勞春筍

摘要：高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工是建筑領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。由于高層鋼結(jié)構(gòu)其自身的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理處理，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，確保設(shè)計(jì)和施工的最優(yōu)化。本文簡(jiǎn)述了高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要原則.同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工工藝進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，包括銅結(jié)構(gòu)的加工、吊裝與檢測(cè)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；施工

前言

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工是建筑領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。由于高層鋼結(jié)構(gòu)其自身的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理處理，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，確保設(shè)計(jì)和施工的最優(yōu)化。

1高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1方案設(shè)計(jì)

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(duì)方案的總體進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)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(jì)的一個(gè)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)薄弱層面及薄弱環(huán)節(jié)。高層建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)還需要考慮到建筑物的高度。同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)要與建筑師進(jìn)行共同的設(shè)計(jì)，確保鋼結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?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(duì)結(jié)構(gòu)體系確定的基礎(chǔ)上再對(duì)柱網(wǎng)尺寸及樓蓋的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行確認(rèn)，最終保證設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理。

1.2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，還必須做到以下幾點(diǎn)：

（1）要結(jié)合具體工程的實(shí)際情況對(duì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)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(shí)，可以采用插入式柱腳、采用T型鋼代替雙角鋼進(jìn)行焊接組合截面，這樣可以有效地減少涂料使用，對(duì)于防銹有較好的作用。

（2）結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算要達(dá)到相當(dāng)?shù)目煽啃?。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。

（3）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。這主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)都是空間工作，同時(shí)構(gòu)件間的連接點(diǎn)都是半剛性的，結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，再精確的計(jì)算模型都不可能完全反映出真實(shí)的受力情況，其間的差距是不可避免的。因此，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)概念以及經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和估算，這樣才能使計(jì)算結(jié)果合理化。

（4）要根據(jù)結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)境進(jìn)行具體設(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。

1.3確保設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性

在設(shè)計(jì)時(shí)要時(shí)刻關(guān)注國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，注意將當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)相結(jié)合，這對(duì)于工業(yè)建筑物及構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，工藝革新及工藝需求的變化頻率加快，建筑物勢(shì)必需要隨之進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)速度越快，耽誤生產(chǎn)的時(shí)間將越少，這將有效減少經(jīng)濟(jì)效益的損失。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到建筑物改進(jìn)的可能性及方便性。從這個(gè)角度來(lái)看，平面結(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。

2高層建筑鋼架構(gòu)的施工工藝分析

2.1焊接工藝

由于型材的種類(lèi)以及型材材質(zhì)的多樣性，焊接時(shí)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(gè)方面加以保證。

（1）焊前預(yù)處理：①應(yīng)認(rèn)真做好焊前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；②根據(jù)焊縫接頭的不同形式，選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?；③根?jù)焊縫接頭的坡形以及焊接的技術(shù)要求，正確安裝引弧板、引出板以及背面襯板等輔助焊接工具；④根據(jù)具體的焊接環(huán)境選擇合理的預(yù)熱處理工藝。

（2）施焊工藝。除了選擇合適的焊接電流及焊條直徑外，還必須注意焊接中的相關(guān)工藝。例如應(yīng)該在起焊點(diǎn)前面的15～20mm處的焊縫隙內(nèi)的焊接母材上引燃電弧，之后將電弧拉長(zhǎng)并回到起焊點(diǎn)，預(yù)熱片刻之后再壓短電弧，將熔池熔透并填滿到一定的厚度，然后將焊條向前移動(dòng)，直到形成一個(gè)完整的焊縫；若接頭有全熔透要求，尤其是在v形、x形、K形坡口間的對(duì)接或者是T形接頭時(shí)，背面第一層焊縫往往容易出現(xiàn)不能焊透、夾渣或者是裂縫等焊接缺陷，這時(shí)要進(jìn)行徹底的清根之后再進(jìn)行焊接。

（3）焊后處理。焊后處理主要是為了保證焊縫不出現(xiàn)凹陷、超高、氣孔、咬邊、未熔合以及裂紋等現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)該采用超聲波無(wú)損探傷，尤其是要對(duì)受力點(diǎn)進(jìn)行充分檢查。

2.2組裝工藝

（1）結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、批量較小零部件的組裝。可按照?qǐng)D紙?jiān)谄脚_(tái)上劃出各組裝零件的裝配定位線，實(shí)現(xiàn)各組裝構(gòu)件間的裝配。

（2）H型鋼結(jié)構(gòu)的組裝。首先要按照?qǐng)D紙制作出組裝胎模，通常用一塊翼緣板作為定位的基準(zhǔn)面，然后利用腹板從另一個(gè)側(cè)向增加水平推力，這樣就能夠依靠翼緣板及腹板的自重，使其固定于工作位置上。

（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(zhǔn)面，按照粉線安裝好腹板、隔板。在安裝的過(guò)程中，通常采用從一個(gè)方向進(jìn)行安裝，在定位中部的隔板后再對(duì)腹板進(jìn)行定位，然后采用對(duì)稱(chēng)的順序進(jìn)行定位點(diǎn)焊。

2.3安裝與檢測(cè)

（1）鋼結(jié)構(gòu)成品的檢驗(yàn)。鋼結(jié)構(gòu)成品的檢驗(yàn)主要包括構(gòu)件的成品檢驗(yàn)以及針對(duì)工廠預(yù)組裝的檢驗(yàn)。在對(duì)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)該按照相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)的要求以及鋼結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)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(xì)節(jié)等。

（2）構(gòu)件的運(yùn)輸。運(yùn)輸是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要根據(jù)構(gòu)件的形狀、重量和運(yùn)輸條件、安裝現(xiàn)場(chǎng)的條件，合理選擇總體制造+拆成單元運(yùn)輸、總體制造+總體運(yùn)輸、分段制造+分段運(yùn)輸?shù)男问健Ｔ谶\(yùn)輸過(guò)程中，要避免裝卸車(chē)、運(yùn)輸及起吊過(guò)程中造成的變形問(wèn)題，因此要采取必要的臨時(shí)加固支撐措施。在運(yùn)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(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有障礙。

（3）施工測(cè)量。鋼結(jié)構(gòu)安裝之前要對(duì)施工對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，其工作的好壞直接關(guān)系到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的好壞以及安裝進(jìn)程的順利與否。測(cè)量過(guò)程中要做好下面幾項(xiàng)工作：對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)與審核；對(duì)測(cè)量定位所依據(jù)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行再次校測(cè)；對(duì)測(cè)量器具進(jìn)行調(diào)校；確定科學(xué)的測(cè)量方案，并做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的測(cè)量驗(yàn)線以及在安裝階段的測(cè)量放線。

（4）鋼結(jié)構(gòu)拼裝。拼裝工作主要是由于現(xiàn)場(chǎng)起吊設(shè)備以及運(yùn)輸中的條件限制使構(gòu)件在長(zhǎng)度及重量上發(fā)生一些改變，在施工現(xiàn)場(chǎng)必須要對(duì)之進(jìn)行二次拼裝。

2.4高層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造的幾個(gè)技術(shù)要求

2.4.1抗震構(gòu)造對(duì)施工技術(shù)的要求

（1）對(duì)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(lái)的軸向力通過(guò)柱腳底板和錨栓傳遞給柱腳基礎(chǔ)（主要通過(guò)保證柱腳的抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度滿足彈性設(shè)計(jì)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(lái)的軸向力也是通過(guò)柱腳底板和錨栓傳遞給柱腳基礎(chǔ)（抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度都要滿足設(shè)計(jì)的理論值）。

（2）對(duì)于粱柱連接節(jié)點(diǎn)的施工要求：①梁和柱的連接通常采用柱貫通形式；②當(dāng)柱的兩個(gè)相互垂直的方向都需要和梁進(jìn)行剛性連接時(shí)，應(yīng)采用箱型截面；當(dāng)只在一個(gè)方向和粱剛性連接時(shí)，一般采用工字型截面；③當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的框架梁是通過(guò)采用懸臂梁段和柱進(jìn)行剛性連接時(shí)，懸臂梁段和柱都應(yīng)該采用全焊接連接的方式。

2.4.2防火防腐對(duì)施工的技術(shù)要求

由于鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕及防火性能相對(duì)較差，為了減少或者避免腐蝕以及在火災(zāi)時(shí)造成結(jié)構(gòu)的整體性垮塌，在施工的過(guò)程中要進(jìn)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(shí)間內(nèi)可以有效地將火與鋼材隔離開(kāi)來(lái)，提高鋼材的耐火極限，有效地保證鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時(shí)的支撐時(shí)間。

3結(jié)語(yǔ)

由于鋼結(jié)構(gòu)良好的綜合性能，其在建筑中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，尤其是對(duì)于高層建筑而言，其使用范圍更大。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，要從結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及安全性方面出發(fā)，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益及施工進(jìn)度，這樣才能實(shí)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。