高层钢结构建筑工程设计探析

骆瑶

中南建筑设计院股份有限公司 湖北武汉 430000

钢结构在大型体育场馆和工业建筑中应用广泛，并在超高层建筑工程中显示出巨大的优势。结合国家建筑产业政策和建筑工业化规划，以及先进系统的设计理念、配套产品的研发和改进，高层钢结构房屋以其诸多优良的性能，成为建筑工业化发展的主力。本文针对钢结构工程设计的重要性和现状进行综述的基础上，对高层钢结构设计方法及技术要点展开研究。

1 建筑钢结构应用及突出问题

1.1 建筑钢结构应用

建筑钢结构指的是在钢板和热轧型钢材共同施工的情况下构成的以钢为基础的骨架结构。与传统的砖混结构相比，建筑钢结构的强度和韧性比较强，内部组织比较严密、均匀。建筑钢结构具有很多优势，但其建造难度相对较高，适用于桥梁建设、工业厂房和民用建筑中[1]。如世界闻名的法国埃菲尔铁塔属于钢结构建筑工程，塔身是钢架镂空结构，由4条带混凝土水泥台基的铁柱支撑塔身，铁柱由水平横梁连接而成，4个角使用钢筋水泥材料，而全身使用钢铁材料。因此，在现代化建筑工程建设中，施工企业应注重钢结构的应用，实现工程的节能性，实现我国可持续发展的战略目标。

1.2 突出问题

在社会的快速发展中，钢结构在建筑行业中的应用越来越广泛，但其在长期的使用过程中也暴露出很多问题。①防火问题。钢材的耐火性相对较差，设计人员需要做好防火处理工作，提升连接部分的安全性[2]。②人员综合素质问题。建筑工程中的设计人员、施工人员的综合素质直接影响着工程建设的质量，在钢结构设计不规范的情况下，会出现稳定性较差等问题，为后期施工带来很多安全隐患。

2 高层钢结构工程设计技术要点

2.1 深化装配式钢结构建筑施工的设计环节

建筑物的功能是否实现、设计出来的建筑是否具备一定的经济可行性、是否符合当代人们的审美要求，这是现阶段装配式钢结构建筑施工需要着重考虑的重要问题。在装配式钢结构建筑施工的设计过程中，要实现对建筑工程上下部的整合，设计更加合理的预制构件。装配式钢结构建筑施工在外墙及立面的设计环节中，建筑物要实现多样化的设计，提升建筑物整体的美观性，在具体的应用中，要使装配式钢结构建筑施工满足接缝处防火、防水的要求，进行保温隔噪处理。

2.2 楼盖体系设计

钢结构房屋一般采用钢梁+组合楼板的楼盖体系，即在钢梁上铺设压型钢板，压型钢板与钢梁之间用栓钉可靠连接，栓钉传递楼层剪力并确保楼板和钢梁协同工作。压型钢板上浇筑厚60～90mm的钢筋混凝土，形成压型钢板组合楼板。压型钢板在施工时作为模板，施工后与混凝土楼板形成整体并参与受力，可降低楼板用钢量[3]。如果考虑钢梁和楼板的组合作用，即按组合梁进行设计，能提高钢梁稳定承载力的同时，还能显著降低钢梁的截面用钢量。此外，钢结构楼盖体系设计时，通过调整主次钢梁连接、楼板与钢梁的连接等构造方法，能有效降低楼层结构高度，增加楼层净高或减少层高，可获得更大的经济效益。

2.3 极限状态法的核心原理

极限状态法能够有效弥补塑性设计法和容许应力法的不足。极限状态法的核心原理是使用荷载分项系数和抗力取代单一安全系数。当下，极限状态法的应用效果更为突出。由于受到荷载的影响，整个建筑结构往往会呈现出如下两种极限状态：①正常使用极限状态；②承载能力极限状态。其中，承载能力极限状态对应整体结构的安全稳固性，主要指因构件塑性形变与脆性裂变造成的结构损坏。

2.4 钢结构的抗火设计

钢主要是由非燃烧材料制成，在高温下热膨胀系数会不断增加，因而钢的热导率和电阻比较强，会引发火灾蔓延现象，部分钢在600℃的高温中会失去自身的强度，且在火灾中会很脆弱，在高层建筑中还会引发火灾，不易控制。因此，设计人员应该做好高层建筑耐火钢的设计工作。现阶段，我国高层建筑钢结构耐火设计相对落后，整体抗火设计应在组件级别和建筑防火设计的基础上确定。

2.5 优化钢结构工程抗震设计

全面了解钢结构之间的稳定关系，可以进一步优化工程结构稳定性设计。为此，设计人员要加大对钢结构抗震设计的重视。在钢结构设计时，需遵循简洁化、规整化与标准化的基本原则。在钢结构构件连接处理时，结合实际情况进行操作。确保屋架和屋面板、屋架和柱体、柱体和基础的连接稳固性，完善整体钢结构的抗震性能。需要格外强调的是，钢结构的抗震性能与配置位置和支撑形式存在紧密联系[4]。为此，在钢结构设计时，需全面考虑相关因素，尽可能的减小这些因素对钢结构抗震性能的影响。在钢结构设计环节，还要着重注意小规格的零构件，以铆钉为例，铆钉的连接性能在很大程度上决定了整体建筑结构的稳固性。为此，相关人员要根据结构特点选择对应规格和材质的铆钉。

3 结语

本文在对当前钢结构应用中暴露的突出问题进行分析的基础上，结合高层钢结构设计方法，分析了装配式、楼盖体系及极限状态方法在高层钢结构建筑中应用技术，并对抗火、抗震设计中的技术要点展开探讨。综上所述，高层钢结构房屋的发展符合国家产业发展的大趋势，通过精心的计算、合理的设计，必将创造出越来越多的轻钢房屋建筑精品。