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摘 要：長沙小天城整体楼高200m，建筑面积达到了18万m2，如此浩大的工程仅仅应用了19d，平均1天盖3层楼。之所以有如此神速，主要是因为小天城应用的钢结构工业化装配式方法，这其中有95%工程都已经在工厂内完成。此种形式的建筑与常规建筑相比，减少材料的使用，总体节能达到80%。本文就以长沙小天城为例对钢结构工业化装配式方法加以介绍，仅供参考借鉴。
关键词：钢结构；工业化装配式；高层建筑
长沙小天城主体全部是钢结构，所有材料在搭建之前已经全部准备好，只需要依照搭积木的方法来进行拼接就可以，因此能够在19天内就搭建完成并不奇怪。钢结构为主体的建筑，强度与韧度、抗震性都比较强，但是成本也很高，也容易受到外界环境的影响发生腐蚀，另外钢结构防火性能不强。但随着钢结构建筑技术工艺的发展，这些问题都会得到很好的解决。
1 我国钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用现状
现如今，我国高层工业化装配式钢结构应用范围并不广，可以说只是刚刚起步，向长沙小天城这样的钢结构建筑，在我国并不多见。该建筑主体属于斜撑节点加强型钢框架体系，整个体系由三部分构成，分别为主板、钢柱、斜撑等，整体主板在工厂已经提前预制完成，集成管道后直接进行装配形成各类模块。整个系统体系装配都是采用全栓，在不影响强度的影响下，可以实现容易安装、容易拆卸、容易维护的目标这。该体系经过了大量的实验研究，又不断进行了优化，具有高强度、高抗震性的优势。
总之，我国钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用并不多见，远未形成产业化，但正在向此方面探究。此种形式的建筑非常有可能会成为我国建筑发展的主导，因为我国每年有1亿吨钢材过剩，而我国钢结构建筑少之又少，还不到1%；再加之，钢结构建筑具有非常好的节能性，因此无论是从现实情况，还是从未来需求看，钢结构工业化装配式在高处建筑建筑中的应用都有非常好的前景。
2 钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用问题
2.1 柱子承载力问题
长沙小天城柱子主要是在上下节点位置受到斜撑制约，由此降低了柱子上下端存在的弯矩，而且也不需要对柱子长度进行过多的计算，但却需要对柱子的受力性能展开严格分析。此次工程中，施工设计人员运用的是ANSYS有限元分析软件，对各种形式的柱子进行了各自的受力分析，分析者对8度多地震烈度结构整体在最不利情况下所进行的组合展开了分析，分析结果表明，三撑柱极限荷载力不仅达到了设计荷载要求，而且是其2.78倍；双撑柱荷载能力同样超出了设计荷载，是其2.3倍；角柱极限承载力同样超过了设计荷载，是其1.93倍。
2.2 整体结构大震塑性问题
钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用最受关注的问题就是抗震性，在受到强烈地震的影响下，建筑整体是否会安然无恙。长沙小天城开始建设之前，专家学者已经对其进行了大震塑性分析，采用ansys软件，构建了有限元模型，按照设计软件呈现出的截面，对9度地震级进行了分析。分析发现，钢结构工业化装配式体系在9度地震影响下，塑性应变积累并不高，构件损伤也非常小，出现塑性应变的位置主要是在柱子斜支撑处、桁架梁腹杆上，这主要是因为地震发生时，桁架腹杆最先屈服，所有位于斜撑范围内的柱段所产生的应力并不大，几乎没有或者很晚才进入到屈服阶段。整个体系延性很强，完全符合“强柱强节点、弱梁弱构件”的受力标准。
2.3 主板承载力问题
长沙小天城中应用的钢结构工业化装配式体系，主要是由桁架梁、压型钢板楼板构成，这里所选用的压型钢板非常轻，而且也非常薄；腹杆由双角钢构成，是典型的轻钢结构。主板可以说是整个体系非常重要的部分之一，如若其承载力无法达到标准，整个体系也会受到非常莫大影响，因此主板承载力问题是研究的重点问题之一。施工人员对主板竖向与横向患荷载分别进行了研究，应用的是有限元软件建立模型，而后对主板框架细部横纵向受力进行了模拟，由此得到了主板在最不利情况下所具备的承载力，同时对整体结构有限元展开了校核与分析，此外，研究者借助大型软件对主板框架竖向以及侧向在最不利情况下的承载能力展开了分析，同时对初始缺陷对主体结构受能展开了研究，结果发现初始缺陷几乎对主板框架结构不会产生任何的影响，完全可以忽略不计，再经过位移、应力等诸多方面的结果分析，主板结构完全可以抵抗8度以烈度，斜撑上弦杆、腹杆无论是任何方式的组合，都处于比较好的弹性受力状态中，一直都没有达到弹塑性标准，因此具有非常好的承载能力，可以实现良好的安全储备。
2.4 框架承载力问题
长沙小天城框架体系主要是由桁架梁、槽钢斜撑构成，这与普通类型建筑的框架结构有非常大的不同，因此施工人员需要对其展开理论性分析，同时也需要进行有限元模拟，以此确保框架体系受力性能达到标准。施工人员预先对单榀与双榀框架进行了分析，通过对其应力变化的各种情形的分析发现，该框架承载力完全达到标准要求，而且基本上始终都处在弹性阶段，同时抗震设防烈度也满足于8度标准。通过对极限承载力的分析，框架结构延性非常好，塑性铰最初在梁上，与建筑施工的强柱弱梁标准。
2.5 节点连接问题
整个结构体系节点主要是通过两种方式连接，一种是焊接，另一种是螺栓，所有的焊接工作都是在工厂车间中完成，这样可以保证焊接质量，至于如何进行连接计算，完全可以根据目前应用的规范方法。所有的现场拼接方式应用的都是螺栓方式，利用攻丝来替换螺母，为了保证攻丝强度满足于要求，研究者需要进行螺栓连接实验，实验期间连接搬上的所有螺纹都为出现屈服破坏的问题，螺栓没有拔出，抗拔力远远大于高强螺栓的抗拉强度，满足受力要求。进行了梁柱螺栓连接的强度试验，并推导了梁柱连接的刚度，节点在达到设计荷载时，均未有测点出现屈服，梁柱节点满足设计承载力及刚度要求。进行了柱-柱的法兰连接试验，整个试验过程法兰连接面没有滑移、松动、分离等现象，其满足设计强度要求，极限荷载下破坏位置在法兰连接两侧，不在法兰处，其连接可以按照刚性连接计算。
2.6 舒适度问题
按照《高层民用建筑钢结构技术规范》给出关于楼板舒适度的具体要求和《高层混凝土结构技术规程》中关于楼盖舒适度的有关规定，分别用理论计算和有限元分析两种方法进行竖向自振频率计算，进而进行楼板舒适度分析，其舒适度满足要求。采用ABAQUS有限元软件进行了楼梯的舒适度分析，其舒适度满足要求。该结构构件加工工厂化，连接采用高强螺栓，工地现场拼装，加工、安装方便快捷，显著节省工期。该结构体系新颖，受力合理，承载能力高，显著降低结构用钢量，适用于多高层钢结构，具有广阔的发展前景和应用价值。
结束语
综上所述，可知长沙小天城作为我国高层建筑中钢结构工业化装配式的典型应用，开启了我国钢结构高层建筑的先河。未来我国高层建筑必然会走向钢结构化，因为此种建筑不仅建造时间非常快，也节约能源，虽然现阶段成本比较高昂，但是相信随着有关技术的发展，施工建造工艺成本将有所下降，整体的施工成本必定会有所下降，钢结构工业化装配式的建筑也必定会成为主导建筑。
参考文献
[1]张爱林，刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究（二）[N].中国建设报，2012-12-03（8）.
[2]陈娟.我国钢结构标准亟待完善[N].中国房地产报，2013-08-26（D03）.
[3]吕斌，张益军.高层钢结构建筑的工程监理工作特点分析[N].现代物流报，2013-4-21（C03）.
[4]靳海兴.多高层钢结构建筑单元格安装法[N].现代物流报，2013-6-16（C03）.
[5]韩庆文，田欢娜，冯玩豪，张羽.应当积极推广使用焊接机器人[N].广东建设报，2011-10-21（A03）.
关键词：钢结构；工业化装配式；高层建筑
长沙小天城主体全部是钢结构，所有材料在搭建之前已经全部准备好，只需要依照搭积木的方法来进行拼接就可以，因此能够在19天内就搭建完成并不奇怪。钢结构为主体的建筑，强度与韧度、抗震性都比较强，但是成本也很高，也容易受到外界环境的影响发生腐蚀，另外钢结构防火性能不强。但随着钢结构建筑技术工艺的发展，这些问题都会得到很好的解决。
1 我国钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用现状
现如今，我国高层工业化装配式钢结构应用范围并不广，可以说只是刚刚起步，向长沙小天城这样的钢结构建筑，在我国并不多见。该建筑主体属于斜撑节点加强型钢框架体系，整个体系由三部分构成，分别为主板、钢柱、斜撑等，整体主板在工厂已经提前预制完成，集成管道后直接进行装配形成各类模块。整个系统体系装配都是采用全栓，在不影响强度的影响下，可以实现容易安装、容易拆卸、容易维护的目标这。该体系经过了大量的实验研究，又不断进行了优化，具有高强度、高抗震性的优势。
总之，我国钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用并不多见，远未形成产业化，但正在向此方面探究。此种形式的建筑非常有可能会成为我国建筑发展的主导，因为我国每年有1亿吨钢材过剩，而我国钢结构建筑少之又少，还不到1%；再加之，钢结构建筑具有非常好的节能性，因此无论是从现实情况，还是从未来需求看，钢结构工业化装配式在高处建筑建筑中的应用都有非常好的前景。
2 钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用问题
2.1 柱子承载力问题
长沙小天城柱子主要是在上下节点位置受到斜撑制约，由此降低了柱子上下端存在的弯矩，而且也不需要对柱子长度进行过多的计算，但却需要对柱子的受力性能展开严格分析。此次工程中，施工设计人员运用的是ANSYS有限元分析软件，对各种形式的柱子进行了各自的受力分析，分析者对8度多地震烈度结构整体在最不利情况下所进行的组合展开了分析，分析结果表明，三撑柱极限荷载力不仅达到了设计荷载要求，而且是其2.78倍；双撑柱荷载能力同样超出了设计荷载，是其2.3倍；角柱极限承载力同样超过了设计荷载，是其1.93倍。
2.2 整体结构大震塑性问题
钢结构工业化装配式在高层建筑中的应用最受关注的问题就是抗震性，在受到强烈地震的影响下，建筑整体是否会安然无恙。长沙小天城开始建设之前，专家学者已经对其进行了大震塑性分析，采用ansys软件，构建了有限元模型，按照设计软件呈现出的截面，对9度地震级进行了分析。分析发现，钢结构工业化装配式体系在9度地震影响下，塑性应变积累并不高，构件损伤也非常小，出现塑性应变的位置主要是在柱子斜支撑处、桁架梁腹杆上，这主要是因为地震发生时，桁架腹杆最先屈服，所有位于斜撑范围内的柱段所产生的应力并不大，几乎没有或者很晚才进入到屈服阶段。整个体系延性很强，完全符合“强柱强节点、弱梁弱构件”的受力标准。
2.3 主板承载力问题
长沙小天城中应用的钢结构工业化装配式体系，主要是由桁架梁、压型钢板楼板构成，这里所选用的压型钢板非常轻，而且也非常薄；腹杆由双角钢构成，是典型的轻钢结构。主板可以说是整个体系非常重要的部分之一，如若其承载力无法达到标准，整个体系也会受到非常莫大影响，因此主板承载力问题是研究的重点问题之一。施工人员对主板竖向与横向患荷载分别进行了研究，应用的是有限元软件建立模型，而后对主板框架细部横纵向受力进行了模拟，由此得到了主板在最不利情况下所具备的承载力，同时对整体结构有限元展开了校核与分析，此外，研究者借助大型软件对主板框架竖向以及侧向在最不利情况下的承载能力展开了分析，同时对初始缺陷对主体结构受能展开了研究，结果发现初始缺陷几乎对主板框架结构不会产生任何的影响，完全可以忽略不计，再经过位移、应力等诸多方面的结果分析，主板结构完全可以抵抗8度以烈度，斜撑上弦杆、腹杆无论是任何方式的组合，都处于比较好的弹性受力状态中，一直都没有达到弹塑性标准，因此具有非常好的承载能力，可以实现良好的安全储备。
2.4 框架承载力问题
长沙小天城框架体系主要是由桁架梁、槽钢斜撑构成，这与普通类型建筑的框架结构有非常大的不同，因此施工人员需要对其展开理论性分析，同时也需要进行有限元模拟，以此确保框架体系受力性能达到标准。施工人员预先对单榀与双榀框架进行了分析，通过对其应力变化的各种情形的分析发现，该框架承载力完全达到标准要求，而且基本上始终都处在弹性阶段，同时抗震设防烈度也满足于8度标准。通过对极限承载力的分析，框架结构延性非常好，塑性铰最初在梁上，与建筑施工的强柱弱梁标准。
2.5 节点连接问题
整个结构体系节点主要是通过两种方式连接，一种是焊接，另一种是螺栓，所有的焊接工作都是在工厂车间中完成，这样可以保证焊接质量，至于如何进行连接计算，完全可以根据目前应用的规范方法。所有的现场拼接方式应用的都是螺栓方式，利用攻丝来替换螺母，为了保证攻丝强度满足于要求，研究者需要进行螺栓连接实验，实验期间连接搬上的所有螺纹都为出现屈服破坏的问题，螺栓没有拔出，抗拔力远远大于高强螺栓的抗拉强度，满足受力要求。进行了梁柱螺栓连接的强度试验，并推导了梁柱连接的刚度，节点在达到设计荷载时，均未有测点出现屈服，梁柱节点满足设计承载力及刚度要求。进行了柱-柱的法兰连接试验，整个试验过程法兰连接面没有滑移、松动、分离等现象，其满足设计强度要求，极限荷载下破坏位置在法兰连接两侧，不在法兰处，其连接可以按照刚性连接计算。
2.6 舒适度问题
按照《高层民用建筑钢结构技术规范》给出关于楼板舒适度的具体要求和《高层混凝土结构技术规程》中关于楼盖舒适度的有关规定，分别用理论计算和有限元分析两种方法进行竖向自振频率计算，进而进行楼板舒适度分析，其舒适度满足要求。采用ABAQUS有限元软件进行了楼梯的舒适度分析，其舒适度满足要求。该结构构件加工工厂化，连接采用高强螺栓，工地现场拼装，加工、安装方便快捷，显著节省工期。该结构体系新颖，受力合理，承载能力高，显著降低结构用钢量，适用于多高层钢结构，具有广阔的发展前景和应用价值。
结束语
综上所述，可知长沙小天城作为我国高层建筑中钢结构工业化装配式的典型应用，开启了我国钢结构高层建筑的先河。未来我国高层建筑必然会走向钢结构化，因为此种建筑不仅建造时间非常快，也节约能源，虽然现阶段成本比较高昂，但是相信随着有关技术的发展，施工建造工艺成本将有所下降，整体的施工成本必定会有所下降，钢结构工业化装配式的建筑也必定会成为主导建筑。
参考文献
[1]张爱林，刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究（二）[N].中国建设报，2012-12-03（8）.
[2]陈娟.我国钢结构标准亟待完善[N].中国房地产报，2013-08-26（D03）.
[3]吕斌，张益军.高层钢结构建筑的工程监理工作特点分析[N].现代物流报，2013-4-21（C03）.
[4]靳海兴.多高层钢结构建筑单元格安装法[N].现代物流报，2013-6-16（C03）.
[5]韩庆文，田欢娜，冯玩豪，张羽.应当积极推广使用焊接机器人[N].广东建设报，2011-10-21（A03）.