高层钢结构发展

高层钢结构发展（精选10篇）

高层钢结构发展 篇1

摘要：简要介绍了钢结构体系的优势,具体阐述了低层、多层、小高层及高层钢结构住宅的结构体系,分析了我国多高层钢结构体系的发展现状,从而得出钢结构住宅在我国未来的建筑市场将有非常广阔前景的结论。

关键词：钢结构,住宅,结构体系

随着我国在大中城市住宅建筑中禁止使用黏土砖,钢结构受到了工程界的青睐,已成为较有竞争力的民用建筑结构体系之一。与传统的住宅建筑结构体系相比,钢结构不仅具有环保、节能、产业化等特征,而且还具有强度高、自重轻、节约能源、抗震性能好等优点。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展纲要(草案)提出,“十五”期间应以多高层钢结构房屋为突破点。

下面就钢结构的特点,多高层钢结构住宅结构体系及我国多高层钢结构的发展现状等问题做进一步讨论研究。

1 钢结构体系具有的优势

1)大跨度、大开间,有利于功能、空间的灵活布置。2)钢结构体系具有良好的抗震性能。3)自重轻,降低基础造价。4)运输、安装工程量减少,提高施工效率。5)提高住宅的有效使用率。6)钢结构的质量容易保证。7)管线布置方便。8)优越的环保性能。

2 钢结构住宅的结构体系[2]

2.1 低层钢结构住宅的选型

1)框架结构体系。这种体系在低层钢结构住宅中得到较早的应用,它构造简单,施工速度快,技术难度小,同时由于低层住宅对水平荷载的要求不高,避开了框架结构弹性刚度差的缺点,梁与柱之间的连接采用刚接,各部分刚度分布均匀,框架体系是一种延性体系,在建筑设计和平面布置上还具有很大的灵活性。2)轻钢龙骨结构体系。这种体系是随着钢结构技术的不断成熟而产生的,已经成为低层钢结构住宅主要的结构体系之一。从目前国外已经应用的轻钢龙骨结构体系来看,它主要可以分为冷弯薄壁型钢格构式结构体系和热轧型钢龙骨结构体系两种。这两种类型的龙骨结构体系的主要区别是前者的竖向结构为墙元,而后者为单根柱,并且柱从下到上是连续的。轻钢龙骨结构体系为铰接结构体系,其优点:首先是组成体系的结构构件的尺寸比较小,可将结构构件隐藏到墙体内部,有利于建筑布置和室内美观;其次是省去了梁柱刚接所带来的许多焊接以及高强螺栓连接费用。因此,轻钢龙骨结构也使钢结构住宅的优点更加突出:高强、自重轻、抗震、可随意拼接、耐久、工业化生产和施工安装速度快等,具有较高的综合经济效益,被广泛地应用在现代低层钢结构住宅中。3)工厂预制板式结构体系。这种结构体系主要是用板作为主要的承重结构,国外采用最多的是带钢骨架的墙板、楼板及屋面板,它们自身就可承重,利用工厂工业化安装好预制承重板,可以快速在施工现场拼装出低层住宅,低层住宅在我国的发展比较快,像广东番禹的金业花园别墅、东莞的300栋别墅、大连的水晶轻钢样板房、大连枫桥园联体别墅等。在我国城镇化的过程中,每年有相当数量的农民转为城镇人口,但仍还是独立式住宅。

2.2 多层及小高层钢结构住宅的结构体系

1)纯钢框架体系。

该体系是多层钢结构住宅最常见的结构体系之一,它将梁柱构件刚接,依靠梁柱受弯来承受竖向荷载和水平荷载,这种体系的主要特点是:传力路线明确,建筑平面布置灵活,可以做成大开间,充分满足建筑布局上的要求,制作安装简单,但抗侧移刚度小。因此,基于抗震验算要求,其建造楼层一般不应超过12层。柱子可以采用轧制或焊接工字钢、方钢管、圆钢管或冷弯型钢组合截面,也可以采用钢管混凝土。

2)钢框架—支撑体系。

这种体系借助支撑来承受水平力和提供侧向刚度。当房屋较高时,它比纯框架来得经济,比较适用于7层～15层的住宅。这种体系是在钢框架中沿房屋进深方向布置钢支撑,或沿房屋进深和纵向布置,有时还可以连接成支撑芯筒,以此获得较大的抗侧移刚度。这种体系适用于小震或中震作用,抗侧移刚度足以承受侧向水平力。支撑框架主要可分为中心支撑框架、偏心支撑框架和近年来研究的内藏钢板支撑剪力墙结构体系。

3)交错桁架体系。

该体系由一层楼高、跨度等于建筑全宽的桁架组成,它的两端支撑在房屋外围纵列钢柱上,不设中间柱,在房屋横向的每列柱轴线上,这些桁架隔一层设置一个,而在相邻柱轴线则交错布置,在相邻桁架间,楼板一端支撑在桁架的上弦杆,另一端支撑在相邻桁架的下弦杆,垂直荷载则由楼板传到桁架的上下弦,再传到外围的柱子,这种结构体系主要用于15层～20层的旅馆、汽车旅馆、集体宿舍、老年公寓和住宅,其优点主要有:满足建筑上大开间的要求,结构上又可采用小柱距和短跨楼板,使楼板厚度减小,能减轻结构自重;腹杆可采用斜杆体系和华伦氏空腹桁架体系相结合,便于设置走廊;桁架隔层布置且主要受轴力,有利于缩小框架柱断面;框架横向刚度大,侧向位移容易满足(纵向要适当设置支撑或做成框架);用钢量较低,较经济。

4)钢框架—剪力墙体系。

该体系可细分为:钢框架—混凝土剪力墙体系、钢框架—带缝混凝土剪力墙体系、钢框架—钢板剪力墙体系以及钢框架—带缝钢板剪力墙体系。

2.3 高层钢结构住宅的结构体系[3]

一般地,用于钢结构的高层住宅体系除了钢框架—支撑体系、钢框架—剪力墙体系外,还有钢支撑及框架—中心支撑双重抗侧力体系以及钢与混凝土筒体组合结构等几种形式,可以预计,随着我国经济建设的发展和钢结构整体技术水平的提高,高层建筑采用钢结构的综合经济效益将更加显著,若同时考虑钢结构在施工上的其他优势,高层建筑采用钢结构还是较好的选择之一。但是,住宅在100 m以上高层并不太适合居住,所以高层建筑钢结构住宅应控制在一定高度以内。

3 目前我国住宅建设的基本情况

2000年～2005年,全国城镇住宅竣工面积约3 825亿m2,平均每年638亿m2,其中2005年城镇竣工住宅725亿m2。城镇化进程加快带动住房需求增长。国家“十五”发展计划将“积极稳妥推进城镇化进程,建立布局合理、功能完善、结构协调的城镇体系”作为一项战略任务。预计到2010年城市化水平将达到45%,城镇人口将增至6.3亿,城镇人口增加将带来较大的住房需求;居民消费结构升级,带来了改善住房条件的需求。新世纪我国已进入全面建设小康社会,加快推进社会主义现代化建设的新的发展阶段,国民经济预计平均每年以7%以上的速度增长,城镇居民可支配收入也将保持持续增长,消费结构升级速度加快,改善住房条件的要求日益强烈,带动住宅建设增长;城镇居民居住质量差异较大。目前城市家庭中,有12%的家庭人均住房建筑面积在8 m2以下,27%的家庭人均住房面积在8 m2～10 m2,41%的家庭住房水平还低于平均水平。解决住房苦乐不均问题的根本途径是加快危旧住房的改造,加快住宅发展。因此,在相当长一段时期,我国住宅建设仍处于总量增长型发展时期。

另外,自1996年我国钢铁产量突破亿吨大关,成为世界第一大钢铁生产国,政府开始鼓励民用设施使用钢材,其中建筑业用钢成为消化多余钢材的主要渠道之一,钢结构建筑开始越来越多地占领了建筑市场。另一方面,随着人民生活水平的不断提高及国家住房分配制度的改革,住宅消费日益成为热点,住宅产业成为拉动居民消费需求、推动国民经济发展的新的增长点。研究发展钢结构住宅既消化了钢材市场的过剩产品,又推动了住宅产业化的进一步发展,可谓一举两得,因而得到国家政府部门的大力支持与推广。随着城市建设的发展及人们对住宅品质要求的不断提高,城市改造需要拆除大量旧建筑,钢结构装配化建造方式使其比传统结构的拆除更容易,钢材回收利用率高、拆除成本低、污染小,符合可持续发展的要求。

4 结语

随着人民生活水平的改善,审美层次的提高,钢结构住宅以其通透流畅的空间形式,轻盈灵巧的外观造型赢得居民的青睐,符合全面建设小康住宅“一、二十年不落后,三、四十年可改造”的要求。目前我国住宅建筑的需求量很大,全国每年竣工的城乡住宅建筑面积达5亿多平方米,如果其中的10%采用轻钢结构住宅,建筑面积即可达5千万m2,因而具有非常广阔的市场前景。

参考文献

[1]王强.民用高层钢结构建筑施工技术[J].山西建筑,2008,34(6):164-165.

[2]《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(下册)[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]李国强.多高层建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[4]郑为国.小高层钢结构住宅体系及性能研究[D].西安:西安工业大学,2005.

浅谈高层钢结构抗震措施 篇2

关键词：高层建筑；钢结构；抗震性；措施

随着我国城市建设的不断发展，建筑行业也逐渐发展起来，出现了很多不同于传统的建筑造型的新时期的建筑，它们不仅造型美观新颖，而且还能够更多的满足人们的需求，同时给城市新增了一道靓丽的风景线。新时期建筑的空间布局发生了变化，以往的结构分析方法已经不能够满足如今建筑结构布局的变化，尤其是对建筑的抗震性的分析造成了不小的影响。目前，分析手段和分析方法都有了不同程度的提高，这就为建筑抗震性的分析提供了有利的条件，同时也大大促进了高层建筑的结构分析和空间布局的进一步发展。

1、高层钢结构的抗震结构阐析

①建筑物的结构不同，其抗震的效果自然就会产生差异。一般混凝土的建筑虽然抗压性能还是不错的，但是那只是应对一方的压力，如果压力同时来自于压力和拉力的话，房屋就有可能承受不住，而最终导致整体垮塌。当地震来临时，地震波的冲击力是各个方向的，很容易造成房屋的倒塌。如果建筑用的是钢结构是在一定程度上可以缓解上述危险的，因为钢结构有比较好的延展性，可以把地震波的冲击力有效的抵消，这样就很好的保护建筑物和人的生命安全，钢结构的高延展性有效的减轻了震感。②钢结构不仅具有良好的延展性，其弹塑性也是比较理想的，正是因为这样，它可以通过塑性变形对地震的输入能量进行有效的消耗和吸收，从而进一步的增强了建筑物的抗震能力。还有一个重要的原因就是由于它本身的结构自重比较轻，这就在一定程度上减轻了地震的作用影响。它的优点还不仅于此，高层建筑钢结构还具有环保节能、施工周期短和工业化程度高等特点。

2、我国高层钢结构建筑抗震研究的现状

(1)我国对建筑物抗震结构的设计主要是采用两种途径，第一种是针对结构本身来说的，通过改善其本身的结构特征来实现控制结构模态，使之优化。第二种就是预测和跟踪外荷载量，进而改变建构设计的动力性，实现对其的主动控制。

(2)建筑物结构抗震的计算我国通常采用的是振型分解反应谱，这种方法就是统计大量的地震反应谱，取其平均值来具体确定。这种方式虽然是经典的计算方式，但是如果是在长周期内这些记录的数据就会失真，那么高层建筑的钢结构设计也会随之出现问题，所以，长周期段的反应谱有待于进一步的探究。

(3)通过每次地震过后对建筑物破坏的总结可以看出，地震的破坏力远超出了建筑物结构变形的最大限度，因此，建筑物的结构主体被损坏或是倒塌。我国目前所采用的建筑抗震结构设计主要是以建筑承载力为基础，并且以结构的动拉应力为控制指标。鉴于此，美国在20世纪90年代提出了以抗震结构的变形为另一种控制指标，这种新的控制指标可以使建筑物的变形要求达到地震作用下的变形要求。3高层钢结构抗震措施的具体阐述

(1)建筑物抗震设计的基本方式。要对建筑物的抗震设计做全方位的考虑，首要的就是了解地震的作用力的具体情况。我们都知道地震的作用是一个十分复杂的情况，地震的作用力对于建筑物造成的影响是由于地壳运动引起的惯性冲击力，并且这种作用力不只是水平方向上的还有垂直方向上的以及转动力，这就造成了地震作用具有很大的不确定性。那么，建筑结构抗震设计的计算方面需要在结合地震作用的特点和规律的基础上尽量的简化。目前，我国对于地震作用的计算方法可以分为两种形式：①以简化法为主；②比较复杂的精细的计算方法。

(2)上述内容中我们已经提到了一种计算方法那就是反应谱法，这种方式主要是指在实际地震过程中进行结构反应。通过这一方法的理论层面我们可以了解到建筑物反应的计算是根据地震的实际地面运动来计算。构成地震的反应谱曲线的主要因素是单指点弹性体系以及体系自振周期与实际地面运动之间的函数关系，反应谱也是有不同的种类，以地震的不同作用为依据，分为两种反应谱法，即扭转耦连的振型分解和平动的振型分解两种反应谱法。

(3)按照弹性地震反应谱理论，有一种计算地震作用力的简化方式，就叫做底部剪力法，我们要明白的一点就是单质点的水平地震作用与结构底部的地震剪力是相等的，这样就可以进一步的了解地震作用沿高度的分布，那么在具体的计算时，建筑物的抗震设计的重点是在楼盖的部位，并且在建筑物的主轴方向一定的切记只能考虑一个自由度。

(4)通过上面内容介绍，我们了解到很多建筑物在进行抗震设计时采用的是反应谱法，这种方法主要是从静态的角度转化地震的作用力，进而对其结构进行弹性静力分析，从而得到地震作用下建筑结构的变形承载力，在运用相应的公式来求得建筑结构设计中的弹塑性变形的范围。这种只是简单的分析方法，但也可以保证大部分的建筑结构的变形和抗震能力，但是有些灵活多变的内在因素很难得到确切的了解。这种情况很难判断出建筑结构在地震时可能存在的危险以及可能发生的危害，因为只是经过简单化的计算，建筑结构设计的安全性是很难得到有效的保证。随着科学技术的不断发展，出现了一种动态分析法，它是将建筑物做为弹性系统，然后输入地面地震加速度值，对运动的方程直接积分，然后在计算机中得出所需要的各方面的数值，根据此数据值然后做出相应的设计就比简单分析法更加准确，更容易掌控全局。

(5)具体的对策与方法：①钢结构运用到高层建筑中，考虑到高度的限制原因会在建筑体系的框架设计中常常设计支撑。②在高层建筑结构中设置水平加强层可以有效的控制楼层的层间位移和顶点位移。③前面两点中提到的建筑结构设计时设计支撑以及水平加强层，可以提高建筑整体的刚度，并且可以减少建筑结构中的柱和梁的设计，这样就有效的减少了钢筋的数量，这就会收到很好的经济效果。当然不同的支撑设计对地震的作用和影响的有不同的效果。

(5)在建筑钢结构的的设置中有很重要的一个环节就是巨型梁的设计，因为巨型梁的设置对于建筑物的抗震能力是有很大的影响的。通过实践证明，巨型梁的设计要根据具体的实际情况，而不是越多越好，要适中，并且它的设计要在保证建筑结构的抗侧刚度的基础上，自身的刚度也养保持一致，这样才能有更好的抗震效果。

4、结束语

浅析我国高层建筑结构发展趋势 篇3

一、高强度新型材料的开发

随着建筑物高度的增加, 结构面积占建筑使用面积势必会越来越大, 为了解决面积和建筑面积比例悬殊的不合理问题, 研发采用新型高强度材料不可避免。随着高强度混凝土的研制和发展, 其强度和韧性相较于普通混凝土均有大幅度的提高。例如C80和C100强度等级的混凝土在超高层建筑中已经得到了广泛应用, 并且必定对高层结构的发展产生深远的影响。而随着钢结构的进一步发展, 尤其是耐火钢材的出现更是解决了钢结构的耐火性问题。因此, 耐火钢材的出现将使钢结构的竞争力大大增加, 可以预见在今后的高层结构中, 高强度的混凝土和钢材料必不可少。

二、组合结构的进一步应用

将钢筋混凝土和钢结构结合起来, 利用钢筋混凝土的刚度抵抗水平荷载, 利用钢材的轻质和良好的跨越性能构造楼面。这种结构可以取得经济合理、技术性优良的效果。在强震国家日本, 组合结构高层结构更是发展迅猛, 其数量已经超过了混凝土结构的高层建筑。组合结构一般有以下几种结构:外包混凝土组合柱, 钢管混凝土组合柱, 外包混凝土的钢管混凝土双重组合柱。尤其是钢管内混凝土在三轴受压的状态下, 竖向承载力得到了显著提高, 可以节省大量钢材。随着混凝土强度的进一步提高和施工技术的进步发展, 组合结构在高层建筑结构中的应用将得到进一步的推广。

我国在高层建筑中大量应用框架——剪力墙结构体系, 对于超高层建筑, 则开始应用筒体结构体系。另外, 采用钢框架结构替代钢——混凝土框架结构与混凝土剪力墙结构, 可以进一步优化框架——剪力墙结构体系, 增强侧向刚度和以及提高竖向承载力, 在钢筋混凝土的结构基础上可以完全发挥钢结构良好的抗拉性能和混凝土的抗压强度。

三、减轻结构自重

高层建筑减轻自重有着非比寻常的意义。在同样的地基情况下, 减轻房屋自重意味着在不增加基础的造价的情况下就可以多建层数, 可以明显提高经济效益。更重要的是, 减轻自重能够有效抗震。因为地震作用效应与建筑的质量成正比, 建筑越重, 不仅仅作用在结构上的地震剪力大, 而且附加的竖向轴力同样很大, 产生更大的附加弯矩, 对建筑物的抗震极为不利。

因此, 在目前的高层建筑中, 已经开始推广应用轻质外墙板、轻质隔墙以及新型轻质混凝土材料, 以此来减轻建筑物的自重。美国的高218米的贝壳广场大厦就是轻质高层建筑的良好例证。

四、高层构件的立体化

在高层建筑中, 水平荷载和地震作用将成为主要的控制因素。而在水平荷载作用下, 竖向构件提供的抗侧移刚度显得格外重要。在各类竖向构件中, 竖向线性的抗侧移刚度很小;竖向平面构件只在其平面内具有较强的抗侧移刚度, 在其平面外基本上没有抗侧移能力。

相比之下, 框筒或者是墙筒在任何方向的水平力作用下, 均有宽大的翼缘部位参与抗拉抗压, 具有很大的抗侧移和抗扭刚度。毫无疑问, 类似结构将在高层结构的发展中占据越来越重要的地位。

五、高层建筑形式的多样化

我国高层建筑早期的用途单一, 经过不断地发展, 为了适应建筑功能的需要, 向多用途、多功能发展, 高层建筑平面布置和立面体型都日趋复杂。

为了体现个性, 追求创新, 结构平面的形式多种多样, 如三角形、梭形、圆形、弧形、八角形、扇形, 以及多种形式的组合等均多采用;高层建筑的立面体型也有着相当丰富的选择, 立面退台、部分切块、尖塔、挖洞、大悬臂等各种形式均有采用。

六、高层建筑的消能减震

高层建筑结构的减震分为主动消能减震和被动消能减震。主动减震是由计算机控制的, 通过各种驱动器对结构进行主动控制和混合控制的的各种作用过程;而被动减震有耗能支撑、带竖缝剪力墙、被动调谐质量阻尼器等。目前, 在美日等国家各种消能减震装置已经得到了广泛的应用。在我国, 已经有部分高层建筑开始应用这种技术。

随着社会的不断进步发展, 要求创造一个平稳、安全、舒适的办公环境的必要性不断增加, 因此, 高层建筑的消能减震控制有着极大的发展空间和广泛的应用前景。

七、小结

我国建筑业面临着极为广阔的发展前景, 高层建筑的发展更是中国社会发展的必然结果。事实已经证明, 高层建筑不会衰亡, 将继续保持着旺盛的发展势头。在确保安全可靠的前提下, 将不断节省材料和降低造价, 不断发展新型材料, 不断更新高层结构设计理念。

摘要：在进入21世纪以来, 为了适应城市的迅猛发展以及居民的需要, 高层建筑逐渐成为了土木工程中重要的一个版块。本文将从高层建筑结构施工和应用过程中可能出现的问题的角度对高层建筑结构进行分析, 并对未来高层建筑结构发展趋势进行预测。

关键词：高层建筑,结构,发展

参考文献

[1]彭伟.《高层建筑结构设计原理》

[2]沈小璞.《高层建筑结构设计》

多层及高层钢结构安装工程浅谈 篇4

【关键字】钢结构；安装；厂房；施工技术

1、引言

在目前的建筑工程项目中，安全、健康、舒适的建筑环境是人民对建筑业的主要追求，也是现代化社会发展的核心环节。钢结构作为目前建筑工程施工中不可缺少的一部分，其以自重轻、强度好和抗震性能高等优势为主受到了人们的高度重视，同时在钢结构工程施工中，更是具有着施工效益高、速度快、节能环保能力强等优势成为我国国民经济发展和建筑生产行业的核心重点，更是整个工期和施工质量的关键点。因此在目前的工程建设中，加强工程的质量和钢结构安装整体性十分必要，对于整个施工质量和工程进度有着不容忽视的重要作用与意义。

2、钢结构施工中的缺陷问题

在目前的建筑工程施工项目中，造成钢结构安装施工质量和缺陷的存在原因较为复杂，有些是由于在施工的过程中安装施工工艺不当造成的，也有些是由于违反了施工规定和相关的规范而引起的，更有甚者是由于施工人员技术水平低、施工敬业精神不可靠而造成的施工质量忽视和缺陷存在等原因。因此就目前的建筑工程施工而言，其在施工的过程中还存在着种种质量缺陷与不足隐患。

在当前的钢结构工业厂房生产和建设的过程中由于其本身的生产要求使得在生产建设的过程中必须要具备施工速度快、效率高以及抗震性能好等优势。而钢结构恰恰都具备了这诸多的要求和工程质量问题，因此在目前的施工建设中得到了人们的高度重视与关注，同时在施工的过程中其施工质量和施工效益更是备受人们的青睐和欢迎。但是在这种施工基础上，由于钢结构施工质量问题造成的工程缺陷和隐患也比比皆是，最为常见的工程质量缺陷与隐患主要表现在以下几个方面：

2.1材质问题

就目前的钢结构工程施工而言，其在施工的过程中所采用的钢材大多都属于低合金高强度钢筋，在施工的过程中这些施工环节和合金元素在施工的时候起总量约为整体总数量的五分之一，且对于屈服度的控制和强度要求在275Mpa以上，这种钢材结构在应用的过程中由于具备了良好的焊接性和成型的优势而受到广泛的关注与重视，且这些工程环节在施工的过程中一般都是采用钢结构较好的强度和成钢。目前我们在施工的过程中对于钢材大多都是直接运输到工程现场然后进行保管的方式，但是在运输、储存等方面由于受到各种自然因素和人为因素的影响而成为目前工作人员施工的主要技术隐患，这就需要我们在施工的过程中针对各种质量隐患和施工缺陷进行系统全面的处置，避免由于在施工的过程中整体性能差而引起了相关的施工缺陷和隐患。

2.2施工问题

钢结构在施工的过程中其任何一个部位和环节都会出现问题的，且这些质量问题更是一种相互变动和相互发展的过程。一般而言，在目前的建筑工程项目中，钢结构工程一旦出现质量问题，都极容易引起整个工程质量发生变动，且造成了严重的质量隐患和安全事故。在目前的建筑工程中，我们极容易出现种种的质量问题和不良现象，且这些问题的存在大多都是在钢结构安装施工的过程中出现的。一般来说，钢结构的施工极为方便，且在施工的过程中是一种以施工质量流程为基础的工作模式，在施工技术的指导下，通常我们都是针对整个安装质量问题和施工隐患环节进行全面的处治和保护，对于各个施工环节都必须进行严格的总结和分析。

2.3失稳问题

失稳现象可以说在目前的钢结构工程安装中是一种屡见不鲜的工程质量缺陷，其在施工的过程中主要是由整体性失稳和结构件失稳两种不同的情况构成的，其在施工的过程中是一种结构面外部失稳的现象和工作模式，且在施工的过程中对于面内不存在着其他的失稳现象和失稳模式。在目前的建筑工程项目中，对于整个构建整体造成的失稳现象需要我们在工作中及時的进行总结和处理，根据整个构建的内力结构相关的环节进行严格的处理和总结，这种问题通常都是表现在内部零件方面的质量缺陷问题。

3、钢结构安装施工要点

3.1加强钢材检验

在钢结构安装的过程中，我们必须要针对各个钢材构件和器材的质量进行总结和分析，针对在施工的过程中设计标准、构件的尺寸等方面进行严格的总结和处理，且在施工的过程中我们还需要针对钢结构的安装标准和相关国家规范进行完善和优化，这对于整个工程的施工质量和施工管理要求都存在着巨大的管理和控制要求，且在施工的过程中针对其中存在的种种质量缺陷和隐患问题加以研究和总结，使得其能够满足社会发展需要。对于施工的过程中钢材结构内部的夹层数分析总结，其一旦超过应有的施工标准和施工质量，极容易引起施工出现不必要的隐患，这就需要我们在工作的过程中根据设计 标准进行全面系统的优化，确保施工质量能够满足发展需要。对于一些不达标的零部件，在用于非承重中非重要部位时，应当在安装完成后进行DNT检测。

3.2钢构件的制作

钢构件的制作是整个钢构件安装施工的首要工序，钢构件制作质量的好坏直接影响着后续工作。在制作钢构件前，必须熟悉图纸，严格按照图纸放样下料，严禁不熟悉图纸制作钢构件或擅自修改图纸制作钢构件。要严格检查并控制钢构件制作胎架划线、搭设尺寸、拼装基准线以及定位方式。钢构件制作中，要及时的针对容易出现的各类问题进行控制，在长条或薄板类型构件中要切割出容易发生变形的部分。

3.3钢结构的焊接

焊接是钢结构安装施工中的隐蔽工程，极容易产生质量问题，此类总是必须专业的检测公司应用专业的检测工具才可以检测出来，但一旦产生问题会给整个钢结构工程造成巨大的质量隐患，因此在焊接时必须严格注意。采用火焰切割时，应当将钢材切割边缘附近表央的锈迹、污渍清除干净，采用精密切割高氧气纯度的方式。

3.4钢结构的装配

钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。

4、结束语

高层建筑结构技术的发展与成就 篇5

解放前, 在上海、广州、天津等城市, 由国外设计建造了少量高层建筑。新中国成立后, 五十年代我国开始自行设计建造高层建筑, 如北京的民族饭店 (14层) 、民航大楼 (16层) 等。六十年代建成的广州宾馆 (27层) , 其高度与解放前最高的上海国际饭店相同。七十年代北京、上海、广州等地建成了一批剪力墙结构住宅和旅馆。1975年广州白云宾馆 (剪力墙结构33层、112米) 的建成, 标志着我国自行设计建造的高层建筑高度开始突破100米。八十年代我国高层建筑发展进入兴盛时期, 十年内全国 (不包括香港、澳门、台湾) 建成10层以上的高层建筑面积约4000万平方米, 高度100米以上的共有12幢。1985年建成的深圳国际贸易中心 (筒中筒结构、50层、160米) 是八十年代最高的建筑。九十年代我国高层建筑进入飞跃发展的阶段。截至1998年末, 全国 (不包括香港、澳门、台湾) 建成的10层以上高层建筑面积约2亿5千万平方米, 高度100米以上的高层建筑达200幢, 其中150米以上的100幢, 200米以上的20幢, 300米以上的3幢, 最高的上海金茂大厦88层、365米、塔尖高度420米。1995年发布的世界最高的100栋建筑中上海金茂大厦、深圳地王大厦 (81层、325米) 和广州中天广场 (80层、322米) 分别列为第4、13和14名。另有460米高的上海环球金融中心正在建造中。特别值得提及的是, 我国的超高层建筑绝大多数建于地震区。

二、高层建筑结构体系的多样化和复杂性

七十年代以前, 我国的高层建筑多采用钢筋混凝土框架结构、框架—剪力墙结构和剪力墙结构。

进入八十年代, 由于建筑功能以及高度和层数等要求, 筒中筒结构、筒体结构、底部大空间的框支剪力墙结构以及大底盘多塔楼结构在工程中逐渐采用。

九十年代以来, 除上述结构体系得到广泛应用外, 多筒体结构、带加强层的框架—筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构等也逐渐在工程中采用。

由于建筑功能的改变, 使结构体系、柱网发生变化, 因此主体结构要发生转换, 即由上部剪力墙结构到下部筒体框架或框架剪力墙结构的转换;或主体结构由上部小柱网、薄壁柱到下部大柱网的转换。

结构体系的转换及立面体型变化丰富的结构在地震区建造难度较大, 还有待于进一步深入研究, 并经历强震的检验。

三、高层建筑结构设计方法不断创新

高层建筑结构的分析计算已基本告别传统的手工计算而采用计算机程序计算, 基本上都采用三维空间结构分析计算程序。常用的计算分析模型有, 空间杆—薄壁杆件分析模型、空间杆—墙组元模型及空间杆—壳元分析模型。

在总结科研、设计、施工的基础上, 1980年颁布施行了我国自行编制的《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定 (JZ102-79) 》, 通过实践应用又积累了更多的经验, 在1991年修改为《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 (JGJ3-91) 》。九十年代以来由于钢结构、钢—混凝土混合结构的兴建, 1998年我国编制了《高层民用建筑钢结构技术规程 (JGJ99-98) 》。最近由于体型复杂的高层建筑增多及超过200米的超高层建筑的出现, 需要对《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 (JGJ3-91) 》进行修订, 修订后名称为《高层建筑混凝土结构技术规程》, 内容将包括:总则、荷载和地震作用、常规高度结构设计的一般规定、结构计算分析、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架—剪力墙结构设计、筒体结构设计、复杂高层建筑结构设计、混合结构设计、超高层建筑结构设计、基础设计、高层建筑结构施工等, 将更适合高层建筑结构的设计应用。

四、高层建筑结构施工技术迅速发展

高层建筑由于对抗震、抗风的要求高, 且建筑多样化, 层数、高度日益提高, 九十年代以来国内高层建筑的施工方法是以全现浇钢筋混凝土施工为主体, 另外由于钢结构和钢—混凝土混合结构的兴建, 需辅以此类结构的预制安装方法和多种混合施工方法。

在高层建筑基础采用大体积混凝土施工技术方面取得了经验, 其主要措施为:减少水泥水化热, 采用较低水化热水泥, 掺粉煤灰和减水剂, 提高砼抗拉强度;采用泵送预拌混凝土、分段、分层连续作业的合理浇捣方法, 并及时养护及进行测温监控。新上海国际大厦基础底板76米×72米, 主楼底板厚3.5米, 裙楼底板厚3米, 不设结构缝, 采用C30混凝土斜面分层浇筑, 每层厚度不超过50厘米, 17000立方米混凝土共用64小时, 一次浇筑到顶, 刮平养护后未发现裂缝。

结构选型在高层建筑发展中的作用 篇6

一、高层建筑结构选型概述

1. 高层建筑结构选型概念

用一定的材料, 抵御一定的自然力, 建造一定的空间, 就是房屋, 而其骨架, 则为结构。至于骨架要如何立于大地, 使用木材、石材抑或是混凝土, 通过捆扎、搭接抑或是铰接等问题, 就涉及了结构选型的范畴。

高层建筑常用结构体系包括钢筋混凝土结构、钢结构、混合结构三类。其中, 钢筋混凝土结构包括传统结构 (框架结构, 剪力墙结构, 框架-剪力墙结构) 、筒体结构 (框筒结构, 筒中筒结构, 框架-筒体结构, 成束筒结构) 、复杂结构、悬挂结构、巨型结构等;钢结构包括框架体系、双重抗侧力体系、筒体结构、交错桁架体系等;混合结构包括钢框架-钢筋混凝土筒体结构、型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构等。大多数的高层建筑结构设计就是从以上结构体系中选择一个较为安全稳固、施工技术可行、造价经济合理的形式。

2. 高层建筑结构选型重要性

1) 高度增长带来的经济问题

高层建筑规模庞大, 无论是建造还是维护, 费用都十分高昂。如果因为结构选型的不合理使高层建筑造价猛增或是寿命骤减、经济效益缩水, 很可能造就一批烂尾楼以及衰败的楼盘, 这不仅仅使建造者蒙受了巨大的经济损失, 也使整个街道景观甚至城市图景遭受了一场灾难。

曾被评为世界“最大烂尾楼”的朝鲜柳京饭店就是活生生的例子, 由于拖延和停工, 柳京饭店一度被评为“人类史上最丑的建筑物”。即便是建成后, 一些建筑专家也认为该设计先天不足, 对其结构持怀疑态度, 甚至认为有倒塌的危险。本想用来炫耀财力的建筑, 非但没有让平壤增色, 反而成为了世人的笑柄。

合理的结构选型可以帮助投资者控制造价、提高经济效益, 确保更多的高层建筑可以按时完工, 同时确保它们的安全性, 这也就可以为城市景观做出应有的贡献。

2) 高层建筑的防火难的问题

高层建筑因城市用地紧张而诞生, 其巨大的体量可以容纳众多人员, 但造成了在发生火灾时疏散困难的问题, 过高的建筑高度也使消防车等消防设备难以辅助疏散。

就此, 笔者认为山崎实设计的原世贸双塔具有一些典型性。这个设计虽然创造性地开辟了结构模型——桁架楼板-密柱刚性筒体 (hollow tube) , 保证大楼在被飞机撞击后的一段时间内没有倒塌, 但其大楼的防火设计着实不尽如人意:柱子与楼板梁抗火性能不协调, 钢结构使用螺栓节点而非焊接节点, 防火保护层易脱落……

所以, 在选择合理结构体系的基础上, 做好防火设计可以延长高层建筑在大火中的寿命, 这非常有利于应对消防问题。

3. 高层建筑结构设计要点

1) 水平力是高层建筑设计的主要因素

高层建筑的竖向荷载 (建筑自重、活荷载等) 所引起的轴力和弯矩值仅与建筑高度成正比, 而水平荷载 (风荷载、地震作用等) 所引起的轴力及倾覆力矩则与建筑高度的二次方成正比。

2) 侧移是高层建筑设计的控制指标

随着建筑物高度的增长, 在水平荷载作用下其侧向变形迅速增大, 与建筑高度的四次方成正比。

3) 结构的竖向变形不可小觑

以框-剪结构体系的高层建筑为例:中间柱子的轴压应力一般大于边柱, 而且随高度增加差距拉大, 若不做处理, 会造成相当于连续梁中间支座沉陷的后果。

二、新结构助力建筑物挑战高空极限

以木结构为主的中国古建筑, 早在汉代就筑起了大量的亭台楼阁;西方古建筑中高耸的哥特式教堂, 更是给人以直入云霄的震撼。伴随着科学技术的革新, 高层建筑在新材料、新技术、新设备等的刺激下, 依靠合理且有创造性的结构体系一次次刷新世界第一高楼的记录。

1. 历史上的高层建筑

1) 山西应县佛宫寺释迦塔

山西应县木塔 (即佛宫寺释迦塔) 是我国境内现存最高的木构佛塔, 五明四暗, 共九层, 高67.31米, 堪称古代的“摩天楼”。木塔各层均采用内、外两圈木柱支撑, 外24柱, 内8柱, 彼此之间还有许多斜撑、梁、枋和短柱连接, 组成了不同方向的复梁式木架。木塔沿用了中国古建筑中独特的榫卯结构, 具有良好的抗风、抗震能力, 屹立近千年不倒。

应县木塔可谓是充分发挥了中国传统木建筑的结构特性、工艺技巧, 历尽风霜雨雪挺立至今, 向我们讲述着古人对于高空的向往。

2) 德国乌尔姆敏斯特大教堂

哥特式教堂采用的虽然是强度并不高的石砌体作为建筑材料, 但创造性地运用了尖拱券、飞扶壁等结构, 将石材的力学性能发挥到极致, 也解放了原本需要用石头堆砌的墙壁, 以彩色玻璃窗代替。尖拱券以其轻快的美感和序列的气势震撼人心, 加之彩色玻璃窗的神秘色彩, 营造出一种高直向上而神圣静谧的空间。

德国的乌尔姆敏斯特大教堂是哥特式的代表作, 东侧双塔并置, 西侧主塔高耸入云, 高度更是达161.6米, 成为了当时世界的第一高塔, 而且该记录一直保持到19世纪末才被打破。

2. 现代意义上的高层建筑

1) 芝加哥家庭保险公司大楼

建筑师詹尼设计的家庭保险公司大楼被视为现代意义上的第一座高层建筑, 它采用全金属的框架结构, 取代了传统的砖石结构, 使建筑的自重得以减轻一半以上, 有了建造更高的可能性。但是金属的耐火性能远不如砖石, 给高层建筑带来了另一个难题。经过詹尼的艰苦探索, 终于解决了金属框架结构的防火问题, 将这一体系推向了可成熟应用的阶段, 揭开了人类高层建筑发展的新篇章, 詹尼也被誉为“美国摩天楼之父”。

金属框架体系的诞生, 为建筑师、工程师们提供了一个新的结构选择方案, 也为建筑物向高空发展提供了新的且经济的可能性, 催生了以芝加哥地区为代表的一批现代高层建筑, 这一批建筑师也被称为“芝加哥学派”。正如其代表人物路易斯·沙利文所述“ (高层建筑) 每一寸都必须辉煌壮丽、高耸入云、昂然屹立着”, 高层建筑开始成为城市的地标, 改变着城市的天际线。

2) 公园街大楼

1898年建成的位于纽约的公园街大楼, 共30层, 高135米, 是19世纪世界最高的建筑, 也是钢结构体系在高层建筑应用之初的极致代表。可见, 是结构形式的不断创新帮助建筑物一次次突破高空极限, 迎来了城市高层建筑建设的高潮。

3) 伍尔沃斯大厦

1913年, 位于纽约的伍尔沃斯大厦以241米的高度, 再次刷新了世界第一高楼记录。大厦采用沉箱技术将基础落于基岩上, 创造了另一个世界第一。它还发展了抗风支撑体系, 同时采用分区段的垂直电梯交通体系和分层供水的复杂系统, 以便在大楼内安排多种功能。

伍尔沃斯大厦在钢框架结构的基础上做出进一步的探索, 完善了高层建筑的功能体系, 使“高层建筑综合体”的设计理念得以实现, 为现代高层建筑提供了一种新的建造范本。这又是一次在合理结构选型的基础上进行改良最终创造出新高度的成功案例。

4) 帝国大厦

以102层、381米的高度雄踞世界第一高楼达四十年之久的纽约帝国大厦, 采用钢筋混凝土结构, 是这一类结构形式的重大突破。

帝国大厦的基本柱网为5.4x7米, 在中央电梯井区域纵横两向均设置钢斜撑以增强刚度。大厦直至85层均为办公楼, 86-102层则为观光塔楼, 在第6, 25, 72, 81, 86层处逐渐分段收缩, 最终形成整体的“铅笔型”造型。帝国大厦还创造了建筑史上的另一个奇迹:平均每周修建4层半, 每天参加施工人员高达4000人, 全部工作量超过700万工时, 仅用410天即完成了整个工程项目。这在当时的背景下是十分惊人的。

大厦建成后几经大风、雷电等自然灾害的考验, 依然屹立不倒, 成为纽约天际线上重要的象征, 是钢筋混凝土这种新材料在建筑上应用逐渐成熟完善的标志。

5) 西尔斯大厦

SOM事务所设计的西尔斯大厦, 以442.3米的高度再次刷新了世界第一高楼记录。这座大厦创造出了由钢框架构成的“束筒结构体系”:整座大楼被当做一个悬挑的束筒空间结构, 不同束筒也会隔层后退, 使得高度越高剪力越小。这种结构体系不仅使顶部由风压引起的振动被明显减轻, 也取得了良好的造型效果。

在此之后, 束筒结构体系成为了许多高层建筑解决顶部风压问题的优选结构方案, 可见结构选型在高层建筑挑战高度极限中的重大作用。

6) 哈利法塔

随着新材料的层出不穷、科技水平的日新月异, 高层建筑结构体系被一次次创新, 世界第一高楼的记录也不断被改写。吉隆坡的双子塔 (1996年, 452米) , 台北101大厦 (2003年, 508米) 都相继登上过世界第一高楼的宝座, 但最终在2010年, 被高达828米的哈利法塔超越, 哈利法塔同时成为了世界上首座超过800米的建筑物。

哈利法塔为组合结构, 601米以下均由钢筋混凝土搭建, 创造了这一类结构高度之最。其楼面呈“Y”字形, 由三个建筑部分逐渐连贯形成核心体

并以螺旋的形式上升, 中央核心最终转化成尖塔, 直冲云霄。在建造过程中, 哈利法塔也为建筑科技的进步做出了巨大贡献, 例如建造者们史无前例的把混凝土垂直泵上了六百多米高的地方, 直接打破了之前上海金融环球中心建造时创下的492米纪录。

可见, 随着高层建筑结构体系的完善与革新、建筑科技水平的提高、世界经济的发展, 建筑物刷新高度纪录的速度越来越快, 形式也越来越炫目多姿, 不再为固有的结构体系所束缚, 而是积极寻找新的突破。相信在正确结构选型的基础上, 未来高层建筑在高度上会有更加瞩目的突破。

三、高层建筑借结构设计应对自然力的挑战

对于高层建筑而言, 水平荷载的影响远大于垂直荷载的作用, 而大部分水平荷载则来自如风荷载、地震作用一类的自然力影响。为了实现人类追求高度的梦

想, 也为了让高层建筑能屹立于世界的每一个角落, 建筑师、工程师们思考、设计了许多造型、结构, 以应对种种自然力的挑战。

1. 应对风荷载的挑战

1) 纽约电话电报公司总部大楼

菲利普·约翰逊设计的纽约电话电报公司总部大楼, 平面呈长方形, 这对于短轴方向抵抗风荷载是一个挑战, 于是他在这个方向采用了4个垂直的钢桁架来增强其刚度, 并由垂直的钢桁架每隔8层就向两边伸出一组“I”型钢板墙, 直达前后外墙的柱子上, 有效抵抗了风荷载。

2) 台北101大楼

中国建筑师李祖原设计的台北101大楼在完工启用时, 创造了多项世界纪录:含塔尖最高建筑结构高度、最高使用楼层地面高度、最快电梯速度……抛开荣誉不谈, 台北101本身所具有的合理、且有创造性的结构体系, 尤其是其抗风设计, 非常巧妙地应对了台湾多发的台风天气, 就非常值得我们研究、学习。

台北101采用巨型结构体系, 使得整栋大楼犹如一座11层的组合建筑, 楼体相当稳定。大楼外形呈锯齿状, 也有利于减轻风力影响, 根据风洞试验测试的结果, 这种造型可以减少30-40%由于风力引起的摇晃。另外, 其内部还设置了一个巨大的“调谐质块阻尼器”, 就是位于88-92层的重达660公吨的硕大钢球, 它可以吸收大楼振动产生的能量, 再传递到下方的弹簧系统中。该阻尼器号称全球之最, 也对外开放供游客参观。

2. 应对地震作用的挑战

1) 东京都都厅

日本地处环太平洋地震带, 地震灾害严重, 建筑物, 尤其是高层建筑的抗震问题成为了日本建筑界最关心的问题之一。经过多年的研究实践, 加之严格的规范要求, 他们终于建成了一批在抗震方面有显著成效的高层建筑, 成为整个建筑界学习的范本。

日本建筑师丹下健三于1986年设计的东京都都厅在二十几年的风雨中, 历经大大小小地震百余次的考验, 仍然屹立在日本首都东京, 堪称高层建筑抗震设计的典范。

该都厅使用刚性结构抗震体 , 为铁骨构造、铁骨-钢筋混凝土构造和钢筋混凝土构造的综合体。在其建筑物与基础之间还加装了滚动式支撑结构, 可以有效减轻地震造成的摇动。

2) 蚕茧大厦

丹下健三的另一个作品——蚕茧大厦, 在抗震方面也有突出的作为。

大厦的结构体系由钢铁斜格的主体框架和被其包裹在中央的“内核”组成。一般情况下, 在地震发生时大厦会产生摇晃, 但是这种钢铁斜格结构中的一个支点所承受的冲击力会被分散到其周边各个支点中, 从而取得以柔克刚的效果, 使得晃动产生的能量最终被分解掉了。

3. 应对其他自然条件的挑战

1) 沙特阿拉伯国家商业银行大楼

沙特阿拉伯地处中东沙漠地区, 气候干旱, 阳光充足。这里的人们并不渴求阳光, 相反, 他们需要通风、遮阳。于是, 严峻的气候条件成为了在这里建造高层建筑需要迎接的挑战。

戈登·邦夏设计的沙特国家商业银行大楼就成功地做到了这一点。这座大楼采用最普通的钢筋混凝土结构, 用石材做外墙面, 以利于隔热保温, 上面也没有密布的玻璃窗, 取而代之的是三个巨大的洞口, 以避免阳光直射和热风的直接吹袭。建筑平面呈三角形, 其实更多的楼层呈“V”字形, 这样就形成了三个庭院, 以调节微气候。大楼中心还有一条从大厅直通到楼顶的竖井, 使热量可以由此散发出去, 大大降低了大楼的能耗。

2) 南京紫峰大厦

高层建筑的选址未必总是尽如人意, 有时候基地较软或不均匀的岩土层常常会给大楼的建造带来困难, 基础打不好, 上层建筑就造不好, 所以如何应对土质不好的难题, 也是人们关注的话题。

由SOM设计的南京紫峰大厦, 采用的是带有加强层的框架-核心筒结构体系, 共有三个加强层。据勘测, 紫峰大厦所处的场地虽广阔, 但其岩土层承载力差别较大, 所以总体上工程师最终选用了桩筏基础, 以满足承载力和沉降控制的要求。又由于主楼和裙房所处方位有差异, 加之沉降不同, 因此从合理经济的角度考虑, 又采取了略有差别的桩基础。

四、高层建筑合理选型推陈出新

经过人类多年的艰辛探索与一次次的工程实践, 建设普通高层建筑再也不是什么难题, 所谓“摩天楼”更是如同都市名片一般向人们展示着城市发展的盛况, 就连我们居住的住宅也趋向高层化。但人们并没有就此满足停滞不前, 而是在此基础上有了更多新的追求。

1. 对于新材料的探索

1) 西格拉姆大厦

密斯·范·德罗后期的建筑创作一直在实践其“少就是多”的极简主义思想, 他在钢框架结构的基础上探索玻璃材料的应用, 最终创造出了“玻璃幕墙”的形式, 使原本给人以厚重之感的大楼通透明快起来, 带来了新的视觉享受。其创造的纯净的玻璃盒子大厦盛极一时, 成为了当时的国际主义风格, 尤其是后期的西格拉姆大厦更是堪称其巅峰之作。

西格拉姆大厦为密斯与约翰逊合作的建筑设计。他们基于对高层建筑框架体系的深刻解读, 将结构、包括构件进行了简化处理, 再用玻璃幕墙包裹, 内外通透, 给人以简约而有力度的美感。同时, 这座大厦的立面采用三段式构图, 为连续的幕墙做了一点变化, 突显出其华丽优雅的气质。

2) 劳埃德大厦

理查德·罗杰斯设计的劳埃德大厦, 虽然高度常常, 却有着明显的高科技特征, 是高技派高层建筑的代表作。其六个塔楼均由预制钢筋混凝土柱、梁、楼板组成, 并在造型上不断暴露结构, 同时使用不锈钢、铝等合金作为立面主体材料, 使整个建筑闪闪发光, 散发出如同机器般却又精致的美感。这也是建筑师对于金属材料应用的一次成功探索。

2. 对于复杂形体的挑战

1) 中央电视台总部大楼

中央电视台总部大楼是由OMA设计的一座难以置信、具有审美颠覆性效应的高层建筑。它的外形如同一只被扭曲了的正方形甜甜圈:两座塔楼向内倾角很大, 并通过横向类似于桥梁的结构连接起来, 形成一个环状, 呈现出“侧面S正面O”的新奇造型。

大楼的结构也很新颖, 由许多不规则的菱形渔网状金属脚手架构成, 它们看似大小不一, 随机分布, 实际上却是精密计算的结果。另外, 这些结构并没有被隐藏起来, 而是充分暴露在外, 形成了别具风格的立面造型。

2) 芝加哥螺旋塔

由圣地亚哥·卡拉特拉瓦设计的芝加哥螺旋塔计划高度610米, 建成后将作为纯住宅用房。它的外观设计十分巧妙, 为七面锥螺旋造型, 平均每一层都旋转2.44度, 到塔尖时正好旋转360度。建筑师还精心挑选了外部构造材料, 借助不锈钢和银色玻璃幕墙, 使大厦呈现出宛若冰雕般的奇观效果。

卡拉特拉瓦在作为一名优秀建筑师的同时, 更是一名卓越的结构工程师。为了实现塔体螺旋上升这种极具挑战性的造型效果, 他选择了玻璃钢结构这种体系, 并通过精密的计算和反复的试验, 使大厦最终展现出了优雅而不乏活力的曲线, 成为芝加哥天际线上靓丽的风景线。

3. 对于新思想的实践

1) 东京中银舱体大厦

随着工厂化生产的盛行, 建筑师也在思考一种装配化、单元式的建筑营造方式, 东京中银舱体大厦就是黑川纪章基于钢筋混凝土结构对“设计单元自由组合成整体建筑”思想的一次实践。

这座建筑的使用空间被设计成了2.3x3x2.1米、开有圆窗洞的舱体单元, 被称为居住者的“鸟巢箱”。140个这样的单元体由工厂预制, 现场装配, 被组织到了两个独立垂直的核体周围, 核体内部设有电梯、楼梯和设备用房等, 联系各箱体单元。整座大楼充满了科幻主义色彩, 如同许多方形洗衣机垒起的大型玩具, 给人以极强的视觉震撼。

2) 瑞士再保险塔

工业革命后飞速发展的社会经济条件极大地改善了人们的生活水平, 但同时也带来了环境污染、能源枯竭等社会性问题。在节能环保、生态自然等绿色建筑理念流行的今天, 瑞士再保险塔以环保智能型建筑的身份, 应该可以算得上是这方面的前沿代表。

这座建筑的生态设计有一部分是通过结构设计实现的。它的中央是巨大的圆柱形主力场, 主要支承大楼的自重;其双层低反光玻璃则作为外场, 用以过滤过热的阳光。大楼的旋转形体和错动的中庭设计, 避免了阳光直射, 有散热功能, 同时也使新鲜空气可以利用楼层中的空位, 通遍全楼。另外, 其曲线形的造型对周围气流也有一定的引导作用, 使其能和缓通过, 以实现自然通风。大楼还采用了很多高新技术和设计, 以贯彻其生态设计的思想。

3) 珠江城

随着中国经济的快速发展, 人们也将目光转向了环境友好型的高层建筑。广州正在建设的“珠江城”项目, 便提出“零能耗”的理念, 不仅在结构设计上留出了通风楼层, 有利于周边微气候的调节, 还综合运用风力发电、太阳能发电、日光感应等11项先进技术辅助大楼实现零能耗。

由以上论述我们可以认识到, 结构设计及选型在高层建筑高度突破、应对自然力、追寻新突破等方面越来越起着举足轻重的作用, 已然成为了每一次建筑新发展的原动力、基础保证。所以, 重视结构及选型在高层建筑设计中的作用, 是我们应该有的意识。

摘要：通过追溯高层建筑发展之初的概况, 探讨了结构选型在高层建筑每一次发展中的重大作用, 也展示了人们在追求高度梦想的道路上, 通过结构设计与自然力做斗争的成功探索。随着时代的发展, 科技的进步, 人们在高层建筑上有了更多的渴求, 开始尝试新材料的应用、挑战复杂的形体、颠覆传统的审美观……然而高层建筑的每一次飞跃, 都是在选择了合理有力的结构体系基础上得以实现的。

关键词：结构选型,高层建筑

参考文献

[1]冯刚.高层建筑课程设计[M].江苏人民出版社, 2011.

[2]郭满良, 等.灾难的遗产———纽约世贸双塔楼坍塌分析[J].建筑结构, 2002, 9.

[3]王祖丽.基于结构选型探讨高层建筑的结构设计[J].建筑结构, 2011, 5.

[4]艾鸿镇.美国几幢高层建筑的结构抗风处理[J].世界建筑, 1982, 5.

高层钢结构安装技术 篇7

关键词：核心筒,钢柱,吊装,安装校正

1 工程概况

西门子中国总部办公楼工程地址为北京朝阳区中环南路7号, 位于花家地街东北侧, 阜通东大街的西北侧。本工程由A区裙房和B区塔楼两部分组成, 钢结构总重量约5000t, 压型钢板约2.8万m2, 高强度螺栓约11万套。B区塔楼主体结构形式为钢框架-混凝土框架-核心筒混合结构体, 框架柱采用钢管高强度混凝土柱;地上结构框架梁及楼面次梁为钢梁, 地下室结构框架梁为钢骨混凝土梁, 核心筒周边墙为钢骨混凝土墙, 钢骨为箱型和H型钢骨;核心筒墙内为H型钢支撑;除地下室、大堂、避难层楼板外其余各层均为压型钢板作模板的现浇钢筋混凝土板。框架柱梁连接为刚接, 核心筒结构为刚接, 主次梁结构一般为铰接连接。刚接节点一般为翼缘板熔透焊接, 腹板为高强度螺栓连接;核心筒柱间撑结构翼缘板与腹板为高强度螺栓连接, 核心筒柱梁刚接采用焊接。

2 工程特点及方案选择

2.1 工程特点。

本工程工期紧张、场地狭小、作业面小、交叉作业多、工程制作与安装协调难度大, 所以必须分区分段合理组织流水施工, 按月计划及构件进场日计划协调制作、运输与安装环节, 并有效解决水平、垂直运输, 以保证现场施工;核心筒内钢骨结构平面呈多边形, 虽为刚性连接但不能形成有效稳定结构单元, 且每钢骨柱截面面积较小, 致使整体刚度小, 所以核心筒结构安装高度不能过高, 在必要时须采取临时固定措施;B座塔楼RB、RC轴外轮廓为折线, 牛腿位置方向复杂, 对钢结构安装精度要求较高。因此, 在钢结构安装施工中必须注意钢构件吊装、施工质量保证措施、安装精度控制调正等。

2.2 机械选择。

综合分析钢构件的分段长度、平面位置、单件重量、吊装距离、塔吊参数等因素, 从合理性及经济性考虑, 在A段9-10/C-D轴跨间安装1台臂长为55m的H3/36B型1#塔吊、B段基坑东侧R16处设置一台臂长为40m的H3/36B型2#塔吊。两台塔吊的起重性能均满足钢结构柱及梁的安装需要。

2.3 施工顺序。

a.施工安装流水段划分:为保证总体工期和施工安全, 尽量避免立体交叉施工, 地上钢结构安装采用流水段的方式进行。b.进度原则:地下部分核心筒与外框同时施工;地上部分在8层以下核心筒超前外框三层;地上部分在8层以上核心筒高于钢结构施工层四至六层进行钢结构外框架构件的安装, 并保持动态平衡;外围框架结构的安装固定应在核心筒结构砼强度达到75%。

3 施工技术方案

3.1 钢柱施工。

3.1.1准备工作:柱子底段吊装前, 必须基础复测合格, 做好测量记录。柱子吊装前须根据柱子梁顶标高在柱底和柱顶同一位置做出柱标高检测标记点, 确定柱基础锚栓调整螺母的高度及根据牛腿位置在柱身上做出两个方向的垂直度检测控制点。另, 要在柱身上绑扎好作业爬梯及牛腿位置的操作平台, 在柱顶绑扎好拖拉绳 (溜绳) , 同时根据吊装重量准备吊装索具。3.1.2底柱的吊装与调整。采用单机旋转法起吊钢柱, 缓缓就位, 避免磕碰地脚螺栓丝扣, 就位后随即调整钢柱的标高、定位轴线偏移、垂直度, 达到要求后紧固调整螺母, 使其与柱底接触紧密, 再复测记录, 经报验合格后与土建单位办理交接手续进行二次灌浆。二次灌浆时要复测柱子垂直度及定位轴线偏移情况, 如有问题必须及时进行处理。3.1.3上柱的吊装。底柱以上各柱的安装利用下节柱顶与上节柱底的连接定位板进行吊装定位。地上钢柱吊装就位后, 随即调整标高及与底段钢柱的错口, 粗调垂直度, 然后用高强度螺栓将耳板固定, 用缆风绳从四个方向拉住柱子。

3.2 钢梁施工。

3.2.1准备工作。吊装前对钢梁的编号、长度、截面尺寸、螺栓孔位置、节点板表面质量、高强度螺栓连接摩擦面质量等进行全面检测, 符合设计图纸及规范要求后, 方可进行安装用附属设施的安装。钢梁吊装前在钢梁上装上安全绳, 待钢梁与柱连接后, 将安全绳固定在柱子上。梁与柱子连接用的安装螺栓及高强度螺栓, 按所需数量装入帆布桶内, 挂在梁两端, 与梁同时起吊。3.2.2吊装顺序。为保证吊装质量, 保证构架稳定及方便校正, 安装多层柱节时, 要先固定顶层梁, 再焊接柱接口, 再固定下层梁, 最后固定中层梁, 在焊下层梁的同时可安装上节柱。

3.3 压型钢板施工。

3.3.1施工条件:主体框架结构已经验收合格;压型板详图经设计审核无误;压型板材料进场验收合格, 并与安装部位核对无误。3.3.2施工顺序:平面施工随主体结构安装施工顺序铺设压型钢板;立面应先铺设上层压型钢板, 后铺设下层压型钢板, 以保证上层钢柱安装时人员操作安全。3.3.3施工方法。安装前应在楼层梁按排版图要求放线, 在核心筒部位应放出封边角钢的位置线, 安装时应预先安装封边角钢, 然后再按放线顺序摆铺压型钢板, 对于圆弧或其它边角处应按实际排版后的要求进行切割。压型钢板与钢梁连接:压型钢板排版后, 采用E4303焊条与钢梁点焊固定;采用穿透型栓钉焊进行焊接固定;压型钢板间连接:压型钢板与压型钢板侧向搭接, 控制好最大间距且需有一处侧接固定;压型钢板现场切割:凡是斜边、切角、超长、留孔、圆角等, 均应使用等离子切割机或气割切割, 并配备灭火器等消防器材。此外, 压型钢板铺设还要注意:保证板端搭接在梁上的长度和纵向铺板两板间的搭接长度;保证板侧边尺寸、平整、顺直, 位置正确, 使压型钢板槽口贯通、整齐、不错位;平面不规则或变截面梁上的压型钢板铺设, 应从中间设基准线, 向两侧布板, 至平面边缘后再调整补缺;施工阶段要进行压型钢板强度复验。

4 质量保证措施

4.1 高强度螺栓施工。

本工程使用的高强度螺栓均为10.9级扭剪型。高强度螺栓安装前, 对运达施工现场的构件摩擦面进行100%检查。构件吊装前进行连接副配套。

4.2 钢结构安装校正。

4.2.1影响安装精度的因素:安装误差、焊接变形、日照温差以及缆风绳松紧不当等。4.2.2校正流程。平面控制网测设, 竖向投测→确定螺栓偏差, 确定柱顶偏差→高程基准点确定, 竖向传递钢柱几何尺寸检测→柱顶抄平, 并与下节钢柱综合比较→钢柱就位高→强度螺栓初拧时初校→终拧前复校→施焊过程中跟踪监测→焊接后垂直度测量。4.2.3标高控制。柱标高的控制方法主要是事前检查, 一是对已安装柱顶标高的检查, 二是对将吊装柱构件的总长复检。钢柱安装前, 对每根钢柱的基础进行测量, 按照每根钢柱的设计标高进行复核, 利用连接板和焊缝缝隙对制作误差进行适当调整。4.2.4垂直度控制。采用两个经纬仪从两个方向同时测量钢柱的垂直度并进行调整, 垂直度测量的基准点应从底面测量控制点传递而来, 即钢柱的垂直度是相对底部控制点的垂直度。4.2.5钢柱扭转的控制。当上柱和下柱发生扭转错位时, 应及时调整, 采取在连接上柱和下柱的临时耳板的板面间加垫板的方法进行调整。

4.3 焊接施工。

核心筒柱梁焊接时应先焊有柱间撑的结构单元, 最后再焊无柱间撑的联系梁。单层柱焊接应先焊上层梁, 后焊下层梁, 以利于施工和稳固框架。柱-梁节点对称的两根梁一般情况下应同时施焊, 但一根梁的两端不得同时焊接。柱-柱节点焊接时, H型柱的对称两个翼缘应有两名焊工同时施焊, 且焊接走向相反;钢管柱 (箱形柱) 采用两名焊工分段退步反向法施焊。柱-梁栓焊混合节点中, 梁的腹板应先与柱上的剪力板栓接后再焊梁上下翼缘与柱牛腿之间焊缝, 以便于栓孔的对准和磨擦面的紧贴, 焊接时要先焊下翼缘后焊上翼缘, 确保栓接质量。梁与核心筒埋件板连接所用承剪板的焊接采取先栓后焊。柱-梁全焊节点的焊接, 先焊下翼缘, 后焊上翼缘, 再焊腹板的贴脚焊缝。

结束语

西门子中国总部办公楼工程主体结构形式为钢框架-混凝土框架-核心筒混合结构体, 在结构性能、经济效益等方面比传统的混凝土和砌块结构有较大优势。通过对工程特点的分析, 合理组织, 优选方案, 同时辅以钢结构施工技术的综合运用, 切实保证了工程的施工质量, 赢得了业主、设计、总包、监理各方的一致好评, 也为类似工程施工提供了经验。

参考文献

高层住宅钢结构设计探讨 篇8

本工程为某市一住宅小区结构设计工程, 该小区由9幢二梯八户12层钢结构住宅组成。建筑物的总高度37.35m, 每幢建筑物地上部分为12层, 局部有13层。地下部分为1层的地下室, 高度为4.2m, 作为停车场。地上部分其中1层为商铺, 高度为3.9m;层2~12则为居民住宅层, 高度为3m;而局部的存在13层, 为楼、电梯机房, 高度为4.5m。建筑室内外的高差为0.45m。每一幢建筑物的长度为54.6m, 宽度为17m。

2 结构、构件以及地下室设计

2.1 结构体系的设计

在我国, 大部分的高层钢结构住宅的结构体系均是采用钢框架—混凝土核心筒结构, 这种结构体系相比于混凝土结构具有构件尺寸小、结构自重轻以及抗震性能好等特点, 相比于钢框架—支撑结构具有侧移小、居住舒适度好以及耐火性能好等优点。因此本工程采用钢框架—混凝土核心筒结构, 不仅能够较好的实现本工程住宅结构的使用功能, 同时在本工程的底部可以作为大型商场, 地下室可作为停车场的作用。

2.2 结构平面和立面布置

在高层结构的设计中, 结构的平面形式和立面布置对工程的成本影响很大, 因此为了有效的做好工程成本的控制, 应从结构专业和建筑专业出发综合考虑, 做好结构平面和立面的合理设置, 并反复进行优化。在结构平面的布置上, 尽量确保柱网纵横两方向的对齐, 同时保证柱与柱的间距尽量相近。核心筒布置在结构平面的中心位置, 这样可以确保结构的传力简单。对于结构立面的布置, 应确保剪力墙、钢柱以及支撑能够连续布置, 不布置转换结构。对于结构的高宽比和核心筒的宽度应做到符合设计和规范的要求。

本工程结构平面布置较为规则对称, 立面结构刚度变化均匀, 核心筒布置在结构平面的中心, 因此结构的质量和刚度中心基本重合在一起。本工程在进行结构平面设计时, 应特别注意结构的扭转效应, 因此采取的设计措施为:在轴1~轴11处和布置一列单斜杆支撑, 同时在层1对应上部斜杆支撑位置布置1道剪立墙, 剪力墙的厚度为250mm, 这样的设计可以有效的提高层1核心筒的抗剪承载力, 从而实现平面扭转效应的控制。建筑结构的高宽比为2.19, 核心筒的高宽比为4.85。

2.3 主要构件设计

1) 钢管混凝土框架柱。通常情况下, 在钢框架-混凝土核心筒结构中, 应采用钢管混凝土柱作为框架柱。钢管混凝土柱中主要为钢材和混凝土两种材料。在混凝土的外围包裹着钢管, 钢管的作用使混凝土处于三向受压的状态, 因此混凝土的抗压强度得到了有效的提高, 同时也使混凝土具备了塑性的特征;而内部混凝土的存在, 提高了外围钢管的局部抗屈曲能力, 从而有效的确保了钢材的强度;钢管还兼作为框架柱的纵向钢筋、箍筋以及混凝土模板的作用。钢骨混凝土施工较为复杂, 而且尺寸较大, 而采用钢管混凝土框架柱, 能够有效的解决这些问题, 同时具有整体刚度较大、强度高以及稳定性强等特点。本工程所采用的钢管混凝土柱具体钢管型号和混凝土等级为:钢管的型号主要有三种, 分别为350×12, 350×10, 350×8, 钢材的强度等级为Q345B;而混凝土的强度等级有三种, 从高到底以次为C40、C35、C30, 根据荷载和部位的不同, 选择不同的钢管型号的混凝土强度。

2) 楼面体系。本工程采用的楼板为普通钢筋混凝土楼盖, 尺寸有两种, 分别为100mm厚和120mm厚的。采用抗剪栓钉将楼板和钢梁紧密的连接在一起, 从而形成组合楼盖的形式。地下室采用的钢筋混凝土楼板的厚度为180mm, 楼板和屋面梁所采用的材料为轧制H型钢, 钢梁的型号有较多, 有H450×180×8×12、H450×150×8×12以及HN248等。而地下室所采用的框架梁材料为钢骨混凝土, 次梁采用的则为普通钢筋混凝土。

3) 钢骨混凝土剪力墙。在本工程中, 经过结构整体计算, 在层1~4楼面钢梁与核心筒交接处布置有钢骨混凝土柱。在结构的整体计算中, 由于核心筒连梁的高跨比较大, 这会引起连梁抗剪强度的不足, 因此, 根据规范的规定, 应采用钢骨混凝土连梁, 在连梁内设置适当的钢骨, 从而提高连梁的抗剪承载力。而当在核心筒楼面处不存在钢骨混凝土连梁时, 应设置钢骨混凝土暗梁, 暗梁中钢骨的设计根据构造要求即可。

在剪力墙混凝土的浇筑施工时, 连梁和暗梁中的钢骨会给施工造成一定的影响, 因此为了减小这种不利影响, 采用窄翼缘钢梁作为连梁和暗梁中的钢梁。窄翼缘钢梁的面积主要集中在腹板, 这样可以有效的提高钢骨的抗剪能力。在本工程中, 所采用的连梁钢骨的型号有两种, 分别为H400×75×10×10、H300×75×10×10, 而采用的暗梁钢骨的型号则为HN150。底部核心筒的周边墙厚最大, 为350mm, 而上部最小, 则为200mm, 内墙墙厚则从下到上均为200mm。

4) 围护结构设计。在结构的工程造价中, 围护墙的造价占有很大的一部分, 因此应尽量采用较轻的墙体材料, 同时减小墙体的厚度, 同时填充墙的强度直接影响着维护结构的安全。在进行围护墙材料的选择时, 应尽量满足容重小、强度高、隔音效果好等。经过各种可行材料的综合对比, 本工程采用的内隔墙材料为蒸压加气混凝土砌, 而外墙和卫生局隔墙的材料则为混凝土空心砌块。

2.4 地下室和基础设计

在进行地下室的设计时, 根据规范的相关要求, 基础埋深、钢管柱脚埋深等各方面都有相应的构造要求, 同时综合考虑地下室的工程造价和建筑的使用要求等, 笔者认为在高层钢结构住宅结构适当的修建地下室不仅能够满足建筑的使用的要求, 同时也能实现一定的经济效益。

对本工程施工现场的地质情况进行勘察, 根据所得地质勘察报告, 可以知道本工程的场地地质条件较好。本工程如果采用浅基础的话, 可以采用建筑室内地面以下2m左右的土层作为基础的持力层;而如果采用深基础的话, 可以采用建筑室内地面以下8m左右的土层作为持力层。本工程场地地质情况均满足浅基础和深基础的条件。经过分析, 本工程在地下设一层地下室, 基础则采用静压预制管桩。

3 结论

从工程实施效果表明, 钢结构具有强度高、自重轻、塑性好、结构可靠度高以及密封性好的特点, 逐渐被广泛地应用到高层住宅结构中。

参考文献

高层钢结构发展 篇9

摘要：目前在高层建筑中，钢结构的运用逐渐普遍。本文首先对高层建筑钢结构施工的优势与劣势进行了客观分析，然后，又对施工的前期准备进行了详细的陈述，最后对高层建筑钢结构施工的技术要点予以了较为合理化的分析。希望能为相关人员参考所用，提高高层建筑钢结构施工的整体质量和效率。

关键词：建筑工程设计；问题；措施

1引言

随着城市化脚步的不断推动，高层建筑也在逐日增多，人们对建筑施工领域也有了新的要求，尤其是对高层建筑钢结构施工方面的要求。就现阶段高层建筑施工情况来说，仍存在诸多亟待解决的问题，这就要求我们能够对高层建筑钢结构施工的优劣性进行客观性评述，并对钢结构施工技术要点予以合理化的分析。

2高层建筑钢结构的优劣势分析

2.1高层建筑钢结构施工的优势

钢结构自重轻，抗震性能好。施工速度快，缩短了施工周期。钢结构在施工时无粉尘，钢材可回收并重复利用，具有环保功能。

2.2高层建筑钢结构施工的劣势

钢结构易氧化，耐腐蚀性差。降低了建筑物的使用寿命。而且钢结构耐火性差，当温度高的时候，钢结构的强度和刚度就会丧失。其承载力就很差，导致高层建筑坍塌。

3高层建筑钢结构施工关键技术分析

3.1 高层建筑钢结构施工中吊装注意要点

在高层建筑钢结构的施工中，吊装的快慢与吊装效果的好坏直接影响着整个工程的施工快慢和施工质量。是钢结构施工中的龙头工序。钢结构在吊装前应该充分的分析结构平面和形式、立面形状、塔吊的数量和位置、工程现场的施工环境等多个因素来确定吊装的位置分区与吊装的先后顺序。

吊装的位置分区：在平面内一般都是从中间向四周以发射状蔓延开来的，要遵循“先吊柱后吊梁”的原则，先从其中的一个单元开始进行吊装，然后逐渐将其周围的位置组装成一个稳定的刚度柱网单元。当所有的吊装都完成后，我们就可以从整体的角度出发进行一次全面的精确矫正。

吊装的先后顺序：首先安插钢柱，然后安装钢结构的下层框架梁，并进行多次测量与矫正他的位置。接着拧上螺栓。接着再吊装中层和上层的框架梁，再次进行测量矫正，然后拧上螺栓加以固定。完成以上的步骤，就可以进行焊接工作了。在焊接中要注意散铺上层压型钢板与栓钉焊接以及中层压型钢板散铺与栓钉焊接，最后就可以完成整个钢结构的吊装工作。

3.2对于高层建筑钢结构塔吊的选择

塔吊是在高层建筑钢结构工程施工中的核心设备，其重要性不言而喻。所以在对塔吊的选择要十分谨慎，多考虑一些因素。例如，钢结构的重量和承载量、高层建筑周围的布置、建筑物的高度、施工的现场环境、施工成本等。最重要的还要充分的考虑到它是否可以顺利完成施工工作。在高层建筑钢结构施工中优先选用内爬式塔吊。这种塔吊有很多优势。例如对起重机的性能要求不高、施工成本低等。

3.3高层建筑钢结构施工的预制模板技术

在高层建筑的施工过程中，需要对施工的工期进行科学合理的的规划，还要加大对施工技术的监督，来使困难复杂，重复性高的施工技术得以实施。施工工期是影响施工质量和成效的重要因素。一般情况下，在在高层建筑的施工过程中，可以采用滑模法和爬模法对工期进行有效控制，预制模板技术，具有良好的结构整体性和高度机械化的特性，能促使整个建筑工程能井然有序的进行下去，不但可以保证工程的施工质量，还可以按计划完成施工。缩短施工工期，降低施工成本。

3.4高层建筑钢结构施工的焊接技术

高层建筑钢结构接点较多，且每一个接点都需进行焊接，再加之钢结构的承载重量通常非常庞大，通常都需在高空中作业，施工环境及其艰苦，工期紧张，质量要求高。所以，焊接关系到整个钢结构施工的稳定和质量，其重要性不言而喻。能否高质量高水平地完成钢结构的焊接，直接影响着钢结构的施工效果。高层建筑钢结构施工焊接技术的有效应用，需从以下几个环节实现

3.4.1确保焊接质量

最常见的问题就是出现焊瘤和焊缝，为了避免这些问题的产生，正式焊接之间要认真检查焊条，规范焊接手法，严格按照操作规范流程进行，以达到焊接的质量要求。当焊接结束之后，还应该进行无损检测，避免出现质量问题。

3.4.2选择优良的焊接工艺

为提高钢结构相关构件的几何精度，避免焊接热量引起结构变形的情况发生，所以进行焊接操作时，应用气体对焊接进行保护，但同时要注意控制气体的能量。焊接工型杆件与箱型杆件时，可采取埋弧自动焊接施工工艺，提升焊接的整体效率。

3.5对泵送混凝土技术的分析

在高层建筑施工过程中，泵送混凝土技术是比较重要的技术之一。混凝土具有质量大，使用量多的特性，成为施工中很重要的一部分。而将混凝土运送至合适的地方，就需要借助泵送技术。使用混凝土泵送技术，可以提高施工效率，缩短施工工期，还可以对钢结构的稳定与安全予以科学化的保证，同时提高施工质量。

3.6高层建筑钢结构施工的测量技术

在测量高层建筑时，要选择最合适的测量方式，应用最先进的测量仪器，并且配合科学的测量技术。而且，还要求测量人员要有高度的责任感和严谨的工作态度，规范操作流程。从全方位提高测量的准确度，给建筑施工提供更加准确的施工数据。

3.7对逆向施工技术的分析

在高层建筑钢结构施工过程中，向上逐层建设的地上结构和对中间支承柱的浇筑等环节，都体现了逆向施工技术的优势。下面对逆向施工技术的优势进行分析。

3.7.1采用逆向施工技术，对高层建筑进行逐层浇筑，使地下层的结构得到内部支撑，减少了基坑的形变。

3.7.2采用逆向施工技术可以使高层建筑的地上结构和底下室能够同时施工，大大缩短了施工时间，提高了高层建筑钢结构施工的工作效率。

3.7.2采用逆向施工技术，科学化连续墙的规划方式，从而使建筑面积扩大。

3.8钢结构施工中要具备安全保障措施

在高层建筑钢结构施工的过程中务必要做好相关的安全保障措施。具体来说，分为以下几个方面：第一，施工人员在进入施工地时一定要佩戴好安全帽，冬天构件表面容易结霜，系好安全带，做好防护准备。第二，临时拆卸的零件不能乱丢乱放，应该放在工具袋内，如果没有工具袋，一定要拿稳当，防止零件高空坠落，造成安全事故。第三，在施工前，一点要实现检查起重设备，吊具等是否能够安全工作，出现问题，坚决不能使用。第四，在吊框架时，应该架设临时的活动式走道，吊柱时应该在外墙设置安全网，同时，要铺设楼层压型板，确保施工的安全。第五，要有严格的检查体系，在施工中，要派遣专人进行安全监管，确保施工人员的操作都符合相应规范要求，同时做好施工安全教育的工作，加强临时工人员的安全意识。

4结束语

随着我国建筑行業飞速发展，钢结构在高层建筑中的应用越来越广泛。基于高层建筑整体性能，质量安全等的考虑，要做好各个施工步骤的准确到位，对其关键施工技术进行把握与控制，并且严格按照相关规范进行操作，从而提升高层建筑钢结构整体的施工质量。

参考文献：

[1]王强，张力.浅析我国高层建筑钢结构施工技术及应注意的事项[J].城市建筑，2013，（01）：47.

[2]李佳民.浅谈高层建筑钢结构的施工[J].中国城市经济，2011，（15）：58—59

[3]刘波.高层建筑钢结构安装施工技术的探讨[J].商品与质量：建筑与发展，2012，（06）：102-103.

高层钢结构发展 篇10

关键词：高层建筑结构,概念设计,结构体系

近些年来, 建筑业有了突飞猛进的发展, 城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言, 高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时, 它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外, 还必须控制由风荷载 (或地震水平作用) 所产生的侧向位移, 防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏;控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应, 以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。

一、高层结构概念设计

(一) 高层结构概念设计的三维层次

把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析, 对于复杂的高层, 例如多塔机构也可以把它分成几块, 分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题, 然后组合起来。首先, 在方案阶段 (Ⅰ) , 可以把基本设计方案概念化, 建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成, 因此在初步设计阶段 (Ⅱ) , 要扩展方案, 把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来, 进行基本水平和竖向分体系的总体设计, 从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的第Ⅲ阶段, 即施工图设计阶段, 处理一维的构件设计, 具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图, 对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。

对于高层建筑结构, 可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件, 承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力, 或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合, 趋向于既可能将它推倒 (受弯曲) , 又可能将它切断 (受剪切) , 还可能使它的地基发生过大的变形, 使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言, 结构体系要做到不使建筑物发生倾覆, 其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断, 其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说, 结构体系要做到不使建筑物被剪断, 其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说, 结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形, 地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力, 并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载, 使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态, 就会导致建筑物中的人有震动的感觉, 使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害, 还会使非结构构件 (如玻璃窗、隔墙、装饰物等) 断裂, 甚至危及屋外行人的安全。所以, 高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼, 它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱, 横行柱距为18m, 纵向柱距为6m, 中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式, 进行结构方案优选, 分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力, 外柱仅承受大部分竖向荷载, 不抵抗水平力, 梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架, 来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1.4×6×8=67.2KN/m, 竖向荷载近似为15120KN, 井筒墙自重为6×36× (6+12) ×2=7776KN, 可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m, 超过核心范围 (6/6=1m) , 不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固, 才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此, 在一个方向风荷载作用下, 总框架一侧柱子受压, 另一侧柱子受拉, 并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2KN, 大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268.8KN/柱<7×3×9×10=1890KN, 即比每根柱所承受的恒载小很多, 基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好, 应采用方案二的结构。

二、高层建筑的结构体系

通过受力因素分析, 下一步就考虑采用什么结构体系, 有下面几种高层建筑结构体系可供选择, 其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点, 结合高层概念设计的三维层次考虑, 选取合适的结构体系或其组合体系。

(一) 框架结构体系

由梁、柱、基础构成平面框架, 它是主要承重结构, 各平面框架再由梁联系起来, 形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活, 可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时, 可用隔断分割成小房间, 或拆除隔断改成大房间, 因而使用灵活。外墙采用非承重构件, 可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大, 抗侧力能力差, 水平荷载作用下会产生较大的位移, 地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构, 可以达到比较好的经济平衡点。

(二) 剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3～8m, 现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好, 刚度大, 在水平荷载作用下侧向变形小, 承载力要求容易满足, 适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好, 在历次的地震中, 都表现了很好的抗震性能, 震害较少发生, 程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大, 平面布置不灵活, 而且不宜开过大的洞口, 自重往往也较大, 不是很能满足公共建筑的使用要求, 而且其成本也较大。

(三) 框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件, 框架和剪力墙协同工作的体系。在框架-剪力墙结构中, 由于剪力墙刚度大, 剪力墙承担大部分水平力 (有时可以达到80%～90%) , 是抗侧力的主体, 整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载, 提供较大的使用空间, 同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙, 其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了, 在地震作用下层间变形减小, 因而也就减小了非结构构件 (隔墙和外墙) 的损坏。这样无论在非地震区还是地震区, 都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构, 布置在内部, 外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工, 外围的框架柱断面小、开间大、跨度大, 很适合现在的建筑设计要求。

(四) 筒中筒结构体系

筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体, 在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件, 它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力, 并具有良好的抗扭刚度。筒中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系, 但是由于它需要密柱深梁, 当采用钢筋混凝土结构时, 可能延性不好, 而且造价昂贵。

除了上述的几种结构体系外, 还有其他一些结构体系, 如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步, 会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习, 从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。

参考文献

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1990.