高耸钢结构施工关键控制技术分析

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摘要： 改革开放三十年来，我国建筑行业快速发展。建筑钢结构在建筑工程中得到了十分广泛的应用，由于一些相关技术目前还不够成熟，钢结构的应用还存在着一些问题，其中最突出的当属稳定性问题。本文结合具体实际情况，对建筑工程中钢结构的合理运用进行详细的探讨与分析，目的是为了提高钢结构设计的稳定性，进而提高钢结构施工的经济效益。结构施工控制的目的在于确保结构施工过程中和完成后，结构内力、变形在设计许可的范围内，其几何形态符合设计要求，建筑功能能够正常发挥。

Abstract： In the thirty years of reform and opening up， China's construction industry has got a rapid development. Construction steel structure has been widely used in building engineering， and because some related technologies are still not mature enough， there are still some problems in the application of steel structure， among which the most prominent is the stability problem. In this paper， combined with the actual situation， rational use of the steel structure are discussed and analyzed in detail， in order to improve the stability of the steel structure design， and then improve the economic benefits of the steel structure construction.

关键词： 建筑工程；钢结构设计；稳定性分析

Key words： construction engineering；steel structure design；stability analysis

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）36-0087-02

0 引言

随着建筑技术的不断发展与高强度材料成本的下降，钢结构的体系与规模也得到了更快速的发展。越来越多的建筑工程采用钢结构，钢结构运用于建筑的相关理论也逐渐体系化和科学化。相比于传统的建筑材料，钢结构具有施工时间短、韧性和塑性好、重量轻、强度高等特点，所以钢结构在国内的建筑工程中一直被广泛采用。如果在设计中存在疏漏并引发钢结构失稳事故，会造成不可估量的经济损失以及人员伤亡。所以相关设计人员需要进一步加强关于钢结构稳定性的研究工作。

1 建筑结构设计中存在的问题及对策

1.1 钢结构设计防火方面的问题及对策 钢结构建筑中所使用的钢材料属于不易燃材料，但是钢材料的耐高温性较差，在高温环境下，钢结构极易发生断裂情况，一旦发生火灾，会严重影响钢结构的稳定性并造成极大的安全隐患，在对钢结构进行设计工作时一定要充分考虑到防火问题。相比于钢筋混凝土结构的建筑，钢结构建筑防火性能差得多，我们可以采用两种方法提高钢结构的防火性能，在钢结构建筑中设置保全板或是在钢结构上涂抹防火涂料，并根据不同的情况采取不同的涂抹厚度。以上两种方法是常规防火方法，除此之外还可以通过合理设置防火门与防火墙、设置独立水幕、配备自动喷水系统等方法进一步提高钢结构的防火性能。结合烟气控制技术和火灾探测报警技术在发生火灾时及时发现并发出警报，方便灭火工作的进行。

1.2 钢结构设计防腐方面的问题及对策 钢结构材料还有一个致命的缺点就是化学性质不稳定，长期暴露在室外环境中的钢结构材料会受雨水和空气的影响而变质，这不仅会影响到钢结构的外观还会影响钢结构的稳定性。所以，钢结构设计工作也要充分考虑到钢结构材料的防腐问题。目前最有效的钢结构防腐方式是涂抹防腐涂料。为了进一步提高防腐效果，需要选用特殊的耐腐钢材料，并通过热浸镀锌工艺来提高钢结构的耐腐蚀性，配合相应的有机涂料以及阴极保护技术，可以使钢结构的耐腐蚀性得到更大的提升。

1.3 钢结构设计噪声方面的问题及对策 噪声问题是当前国内建筑比较容易忽略的问题，也是比较难以解决的问题。如何有效降低噪声一直是建筑学领域的重要课题。不同使用功能的建筑对隔音效果也有着不同的要求，对于需要提高隔音效果的建筑，相关设计人员需要依照建筑物的使用功能来进行有针对性的调整。常见的隔音方法主要包括设置隔音窗或隔音门、选用具有隔音功能的建筑材料等。

2 钢结构稳定设计具体原则

从钢结构的稳定性出发，在设计过程中，需要从以下三个方面来保证钢结构的稳定性。

2.1 钢结构稳定设计的具体原则 为了充分发挥钢结构优质性能，必须对钢结构进行十分严谨的前期设计，需要通过相关的数据统计软件对钢结构相关指标进行精密的测试。只有经过严格检测的钢结构才可以投入量产并运用于工程施工当中。所涉及到技术参数指示主要包括结构阻尼比、抗震强度系数、水平荷载系数等。以水平荷载为例，在理想环境中，只有坚向荷载才能保证水平荷载为零。但在实际情况下，会存在一定的风荷载，时刻影响着建筑结构的稳定性。这就要求相关设计人员必须以当地环境为依据，结合可能出现的最大风荷载来确定钢结构的水平荷载系数，合理地提高建筑稳定性进而降低发生坍塌事故的可能性。

2.2 剪力调整问题 我国的高层建筑结构越来越复杂。尤其是采用了不对称设计的建筑中含有大量的斜柱结构。相比于传统的垂直结构，斜柱结构倾角十分明显，这就需要建筑结构具有更大的剪力。目前的国内建筑设计人员在对钢结构进行设计工作时，通常会将垂直构件简化为柱子，将斜柱简化为斜杆。虽然在一般情况下，这种做法不会对建筑的整体稳定性造成太大影响，但是在对框架柱剪力进行调整的过程中则会影响到建筑的稳定性。由于建筑物中的斜柱主要起到横向支撑的作用，但也需要一定程度的竖直荷载作为坚向支撑，所以这一部分荷载就会对剪力的计算造成较大的影响。由此可见，设计人员在对剪力进行调整时一定要充分考虑到竖直方向荷载的影响。依照建筑区域的具体环境，合理调整建筑物的剪力，充分发挥钢结构的稳定性。如图1所示。

2.3 强柱弱梁的设计

在钢结构的设计过程中，需要对梁和柱的两个方面做整体的考虑。为了提高钢结构的安全性，在水平荷载较大或者面临强震时，钢结构中的塑性铰一定要出现在梁上，这可以在剧烈水平震动的情况下维持钢结构的稳定性并提高建筑的抗压性，在受力过后更容易回到初始形态。钢结构设计人员需要对梁与柱的设计进行弹塑性方面的计算与分析，通过分析的结果来确定塑性铰是否出现在梁上。

3 钢结构稳定性设计的具体特点

3.1 失稳与整体钢度 钢结构的稳定承载力与其自身的钢度有关，而钢结构的钢度与其整体构成有关。所以，钢结构的整体直接影响着钢结构的稳定性。

3.2 钢结构稳定性的整体分析 严格说来，钢结构中所有组成部分都对整体稳定性有着或多或少的影响，在钢结构设计工作中，需要从整体出发来考虑钢结构的稳定性。当钢结构本身出现变化时，必定会影响到整体结构的受力分布并出现局部弱化，即使是微小的弱化也会影响到整体结构的承载能力。

4 钢结构稳定性的具体分析方法

由于我们对钢结构进行的分析都是在外荷载作用环境下进行的，所以关于这种变形的研究需要与构件或者结构的失稳性保持同步，我们可以分别采用静力法和动力法对进行研究。

4.1 静力法 静力法指得是静力平衡方法，主要分析在钢结构发生微小形变之后的受力情况，结合相关力学数值建立不平衡微分方程，最终得出临界荷载。

4.2 动力法 当结构体系已经处于平衡状态时，对结构整体施加任何微小的干扰都会使结构整体发生振动，在这种情况下任何振动的加速以及结构的变形都会影响到整体结构的荷载。当荷载值处于最低荷载极限之下时，则变形的方向会与加速度相反。所以，当除去干扰后，所有的运动都会停止，使整体结构达到平衡状态。临界状态的荷载主要为钢结构的屈曲荷载，获得屈曲荷载的前提是振动频率为零。

5 施工仿真分析

以某广播电视多功能发射塔为例，其安装流程如下：锚板预埋及地脚螺栓；塔座钢结构安装；塔体钢结构安装；塔楼钢结构安装；天线桅杆钢结构安装。其中井道结构施工标高41.36m；外塔架钢结构施工到标高37.5m；井道钢结构施工到标高86.635m；外塔架钢结构施工到标高75m；井道与外塔架钢结构先后施工到标高120m；外塔架钢结后舡到标高170m；井道与外塔架钢结构先后施工到标高187.5m。

5.1 风荷载作用分析 某广播电视多功能发射塔所在地近50年最大风速25m/s，风振系数βz、高度系数μz、体型系数μs按规范选取，基本风压0.4N/m2。风载作用最大位移值556mm，最大位移发生部位为天线顶端，最大应力值93.5MPa，最大应力发生部位为外塔最底部。

5.2 温度作用分析 根据《建筑结构荷载规范》的有关规定：基本气温最低Tmin=8℃，最高气温Tmax=36℃，钢质材料线膨胀系数αT=1.2×105℃。考虑到施工荷载和重力荷载，取参考温度为20℃。

首先以设计时提供的要求为总体目标，以施工单位提供的施工方案为依据，按照设计规范中的参数进行有限元理论计算，并得到主要工况下的理论计算值，为施工提供指导；施工过程中，根据不同的进度安排，适时地进行应力、位移的监测；对实际监测得到的数据进行分析，并与理论计算值进行对比，从而及时调整施工方案，并预测下一阶段的应力、位移的变化，以保证结构能够安全施工。

6 钢结构焊接

目前来看，为了维持焊接部最基本的疲劳强度，钢结构的拉伸强度至少要提高到440N/mm2～540N/mm2。由此可知，为了满足建筑结构加轻量化要求，提高高强度钢结构焊接疲劳强度是目前的首要任务。

影响焊接结构疲劳强度主要受到钢材强度制约，钢铁材料受自身特性的影响以及疲劳强度受静载强度的影响十分明显。在焊接结构方面，焊接部疲劳强度与焊缝金属强度、热影响焊缝金属静强度、母材静强度并不存在尽然关联。虽然材料基本的力学性能一定程度上会影响到裂纹扩展速率，但这并不是金属疲劳的主要来源并且影响不大。静强度只有在应力大于+0.5的时候才会发挥作用，所以采用高强度钢才是提高母材焊接口疲劳强度的主要方法。

焊缝周围的疲劳裂纹通常出现在焊缝波纹、焊根焊缝、焊缝缺陷处等位置，焊接部的疲劳强度一般受焊接缺陷的影响比较大；受力偏心、错边、缺陷、焊缝外形是影响焊接部疲劳强度的最主要因素；由焊缝接头引起的应力集中也会一定程度上降低疲劳强度；应力集中由焊接部截面开关的变化产生，由于焊趾往往存在一些咬边缺陷，会降低其疲劳强度。

在许多新型的复杂结构中，钢结构取代了钢筋混凝土结构，成为结构的主体框架，高耸钢结构施工控制技术逐渐得到重视。钢结构工程从建设到结束的过程中，结构可能会受到一些已知或未知因素的影响。这些因素都或多或少导致结构实际状态和理想状态之间的差异。

参考文献：

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