毛耿松 李培強(qiáng)

【摘要】隨著現(xiàn)代住房的剛性需求增大，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)有很多優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑行業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與使用十分常見(jiàn)。本文主要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

1、鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)工程量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好的特點(diǎn)，因此，在建筑工程中被廣泛的使用。當(dāng)前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑己經(jīng)工業(yè)化、商品化，特別是在高層建筑的運(yùn)用中有一定的歷史。鋼結(jié)構(gòu)的材料優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的優(yōu)勢(shì)十分明顯。

1）鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的施工便捷，工期短。 鋼結(jié)構(gòu)工建能夠進(jìn)行工廠化產(chǎn)生及現(xiàn)場(chǎng)下安裝，因現(xiàn)場(chǎng)施工量比較小，加上施工機(jī)械化程度高，這就提升了施工進(jìn)程，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，同一種建筑物，鋼結(jié)構(gòu)要比砼結(jié)構(gòu)工期減少三分之一，并且能夠很好的節(jié)儉模材料的使用量。就房地產(chǎn)市場(chǎng)而言，現(xiàn)在很多業(yè)主所買(mǎi)的都是期房，對(duì)交房時(shí)間看得很重。如果采用大量磚混結(jié)構(gòu)的建筑的施工時(shí)間是三年，那么采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑的施工時(shí)間至少可以減半。這在很大程度上大大地提前了房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的交房時(shí)間，也能夠讓業(yè)主早日遷入新房。

2）鋼結(jié)構(gòu)高層建筑物的格局比較個(gè)性化，造型相對(duì)更豐富。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的內(nèi)部空間，除了住宅類(lèi)建筑內(nèi)的衛(wèi)生間以及廚房是固定的以外，其余空間格局都可以隨意進(jìn)行改變，而傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)的建筑卻不具備此功能

3）建筑物室內(nèi)面積的利用率高。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的室內(nèi)格局比較靈活，不會(huì)像磚混結(jié)構(gòu)那般有諸多限制，因此業(yè)主可以對(duì)室內(nèi)空間隨意進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度的提升室內(nèi)空間的利用率。

4）鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的抗震性能比磚混結(jié)構(gòu)建筑更為突出。如日本等地震頻發(fā)國(guó)家多是采用的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，其抗震效果極佳。

5）鋼結(jié)構(gòu)高層建筑能夠起到較好的節(jié)能環(huán)保作用。在傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑施工建設(shè)中，所使用的建筑材料以及輔助材料會(huì)消耗很多的自然資源，造成資源浪費(fèi)。而使用鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，則可以免去支模施工等工序，同時(shí)還可以節(jié)約極多的邊角料，在節(jié)能的同時(shí)還能最大限度地降低建筑工程施工建設(shè)中對(duì)環(huán)境的影響和破壞。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和建筑壽命的區(qū)別。所謂的設(shè)計(jì)的年限，通常是指在設(shè)計(jì)之初規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，該項(xiàng)產(chǎn)品不會(huì)出現(xiàn)大的問(wèn)題進(jìn)行大型的維修，只需進(jìn)行日常的維修保養(yǎng)即可，就能達(dá)到設(shè)計(jì)之初的設(shè)計(jì)理念。

2.1鋼結(jié)構(gòu)制圖注意事項(xiàng)

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙和很多的設(shè)計(jì)圖一樣也是分為兩部分，設(shè)計(jì)之初的設(shè)計(jì)圖和施工圖兩部分，我們嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)審核的相關(guān)的規(guī)定，圖紙的設(shè)計(jì)者主要的方向是在設(shè)計(jì)圖方面進(jìn)行深入的鉆研探索，鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)的施工單位根據(jù)實(shí)際的工程方向進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中這兩部分的設(shè)計(jì)人一定要進(jìn)好工作的協(xié)調(diào)工作，互相滲透自己的思想理念，達(dá)成共同的目標(biāo)，以保證工程的進(jìn)度順利地實(shí)施，最后達(dá)到工程的目的。

2.2區(qū)分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適宜繼續(xù)承載的變形。正常使用極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生安全破壞；對(duì)正常使用極限狀態(tài)，要結(jié)合建筑物的安全等級(jí)，使用功能等要求進(jìn)行有效地控制。既滿足建筑物的使用要求，又要兼顧建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

2.3 注重鋼柱拼接方面

建筑樓層過(guò)高時(shí)要對(duì)鋼柱的標(biāo)高進(jìn)行準(zhǔn)確控制，對(duì)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(duì)就尤其重要。鋼柱拼接要注意一下幾點(diǎn)：

（1）針對(duì)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(shí)為了保證混凝土和鋼柱的結(jié)合強(qiáng)度，最好摒棄手工焊接的方式，而采用專(zhuān)門(mén)的栓釘焊槍進(jìn)行焊接。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(shí)提前把中間鋼柱的兩端點(diǎn)焊做好定位和鉆孔，等到現(xiàn)場(chǎng)再拼裝。

3、鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用分析

3.1鋼結(jié)構(gòu)材料的選擇

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于鋼材的種類(lèi)繁多，加上目前鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的種類(lèi)也在不斷增加，不同建筑物對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形度、疲勞應(yīng)力等方面的要求也不一致，選材是一項(xiàng)極為重要且難度較大的工作。如在某高層辦公樓的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼材的選擇：鋼材的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；承重構(gòu)件用個(gè)鋼材應(yīng)保證抗拉強(qiáng)度、伸張率、屈服點(diǎn)、冷彎試驗(yàn)、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(wú)Z向性能要求，均滿足的性能是：鋼材在焊接完成后，不會(huì)出現(xiàn)層狀撕裂、板厚度中心線分離或其他類(lèi)似的情況。

3.2構(gòu)件設(shè)計(jì)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，除了按照必要的規(guī)范及規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)之外，還必須做到在進(jìn)行電算之后還應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，必要時(shí)還可以采用手算的方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行校核，保證將誤差控制至最低，可靠性達(dá)到最高。

對(duì)于計(jì)算結(jié)果，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)（這可以通過(guò)實(shí)際測(cè)算并結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行估算），對(duì)一些重要構(gòu)件的截面以及節(jié)點(diǎn)間連接的承載力進(jìn)行必要的調(diào)整。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)境進(jìn)行的具體設(shè)計(jì)。例如，在施工中，設(shè)備的吊裝能力較大時(shí)，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)可以盡可能地?cái)U(kuò)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(shí)現(xiàn)綜合經(jīng)濟(jì)效益的最大化

3.3加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受力體系以及細(xì)部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)方案確定以后，必須要立即對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的受力體系以及細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行具體的計(jì)算和完善。首先，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受力體系設(shè)計(jì)而言，現(xiàn)今很多鋼結(jié)構(gòu)都是采用的桿系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求鋼材強(qiáng)度大、截面尺寸小；在生產(chǎn)的時(shí)候可以在現(xiàn)場(chǎng)組裝、構(gòu)件之間的約束作用小。因此其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是保證構(gòu)件節(jié)點(diǎn)之間的連接穩(wěn)固性。其次，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)而言，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的設(shè)計(jì)要求細(xì)致且設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)雜，都需要對(duì)細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。很多時(shí)候，細(xì)部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)直接決定著鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。在細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，除了要確保其滿足結(jié)構(gòu)受力要求之外，還必須要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)安裝的便利性以及可行性。

3.4抗震設(shè)計(jì)方面

鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度， 結(jié)構(gòu)類(lèi)型和房屋高度采用不同的地震作用效應(yīng)調(diào)整系數(shù)， 并采取不同的抗震構(gòu)造措施?？拐饦?gòu)造措施主要是根據(jù)設(shè)防烈度和房屋高度， 控制框架柱和支撐的長(zhǎng)細(xì)比、梁柱及支撐桿件板件的寬厚比、梁柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求等，包括設(shè)置加勁肋， 設(shè)置側(cè)向支撐及連接焊縫的質(zhì)量要求和高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求。型鋼構(gòu)件用于抗震結(jié)構(gòu)時(shí)， 要注意板件寬厚比， 可能超過(guò)規(guī)范限值

4、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系是一項(xiàng)多樣化和復(fù)雜系統(tǒng)工程，目前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)取得了一定的成績(jī)但是還有很多的問(wèn)題存在，作為專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師，必須不斷提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)技能，為高層建筑設(shè)計(jì)做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

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