摘要：随着我国工业化水平的不断提高，综合国力的不断提升，钢结构建筑得到逐渐推广，钢结构设计理论与钢结构建造技术也相应快速发展。钢结构形式多样，功能强大，但在高层建筑钢结构设计方面，理论与实践需要完善，人才储备和设计水平需要提高。本文主要针对高层建筑钢结构设计中的关键问题进行分析，从结构的体系选型、平立面布置、构件设计、节点设计等方面，探讨高层建筑钢结构设计的各个要点。
关键词：钢结构；设计；高层建筑；问题
钢结构与传统钢筋混凝土结构相比，具有强度高、延性好、自重轻、施工周期短和工业化程度高等优点。我国由于封建制度的束缚，科学发展滞后，长期停留于兴建土木建筑物的水平。直至19世纪末，我国才开始采用钢结构建筑，但前期主要都是用来兴建工业厂房。国家提倡大力发展钢结构绿色建筑，提高建筑安全水平，推动化解过剩产能。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构工程。从重大工程、标致性建筑使用钢结构到钢结构普遍使用，钢结构行业呈现出了从未有过的兴旺景象。高层建筑作为钢结构应用的重要组成部分，其设计理论完善，设计人员素质提升，设计理念清晰，设计要点把握，是确保高层建筑钢结构应用做到技术先进、经济合理、安全试用、质量可靠的重要保证。
1、高层建筑钢结构设计中的关键问题
1.1结构设计参数
结构设计参数的选择，关系到结构整体性能，对结构设计的最终结果是否经济合理至关重要。对钢结构的各项技术指标的确定、性能参数的选择，需要结构设计师利用根据勘察设计数据报告，结合当地的各项地理信息，按照规范条文要求正确选取。钢结构性能指标信息主要包含结构总信息、风荷载信息、地震信息、荷载组合、调整信息、设计信息等等。每项信息里面都有多种参数选择，以地震信息为例，又包括设防地震分组、设防烈度、场地类别、抗震等级、是否考虑偶然偏心、是否考虑双向地震作用、计算振型个数、周期折减系数等等。只有在所有计算参数都正确的基础上，结构计算才能正确合理，结构方案才能经济安全。
1.2“强柱弱梁”、“强剪弱弯”设计
所谓的“强柱弱梁”指的是节点处柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。所谓的“强剪弱弯” 指的是梁、柱的受剪破坏要迟于梁、柱的弯曲屈服。梁、柱是结构体系的重要组成部分，梁、柱构件的力学性能是建筑整体安全的保证。在高层结构抗震过程中，“强柱弱梁”、“强剪弱弯”的框架，有较大的内力重分布和能量消耗能力，抗震性能好。因此，在高层建筑建设中，为了提高建筑结构的抗震性能，将梁、柱设计成“强柱弱梁”、“强剪弱弯”是必然选择。在结构设计中，主要是注意柱应力的富余及梁柱节点的加强等等。
1.3钢结构抗震设计
结构的抗震设计关系到人民的生命财产安全，结构设计师应遵照“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标进行设计。高层建筑由于自重大，相对于地面悬臂多，受到的水平地震作用大，抗震设计尤为重要。高层钢结构建筑宜使用高性能建筑结构用钢（简称高建钢），它具有易焊接、抗震、抗低温冲击等性能。高层建筑工程选址，尽可能不要选择在地形崎岖、地质复杂地区，将环境因素对建筑结构稳定性的影响降至最低。高层钢结构体系应具有简单有效的地震作用传递途径，并且设有多道防线及耗能装置，应使结构在两主轴方向的抗震性能接近，减小甚至避免建筑物的扭转。钢材具有自重轻、强度高、延性好等优点，不仅可以通过自身结构较大的刚度来抵抗地震作用，也可以让结构发生一定的柔性变形，从而吸收、消耗地震能量。这也是近年来钢结构建筑多用于地震多发地带及高层结构、大跨度结构等易受到地震破坏的建筑中的主要原因。
1.4钢结构抗火设计
虽然钢材属于非燃烧材料，但是在高温环境下，钢材具有较高的热膨胀系数，即火灾发生后钢材会出现变形，并且钢材的导热性非常好，又可造成火势加速蔓延。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建筑用钢在260~280°C时，强度开始下降，在450~500°C时，承载能力就会大幅下降，严重危及整个建筑的安全。所以在高层建筑钢结构设计中，要重视防火设计，采用防火保护材料，提高重要结构构件的耐火极限。防火材料应选择绝热性能好、抗冲级、易附着、不腐蚀的防火涂料或不燃型板材。首先应该按照建筑物的建筑功能和火灾危害确定建筑的耐火等级，再确定承重构件的耐火时限最后选定防火保护材料的种类及厚度。
1.5钢结构设计要遵循技术规范及标准
建筑钢结构设计应贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、 经济合理、安全适用、确保质量，而且必须正确地选用并遵守相应的技术规范及标准，如《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《钢结构设计规范》《高层民用建筑钢结构技术规程》等等。熟悉规范及标准的内容，了解其相关的勘误、修正以及更新，严格遵守各项强制性条文，尽量满足各项条文。并且在钢结构设计图中应对所采用的钢材、连接材料的性能指标及施工要求作出允分和明确的规定。
2、高层建筑钢结构设计技术要点分析
2.1钢结构选型与布置
高层建筑钢结构设计时，应参照高层建筑自身的特点，结合考虑其使用功能、受力特点、制作安装等各项因素，合理选择结构形式，合理布置结构的平立面，做到经济合理、安全适用。对不同结构形式、不同构件位置，选用的钢材种类及截面均可不同。如框架结构、框架支撑结构、框架剪力墙结构等的抗震性能及适用高度是不同的，梁、柱、支撑、剪力墙等受力情况是不同的，所以，要结合建筑结构的强度、刚度、稳定性等要求，对钢结构进行合理的选型与布置。结构的选型和布置，可依据结构体系的力学关系、破坏机理、震害影响和工程经验等，从全局控制设计过程。在初步设计阶段，全局构思、比较与选择，结构设计概念的清晰准确，可有效减少不必要结构运算，易于判别计算机计算结果是否可靠，则往往易于获得较优结构方案，有效完成结构设计。
2.2构件设计
钢结构构件包括承重构件及抗侧力构件，设计时按照荷载效应组合，选择最不利情况，验算构件的强度、刚度、稳定性是否满足要求，再根据不满足计算要求的情况，在满足建筑要求的前提下，选择应优先调整构件的截面高度、板件厚度、钢材种类等等。初步设计时需按照建筑的抗震等级相应的构件宽厚比、高厚比要求以及构件的跨度，对构件截面进行估算。构件截面宜设计成双轴对称截面，根据构件的主要受力性能，选择构件截面形状，如钢梁一般选择焊接H型钢，钢柱一般选择组立箱形截面等等。
2.3节点设计
节点连接的承载力高于构件本身的承载力，是各国抗震设计遵循的共同原则。节点一般可分为铰接、刚接及半刚接。钢结构节点连接的形式主要有焊接和栓接两种形式。焊缝连接应尽量减少焊缝的数量及尺寸，焊缝宜对称，控制焊接使得构件变形，避免焊缝相交，保证施焊空间，减少现场焊接，采取有效措施确保焊接质量。螺栓连接时，螺栓的孔距及边距要满足构造要求，连接面要清除油污及浮锈，安装螺栓有有一定的操作空间。节点设计要与实际相符，传力可靠，减少应力集中，便于制作、运输、安装、维护，采取可靠的防腐防火措施。
3、结语
高层建筑钢结构设计，应从工程实际出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度的要求，优先采用定型和标准化的结构和构件，减少制作、安装工序，符合防火防腐要求。高层建筑钢结构设计中关键问题的分析和研究，对于高层建筑设计的安全性具有重要意义，关乎人们的生命财产安全。在高层建筑钢结构设计中，需要注意的问题还有很多，需要在设计阶段、施工阶段加以重视，对存在的问题不断进行研究和改进，才能促进我国高层建筑钢结构设计水平及施工质量的不断提升。
参考文献
[1]罗淋.浅谈建筑钢结构构件性能的检测[J].现代物业(上旬刊), 2015,07(21):64-65.
[2]陈怀志,刘志川,苏凯,程新安.关于钢结构工程设计问题的分析[J].河南科技,2013,06(08):44.
[3]陈虹坤,郭旻.高层建筑钢结构施工的关键技术和措施[J].城市建筑,2013,16(22):69.
论文作者:林志洪
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/3
标签：钢结构论文; 构件论文; 结构论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 截面论文; 节点论文; 《基层建设》2017年3期论文;