试论钢结构在高层建筑结构设计中的应用

余仁泽

【摘要】高层建筑在近几十年内得到了快速的发展，钢结构在一定程度上决定了高层建筑的整体质量。钢结构设计是高层建筑结构设计当中一项艰巨的任务，只有科学合理的应用钢结构，才能提高高层建筑的安全性能。本文从高层建筑的实际情况出发，对钢结构在高层建筑结构设计中的实际应用进行了科学的分析和探讨，希望能够为城市高层建设提供一些有益的建议。

【关键词】高层建筑；钢结构；结构设计；应用；施工方案

随着社会经济的快速的发展，高层建筑日益增多，是城市发展和建设的缩影。钢结构工程工艺经过几十年的发展逐渐的走向成熟，并且成为了目前世界上许多的高层建筑的首选的结构形式。高层建筑结构构件的横截面的尺度较大，重量也较大，科学合理的钢结构是保障建筑安全的重要的因素。

1高层建筑的发展

建筑的高度在一定的程度上决定了城市的文明和经济发展的高度，例如上海中心、迪拜塔、101双子大厦不仅仅代表着城市的发展程度，也代表着人类进步和自我超越的力量。近几十年来，建筑造型材料日新月异，高层建筑无论是竖向还是横向记录都在不断的刷新，高层建筑内部结构理念发生了巨大的改变，它的价值空间向着多元化方向延伸。高层建筑的发展是从1894年发够巴黎火车站采用钢梁开始的，后来在1852年美国纽约城水晶宫直立式的展览厅进行了钢框架的开发，1956年转炉和平炉炼钢技术得到了发展。

从18世纪开始，西欧和北美各国拉开了工业革命的序幕，生产力水平不断的提高，人口也迅速的发展，经济进步要求有更大的空间。城市的空间成为了社会发展的必然，在城市范围受到限制的条件下，城市建筑只能向着竖向发展，并且新技术和材料设备也不打断的发展，使高层建筑竖向发展成为了可能。虽然高层建筑成为了城市发展的必然趋势，但是当时主要城市的建筑体量，相关的配套设施并、交通工程制约着高层建筑的发展，使高层建筑在很长的一段时间内处于配角地位，不能实现高层建筑的真正的价值。随着城市的快速发展和建设体量的增加，使建设高层建筑的要求更加迫切，到18世纪末，芝加哥作为一个超速发展的城市成为了现代高层建筑的起点，真正的实现了设计风格与建筑体量城市功能的有机统一。

而后的100年，成为了高层建筑的黄金时期，高层建筑总体上从四个方面得到了发展。首先，设计风格的变革，设计思路也不断的拓展，，各种建筑的设计元素不断的丰富，让高层建筑在安全的基础上得到了美的提升，融合了自然的美学获得了向上的力量。其次，结构体系的理解也更加的深刻合理，高层建筑与普通的建筑不一样的地方就是高层建有着更加复杂的垂直交通系统并且水平的交通系统与管道系统连接在了一起。再次，地下基础工程得到了迅速的发展，这为高层建筑的进一步发展提供了充分的保障。最后，建筑材料和建筑设备的发展，新型的建筑材料的质量高、强度大、重量小，而建筑设备的维护也更为方便，功能也更加的强大。

我国的高层建筑在近20年里也得到了迅速的发展，无论是在建筑速度还是建设的数量上都是世界建筑史上少有的。我国的经济快速的发展，各行各业都得到了快速的提升，城市建筑全反映了城市文化，为城市带来了活力。在我国建筑行业快速的发展同时，我们也不能忽视其中存在着的一些问题，我国在高层建筑方面还存在着局限性，也有许多的失败的作品的出现。

2钢结构工程

钢结构的适用范围不仅仅是由钢本身特性决定的，还受到国民经济的具体发展状况的影响。我国在冶金方面尤其是在煉铁方面曾取得过巨大的成绩，但是在后来的20多个世纪中始终处于小作坊的状态，封建制度极大的束缚了我国工业发展的脚步。一直到建国初期我国都没有一套完整的工业体系，建国后我国才开始发展现代冶金业，大型的冶金企业才逐渐的发展起来，但是受历史和现实的束缚，炼钢的产量并不能满足社会发展的需要，不能满足建筑业的要求。到上世纪90年代，我国才逐渐的发展钢结构，经过20多年的发展我国逐渐的掌握了各种复杂的建筑物设计和施工的技术，在许多的领域已经达到了世界领先的水平。

钢结构是一种建筑结构类型，它是以钢材制作为主的结构，主要适用于大跨度、板块结构、桥梁和高层建筑等。钢结构的钢材的强度较大、自重较轻、刚度大，并且材料的匀质性好。钢结构工程主要分为轻钢结构、重钢结构、设备钢结构，高层建筑一般是重钢结构。

3钢结构设计的优越性

钢作为一种特殊的建筑材料与其他的建筑材料相比，无论是在设计还是施工以及综合经济方面都有很大的优势。首先，钢结构与传统的混凝土建筑结构相比，钢结构能够减少构件的横截面的尺寸，从而提高户型的使用面积，使建筑结构的尺寸较为灵活。其次，钢结构设计的节能更好，它具有很好的保温效果，能够节能50%左右，钢结构的自重较轻，基础造价较少。再次，环保节能符合产业化可持续发展的要求。钢结构多为定性定量，工厂能够大批量生产，工业化程度相对较高，成套应用，钢材可以100%的回收利用不会造成资源的浪费。最后，钢结构的机械化水平较高，在施工的过程当中施工的速度快，用人少，工期与传统的住宅建筑相比可以缩短30%左右。

4钢结构的设计

根据高层建筑结构的的具体受力情况，可以选用不同的钢材和高强度螺栓，并且要进行喷砂处理。钢型混凝土梁中的型钢一般是采用H型钢，采用PKPM系列程序与设计软件SAWE结合进行计算，根据具体的计算结果确定梁柱横截面钢筋和钢骨的大小。混凝土和型钢之间的粘结力小于混凝土和钢筋之间的粘结力，因此为了避免粘结移滑，在设计时一定要应用栓钉，形成完全的剪力连接，使混凝土和型钢能够共同的工作。钢骨混凝土一般是采用埋入式柱脚，要埋入大概3倍的型钢柱截面的高度，在梁、柱节点的关键的结构受力部位，在设计的过程中要保证传力明确、安全可靠，施工方便。钢骨柱的长度应该根据钢材生产和运输的速度来决定。

5钢结构的制作和安装

钢结构工程通常是由制作和安装两部分组成的，工程质量的好坏也是由这两部分共同决定的。设计钢骨必须要采用机械加工，生产厂家一定要专业，各种材料也一定要符合相关的质量的要求。施工的过程中要明确相关的工作人员具体的工作责任，构件的制作和安装的过程一定要小心谨慎。钢板的对接作为钢结构的首要环节，对钢结构的整体质量有着重要的影响，钢板的对接应为整体对接，只能在长度方向采用小车式埋弧自动焊来完成钢板的对接。钢板的对接坡口一般要采用钢结构万能坡口切割机铣削，并且在完成后要让专业的人员对坡口的尺寸进行检查。在构件的组装阶段一定要在组装平台上进行，将合格的型钢梁整齐的摆放在组装平台上，按照图纸的相关的额要求组装构件，按照设计图标出端面铣位。构件在组装的过程中一定要注意要先组装内部的组件，再装外部组件。如果工程构件需要现场焊接，要进行锁口加工，在对H钢检验合格以后，准确的测量出控件构件的准确的尺寸，保证端口要平整。通过对相关的设备对锁口进行处理，提高钢结构设计的整体的效果。

6小结

钢结构在高层建筑的建筑和设计中发挥了重要的作用，我们要不断的加强对钢结构设计的研究，提高钢结构的科学性和合理性。从钢板的对接阶段到钢板的安装每一个阶段都不能忽视，每一环节都要细心谨慎，确保钢结构能够科学、合理地应用于高层建筑设计中，提高建筑的整体质量。

【参考文献】

[1] 徐晖.浅谈钢结构在某高层建筑结构设计中的实际应用[J].中国建筑金属结构，2013，19（16）：12-13

[2] 江雨斌.钢结构在高层建筑结构设计中的应用探讨[J].中华民居，2013，27（12）：24-25

[3] 李建楠.刍议高层建筑中钢结构的施工技术[J]中华民居，2012，16（1）：15-16