高层建筑钢结构设计要点分析

高层建筑钢结构设计要点分析

李昂

广东省建科建筑设计院有限公司510010

摘要：对于钢结构来说，其为高层建筑常用施工方式，施工时需钢筋混凝土材料众多，钢柱所占面积大，相应的其施工难度也就更大，经常会因为各项因素的影响而出现质量问题。因此，需要结合高层建筑钢结构施工特点，总结以往经验，在确定施工技术管理要点的基础上，来做好设计优化措施的研究，本文就此方面进行了简要探讨。

关键词：高层建筑；钢结构；设计要点

高层建筑现在已经成为城市建设中重要组成部分，为满足社会经济发展需求，逐渐有更多新型技术与材料被应用到工程建设中，并取得了良好的效果。钢结构施工为高层建筑建设的重要组成部分，虽然一直以来都是研究的要点，但是从整体上来看，其还存有一定的不足。为提高其设计质量，就需要从实际需求出发，确定设计要点，从不同环节来采取措施进行优化分析，降低各项因素的而影响。

一、高层建筑钢结构特点

近年来，高层建筑的数量不断增加，同时高层建筑的高度也越来越高，在很大程度上解决了用地难的问题，但也面临着新的问题，例如高层建筑由于其高度较高，而对结构稳定性提出了更高要求等。

1、结构塑性高

对于高层建筑工程来说，其垂直度高，这就决定了其作用在单位面积上的重力负荷增加，而地基结构需要承受的荷载更大。就工程施工现状进行分析，地基沉降不均为常见质量问题，会对整体建筑结构产生较大的拉应力，会对上部结构安全性与稳定性造成影响。而就钢结构来说，因为钢材料质量相对均匀，具有更高的塑性与韧性，可以承受更大的拉应力，减少了混凝土结构裂缝问题的发生[1]。另外，如果高层建筑工程受强震作用力影响，钢结构也可以将受力均匀的分布到整体结构上，以免因为局部结构受力过大而出现断裂的问题。

2、材质均匀

钢结构的主要材料为钢材，具有良好的力学性能，在强度与韧性方面具有更大优势，可以提高建筑工程的稳定性与强度。另外，钢材内部质地分布相对均匀，这样就决定了工程结构每个受力点力的均匀性，在进行力学计算时，可以更好的缩小计算误差，提高工程施工水平。

3、结构强度高

与其他材料相比，钢材强度更高，其在受到外力影响时，可以有效分散应力，达到整体承重的目的，最大程度上减少应力荷载。另外，与传统混凝土结构施工效果相比较，钢结构竖向截面面积更小，所需钢材数量更少，在投资成本上也更具优势，并且还可以扩大建筑内容空间[2]。对于钢结构来说，其整体重量仅为混凝土结构的一半左右，其承受应力时荷载也会在一定程度上降低，能够更好的应对地震以及各种应力造成的拉伸、挤压等问题，有效提高工程结构稳定性与安全性。

二、高层建筑钢结构设计的影响因素

城市建设过程中为解决土地资源矛盾问题，决定了一般高层建筑工程大多处于城市中心繁华地段，为提高其设计效果，钢结构应用范围在不断扩大。对于高层建筑工程来说，受建筑面积限制，施工时经常会出现立体交叉情况，对工序要求十分严格，一旦出现问题想要调整难度比较大，同时还会对设计质量造成影响。另外，建筑工程施工大部分为室外环境，受自然环境因素影响较大，如果在进行设计时，未充分考虑采取相应的措施，往往会对施工效果造成影响。为降低各项因素的影响，必须要结合钢结构特点，编制合理的设计方案，以便于后期选择合适的施工技术与工艺，并提前编制预案对各项可能出现的问题进行规避，确保工程设计活动可以顺利进行下去。

三、高层建筑钢结构设计要点

高层建筑已经成为当前城市建筑的主要发展趋势，因此，对于钢结构的应用也会越来越多，只有掌握钢结构的设计要点，才能够从设计要点出发，进行科学的钢结构设计，以为后续的工程施工奠定良好基础。

1、固定

利用机械设备将钢柱吊装到指定位置后，通过临时设计的耳板与连接板，利用专业螺丝对其进行固定处理。其中，在固定时要对钢柱标高、便宜、垂直度以及扭转等参数进行适当的调整。正式安装时可以选择用大六角高强螺栓处理，可以提高结构固定效果。要注意在吊起钢柱前，应将临时钢爬梯绑扎到钢柱上，然后将悬挑梁安装到钢柱上。

2、安装

在安装钢柱结构前需要做好准备工作，即钢构件检查与配套、定位轴线与标高、检查地脚螺栓以及构件堆放现场管理等。正式安装时，可以采用综合吊装方法处理，即平面从中间或者某对称节间开始，以一个节间柱网为一个吊装单元，按照钢柱、钢梁的顺序进行安装。其中对于垂直方向安装，为提高其稳定性需要从下向上逐渐加强处理，在同节柱范围内横向构件，应采取由上向下逐步安装的方式处理[3]。安装时顺序不能乱，要严格安装设计好的工序来进行，在完成一片区域施工后，对其进行测量、校正验收，合格后方可进行下一步的施工。

3、吊装

主要为钢梁吊装设计，主要器械为专用扁担，采取二点吊的方式，将吊点距离梁端的位置控制在梁长1/4位置，并且梁上结构可以选择直接用千斤绳，对绳头位置进行固定后连接到扁担上。钢梁安装时也需要严格按照设计工序来进行，即下层梁、中层梁、上层梁顺序，在钢梁吊装就位以前，对钢柱位置进行校正处理，确保其吊装位置的准确性。在吊装就位后要检查不同节点是否与节点板上下螺孔对齐，对不符合要求的进行调整。例如当间距过小时，需要将距离调整到施工允许范围内，对于部分不允许的情况，应对其进行扩孔与更换连接板处理，其中要将扩孔最大范围控制在1.5mm以内，一旦超过1.5mm则需要对钢结构设计进行修补处理[4]。

4、焊接

焊接为钢结构设计重要环节，为保证各构件设计质量，需要提前对焊材、引弧板以及垫板等构件进行质量验收，确保其型号与规定完全一致，同时还应做好防潮处理[5-6]。另外，为提高焊接设计安全性，还应做好对焊接电源与设备的检查，确定焊机型号满足要求。检查接线、电压表、电流表是否正常，对存在异常的情况及时进行纠正，确保所有内容均满足相关规定。

四、案例分析

以某高层建筑工程为例，其为钢结构项目，主要包括塔楼、配楼与连廊三部分，其中塔楼地上有30层，地下3层。本建筑工程总面积为78200㎡，为全钢结构建筑，总钢材构件质量为14500t。结构外轮廓主要由折线柱组成的双曲面，测量与安装施工难度较大，本工程施工所选钢材均为Q345GJC，板厚度未10cm，焊接施工难度大。对于此工程的设计预算为654万，在设计过程中，设计人员首先就设计要点进行分析，尽量减少设计过程中可能出现的提高成本的问题，最终所花费的实际费用为536.5万，与预算费用相差较远，为设计单位节约了不少成本。

结束语：

钢结构为高层建筑常见施工方式，与混凝土结构相比具有更大的优势，但是相应的也具有更大的难度，为确保工程设计质量满足要求，就需要从实际情况出发，对常见问题进行分析，从不同环节着手，采取合理的措施进行优化管理，争取不断提高工程设计效果。

参考文献：

[1]秦智平.建筑钢结构工程设计中的要点分析[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016,(01):88.

[2]路致远.高层建筑钢结构施工技术要点分析[J].中国建材科技,2015,(02):268+270.

[3]孙超.高层建筑钢结构设计中应注意的问题分析[J].黑龙江科技信息,2014,(32):247.

[4]任媛,杨国栋.民用高层建筑钢结构设计中的常见问题分析[J].建筑设计管理,2014,(09):72-74.

[5]王昱.高层建筑钢结构节点的设计原理分析[J].中国建筑金属结构,2013,(18):28.

[6]周世斌.高层建筑钢结构设计中应注意的问题分析[J].中国建筑金属结构,2013,(08):3.