高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析論文
摘要：隨著高層建筑的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建造技術(shù)與結(jié)構(gòu)理論不斷提高，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的形式愈加多樣化，有利于推動(dòng)建筑工程的發(fā)展。由于鋼結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度與承載能力、較強(qiáng)的抗震能力，將其應(yīng)用于高層建筑中，能夠有效取代傳統(tǒng)的混凝土，保證建筑物的穩(wěn)定性，增強(qiáng)建筑工程質(zhì)量，滿足人們的居住要求。本文就對(duì)高層建筑中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。
關(guān)鍵詞：高層建筑；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)獲取了良好的發(fā)展空間，建筑水平不斷提升，建筑工程逐步朝著復(fù)雜高層的結(jié)構(gòu)趨勢(shì)發(fā)展，而在這種情況下，施工者與建筑商對(duì)建材選擇的要求也越來(lái)越高[1]。相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性強(qiáng)和工期短等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于高層建筑工程中，進(jìn)一步推動(dòng)了高層建筑的發(fā)展。
一、高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
（一）特點(diǎn)
高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：①低成本和高強(qiáng)度。相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土而言，鋼結(jié)構(gòu)具有十分明顯的特點(diǎn)，如不易受環(huán)境因素影響、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、施工工期短、經(jīng)濟(jì)等，并且高層建筑中的鋼結(jié)構(gòu)多選用先進(jìn)科學(xué)的工藝及設(shè)計(jì)。由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，將其應(yīng)用建筑施工中，可以降低施工成本，節(jié)省地基處理費(fèi)用。②空間大。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的跨度較小，基本保持在15m的范圍內(nèi)，并且建造完成后不易移動(dòng)且難以改變；但是在高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，能夠保證內(nèi)部空間的充足，可以超過(guò)60m，還能進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)張與改建，便于移動(dòng)。③材料環(huán)保。鋼是鋼結(jié)構(gòu)的主要材料，其具有較高的強(qiáng)度，能夠支持大結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中具有重要的作用；同時(shí)可以循環(huán)利用鋼材的邊角料，運(yùn)輸回收的`價(jià)值高且便利，有利于節(jié)省施工成本，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。
（二）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)，需要嚴(yán)格遵循適用性和經(jīng)濟(jì)性的原則，首先是適用性原則。通�？茖W(xué)的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)剛?cè)岵?jì)，如果建筑結(jié)構(gòu)過(guò)于強(qiáng)調(diào)“剛性”，缺乏合理性與可行性，則會(huì)降低結(jié)構(gòu)的變形能力，致使建筑難以承受地震和火災(zāi)等而出現(xiàn)坍塌情況；如果結(jié)構(gòu)過(guò)于注重“柔”，雖然能夠減緩?fù)饬ψ饔�，但是也�?huì)因變形過(guò)大而導(dǎo)致承重點(diǎn)發(fā)生變化，最終出現(xiàn)坍塌問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)適中的建筑結(jié)構(gòu)體系顯得尤為重要[2]。適用性原則是鋼結(jié)構(gòu)體系的基本要求，其會(huì)對(duì)建筑物的后期使用造成直接影響，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要準(zhǔn)確把握建筑物的環(huán)境條件、特點(diǎn)和功能等，如建筑物對(duì)防震、隔音和保溫等有無(wú)特殊要求等。其次是經(jīng)濟(jì)性原則。在高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的根本目的就是創(chuàng)造更高的效益，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題，如工業(yè)建筑注重的是直接經(jīng)濟(jì)效益，而公共建筑注重的是社會(huì)效益。因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，從宏觀層面來(lái)分析問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際具體的情況，做到具體問(wèn)題具體分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)出滿足建筑綜合效益的方案。
三、高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)
高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)具體如下：
一是布置和選型。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的選型過(guò)程中，需要對(duì)材質(zhì)、預(yù)算和周邊環(huán)境進(jìn)行綜合考慮；同時(shí)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循因地制宜的原則，對(duì)不同位置采用不同建材，嚴(yán)禁因省事而使用相同的建材。這是因?yàn)榻ㄖ恢玫牟煌�，�?duì)結(jié)構(gòu)要求也有所不同，并且建筑墻梁、柱子、墻面等的不同，對(duì)于力的要求也不盡相同，這就需要以建筑強(qiáng)度和力度等方面的要求為基礎(chǔ)，科學(xué)布置和選用恰當(dāng)?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)。
二是構(gòu)件截面的估算。布置完結(jié)構(gòu)后需要初步估算構(gòu)件的截面，尤其是支撐和梁柱等尺寸和斷面形狀的假定，如鋼梁可選擇焊接H型鋼截面、軋制和槽鋼等。一般構(gòu)件截面的估算工作內(nèi)容包括：以翼緣寬度和截面高度為依據(jù)，對(duì)板件的厚度進(jìn)行估算；對(duì)荷載與支座情況進(jìn)行估算，確定翼緣寬度和截面高度；從實(shí)際需要出發(fā)來(lái)選擇鋼梁；設(shè)定支撐斷面和梁柱的形狀與大小
。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，必須要恰當(dāng)選擇材料，建立健全相關(guān)制度，保證材料采購(gòu)與監(jiān)督的有效性，以免出現(xiàn)材料質(zhì)量問(wèn)題；同時(shí)在施工環(huán)節(jié)應(yīng)使用豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)能力強(qiáng)的人員進(jìn)行作業(yè)，防止施工中出現(xiàn)技術(shù)或質(zhì)量問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其從傳力特點(diǎn)出發(fā)可分為半剛接、絞接和剛接等，連接方式的不同對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也有所不同。通常節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括以下幾點(diǎn)：
�、偎ń樱簩�(duì)于高層建筑中的鋼結(jié)構(gòu)而言，多將19.0s強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)螺栓作為結(jié)構(gòu)連接傳力螺栓，并且螺栓基本選用扭剪類型，其中連接型則使用摩擦類型。
�、诤附樱河捎诤附拥暮缚p尺寸及形式具有嚴(yán)格規(guī)定，因此在實(shí)際焊接中遵守這些規(guī)定，保證焊接的科學(xué)與準(zhǔn)確。
�、圻B接板：適當(dāng)加厚4mm的梁腹板，然后驗(yàn)算抗剪凈截面。
�、芰焊拱澹候�(yàn)算栓孔位置的腹板抗剪凈截面，并有效連接高強(qiáng)承壓型螺栓，然后驗(yàn)算局部孔壁的承壓能力。值得注意的是，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還需要充分考慮吊裝構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)焊接、螺栓安裝的具體順序。四是結(jié)構(gòu)布置方式。
�、倏箓�(cè)力構(gòu)件布置。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)平面兩個(gè)方面的支撐時(shí)，應(yīng)該保證其對(duì)稱性，支撐之間樓蓋長(zhǎng)寬比不得超過(guò)3；設(shè)計(jì)筒中筒結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)筒邊長(zhǎng)大于其外筒邊長(zhǎng)的1/3，并且外框筒與內(nèi)框筒的柱距應(yīng)相同，有效連接到鋼梁。
�、谪Q向布置。從經(jīng)濟(jì)性原則出發(fā)來(lái)控制結(jié)構(gòu)體系的最大適用寬度與高度，如框架—支撐體系的非抗震設(shè)防建筑的最大高寬比為6，最大寬度達(dá)260m；同時(shí)應(yīng)盡可能避免樓層承載力突變和側(cè)向剛度不規(guī)則等問(wèn)題的出現(xiàn)[4]。
�、燮矫娌贾谩Ｔ谄矫娌贾眠^(guò)程中應(yīng)按照平面簡(jiǎn)單原則，科學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸，從而降低因地震而出現(xiàn)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。
結(jié)束語(yǔ)
由于鋼結(jié)構(gòu)具有自身的優(yōu)點(diǎn)與特征，被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，但是受許多因素的影響，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然存在諸多問(wèn)題。面對(duì)這種情況，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要從具體情況出發(fā)，積極遵循適用性和經(jīng)濟(jì)性原則，準(zhǔn)確掌握其技術(shù)要點(diǎn)，做好布置和選型、構(gòu)件截面估算、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置等工作，從而滿足高層建筑的實(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。
參考文獻(xiàn)
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