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摘要：钢结构在高层建筑中的使用越来越多，在高层建筑的建造过程中如何更好的利用钢结构，主要在于其设计方面。本文从高层钢结构的设计和应用两方面来探讨要如何更好的深化高层钢结构的设计和运用。
关键词：高层钢结构；设计；应用；深化
中图分类号：S611文献标识码： A
引言：
钢结构使用在高层建筑上，其设计和施工的要求都极高，同时设计的优劣将会影响高层建筑的使用效果以及安全性。所以，明确高层建筑的特点，将钢结构的设计更好的融合在高层建筑的特质里面，设计出更加完美的高层钢结构建筑，是我们研究探讨的方向。
一、高层建筑钢结构设计的主要内容
（一）钢结构选型与布置
1.选型。应当按照施工工程的实际情况，对建筑物的使用与荷载功能、安装制作、供应材料等进行综合考虑，挑选抗震功能优良且经济实用的结构形式与体系，针对高层建筑钢结构的设防高烈度选择钢框-支等体系结构。与此同时，还要与建筑工程师及时交流，一起選择符合抗风、抗震要求的平面与立面的布置结构。
2.布置。布置结构需要综合考虑特征体系、分布荷载情况等。通常来说要求均匀的刚度、清晰的力学模型，尽量控制移动荷载与大荷载造成的影响，令其根据最直接的路线向基础进行传递。
（二）估算构件的截面
结束布置结构工作之后，需要估算构件的截面。重点假定支撑与梁柱等断面的尺寸形状。选择的钢梁应包含焊接、轧制的H型钢的截面、槽钢等。按照支座与荷载的相关情况，选择截面的高度应保证在20-2%之间。翼缘宽度按照支撑梁间侧向的距离限值进行确定，可以适当避免整体钢梁稳定性的计算，这种方式得到了普遍推广。截面具有的高度与冀缘宽度确定以后，板件自身厚度可以按照规定的中局部中的稳定构件实施估算。
（三）设计构件
设计构件首先要做的是选择材料。一般主结构采用单一的钢种有利于对工程实施管理。在经济角度考虑，挑选强度不同的钢材也可以组合截面。设计构件过程中，目前使用的规范是通过弹塑性方法对截面进行验算。这与计算结构内力的弹性方法存在着不匹配现象。目前使用的结构设计软件，都有验算截面后的处理功能。因为不断进步的技术程序，一些软件能够将没有通过验算的构件，从既定的截面数据库中增加一级，并且重新自动验算分析，直到通过为止。这样就减少了结构工程师的大量工作，可是需要注意几点：
1.截面预估无法满足时，对截面实施加大应当采用两种方法：不满足强度要求时，一般增加构成截面的板件自身厚度，其中不满足抗弯要求时，应对大翼缘的厚度进行增加，不满足抗剪要求时，应对大腹板的厚度适当增加。
2.变形超出限制时，一般不增加板件的厚度，而是对截面采取增加其高度的方法，否则会造成经济浪费。
（四）节点设计
钢结构设计中节点设计属于重要内容，分析结构之前，就应当考虑节点的具体形式。经常遇到的情况是设计的最终节点与分析结构模型时应用的形式并不一样，这个问题必须要杜绝。根据不同的传力特点，节点可以分为铰接、刚接与半刚接。不同的连接对结构会造成很大的影响，例如，有些刚接节点在弯矩承受方面没有问题。可是会造成比较大的转动，不能与分析结构中的假定吻合。设计的具体内容包括：
1.焊接，一般强制性规定焊接焊缝的形式与尺寸，而且必须遵守。选择的焊条应与金属连接材料匹配；
2.栓接，高层建筑钢结构连接传力螺栓通常使用高强螺栓，适合选择10.9强度等级。选择螺栓的类型可以是扭剪类型，连接型全部使用摩擦类型；
3.连接板，可选择梁腹板的厚度再加上4毫米，之后对抗剪净截面进行验算；
4.梁腹板，对栓孔位置的腹板抗剪净截面实施验算，连接高强承压型螺栓还要对局部孔壁的承压能力进行验算；
5.设计节点还要考虑螺栓的安装、现场焊接等工作空间与吊装构件的具体顺序等。
二、钢结构设计的特点极其原则
1、高层钢结构设计的特点
（一）对高层钢结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。
（二）在对高层钢结构的设计时，必须要进行柱网的布置设计，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。
2、高层钢结构设计的原则
高层钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。
（一）梁柱体系
平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H 形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H 形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。
（二）抗剪体系
分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，结构体系局部刚度较弱，因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。
（三）楼盖体系
一般各层楼（ 屋） 盖均采用钢筋混凝土楼（ 屋） 盖，现在，有部分建筑开始使用成品组合楼板体系， 楼板厚度依结构计算定为110mm，120mm,140mm等。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。
三、高层建筑钢结构施工技术
1、地脚螺栓预埋
在地脚螺栓预埋的过程中，其位置的准确与否对钢结构整体的安装质量有很大的影响。因此，要严格控制标高基准点和基础轴线，定位轴线的偏差应该控制在 ±2m m 之内，而标高偏差应控制在 ±5m m 以内。利用定位钢板进行地脚螺栓的定位固定，可以保证地脚螺栓的定位准确性。在地脚螺栓预埋完成后，要对其进行复测，如果发现位置有偏差，就要对其进行重新布设。
2、吊装
在高层建筑钢结构的施工过程中，吊装是极其重要的一道工序。吊装的速度和质量关系着整个工程的进展速度和质量。在钢结构的吊装过程中，要考虑整个工程的布置和塔吊的位置及数量，计划好吊装的时间和步骤，以保证整个吊装过程的顺利进行。吊装分为以下两个方面，其一是钢柱吊装。钢柱的吊装一般先安装整体框架结构然后再楼板结构，由中间向四面进行扩展，先装主梁后装次梁。为了避免钢柱安装就位时损坏地脚螺栓的丝牙，在安装第一节钢柱的时候，要在预埋的地脚螺栓上加设保护套。其二是钢梁吊装。在钢梁的安装过程中，其重点是在于控制钢梁与钢柱连接形成的整体的垂直度和轴线位置，这要通过限位钢板的临时固定，并通过多次校正来完成。
3、焊接
在焊接的过程中，要以减少焊接变形和降低焊接应力的产生为原则，在平面内采取由中心向四周扩展的方式。在确定焊接工艺之后，再选择相关焊接参数。在钢梁、钢柱吊装及垂直高度确认完毕后，对其进行焊接，在焊接时要确保钢梁、钢柱安装的精度。焊接结束后，操作焊工要打上操作者钢印。焊缝质量检验均按二级检验标准检验。在焊接完成 24h 后对其进行超声波探伤检查，对不合格的焊缝要制定返修工艺，由焊接技术高的焊工按返修工艺返工。
四、结束语
钢结构的高层建筑虽然具有很多的优势，但是，在设计方面必须严格遵循高层建筑的设计原则和特点，确保高层建筑能够拥有足够的实用性的美观性。同时，在使用钢结构建造高层建筑的时候还需要注意一些必要的设计问题，避免建造出来的高层建筑偏离原来的预期。总之，高层建筑钢结构的设计还是需要科学、有效的设计，符合高层建筑的特点。
参考文献
[1]张慎伟. 大型钢结构施工过程计算理论与监测技术[D].同济大学,2007
[2] 杨立文. 试述钢结构设计施工的技术措施[J]. 黑龙江科技信息, 2010, (23)
[3] 李美霜. 轻型钢结构厂房的设计与探讨[J]. 林业科技情报, 2005, (02) .
关键词：高层钢结构；设计；应用；深化
中图分类号：S611文献标识码： A
引言：
钢结构使用在高层建筑上，其设计和施工的要求都极高，同时设计的优劣将会影响高层建筑的使用效果以及安全性。所以，明确高层建筑的特点，将钢结构的设计更好的融合在高层建筑的特质里面，设计出更加完美的高层钢结构建筑，是我们研究探讨的方向。
一、高层建筑钢结构设计的主要内容
（一）钢结构选型与布置
1.选型。应当按照施工工程的实际情况，对建筑物的使用与荷载功能、安装制作、供应材料等进行综合考虑，挑选抗震功能优良且经济实用的结构形式与体系，针对高层建筑钢结构的设防高烈度选择钢框-支等体系结构。与此同时，还要与建筑工程师及时交流，一起選择符合抗风、抗震要求的平面与立面的布置结构。
2.布置。布置结构需要综合考虑特征体系、分布荷载情况等。通常来说要求均匀的刚度、清晰的力学模型，尽量控制移动荷载与大荷载造成的影响，令其根据最直接的路线向基础进行传递。
（二）估算构件的截面
结束布置结构工作之后，需要估算构件的截面。重点假定支撑与梁柱等断面的尺寸形状。选择的钢梁应包含焊接、轧制的H型钢的截面、槽钢等。按照支座与荷载的相关情况，选择截面的高度应保证在20-2%之间。翼缘宽度按照支撑梁间侧向的距离限值进行确定，可以适当避免整体钢梁稳定性的计算，这种方式得到了普遍推广。截面具有的高度与冀缘宽度确定以后，板件自身厚度可以按照规定的中局部中的稳定构件实施估算。
（三）设计构件
设计构件首先要做的是选择材料。一般主结构采用单一的钢种有利于对工程实施管理。在经济角度考虑，挑选强度不同的钢材也可以组合截面。设计构件过程中，目前使用的规范是通过弹塑性方法对截面进行验算。这与计算结构内力的弹性方法存在着不匹配现象。目前使用的结构设计软件，都有验算截面后的处理功能。因为不断进步的技术程序，一些软件能够将没有通过验算的构件，从既定的截面数据库中增加一级，并且重新自动验算分析，直到通过为止。这样就减少了结构工程师的大量工作，可是需要注意几点：
1.截面预估无法满足时，对截面实施加大应当采用两种方法：不满足强度要求时，一般增加构成截面的板件自身厚度，其中不满足抗弯要求时，应对大翼缘的厚度进行增加，不满足抗剪要求时，应对大腹板的厚度适当增加。
2.变形超出限制时，一般不增加板件的厚度，而是对截面采取增加其高度的方法，否则会造成经济浪费。
（四）节点设计
钢结构设计中节点设计属于重要内容，分析结构之前，就应当考虑节点的具体形式。经常遇到的情况是设计的最终节点与分析结构模型时应用的形式并不一样，这个问题必须要杜绝。根据不同的传力特点，节点可以分为铰接、刚接与半刚接。不同的连接对结构会造成很大的影响，例如，有些刚接节点在弯矩承受方面没有问题。可是会造成比较大的转动，不能与分析结构中的假定吻合。设计的具体内容包括：
1.焊接，一般强制性规定焊接焊缝的形式与尺寸，而且必须遵守。选择的焊条应与金属连接材料匹配；
2.栓接，高层建筑钢结构连接传力螺栓通常使用高强螺栓，适合选择10.9强度等级。选择螺栓的类型可以是扭剪类型，连接型全部使用摩擦类型；
3.连接板，可选择梁腹板的厚度再加上4毫米，之后对抗剪净截面进行验算；
4.梁腹板，对栓孔位置的腹板抗剪净截面实施验算，连接高强承压型螺栓还要对局部孔壁的承压能力进行验算；
5.设计节点还要考虑螺栓的安装、现场焊接等工作空间与吊装构件的具体顺序等。
二、钢结构设计的特点极其原则
1、高层钢结构设计的特点
（一）对高层钢结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。
（二）在对高层钢结构的设计时，必须要进行柱网的布置设计，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。
2、高层钢结构设计的原则
高层钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。
（一）梁柱体系
平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H 形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H 形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。
（二）抗剪体系
分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，结构体系局部刚度较弱，因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。
（三）楼盖体系
一般各层楼（ 屋） 盖均采用钢筋混凝土楼（ 屋） 盖，现在，有部分建筑开始使用成品组合楼板体系， 楼板厚度依结构计算定为110mm，120mm,140mm等。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。
三、高层建筑钢结构施工技术
1、地脚螺栓预埋
在地脚螺栓预埋的过程中，其位置的准确与否对钢结构整体的安装质量有很大的影响。因此，要严格控制标高基准点和基础轴线，定位轴线的偏差应该控制在 ±2m m 之内，而标高偏差应控制在 ±5m m 以内。利用定位钢板进行地脚螺栓的定位固定，可以保证地脚螺栓的定位准确性。在地脚螺栓预埋完成后，要对其进行复测，如果发现位置有偏差，就要对其进行重新布设。
2、吊装
在高层建筑钢结构的施工过程中，吊装是极其重要的一道工序。吊装的速度和质量关系着整个工程的进展速度和质量。在钢结构的吊装过程中，要考虑整个工程的布置和塔吊的位置及数量，计划好吊装的时间和步骤，以保证整个吊装过程的顺利进行。吊装分为以下两个方面，其一是钢柱吊装。钢柱的吊装一般先安装整体框架结构然后再楼板结构，由中间向四面进行扩展，先装主梁后装次梁。为了避免钢柱安装就位时损坏地脚螺栓的丝牙，在安装第一节钢柱的时候，要在预埋的地脚螺栓上加设保护套。其二是钢梁吊装。在钢梁的安装过程中，其重点是在于控制钢梁与钢柱连接形成的整体的垂直度和轴线位置，这要通过限位钢板的临时固定，并通过多次校正来完成。
3、焊接
在焊接的过程中，要以减少焊接变形和降低焊接应力的产生为原则，在平面内采取由中心向四周扩展的方式。在确定焊接工艺之后，再选择相关焊接参数。在钢梁、钢柱吊装及垂直高度确认完毕后，对其进行焊接，在焊接时要确保钢梁、钢柱安装的精度。焊接结束后，操作焊工要打上操作者钢印。焊缝质量检验均按二级检验标准检验。在焊接完成 24h 后对其进行超声波探伤检查，对不合格的焊缝要制定返修工艺，由焊接技术高的焊工按返修工艺返工。
四、结束语
钢结构的高层建筑虽然具有很多的优势，但是，在设计方面必须严格遵循高层建筑的设计原则和特点，确保高层建筑能够拥有足够的实用性的美观性。同时，在使用钢结构建造高层建筑的时候还需要注意一些必要的设计问题，避免建造出来的高层建筑偏离原来的预期。总之，高层建筑钢结构的设计还是需要科学、有效的设计，符合高层建筑的特点。
参考文献
[1]张慎伟. 大型钢结构施工过程计算理论与监测技术[D].同济大学,2007
[2] 杨立文. 试述钢结构设计施工的技术措施[J]. 黑龙江科技信息, 2010, (23)
[3] 李美霜. 轻型钢结构厂房的设计与探讨[J]. 林业科技情报, 2005, (02) .