淺談鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑工程中的應(yīng)用

李業(yè)華（江西有色冶金建設(shè)有限公司，江西 南昌 330000）

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淺談鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑工程中的應(yīng)用

李業(yè)華
（江西有色冶金建設(shè)有限公司，江西 南昌 330000）

摘 要：超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)對(duì)人們生活居住和辦公效果有著非常大的影響，并且決定了建筑使用功能和特點(diǎn)的展現(xiàn)。但是，受限于各種各樣的現(xiàn)實(shí)條件，鋼結(jié)構(gòu)的施工存在著一些問題需要注意和解決。所以，工程人員對(duì)于超高層建筑的具體施工技術(shù)的掌握，對(duì)于施工的進(jìn)程和建筑的質(zhì)量有著重要的影響。本文對(duì)使用鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的超高層建筑的施工手段進(jìn)行簡單分析，希望對(duì)將來的工程建設(shè)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

一、超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的特點(diǎn)

1 較高的材料強(qiáng)度

鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)目前已經(jīng)成為建筑行業(yè)中的重要組成要素，對(duì)于超高層建筑的建設(shè)同樣有著重要的意義。從材料的角度來看，鋼結(jié)構(gòu)材料有著如下幾種優(yōu)勢。

（1）鋼材有著自身強(qiáng)度高的優(yōu)勢，應(yīng)用在荷載或者跨度較大的工程構(gòu)件中能發(fā)揮出良好的效果，其本身可以非常優(yōu)秀地承受動(dòng)力荷載。

（2）由于鋼材具有良好的抗震性，決定了鋼結(jié)構(gòu)材料有著優(yōu)良的延伸性和吸收能力等特點(diǎn)。因此，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于超高層建筑的抗震性能有著極大的提高，對(duì)比其他的抗震材料，擁有更優(yōu)越的抗震性能。

（3）鋼材的強(qiáng)度更大，于是鋼材制成的構(gòu)件可以做到更小的截面面積，在壓力承受的極限范圍內(nèi)能夠做到穩(wěn)定性更好。

（4）鋼材的內(nèi)部組織更加均勻，能夠在達(dá)到某個(gè)應(yīng)力幅度后處在完全的彈性狀態(tài)，因而在現(xiàn)實(shí)施工時(shí)的使用效果和理論預(yù)期不會(huì)產(chǎn)生大的偏差，材料受力穩(wěn)定性能優(yōu)越。

為了鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到令人滿意的效果，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在加工的過程中要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

2 較短的施工工期

鋼結(jié)構(gòu)工程的施工工期比傳統(tǒng)建筑手段要短，能夠滿足有些工程對(duì)于短時(shí)間內(nèi)完成施工任務(wù)的要求。較短的施工工期能夠大大降低整個(gè)工程的施工工期，節(jié)約時(shí)間成本，使業(yè)主的經(jīng)濟(jì)利益有更好的保障。鋼結(jié)構(gòu)工程的施工工期短是因?yàn)楣こ淌褂玫慕ㄖ牧洗蟛糠质浅尚筒牧?，減少了材料加工所使用的時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。一般為了保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形狀與尺寸的精準(zhǔn)度，工程人員會(huì)選擇專業(yè)的金屬構(gòu)件加工廠來進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工，然后在工程現(xiàn)場進(jìn)行裝配式安裝。針對(duì)已經(jīng)建造好的鋼結(jié)構(gòu)建筑，加固和改造等工作也十分容易進(jìn)行，使用螺栓進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)往往能夠依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行拆改工作。

3 較輕的自重

相對(duì)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的龐大自重，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有自重較輕的特點(diǎn)，這決定了鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果在某種情況下會(huì)大大優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在建筑物的跨度相同、承重能力相同的情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋架的重量超過鋼屋架的3倍。鋼結(jié)構(gòu)自重較輕的優(yōu)勢使得在施工過程中，材料的運(yùn)輸環(huán)節(jié)更加具有優(yōu)勢，使得工程施工能夠得到更加順利的進(jìn)行，同時(shí)降低運(yùn)輸成本。

二、超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1 鋼結(jié)構(gòu)水平力的保證

在超高層建筑的設(shè)計(jì)工作中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)占據(jù)著核心地位，對(duì)于整個(gè)工程的順利進(jìn)行有著至關(guān)重要的意義。為了使建筑物的質(zhì)量得到保障，建筑整體水平力的調(diào)整是需要第一位進(jìn)行考慮的問題，對(duì)于建筑水平力的調(diào)整重點(diǎn)在于以重力為代表的豎向荷載。由于在豎向構(gòu)件中，建筑物的自重和樓面的使用荷載引起的彎矩和軸向力的大小只與建筑物高度的一次方成正比，但是水平荷載對(duì)建筑物產(chǎn)生的傾覆力矩和由此產(chǎn)生的軸向力與建筑物高度的兩次方成正比。所以，在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，雖然豎向荷載也是一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素，但是相對(duì)來說水平荷載更加具有決定性的意義。再者，對(duì)于有著一定高度的建筑物來說，豎向荷載的數(shù)值都是一定的，但是在以風(fēng)荷載或地震作用等為代表的水平荷載，其數(shù)值隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而具有極大的不確定性。高層建筑必須選擇具備承載水平荷載能力較高的材料，鋼結(jié)構(gòu)材料由于其本身的各種優(yōu)越的特點(diǎn)，成為建設(shè)超高層建筑的建筑材料的不二之選。為了在工程建設(shè)時(shí)能夠充分地利用鋼材的力學(xué)特性，滿足建筑物的水平力要求，深刻地了解鋼材特性、正確計(jì)算鋼材的力學(xué)性能、有效地分配鋼材布局、合理地設(shè)計(jì)鋼材使用區(qū)域是每一位設(shè)計(jì)人員的重要任務(wù)。

2 超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

在中低層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)部分僅僅能夠做為連接構(gòu)件，但是對(duì)于超高層建筑來說，鋼結(jié)構(gòu)部分是保障建筑物安全性的重要工程。由此可見，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程在超高層建筑的施工中各項(xiàng)技術(shù)性指標(biāo)的控制是非常重要的。在超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，重要控制指標(biāo)有：構(gòu)件的側(cè)移、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、建筑物的高度、側(cè)向位移以及抗推剛度等，面對(duì)這些控制指標(biāo)容易產(chǎn)生的相應(yīng)問題以及相應(yīng)的控制方案是在設(shè)計(jì)和施工時(shí)都需要關(guān)注的。

（1）豎向鋼構(gòu)件在側(cè)向位移加大、偏心加劇的情況下，會(huì)產(chǎn)生側(cè)移導(dǎo)致的附加內(nèi)力。當(dāng)附加內(nèi)力產(chǎn)生到一定的極限值時(shí)，房屋便會(huì)產(chǎn)生倒塌現(xiàn)象，影響建筑物的使用安全。于是，在超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，合理的對(duì)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須避免豎向構(gòu)件產(chǎn)生位移，防止因?yàn)榻ㄖ镆驗(yàn)樨Q向構(gòu)件側(cè)移帶來的安全隱患。

（2）對(duì)于高層建筑來說，自重帶來的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中低層建筑，對(duì)于自重的控制在設(shè)計(jì)中有著重大的意義。同樣構(gòu)造的建筑使用鋼結(jié)構(gòu)會(huì)比使用鋼筋混凝土自重輕2/3，對(duì)于基礎(chǔ)的承重要求更低，節(jié)省施工成本。同時(shí)，對(duì)于是否使用相同基礎(chǔ)形式的建筑物來說，鋼材由于自身的輕量化優(yōu)勢，可以建設(shè)出高度更高的建筑，節(jié)省土地的使用量。在預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害方面，地震對(duì)于建筑物造成的損害與房屋的質(zhì)量有關(guān)，盡量減輕建筑物的重量在預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的效果上有顯著的效果。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為避免因?yàn)榻ㄖ镔|(zhì)量過大產(chǎn)生的影響，需要合理設(shè)計(jì)鋼材分布，減輕建筑自重。

（3）在超高層建筑使用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要特別注意填充墻的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵阡摻Y(jié)構(gòu)中的填充墻容易產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)受到損害。

三、超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)主要施工技術(shù)

1 地腳螺栓預(yù)埋技術(shù)

地腳螺栓預(yù)埋技術(shù)最重要的控制指標(biāo)就是螺栓的位置，正確的施工標(biāo)準(zhǔn)和工藝是保證鋼結(jié)構(gòu)工程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。在沒有事先決定螺栓位置的情況下，鋼柱的安裝難度會(huì)大大地增加。所以說，施工人員在進(jìn)行螺栓預(yù)埋工程之前需要對(duì)螺栓預(yù)埋的水平軸線和垂直標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格地確定。為確保工程質(zhì)量，在實(shí)際操作時(shí)，按照之前確定好的位置，準(zhǔn)確地進(jìn)行螺栓預(yù)埋，將偏差控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。螺栓預(yù)埋后，要進(jìn)行埋設(shè)位置的測量，并且在澆筑的混凝土凝固之后，要對(duì)埋設(shè)位置進(jìn)行二次測量，確保每次測量的數(shù)據(jù)都在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。

2 吊裝技術(shù)

吊裝技術(shù)包含鋼梁吊裝技術(shù)和鋼柱吊裝技術(shù)等幾個(gè)部分。鋼結(jié)構(gòu)中，主要的豎向構(gòu)件是鋼柱，它和建筑物的層高以及總高關(guān)系緊密，所以對(duì)于鋼柱在豎向荷載作用下產(chǎn)生的壓縮和變形的問題，是鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)需要重點(diǎn)注意的問題，同時(shí)還要考慮焊縫的收縮形變。通常來說，鋼柱的實(shí)際長度會(huì)與設(shè)計(jì)時(shí)的長度有一定的誤差，施工時(shí)，操作人員必須充分顧及鋼柱的各種豎向形變因素，即使是上下兩節(jié)鋼柱的截面形狀和長度完全相同也不能調(diào)換使用，確保工程施工的合理、嚴(yán)謹(jǐn)。在吊裝鋼梁之前，施工人員需要檢查鋼柱的標(biāo)高和軸線距離，以確保鋼梁可以順利安裝。主梁吊裝前需要在梁上安裝扶手桿和扶手繩，確保安裝時(shí)操作人員的安全。一般會(huì)根據(jù)鋼梁的跨度作為依據(jù)，在鋼梁的上翼緣處尋找合適的位置進(jìn)行開孔或焊接“吊耳”，作為吊裝點(diǎn)。

3 螺栓的連接技術(shù)

在高強(qiáng)度螺栓的連接過程中，施工人員需要注重螺栓安裝工藝、節(jié)點(diǎn)處理和螺栓緊固工藝的掌握，為確保工程質(zhì)量，螺栓連接的每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)質(zhì)量都要進(jìn)行嚴(yán)格控制。當(dāng)高強(qiáng)度螺栓的結(jié)構(gòu)架設(shè)調(diào)整完成后，需要對(duì)所結(jié)合的構(gòu)件進(jìn)行矯正處理，避免錯(cuò)位、變形。在螺栓安裝時(shí)，要保證穿入的螺栓都在一個(gè)方向，為施工創(chuàng)造方便的條件。如果螺栓無法順利插入螺孔，需要使用鉸刀修正螺孔，不可強(qiáng)行穿入。

4 焊接技術(shù)

在焊接工程進(jìn)行時(shí)，施工人員必須注意焊接參數(shù)的選擇，選擇正確的焊絲和焊接電流、電壓。出現(xiàn)的問題要進(jìn)行具體分析，在不同的焊接位置要使用適當(dāng)?shù)暮附庸に噥頋M足施工目的。焊接方法可選擇左向焊法，能夠方便于我們清楚的檢查焊縫以及熔池，掌握焊縫的形成。在橫焊時(shí)則會(huì)采取右向焊法。

結(jié)語

超高層建筑已經(jīng)成為城市建設(shè)不可或缺的組成部分，施工人員能否熟練地從理論到實(shí)際掌握鋼結(jié)構(gòu)工程的施工，對(duì)于超高層建筑的工程質(zhì)量有著重大的影響。工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以提高自身能力為前提，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)、總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)，以滿足將來工作的需要。

參考文獻(xiàn)

［1］王衛(wèi)洪.高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)分析［J］.改革與開放，2012，（3）：11-13.

［2］趙寬宏.論建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工中常見的問題及其對(duì)策［J］.河南科技，2014（9）：32-35.

［3］趙玉寶.超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理［J］.黑龍江科技信息， 2014（2）：42-46.

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