钢结构在高层建筑结构设计中的应用探讨

钢结构在高层建筑结构设计中的应用探讨

尹美玲

尹美玲

黑龙江省轻工设计院

【摘要】在高层建筑设计的过程中，钢结构体系具有非常明显的复杂性，所以在设计工作中必须要谨慎的去对待。在工程施工之前一定要制定一个相对比较详细具体的施工方案，在编制施工方案的时候一定要充分的考虑到施工环境、施工条件以及不同专业之间的协调和配合。本文主要分析了钢结构在高层建筑结构设计中的应用，以供参考和借鉴。

【关键词】高层建筑结构设计；钢结构设计；加工制作；现场安装；后期维护

当前，我国的城市化发展水平有了十分显著的提升，高层建筑在施工的过程中对施工的质量和技术有了更加严格的要求，在这样的情况下，钢结构因其施工较为简单，成本投入相对较少，所以在施工中也展现出了更大的优势，更能满足人们日益提升的建筑需求。因此，该技术在高层建筑当中得到了十分广泛的应用。

1、工程概况

某一高层建筑，其建筑面积10.5万m2.主楼46层，地下三层，建筑总高度239m}钢骨混凝土柱均做至地下室底板，其地下基础为钢筋混凝土摩擦方桩，一层楼面采用钢骨混凝土梁及钢筋混凝土楼板。本工程地下部分十字形劲性钢柱最重的约33t，最氏约18.6m，最重钢梁为一根XG3H形钢梁，重约33t。

2、钢结构设计及加工制作

2.1钢板对接

钢板的对接坡口尺寸如图1所示，钢板的对接中一般都是在长度的方向上进行对接处理，通常在施工的过程中我们应该选择龙门自动埋弧焊或者是小车式埋弧自动焊。

图1钢板对接坡口图

钢板焊接坡口通常选择使用龙门刨刨削也可以采用钢结构万能坡口切割机铣削所制成的，加工之后就应该使用把样板对坡口的尺寸进行全面的检查。焊接之前应该保证对坡口和坡口边缘100mm左右的地方进行全面的检查，此外还要使用超声波去检查是否存在着比较多的夹层或者是裂纹等质量方面的问题，如果在检查的过程中发现了问题，必须要及时的上报给相关的工作人员进行全面的处理。钢板对接在专门设置的工作台上，这样才能能够在t/25—2mm之间。其中t是钢板厚度。

钢板的定位点焊采用的是二氧化碳保护焊，在焊接工作正式开始之前，一定要对钢板进行预热处理，预热的温度应该控制在150—200℃，焊缝的长度也需要加以严格的控制，焊接电流采用直流反接的方式，其数值要在280A—330A之间，焊接的电压应该保持在28—35V自检，焊接顺序和喊道的布置图钢板定位点焊之后，还要使用小车式埋弧自动焊接机的形式进行焊接处理，等到正面焊接的厚度达到t/3的时候还要对工件进行翻转处理、在这一过程中一定要充分的做好清理工作，直到其露出了金属的光泽之后，才能使用热瓷粉探伤的方式对底部进行MT探伤，如果在经过探伤之后没有发现质量上的隐患，于鏊对反面的焊缝进行焊接处理，在反面焊接工作全部结束之后，还要翻转工件，将正面剩下的焊缝全部处理干净，直到最终的盖面焊。

2.2下料切割机控制

为了更好的确保切割板边缘部分的质量，同时也使得切割板材也需要保证两侧的受热处于十分均匀的状态，不能出现无法恢复和修复的侧向弯曲，也就是应该采用数控多头等离子火焰切割机确保两边同时进行下料处理。

2.3H型钢的组立

在H型钢组立施工正式开展之前，质检人员必须要对构件进行全面的细致的检查，按照钢梁截面的大小连接焊缝的具体长度以及焊接时所预留的收缩量，此外还要对以往的一些宝贵的施工经验进行全面的总结，焊缝应该按照每1m沿长度方向伸缩0.6mm，每对加劲板和加强圈应该按照0.3mm的收缩量设置，所以通常，钢梁翼缘和腹板下料长度去预留50mm，此外在切割施工中还要按照图纸的坡口形式加以处理，这样也就有效的控制了壮派之后二次切割工作中的实际工作，此外还要检查是否存在着裂缝等众多的缺陷，等到检验合格之后，才能进行点焊固定。

2.4锁口和端头加工

在该工程的施工中，柱和主梁采用的是焊接和高强螺栓连接的形式，等到H型钢加工和检查通过之后，应该使用端铣机对端头进行加工处理，加工时必须要充分的确保其尺寸符合要求，还要做好锁口工作。

3、钢结构安装

在桩孔四周浇20cm厚的混凝土，在混凝土浇注时埋下预埋铁件，保证混凝土和预埋铁件的标高。凝土浇注完后放线，等调节机构安装固定好后，把轴线反到调节机构上，以便控制劲性钢柱的偏移。

根据桩孔的大小Φ1200和桩孔的深度，地质的受力情况，劲性钢柱的重量，施上调节操作方便，安装时调节机构和桩孔的安全等因素设计调节机构。钢柱在现场拼装过程中，钢柱安装时钢柱底部预埋件在钢柱拼装过程中与钢柱底部拼装在一起，钢柱整体吊装，就位以后再浇灌混凝土。

本工程采用逆作法吊装，格构式钢柱桩孔还未开挖前提下先安装劲性钢柱。吊装调节机构安装好后和劲性钢柱在地面绑扎好后，用120t汽车吊吊装。调节机构把劲性钢柱安装范围控制在1000mmx1000mm的范围，以防劲性钢柱由于吊装的不稳定把桩孔碰坏。劲性钢柱从调节机构中插入桩孔，并用临时螺栓临时固定劲性钢柱，用手摇妊杆和千斤顶调节垂直度、标高、偏移和扭转。

4、钢结构焊接

现场焊接施上考虑到配合钢结构的吊装上作及土建混凝土浇筑上作，需要在短时间内完成已安装结构的焊接上作，以便开始钢管柱混凝土浇筑及上层钢结构的安装和校正工作严格控制焊接顺序，尽可能减少垂直于板面方面的约束。厚板的低合金结构钢，施焊前应进行预热。预热及层间宜控温度通过试验确定。焊前应在焊道两侧各100mm范围内均匀预热，预热温度的测量应在距焊道50mm处进行，当上作地点的环境温度为零度以下时，焊接件的预热温度应通过试验确定。

5、钢结构养护

5.1防腐处理

采用喷砂结合电动钢刷除锈上艺，彻底除去以前的锈皮和铁锈；采用两遍环氧富锌防锈底漆，干膜厚度为70um，实用量为0.25-0.3kg/m2：两遍环氧云铁灰厚浆底漆，湿膜厚度为190um，干膜厚度为100um.漆浆：固化剂重量比：100：15。

5.2防火处理

钢材的耐温性较差，其许多性能随温度升降而变化，当温度达到430-540℃之间时，钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量将急剧下降，失去承载能力。所以外露钢筋构件刷防火涂料，具体要求是：钢梁耐火时间为1.5h.钢柱耐火时间为2.5h.使其符合建筑规范要求。

6、结语

在建筑结构设计当中，钢结构体系能够体现出非常明显的优势，它的自重较小，安装比较简便，结构的抗震性能非常好，对环境所产生的负面影响也非常少，因此在我国的高层建筑施工中得到了十分广泛的应用，这一技术的应用会促进我国建筑业的健康发展。

参考文献：

[1]陈晓千.高层建筑钢结构的发展与应用[J].中国新技术新产品.2009（18）

[2]焦民顺.浅谈高层建筑钢结构的应用[J].中国建设信息.2009（12）

[3]张少良.钢结构工程的质量控制与评价体系研究[D].郑州大学2011