钢结构高层建筑设计与施工中问题探讨

胡军安

摘 要：我国的许多现代建筑是以混凝土为主要的结构，但是随着新材料的不断问世，钢结构得到了广泛的应用，并且因为其强度高、自重轻、施工快、承载力强等优点，使其在高层建筑中得到了较广泛的应用。钢结构在我国虽然起步较晚，但也得到了迅速的发展。本文分析了钢结构高层建筑在设计和施工中存在的一些问题，并根据实际的情况提出了一些解决的方法和建议，希望能为相关的技术人员提供一些帮助。

關键词：钢结构；高层建筑；设计与施工；存在问题；解决措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0020-02

前言

混凝土结构一直是我国当代建筑的主要结构，并且也有很多的优点，但是随着新材料、新技术的不断发现，新的建筑要求的不断提出，混凝土结构不能完全的满足当代建筑的要求。在西方发达国家，钢结构的应用已经有近百年的时间，并且应用范围也比较广泛。在我国虽然起步较晚，但是随着我国经济的不断发展，人口数量的不断增加，对钢结构建筑的需求也在逐渐的增加，尤其是其具有的“轻、大、高”三个方面的优势，使其在高层建筑中有着重要的优势，并且得到了较快的发展。本文分析了钢结构高层建筑的主要特点，讨论了钢结构高层建筑在设计和施工环节中容易出现的问题，并提出了相应的解决建议和措施。

1 钢结构高层建筑的主要特点

1.1 自重轻、强度高、经济成本低

传统的钢筋混凝土高层建筑所耗费用高，并且工期也较长，还容易受到雨季、自然灾害等影响。而钢结构的建筑一般采用先进的加工工艺和设计，并且都是大规模的生产，这样就能大幅的降低造价，在进行安装时也迅速简单，节省了时间，也基本不受季节天气的影响。另外，钢结构建筑因为其自重轻，也能相应的节省地基处理的费用[1]。所以，建筑钢结构与传统的混凝土结构相比，经济成本较低，性价比高。

1.2 材料环保

当今社会是一个提倡绿色环保的时代，而钢结构建筑正是满足时代的要求。钢材具有较高的强度，能够支撑比较大的结构，也能实现工业化的生产。钢材的边角料的再利用再循环价值也很高，运输和回收也都很方便。钢材的循环利用不仅节省了经济成本，对整个环境也是有益的。

1.3 空间大，可移动

传统的钢筋混凝土结构的跨度都不能太大，一般都小于15m，并且建成后对其结构改造难度大，也很难进行移动。而钢结构建筑的内部空间很大，可以达到60m，并且还可以简单的进行改建和扩建，如果采用螺栓连接，还能够较简单的进行拆开、移动和重新组装，有很好的移动性。

1.4 抗震性能好

钢材具有一定的韧性，再加上其在被破坏前具有较大的变形，比较容易观察到进而及时的躲避，较轻的重量和较好的力学变形特征，使之能够有效的抵抗地震，一般可抵抗8级以上地震。而钢筋混凝土结构，在地震时容易变形不足产生破坏，造成较大的危害。

2 钢结构建筑在设计上存在的问题

2.1 设计人员整体素质不高

钢结构高层建筑设计人员整体素质偏低，对具体的细节不够注意，认为只要满足相应的功能要求和技术要求即可，没有对设计方案的优化、经济上的合理做出认真的考虑。并且在相关设计模型和设计理念等方面，也都需要提高。

2.2 施工图在设计时不够严谨、随意性大

在采用套图设计时，图样不够精细，有时会出现漏项和错误，不够精准因而不能满足相应的投标、采购和施工的要求。设计的变更审核不过关，导致出现漏、错、缺等设计矛盾，没有形成完善的体系[2]。

2.3 对一些复杂环节考虑不周

钢结构构件中的梁梁节点、梁柱节点、柱柱节点、柱头、柱脚等节点结构较为复杂，往往对其设计没有引起足够的重视，容易出现一些问题。还有可能在进行相关设计时没有考虑风力作用的影响，这样就可能造成在大风天气影响整体结构的稳定性。

2.4 未考虑受自然条件的影响

钢结构构件长期暴露在露天的情况下，会受到风雨等自然条件的影响，这样就会造成钢构件的老化生锈，不仅会影响建筑物的外在美观，还会导致其自身承重能力下降，造成质量隐患。如果在设计时没有考虑到钢结构受腐蚀的影响，那么可能会对钢结构的安全质量构成隐患。

3 钢结构建筑在设计上问题的改进措施

3.1 加强对设计人员的技术培训和素质培训

要对相应的设计人员展开专业的技术培训和综合素质培训，使他们不仅具有较高的业务水平，还应具有较好的责任心。相关设计人员要对工程的难度有合理的预测，对一些关键的环节和重要的步骤，要做到心中有数，做好钢结构的各个节点的优化工作，保证设计的系统和完整。

3.2 完善施工图在设计上的审核制度

要严格按照相应的规章制度来进行设计图纸的会签和审核制度，保证预埋件、管线布置、预留孔的合理和系统。同时，对图纸做好详细的检查工作，尽量减少之后的施工环节中的设计变更。

3.3 重视钢结构节点的设计

钢结构系统中的节点的设计具有很重要的作用，要对其有足够的重视，在设计过程中要保证其可靠安全，并且最大可能的采用可靠、稳定、简便的施工工艺，应尽量采用高强螺栓连接和栓焊混合连接，减少甚至避免钢结构节点的焊缝连接方法。

3.4 做好防腐设计

在考虑钢结构的防腐设计时，要综合考虑当地大气环境的腐蚀环境、现场的湿度和温度、防腐的年限、装饰的相关要求、钢结构所处的具体位置等各种条件，根据具体情况选用最佳的方案。

4 钢结构建筑在施工环节存在的问题

4.1 施工前的准备工作存在的问题

在钢结构建筑施工前可能存在施工人员对设计图纸理解不充分，对钢结构安装前的检查工作不够深入仔细，构件和设备在施工场地堆放较乱等情况。

4.2 钢结构施工过程中存在的问题

在钢结构建筑施工过程中的一些关键环节和步骤可能会出现一些问题。如螺栓的预埋工作中出现差错，可能会造成构件局部或整体的偏移；钢柱的吊装工作和钢梁的吊装工作没有对吊装质量进行必要的校准，造成吊装质量不合格；构件连接出现问题，由于螺栓表面存在油污、锈蚀等杂质，螺栓孔有毛刺等原因，造成在螺栓紧固时不满足相应的设计要求。

5 钢结构建筑在施工环节问题的解决措施

5.1 施工前的准备工作

5.1.1 加强施工图纸的会审

施工图纸是施工过程中的依据，在工程开展之前，要组织专门的人员了解工程的图纸和相关的标准和规范、技术和工艺条件，充分理解图纸所传递的含义。另外，也要组织专门的技术人员对图纸会审，对可能出现的问题再细心检查，避免因为图纸出现问题而影响工程的进度和质量[3]。

5.1.2 加强钢结构安装前的检查

吊装机械的钢丝绳和其他重要的配件要进行检查，保证其良好的性能，如塔吊在选择时应考虑根据建筑物的特点、现场的施工条件、不同塔吊的型号选用来进行检查。

5.1.3 构件的运输、验收和堆放方法的制定

一般施工的场地都较小，所以对各种材料和构件的运输和堆放有较高的要求。在施工开始时，钢结构的数量较多，往往需要堆叠数层，如果没有科学合理的计划，就会造成各种物资材料进场时的混乱，可能相应的构件都存放不下。所以要根据施工的具体要求，合理规划构件进场顺序和堆放地点，保证各种构件和物资有序的排放，创造良好的施工条件。

5.2 施工过程中

5.2.1 螺栓的预埋工作

必须保证预埋的螺栓位置非常精确，不然容易造成钢柱在安装时很困难，并且还会影响安装的质量。所以，在进行预埋工作时要对其位置进行严格的控制，控制标高基准线和基础轴线，埋设完成后要进行两次复测，第1次在埋设并且定位后进行测量，第2次测量需在浇筑完基础混凝土，并待其坚固后再进行，在复测过程中如果发现位置的移动超过一定的范围，需要进行重新埋设。

5.2.2 钢柱和钢梁的吊装工作

钢柱和钢梁的吊装工作，要做好校正和固定工作，在完成吊装后要及时的对吊装质量进行复检，可以使用缆风绳进行复校，如果条件不允许可以采用千斤顶或调整杆校正，在对钢柱复校进行时，柱脚底板和基础间间隙需垫入垫铁，然后将锚固螺栓拧紧，焊接垫铁，拆掉缆风绳。

5.2.3 钢结构螺栓的连接

在安装高强螺栓之前，应先将接头的摩擦面清洁干净，还应保持其整洁干燥，不能有毛刺、飞边、污垢等，除了设计的要求之外，一般不在摩擦面涂漆。在结构架调整完后再进行高度螺栓的安装，并对结合部分进行校正，去除结合件的变形、错孔和错位，结合部的摩擦面贴紧实后，安装高强的螺栓。

6 結语

钢结构随着新材料、新技术的不断问世，并且因为其强度高、自重轻、施工快、承载力强等优点，使其在高层建筑中得到了较广泛的应用。但由于其在我国起步较晚，钢结构设计在人员培训和制度审核上都需要加强；另外，钢结构施工作为一门刚兴起的技术，各个企业的施工水平不一致，容易造成工程的质量隐患。因此，随着钢结构高层建筑的不断发展，各个企业要及时总结已有的设计和施工经验，提高相关的技术水平，满足市场对高质量钢结构高层建筑的要求。

参考文献

[1] 陆总兵，陆健.钢结构高层住宅设计与施工中问题的探讨[A].第四届全国钢结构工程技术交流会论文集[C].2012：407-409.

[2] 张建强，斯群.建筑钢结构的施工技术与质量管理[J].城市建筑，2012（10X）：40-41.

[3] 郎广军，张培党.建筑钢结构施工管理的探讨[J].中国新技术新产品，2010（019）：191.

基金项目：本文受省教育厅高校青年教师出国研修项目资助