3安裝與檢測 &

13、lt;/b></p><p>　　1）鋼結(jié)構(gòu)成品的檢驗：鋼結(jié)構(gòu)成品的檢驗主要包括構(gòu)件的成品檢驗以及針對工廠預(yù)組裝的檢驗。在對各個項目進行檢驗的過程中，應(yīng)該按照相關(guān)的國家和行業(yè)標準、設(shè)計的要求以及鋼結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)來進行檢驗。檢驗的主要內(nèi)容包括構(gòu)件的外形尺寸、構(gòu)件間連接的位置與變形量以及構(gòu)件部位連接的細節(jié)等。尤其是對于大型的鋼結(jié)構(gòu)件，為了保證其總體的安裝精度，在工廠的組裝完成后要按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范

14、》及相關(guān)的技術(shù)文件進行檢驗，并組織驗收。 </p><p>　　2）構(gòu)件的運輸：運輸是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工中的一個重要環(huán)節(jié)，要根據(jù)構(gòu)件的形狀、重量和運輸條件、安裝現(xiàn)場的條件，合理選擇總體制造+拆成單元運輸、總體制造+總體運輸、分段制造+分段運輸?shù)男问?。在運輸過程中，要避免裝卸車、運輸及起吊過程中造成的變形問題，因此要采取必要的臨時加固支撐措施。在運輸前要了解沿線公路、橋梁、電力設(shè)施以及地下管線等的具體情況，確保運輸過程

15、中沒有障礙。 　　3）施工測量：鋼結(jié)構(gòu)安裝之前要對施工對象進行測量，其工作的好壞直接關(guān)系到整個鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的好壞以及安裝進程的順利與否。測量過程中要做好下面幾項工作：對設(shè)計圖紙進行進一步的確認與審核；對測量定位所依據(jù)的測點進行再次校測；對測量器具進行調(diào)校；確定科學(xué)的測量方案，并做好數(shù)據(jù)準備；高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的測量驗線以及在安裝階段的測量放線。 </p><p>　　4）鋼結(jié)構(gòu)拼裝：拼裝工作主要是由于現(xiàn)場起吊設(shè)備

16、以及運輸中的條件限制使構(gòu)件在長度及重量上發(fā)生一些改變，在施工現(xiàn)場必須要對之進行二次拼裝。 </p><p>　　3.4高層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造的幾個技術(shù)要求 </p><p>　　3.4.1抗震構(gòu)造對施工技術(shù)的要求 </p><p>　　1）對于柱腳的構(gòu)造措施：①埋入式柱腳，即將鋼柱埋于混凝土基礎(chǔ)梁中，從鋼結(jié)構(gòu)上部傳遞來的軸向力通過柱腳底板和錨栓傳遞給柱腳基礎(chǔ)（主要通過保

17、證柱腳的抗彎強度及抗剪強度滿足彈性設(shè)計的要求）；②外包式柱腳（在鋼柱的外面包上鋼筋混凝土），從鋼結(jié)構(gòu)上部傳遞來的軸向力也是通過柱腳底板和錨栓傳遞給柱腳基礎(chǔ)（抗彎強度及抗剪強度都要滿足設(shè)計的理論值）。 </p><p>　　2）對于梁柱連接節(jié)點的施工要求：①梁和柱的連接通常采用柱貫通形式；②當柱的兩個相互垂直的方向都需要和梁進行剛性連接時，應(yīng)采用箱型截面；當只在一個方向和梁剛性連接時，一般采用工字型截面；③當鋼結(jié)構(gòu)

18、的框架梁是通過懸臂梁段和柱進行剛性連接時，懸臂梁段和柱都應(yīng)該采用全焊接連接的方式。 </p><p>　　3.4.2防火防腐對施工的技術(shù)要求 </p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕及防火性能相對較差，為了減少或者避免腐蝕以及在火災(zāi)時造成結(jié)構(gòu)的整體性垮塌，在施工的過程中要進行一定的技術(shù)處理。通常，可以在結(jié)構(gòu)的表面涂上一層絕熱或者吸熱材料，在一定的時間內(nèi)可以有效地將火與鋼材隔離開來，提高鋼材

19、的耐火極限，有效地保證鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時的支撐時間。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　隨著中國國民經(jīng)濟發(fā)展和人口城市化進程加快，我國高層建筑建設(shè)持續(xù)空前發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)體系因其本身所具有的自重輕、強度高、施工快等優(yōu)點，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，更具有在“高、大、輕”三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷發(fā)展、擴大。 </p>&l