高层建筑钢结构设计中应注意的问题分析

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摘要：随着高层建筑钢结构的迅速发展，结构理论和建造技术也不断得到提高，高层建筑钢结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多在高层建筑钢结构设计方面的问题。本文通过分析了高层建筑钢结构设计中应该注意的问题，并且介绍了高层建筑钢结构设计的技术要点，为我国的高层建设钢结构提供了越来越广泛的发展空间。

关键字：高层建筑、钢结构设计、注意的问题

中图分类号： TU97 文献标识码： A

一、引言

钢结构并不是一种独立存在的部件，在建筑行业内的定义是将钢材经过特殊工艺处理后当做一种受力构件，经过处理后形成的钢结构自身具备很强的抗震能力和高强度的特点，这使得建筑的稳定性有所保障，此外承载能力高的优势也决定了钢结构在建筑施工中能偶尔替代混凝土的作用。现今，我国的建筑行业正在不断的发展中进步着，大量钢结构在高层建筑中的使用保障了高层建筑的质量，也就要求设计师在钢结构设计上花费更多的心思，想出更多创新性的设计方案。

二、高层建筑钢结构设计中应注意的问题

1、结构设计参数

钢结构的优质性能决定了前期设计工艺是非常复杂的，需要设计师先利用专业的数据统计软件对钢结构的各项技术指标进行严格精密的测试，只有通过了质量检测的钢结构才能真正投入大量生产再应用于施工中。具体的技术参数指标主要有水平荷载系数、抗震强度系数和结构的阻尼比等等。以水平荷载为例，建筑处于理想环境下，只有竖向荷载而水平荷载为零。但在正常生活环境中，一般都会存在不同程度的风荷载，在水平方向上将会对建筑的稳定性有所影响，设计师就需要根据当地环境可能的最大风荷载进行钢结构水平荷载系数的设计，以免出现建筑稳定性不佳而坍塌的事故。

2、强柱弱梁的设计

在对钢结构的具体设计中，需要考虑到柱和梁的整体性。合理安全的钢结构设计，需要在面临强震或者水平荷载较大的情况时，钢结构中的塑性铰出现在梁上而不是柱子上，这样能保证钢结构的整体性不至于瞬间被破坏，具有较强的抗压性，而且较为容易恢复初始形态。根据国家有关标准：对强柱弱梁的设计需要进行弹塑性的分析和计算，只有使分析的结果表明塑性铰出现在梁上，这才满足设计要求。

3、钢结构建筑的抗震设计

我国是一个多地震国家，在我国的地震地区常常采用的是钢筋混凝土结构，而在国外，钢筋混凝土结构很少在地震应用。钢材是一种很适合监护抗震结构的材料，所以，国外大力发展建筑高层的钢结构。但是钢结构建筑如果设计与制造不相适应，可能会发生归纳钢结构的失稳和破坏，造成灾难性的后果。所以，高层建筑的钢结构抗震设计就显得非常重要了。钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合跟那个结构的具体高度、体系和场地条件惊醒综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，高层钢结构因该采用全钢框架，当结构的刚度不足时，可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。

4、钢结构建筑的抗火设计

钢结构的钢材虽然属于非燃烧材料，但是因为钢材料在高温下的膨胀系数很高，会造成钢材的变形，而且钢材具有良好的导热性，会导致火势的蔓延。部分钢材在600度高温的时候，钢材的全部强度基本丧失，在火灾中变得很脆弱。而高层建筑的火源比较多，很容易造成火灾，一般来说，高层建筑的火灾比较难控制。所以，高层建筑钢结构的抗火设计也显得非常重要。目前我国的高层建筑钢结构的抗火能力设计比较低，不能考虑到高温下，钢材的变形以及应力影响，也没有考虑各种构件间相互作用的影响。总的来说抗火设计还是基于构件层次的，构件的耐火极限要求也是基于建筑防火设计规范的要求确定的。因此有必要基于建筑物的整体安全目标确定钢结构的抗火设计要求，对钢结构进行基于性能目标要求的抗火设计。

5、钢结构设计要重视技术标准和规范

在钢结构的设计中，要注意做到的是技术要先进、经济要合理、质量要保证，所以技术人员要重视对技术标准和规范的学习，并且要深刻的理解和贯彻，形成一种严格遵循标准和规范的严谨工作习惯。现在的钢结构设计的计算和构造绘图过分依赖电脑，缺乏动手能力的实际操作能力。所以在实际中应该要注意对钢结构的实际掌握，充分做好钢结构的设计工作。在钢结构设计中还要重视对钢材、连接材料和焊接等材料的应用标准，要在了解相关规定的要求下，提出合理的材料选用和质量要求。

高层建筑钢结构设计的技术要点分析

高层建筑钢结构的设计不仅要结合建筑物在生活中的实际用途，还需要考虑建筑在面临恶劣环境时的抗压能力，所以在项目设计中，需要进行多方面的研究与探讨，制定并择取最优设计方案。高层建筑的钢结构设计要点，总结了几点如下：

第一，钢结构选型与布置。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该具体工程具体分析。应根据工程的条件和特点，综合考虑建筑的使用功能、荷载性能、制作安装、材料供应等因素，择优选择抗震性能良好，而又经济合理的结构体系和结构形式，对高烈度设防的高层钢结构，宜选用钢框一支、钢框一筒或钢一筒中筒等钢结构体系。

第二，估算构件截面。结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是粱柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。估算构件截面的工作内容包括：设定梁柱与支撑断面的大小和形状；根据需求选择钢梁；估算支座与载荷的情况，确定截面的高度；确定翼缘宽度；根据截面高度和翼缘宽度估算板件的厚度。

第三，构件的设计。构件设计中首先要做的是选择材料。从管理角度上看，主结构选择单一的钢种有利于管理工作的实施，而从经济的角度看，不同强度的钢材也可以完成截面的组合。在实际的设计工作中，一般使用专门的软件对截面进行验算。机构工程是在构件设计中应当注意的问题有两点：当截面不能估算的时候，应当采取两种措施：强度达不到标准的时候增加板件厚度，弯度达不到标准的时候增加翼缘厚度，抗剪达不到标准的时候增加腹板厚度；二是变形超限的时候，为了节省成本，一般采取增加截面高度的方法。

第四，节点设计。节点设计是钢结构设计中的重要问题之一。按照传力特点节点分为刚接、铰接与半刚接三种。不同的连接方式对于结构的影响是不同的。节点的设计主要包括五个方面：焊接。焊接的焊缝形式与尺寸都有严格的规定，在焊接过程中必须遵守。另外，焊条应该与金属连接材料匹配。栓接。高层建筑钢结构连接传力螺栓通常使用高强螺栓，适合选择10.9s强度等级。选择螺栓的类型可以是扭剪类型，连接型全部使用摩擦类型。梁腹板。对栓孔位置的腹板抗剪净截面实施验算，连接高强承压型螺栓还要对局部孔壁的承压能力进行验算。连接板。将梁腹板加厚4mm，不过需要进行抗剪净截面验算。节点设计还需要考虑的是考虑螺栓的安装、现场焊接等工作空间与吊装构件的具体顺序等。

五、结束语

伴随着社会经济的迅猛发展，我国的建筑行业也是在不断发展中飞速前进。建筑的安全性能也更应该引起建筑师的注意。高层建筑中钢结构的设计不是简单的将建筑付诸于施工阶段即可，它是一项责任十分重大的工作，直接关系到人民群众的生命安全和建筑工程的经济收益。总而言之，钢结构设计在建筑工程中有着不可或缺的重要作用，随着时代的变化，有关设计单位和技术人员也需要采用新的理念和方法，保障钢结构在建筑工程中的安全性和稳定性，使得我国的建筑事业在孜孜不倦的摸索中稳定前进。

参考文献：

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[4] 龚海龙 侯舒兰：《钢结构稳定性设计的研究与分析》，《科技传播》，2010年11期

[5] 郭东海：《钢结构稳定设计的探讨》，《黑龙江科技信息》，2011年06期