關(guān)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探析

1、<p>　　關(guān)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jià)低的特點(diǎn)，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(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。本文將對(duì)高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行討論研究。 </p><p>　　[關(guān)鍵

2、詞]高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；施工 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）44-0061-01 </p><p>　　1.高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) </p><p>　　主要特點(diǎn)體現(xiàn)在鋼材強(qiáng)度較高、重量較輕，是一種相當(dāng)理想的彈塑性材料。鋼結(jié)構(gòu)采用多個(gè)構(gòu)件進(jìn)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(guò)

3、焊接及螺栓連接后進(jìn)行組裝而成的，通常都是在工廠加工成型后運(yùn)送到安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(duì)高層建筑而言，在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力通常較差，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其防護(hù)要進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2.高層建筑鋼

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 </p><p><b>　　2.1 方案設(shè)計(jì) </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(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

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(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。 </p><p><b>　　2.2 構(gòu)件設(shè)計(jì) </b><

6、;/p><p>　　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)。 </p><p>　　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。 </p>

7、<p>　　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。 </p><p>　　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

8、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。 </p><p>　　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。 </

9、p><p>　　2.3 確保設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性 </p><p>　　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

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(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。 </

11、p><p><b>　　3.2組裝工藝 </b></p><p>　　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。 </p><p>　　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

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(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)稱的順序進(jìn)行定位點(diǎn)焊。 </p><p><b>　　3.3安裝與檢測(cè) &

13、lt;/b></p><p>　　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。尤其是對(duì)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(yàn)收規(guī)范

14、》及相關(guān)的技術(shù)文件進(jìn)行檢驗(yàn)，并組織驗(yàn)收。 </p><p>　　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、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

15、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。 </p><p>　　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

16、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。 </p><p>　　3.4高層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造的幾個(gè)技術(shù)要求 </p><p>　　3.4.1抗震構(gòu)造對(duì)施工技術(shù)的要求 </p><p>　　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

17、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）。 </p><p>　　2）對(duì)于梁柱連接節(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)方向和梁剛性連接時(shí)，一般采用工字型截面；③當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)

18、的框架梁是通過(guò)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。 </p><p>　　3.4.2防火防腐對(duì)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(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

19、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。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口城市化進(jìn)程加快，我國(guó)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(qiáng)度高、施工快等優(yōu)點(diǎn)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，更具有在“高、大、輕”三個(gè)方面發(fā)展的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷發(fā)展、擴(kuò)大。 </p>&l