隨著高層建筑的發(fā)展和科技的進(jìn)步，建筑技術(shù)和結(jié)構(gòu)理論不斷提高，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)形式越來越多樣化，有利于推進(jìn)建筑工程的發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和承載能力，具有較強(qiáng)的抗震能力，因此在高層建筑中應(yīng)用，可以有效地替代傳統(tǒng)的混凝土，保證建筑物的穩(wěn)定性，提高建筑工程的質(zhì)量，滿足人們的居住要求。本文對高層建筑層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國建筑行業(yè)獲得了良好的發(fā)展空間，建筑水平提高，建筑工程向復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)傾向發(fā)展。在這種情況下，施工人員和建筑業(yè)者對建材選擇的要求也越來越高[1]。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、工期短等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高層建筑工程，進(jìn)一步推進(jìn)了高層建筑的發(fā)展。

一、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

(1)特點

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)特點主要表現(xiàn)在①低成本和高強(qiáng)度三個方面。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土相比，鋼結(jié)構(gòu)具有非常明顯的特點，如不易受環(huán)境因素影響、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、施工期短、經(jīng)濟(jì)等，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)多采用先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)和設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，在應(yīng)用建筑施工中，可降低施工成本，節(jié)約地基處理費用。②空間很大。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)跨度小，基本保持在15m范圍內(nèi)，建成后不易移動，難以改變，但在高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，可保證內(nèi)部空間充足，超過60m，進(jìn)行簡單的擴(kuò)張和改建，移動方便。③材料環(huán)保。鋼是鋼結(jié)構(gòu)的主要材料，其強(qiáng)度高，能夠支撐大結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中具有重要作用的同時，還可以回收利用鋼材角料，運(yùn)輸回收價值高，方便，節(jié)約施工成本，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。

(2)設(shè)計原則

在高層建筑中進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須嚴(yán)格遵循適用性和經(jīng)濟(jì)性原則，首先是適用性原則。通常，科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)體系必須柔軟經(jīng)濟(jì)，建筑結(jié)構(gòu)過于強(qiáng)調(diào)剛性，缺乏合理性和可行性，結(jié)構(gòu)變形能力下降，建筑難以承受地震和火災(zāi)等崩潰的結(jié)構(gòu)過于重視柔軟，可以減緩?fù)饬ψ饔�，但變形過大，承重點發(fā)生變化，最終發(fā)生崩潰問題，因此設(shè)計合適的建筑結(jié)構(gòu)體系尤為重要[2]。適用性原則是鋼結(jié)構(gòu)體系的基本要求，對建筑物的后期使用有直接影響，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要正確把握建筑物的環(huán)境條件、特征和功能等，如建筑物對防震、隔音、保溫等有無特殊要求等。其次是經(jīng)濟(jì)原則。在高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的基本目的是創(chuàng)造更高的利益，但在實際應(yīng)用過程中存在很多問題。例如，工業(yè)建筑重視直接經(jīng)濟(jì)利益，公共建筑重視社會利益。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)原則，從宏觀層面分析問題，結(jié)合實際情況具體分析具體問題，設(shè)計符合建筑綜合利益的方案。

二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要點

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要點具體如下:一是布局和選擇。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的選擇過程中，必須綜合考慮材質(zhì)、預(yù)算和周邊環(huán)境，同時在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計時，必須遵循土地適當(dāng)?shù)脑瓌t，在不同的地方采用不同的建材，不能省事使用同樣的建材。這是因為建筑位置不同，對結(jié)構(gòu)的要求也不同，建筑物的墻梁、柱子、墻面等不同，對力的要求也不同，基于建筑物的強(qiáng)度和力等要求，需要科學(xué)地配置和選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)。二是構(gòu)件截面報價。配置結(jié)構(gòu)后，需要初步估算部件的截面，特別是支撐和梁柱等尺寸和截面形狀的假設(shè)，鋼梁可以焊接h型鋼的截面、軋制和槽鋼等。一般部件截面的估算工作內(nèi)容是，根據(jù)翼緣寬度和截面高度，估算板材厚度的負(fù)荷和支架狀況，估算確定翼緣寬度和截面高度的實際需要選擇鋼梁的支撐截面和梁柱的形狀和大小。

三是構(gòu)件和節(jié)點設(shè)計。在設(shè)計構(gòu)件的過程中，一定要選材，建立健全的相關(guān)制度，保證材料采購和監(jiān)督的有效性，避免材料質(zhì)量問題，同時在施工過程中使用經(jīng)驗豐富、專業(yè)能力強(qiáng)的人員進(jìn)行作業(yè)，防止施工中發(fā)生技術(shù)和質(zhì)量問題[3]。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點內(nèi)容之一是節(jié)點設(shè)計，其傳輸力的特征分為半剛性連接、絞線連接、剛性連接等，連接方式的不同對結(jié)構(gòu)的影響也不同。

通常的節(jié)點設(shè)計包括①栓連接:對于高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)，多以19.0s強(qiáng)度等級的高強(qiáng)度螺栓為結(jié)構(gòu)連接傳力螺栓，螺栓基本上選擇扭曲型，其中連接型使用摩擦型。②焊接:焊接的焊接尺寸和形式有嚴(yán)格的規(guī)定，在實際焊接中遵守這些規(guī)定，保證焊接的科學(xué)和正確性。③連接板:適當(dāng)加厚4mm的梁腹板，檢查耐剪切面。④梁腹板:檢查栓孔位置的腹板切斷截面，有效連接高強(qiáng)度承壓型螺栓，檢查局部孔壁的承壓能力。值得注意的是，在節(jié)點設(shè)計過程中，吊裝部件的現(xiàn)場焊接、螺栓安裝的具體順序也需要充分考慮。四是結(jié)構(gòu)布局方式。

①抗側(cè)力部件的配置。在設(shè)計結(jié)構(gòu)平面兩個方面的支撐時，應(yīng)保證其對稱性，在支撐之間建筑蓋的長寬比不得超過3的設(shè)計筒中筒結(jié)構(gòu)時，內(nèi)筒的邊緣比外筒的邊緣長的1/3大，外筒與內(nèi)筒的柱距相同，有效地連接到鋼梁。②垂直配置。從經(jīng)濟(jì)原則上控制結(jié)構(gòu)體系的最大適用寬度和高度，如框架-支撐體系的非抗震設(shè)防建筑的最大長寬比為6，最大寬度為260m，同時應(yīng)盡量避免樓層承載力突變和側(cè)向剛度不規(guī)則等問題[4]。③平面布局。在平面布置過程中，按照平面簡單的原則，科學(xué)計算結(jié)構(gòu)尺寸，減少地震產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動，提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性和抗震性。

由于鋼結(jié)構(gòu)具有自身的優(yōu)和特點，被廣泛應(yīng)用于高層建筑，但受很多因素的影響，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計仍存在很多問題。面對這種情況，在實際設(shè)計過程中要從具體情況出發(fā)，積極遵循適用性和經(jīng)濟(jì)性原則，正確把握其技術(shù)要點，做好布局和選型、構(gòu)件截面報價、構(gòu)件和節(jié)點設(shè)計、結(jié)構(gòu)布局等工作，滿足高層建筑的實際要求，保證建筑的使用功能，實現(xiàn)良好的設(shè)計效果。

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