浅谈钢结构在高层建筑工程中的应用

2016-11-30李业华江西有色冶金建设有限公司江西南昌330000

中国新技术新产品 2016年11期

李业华（江西有色冶金建设有限公司，江西南昌 330000）

浅谈钢结构在高层建筑工程中的应用

李业华
（江西有色冶金建设有限公司，江西南昌 330000）

摘要：超高层建筑的钢结构施工技术对人们生活居住和办公效果有着非常大的影响，并且决定了建筑使用功能和特点的展现。但是，受限于各种各样的现实条件，钢结构的施工存在着一些问题需要注意和解决。所以，工程人员对于超高层建筑的具体施工技术的掌握，对于施工的进程和建筑的质量有着重要的影响。本文对使用钢结构施工技术的超高层建筑的施工手段进行简单分析，希望对将来的工程建设工作提供参考。

关键词：超高层建筑；钢结构；施工技术

一、超高层建筑钢结构技术的特点

1 较高的材料强度

钢结构施工技术目前已经成为建筑行业中的重要组成要素，对于超高层建筑的建设同样有着重要的意义。从材料的角度来看，钢结构材料有着如下几种优势。

（1）钢材有着自身强度高的优势，应用在荷载或者跨度较大的工程构件中能发挥出良好的效果，其本身可以非常优秀地承受动力荷载。

（2）由于钢材具有良好的抗震性，决定了钢结构材料有着优良的延伸性和吸收能力等特点。因此，钢结构技术的应用对于超高层建筑的抗震性能有着极大的提高，对比其他的抗震材料，拥有更优越的抗震性能。

（3）钢材的强度更大，于是钢材制成的构件可以做到更小的截面面积，在压力承受的极限范围内能够做到稳定性更好。

（4）钢材的内部组织更加均匀，能够在达到某个应力幅度后处在完全的弹性状态，因而在现实施工时的使用效果和理论预期不会产生大的偏差，材料受力稳定性能优越。

为了钢结构技术在实际应用中达到令人满意的效果，钢结构构件在加工的过程中要进行严格的质量控制。

2 较短的施工工期

钢结构工程的施工工期比传统建筑手段要短，能够满足有些工程对于短时间内完成施工任务的要求。较短的施工工期能够大大降低整个工程的施工工期，节约时间成本，使业主的经济利益有更好的保障。钢结构工程的施工工期短是因为工程使用的建筑材料大部分是成型材料，减少了材料加工所使用的时间和劳动强度。一般为了保证钢结构构件的形状与尺寸的精准度，工程人员会选择专业的金属构件加工厂来进行钢结构构件的加工，然后在工程现场进行装配式安装。针对已经建造好的钢结构建筑，加固和改造等工作也十分容易进行，使用螺栓进行连接的结构往往能够依据现场的实际情况进行拆改工作。

3 较轻的自重

相对于传统的钢筋混凝土结构的庞大自重，钢结构建筑具有自重较轻的特点，这决定了钢结构的应用效果在某种情况下会大大优于传统钢筋混凝土结构。在建筑物的跨度相同、承重能力相同的情况下，钢筋混凝土结构屋架的重量超过钢屋架的3倍。钢结构自重较轻的优势使得在施工过程中，材料的运输环节更加具有优势，使得工程施工能够得到更加顺利的进行，同时降低运输成本。

二、超高层建筑钢结构的设计

1 钢结构水平力的保证

在超高层建筑的设计工作中，钢结构的设计占据着核心地位，对于整个工程的顺利进行有着至关重要的意义。为了使建筑物的质量得到保障，建筑整体水平力的调整是需要第一位进行考虑的问题，对于建筑水平力的调整重点在于以重力为代表的竖向荷载。由于在竖向构件中，建筑物的自重和楼面的使用荷载引起的弯矩和轴向力的大小只与建筑物高度的一次方成正比，但是水平荷载对建筑物产生的倾覆力矩和由此产生的轴向力与建筑物高度的两次方成正比。所以，在设计高层建筑时，虽然竖向荷载也是一个需要重点考虑的因素，但是相对来说水平荷载更加具有决定性的意义。再者，对于有着一定高度的建筑物来说，竖向荷载的数值都是一定的，但是在以风荷载或地震作用等为代表的水平荷载，其数值随着结构动力性的不同而具有极大的不确定性。高层建筑必须选择具备承载水平荷载能力较高的材料，钢结构材料由于其本身的各种优越的特点，成为建设超高层建筑的建筑材料的不二之选。为了在工程建设时能够充分地利用钢材的力学特性，满足建筑物的水平力要求，深刻地了解钢材特性、正确计算钢材的力学性能、有效地分配钢材布局、合理地设计钢材使用区域是每一位设计人员的重要任务。

2 超高层建筑钢结构设计控制指标

在中低层建筑中，钢结构部分仅仅能够做为连接构件，但是对于超高层建筑来说，钢结构部分是保障建筑物安全性的重要工程。由此可见，对于钢结构工程在超高层建筑的施工中各项技术性指标的控制是非常重要的。在超高层建筑的钢结构设计过程中，重要控制指标有：构件的侧移、轻质高强材料的应用、建筑物的高度、侧向位移以及抗推刚度等，面对这些控制指标容易产生的相应问题以及相应的控制方案是在设计和施工时都需要关注的。

（1）竖向钢构件在侧向位移加大、偏心加剧的情况下，会产生侧移导致的附加内力。当附加内力产生到一定的极限值时，房屋便会产生倒塌现象，影响建筑物的使用安全。于是，在超高层建筑的钢结构设计过程中，合理的对构件进行设计，必须避免竖向构件产生位移，防止因为建筑物因为竖向构件侧移带来的安全隐患。

（2）对于高层建筑来说，自重带来的影响要远远大于中低层建筑，对于自重的控制在设计中有着重大的意义。同样构造的建筑使用钢结构会比使用钢筋混凝土自重轻2/3，对于基础的承重要求更低，节省施工成本。同时，对于是否使用相同基础形式的建筑物来说，钢材由于自身的轻量化优势，可以建设出高度更高的建筑，节省土地的使用量。在预防地质灾害方面，地震对于建筑物造成的损害与房屋的质量有关，尽量减轻建筑物的重量在预防地质灾害的效果上有显著的效果。在钢结构设计过程中，为避免因为建筑物质量过大产生的影响，需要合理设计钢材分布，减轻建筑自重。

（3）在超高层建筑使用钢结构时，需要特别注意填充墙的设计，因为在钢结构中的填充墙容易产生开裂的现象，导致钢结构受到损害。

三、超高层建筑钢结构主要施工技术

1 地脚螺栓预埋技术

地脚螺栓预埋技术最重要的控制指标就是螺栓的位置，正确的施工标准和工艺是保证钢结构工程顺利进行的基础。在没有事先决定螺栓位置的情况下，钢柱的安装难度会大大地增加。所以说，施工人员在进行螺栓预埋工程之前需要对螺栓预埋的水平轴线和垂直标高数据进行严格地确定。为确保工程质量，在实际操作时，按照之前确定好的位置，准确地进行螺栓预埋，将偏差控制在规范要求的范围之内。螺栓预埋后，要进行埋设位置的测量，并且在浇筑的混凝土凝固之后，要对埋设位置进行二次测量，确保每次测量的数据都在规范要求的范围之内。

2 吊装技术

吊装技术包含钢梁吊装技术和钢柱吊装技术等几个部分。钢结构中，主要的竖向构件是钢柱，它和建筑物的层高以及总高关系紧密，所以对于钢柱在竖向荷载作用下产生的压缩和变形的问题，是钢结构施工时需要重点注意的问题，同时还要考虑焊缝的收缩形变。通常来说，钢柱的实际长度会与设计时的长度有一定的误差，施工时，操作人员必须充分顾及钢柱的各种竖向形变因素，即使是上下两节钢柱的截面形状和长度完全相同也不能调换使用，确保工程施工的合理、严谨。在吊装钢梁之前，施工人员需要检查钢柱的标高和轴线距离，以确保钢梁可以顺利安装。主梁吊装前需要在梁上安装扶手杆和扶手绳，确保安装时操作人员的安全。一般会根据钢梁的跨度作为依据，在钢梁的上翼缘处寻找合适的位置进行开孔或焊接“吊耳”，作为吊装点。

3 螺栓的连接技术

在高强度螺栓的连接过程中，施工人员需要注重螺栓安装工艺、节点处理和螺栓紧固工艺的掌握，为确保工程质量，螺栓连接的每一个工艺环节质量都要进行严格控制。当高强度螺栓的结构架设调整完成后，需要对所结合的构件进行矫正处理，避免错位、变形。在螺栓安装时，要保证穿入的螺栓都在一个方向，为施工创造方便的条件。如果螺栓无法顺利插入螺孔，需要使用铰刀修正螺孔，不可强行穿入。

4 焊接技术

在焊接工程进行时，施工人员必须注意焊接参数的选择，选择正确的焊丝和焊接电流、电压。出现的问题要进行具体分析，在不同的焊接位置要使用适当的焊接工艺来满足施工目的。焊接方法可选择左向焊法，能够方便于我们清楚的检查焊缝以及熔池，掌握焊缝的形成。在横焊时则会采取右向焊法。