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(lái)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(duì)高層建筑層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國(guó)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(duì)建材選擇的要求也越來(lái)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(diǎn)，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(jì)概述

(1)特點(diǎn)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在①低成本和高強(qiáng)度三個(gè)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(diǎn)，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(jì)。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(fèi)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(dòng)，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(guò)60m，進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)張和改建，移動(dòng)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(shí)，還可以回收利用鋼材角料，運(yùn)輸回收價(jià)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(jì)原則

在高層建筑中進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)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(guò)于重視柔軟，可以減緩?fù)饬ψ饔茫�但變形過(guò)大，承重點(diǎn)發(fā)生變化，最終發(fā)生崩潰問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)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(duì)建筑物的后期使用有直接影響，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)防震、隔音、保溫等有無(wú)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(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在很多問(wèn)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(huì)利益。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)原則，從宏觀層面分析問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況具體分析具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)符合建筑綜合利益的方案。

二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)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(guò)程中，必須綜合考慮材質(zhì)、預(yù)算和周邊環(huán)境，同時(shí)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，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?yàn)榻ㄖ�位置不同，�?duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同，建筑物的墻梁、柱子、墻面等不同，對(duì)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(bào)價(jià)。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(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)構(gòu)件的過(guò)程中，一定要選材，建立健全的相關(guān)制度，保證材料采購(gòu)和監(jiān)督的有效性，避免材料質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)在施工過(guò)程中使用經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題[3]。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容之一是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，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(duì)結(jié)構(gòu)的影響也不同。

通常的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括①栓連接:對(duì)于高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)，多以19.0s強(qiáng)度等級(jí)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(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，吊裝部件的現(xiàn)場(chǎng)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(jì)結(jié)構(gòu)平面兩個(gè)方面的支撐時(shí)，應(yīng)保證其對(duì)稱性，在支撐之間建筑蓋的長(zhǎng)寬比不得超過(guò)3的設(shè)計(jì)筒中筒結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)筒的邊緣比外筒的邊緣長(zhǎng)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(zhǎng)寬比為6，最大寬度為260m，同時(shí)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(wèn)題[4]。③平面布局。在平面布置過(guò)程中，按照平面簡(jiǎn)單的原則，科學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸，減少地震產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，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(diǎn)，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(jì)仍存在很多問(wèn)題。面對(duì)這種情況，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)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(diǎn)，做好布局和選型、構(gòu)件截面報(bào)價(jià)、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布局等工作，滿足高層建筑的實(shí)際要求，保證建筑的使用功能，實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果。

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