高层建筑钢结构设计中的关键问题及对策研究

白世和

宁夏建筑设计研究院有限公司 宁夏 银川 750001

1 引言

在现代化社会的快速发展中，我国钢产量日益增长，在国家产业政策的调整下，钢结构在建筑工程项目建设中得到了广泛应用，很多地区的高层建筑建设规模不断扩大，如办公商务楼、大型展馆、会展中心、体育场等。在社会经济的快速发展中，受我国生产工艺和技术水平的影响，高层建筑钢结构设计中仍存在一系列问题。因此，相关部门需要深入分析高层建筑钢结构中存在的问题，研究了高层建筑钢结构设计的优化措施。

2 我国高层建筑结构设计现状

在建筑行业的快速发展中，我国建筑高度不断攀升，从住宅建筑经济实用性和应用普及程度来看，高层建筑使用的钢结构，住宅建筑结构主体主要应用钢-混结构建造和设计高层建筑，且民用高层建筑应用的主体结构是钢结构还是钢-混结构存在很大争议。同时，在现代化住宅产业化的发展中，钢结构具有强度高、自动轻、施工速度快、防潮、抗震性好，为安装和拆卸提供了便利，有利于实施产业化住宅和二次优化设计工作，但钢结构中出现了防火和腐蚀问题，且民用建筑住宅钢结构的经济成本相对较低。在社会经济的快速发展中，国家针对抗震性能提出了硬性指标，传统的砖混结构住宅逐渐被钢-混结构代替，在抗震规范指标的影响下，钢结构主体的成本较低。因此，民用高层住宅建筑普遍实行钢-混住宅结构。

3 工程实例

某办公楼工程的建筑总高度约54.80m，结构高度是49.50m，占地面积是4703.00m2，总建筑面积是24265m2，建筑结构是高层钢结构。通过分析高层钢结构体系发现，高层钢结构的设计内容主要有柱脚设计、组合楼板设计，图1是结构示意图。

图1 高层钢结构设计示意图

4 高层建筑钢结构设计中的关键问题

4.1 高层建筑钢结构的经济性

在现代化社会的快速发展中，建筑工程项目建设高度不断增加，钢结构得到了广泛应用，钢结构设计作为一种新兴的设计理念和设计方式，其具有性能好、稳定性高等优势，但钢材的价格相对较高，其在高层建筑中的应用使得施工成本有所增加。在建筑行业的快速发展中，建筑企业为了获取更多效益，往往会控制用钢量，这在很大程度上影响着高层建筑的安全性能，无法确保高层建筑的安全性。

4.2 抗震设计

钢材是一种抗震性能很强的施工材料，在钢结构设计和制造不满足相关要求的情况下，会因钢结构破坏和失稳出现一系列问题，相关技术人员需要注重高层建筑钢结构的抗震设计。为了做好钢结构建筑的抗震设计，相关人员需要根据房屋高度、结构类型和设计强度合理地选择抗震结构，并注重以下内容：首先，钢结构需要满足变形要求和强度要求；其次，高层建筑钢结构需要使用全钢框架；最后设计人员需要确保钢结构构件之间的有效连接，确保钢结构设计的整体性。

4.3 高层建筑结构空间布局的合理性

在现代化社会的快速发展中，很多高层建筑仍实行传统的设计理念。在钢结构设计准备阶段，设计人员需要深入分析建筑物的使用情况，不能根据自己的判断和传统方案进行设计，这样不仅满足不了业主的要求，还会带来很多安全隐患，为企业带来更多的建设成本，缩短工程项目的使用年限。

5 高层建筑钢结构设计的对策

5.1 注重钢结构的节点设计

在高层建筑钢结构设计过程中，节点设计是其中的重要环节和关键内容。通常情况下，从传力特点的角度进行划分，节点主要分成半钢接、铰接、刚接，受连接方式差异性的影响，会对结构带来不同的念故乡。在高层建筑钢结构节点设计过程中，相关人员需要注重焊接、栓接、梁腹板、连接板的设计。首先，在焊接中，严格规定了焊接的焊缝形式和尺寸；其次，在栓接中，连接高层建筑钢结构的传力螺栓主要是高强螺栓，其强度在10.9s；在梁腹板中，需要验算栓孔位置的腹板抗剪净截面，连接高强承压型螺栓时需要验算局部孔壁的承压能力；在连接板中，要在梁腹板的基础上增加4mm。

5.2 注重技术标准和规范

为了有效地进行钢结构的设计、加工和安装，相关技术人员需要掌握钢结构的相关规范，了解这些规范在国家规范体系中的位置和关系。现阶段，与钢结构工程相关的规范主要有设计、加工制造、施工、安装、材料标准和配件标准等几十到几百种，各项结构类型都有专用的规范，如国标、行标、地方标准、通用标准和专项工程标准。除此之外，相关设计和技术人员需要严格遵守钢结构设计、施工、材料和配件等国家技术性标准，为高层建筑钢结构工程项目建设的实施提供支持。

5.3 钢结构的选型与布置

通常情况下，高层建筑钢结构体系从侧力角度进行分类，在实际工程项目建设中，相关人员需要充分考虑钢结构选型的各项影响因素，如荷载能力、建筑条件、制作安装等，合理地选择抗火性能、抗震性能强的结构体系。除此之外，在布置钢结构的过程中，设计人员需要深入分析结构体系的特点、性质和使用情况。

6 结束语

综上所述，在现代化社会的快速发展中，钢结构产量不断增长，且在国家产业政策的调整下，钢结构在建筑工程中得到了广泛应用。但是，在实际工程项目建设中，设计理念、设计水平、设计人员综合素质还无法满足钢结构建设的实际需求，仍存在很多需要解决的问题，相关人员需要对其进行分析，并实行相应的对策。