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摘要：随着国家经济发展，钢结构在高层建筑中的应用越来越广泛。但是由于我国生产工艺和技术水还不能适应高层建筑钢结构的发展，钢结构在工程中尽管还存在着很多问题。由于高层建筑钢结构设计在工程中有着至关重要的作用，需要认真分析其中的关键问题，在钢结构设计中重点解决。
关键词：高层建筑；钢结构；设计；关键问题
1 引言
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业政策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程，像几十层的办公商务楼，大型展馆、会展中心、体育馆、飞机库、机场候机楼等；同时出现许多新型结构体系，如索- 梁、索-桁架、索穹顶，索-膜结构、开合结构等等。网架和门式刚架为代表的轻钢结构建设规模达到每年几百万平方米的速度发展。住宅钢结构已进入起步阶段，钢结构加工制造企业也如雨后春笋般涌现[1]。但也应该指出，当前一些重大项目基本上都由国外设计，其中不少项目结构方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，不符合中国国情。面对当前大批工程上马，我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题[2]。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题。
2 高层建筑钢结构设计中的关键问题
2.1钢结构体系的选择
高层建筑钢结构体系一般可分为以下几种[3]：框架体系，双重抗侧力体系（钢框架-支撑体系、钢框架-混凝土剪力墙体系、钢框架-混凝土核心筒体系），筒体体系（框-筒体系、桁架筒体系、筒中筒体系、束筒体系）。在实际的工作中，钢结构的设计主要是概念设计，应该综合考虑建筑的条件、荷载能力、使用功能、制作安装、材料使用等影响因素，选择抗震或抗火性能良好的切实可行的结构体系。总的来说，高层钢结构建筑的结构体系的选择应遵循以下基准则[4]：
1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递路线；
2）宜有多道抗震设防防线，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力；
3）应具备必要的承载能力，良好的变形能力和耗能能力；
4）应具有均匀的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其承载能力。
2.2 钢材的选择
在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。一般的，钢结构的钢材主要采用的是Q235和Q345，不建议使用等级为A的钢材，因为这类钢材的冲击韧性强度和延展性达不到标准。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该要根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。通常来说，板材的对接焊缝，承
受动力荷载构件的焊接，需作疲劳验算的焊接，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝，其焊缝应采用坡口全熔对接焊缝，期焊缝等级不得低于二级。
2.3建筑钢结构的抗震设计
在建筑结构中，钢结构具有良好抗震性，特别对于钢结构建筑具有的延展性可以对地震波产生衰减作用，减少地震对钢结构建筑的破坏。但是钢结构建筑如果设计与制造不相适应，可能会发生归纳钢结构的失稳和破坏，造成灾难性的后果。所以，高层建筑的钢结构抗震设计就显得非常重要了。钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合结构的具体高度、体系和场地条件进行综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比较，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，对于钢结构体系的选择，在钢结构建筑中纯框架钢结构抗震性能好，但是由于抗侧刚度差，不适宜于太高的建筑。框架-中心支撑结构抗侧刚度大，适用层数较多的钢结构建筑，但是其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构的抗震性能优于框架-中心支撑结构。框筒结构具体抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能[5]。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。
2.4建筑钢结构的抗火设计
钢材常温下为非燃烧材料，但耐火性较差，在高温下，钢结构的强度和刚度迅速降低。研究表明，当温度达到350℃、500℃、600℃时候，钢结构的强度分别降低1/3、1/2、2/3。温度达到600℃以上的时候，钢结构则完全丧失承载力。因此在火灾中若钢结构没有采取防火措施，钢结构建筑极容易发生破坏，钢结构建筑抗火能力直接影响钢结构的使用安全。目前我国的高层建筑钢结构的抗火能力设计比较低，不能考虑到高温下，钢材的变形以及应力影响，也没有考虑各种构件间相互作用的影响。总的来说抗火设计还是基于构件层次的，构件的耐火极限要求也是基于建筑防火设计规范的要求确定的。因此有必要基于建筑物的整体安全目标确定钢结构的抗火设计要求，对钢结构进行基于性能目标要求的抗火设计。
2.5钢结构设计要重视技术标准和规范
一个国家的结构设计标准是对结构安全度的最低合格要求，它是保证在使用期间达到安全保证率的起码的技术要求，而不是较高的要求，是结构造价与安全风险的综合平衡。要做好钢结构工程中的设计、加工、安装工作，就必须全面地了解熟悉钢结构工作中有关规范。更应该了解这些规范在整个国家规范体系中的位置以及相互关系。现行的规范中，与建筑钢结构工程有关的，包括设计、加工制造、施工、安装、材料标准、配件标准等不下几百种、主要的也有几十种，还有各种结构类型专用规范，其中有国标、行标、地方标准。有通用标准，也有专项工程标准。钢结构设计、施工规范、规程和材料及配件标准等都是国家的技术性法律文件，广大设计、施工工程技术人员必须共同遵守。
3 结论
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业政策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程。但是我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题：钢结构体系的选择；钢材的选择；建筑钢结构的抗震设计；建筑钢结构的抗火设计；钢结构设计要重视技术标准和规范。高层建筑钢结构设计发展是国家经济发展与科技进步的重要体现。随着我国的整体技术水平的提高，高层建筑钢结构存在的问题会逐渐解决、克服，高层建筑钢结构的应用也将越来越广泛。
参考文献
[1] 薛发. 建筑钢结构工程设计中的几个问题[J]. 现代物流报，2013年7月21日，第C03 版.
[2] 梁伟宇. 建筑钢结构设计及其内在的问题[J]. 中华建设，2012（04）：110-111.
[3] 徐芸，曹静，徐荫. 对高层钢结构建筑结构体系与建筑体形的探讨[J]. 山西建筑，2007，33（16）：11-12.
[4]丰定国，王杜良.抗震结构设计[M].武汉：武汉工业大学出版社，2006.12-15.
关键词：高层建筑；钢结构；设计；关键问题
1 引言
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业政策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程，像几十层的办公商务楼，大型展馆、会展中心、体育馆、飞机库、机场候机楼等；同时出现许多新型结构体系，如索- 梁、索-桁架、索穹顶，索-膜结构、开合结构等等。网架和门式刚架为代表的轻钢结构建设规模达到每年几百万平方米的速度发展。住宅钢结构已进入起步阶段，钢结构加工制造企业也如雨后春笋般涌现[1]。但也应该指出，当前一些重大项目基本上都由国外设计，其中不少项目结构方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，不符合中国国情。面对当前大批工程上马，我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题[2]。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题。
2 高层建筑钢结构设计中的关键问题
2.1钢结构体系的选择
高层建筑钢结构体系一般可分为以下几种[3]：框架体系，双重抗侧力体系（钢框架-支撑体系、钢框架-混凝土剪力墙体系、钢框架-混凝土核心筒体系），筒体体系（框-筒体系、桁架筒体系、筒中筒体系、束筒体系）。在实际的工作中，钢结构的设计主要是概念设计，应该综合考虑建筑的条件、荷载能力、使用功能、制作安装、材料使用等影响因素，选择抗震或抗火性能良好的切实可行的结构体系。总的来说，高层钢结构建筑的结构体系的选择应遵循以下基准则[4]：
1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递路线；
2）宜有多道抗震设防防线，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力；
3）应具备必要的承载能力，良好的变形能力和耗能能力；
4）应具有均匀的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其承载能力。
2.2 钢材的选择
在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。一般的，钢结构的钢材主要采用的是Q235和Q345，不建议使用等级为A的钢材，因为这类钢材的冲击韧性强度和延展性达不到标准。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该要根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。通常来说，板材的对接焊缝，承
受动力荷载构件的焊接，需作疲劳验算的焊接，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝，其焊缝应采用坡口全熔对接焊缝，期焊缝等级不得低于二级。
2.3建筑钢结构的抗震设计
在建筑结构中，钢结构具有良好抗震性，特别对于钢结构建筑具有的延展性可以对地震波产生衰减作用，减少地震对钢结构建筑的破坏。但是钢结构建筑如果设计与制造不相适应，可能会发生归纳钢结构的失稳和破坏，造成灾难性的后果。所以，高层建筑的钢结构抗震设计就显得非常重要了。钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合结构的具体高度、体系和场地条件进行综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比较，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，对于钢结构体系的选择，在钢结构建筑中纯框架钢结构抗震性能好，但是由于抗侧刚度差，不适宜于太高的建筑。框架-中心支撑结构抗侧刚度大，适用层数较多的钢结构建筑，但是其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构的抗震性能优于框架-中心支撑结构。框筒结构具体抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能[5]。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。
2.4建筑钢结构的抗火设计
钢材常温下为非燃烧材料，但耐火性较差，在高温下，钢结构的强度和刚度迅速降低。研究表明，当温度达到350℃、500℃、600℃时候，钢结构的强度分别降低1/3、1/2、2/3。温度达到600℃以上的时候，钢结构则完全丧失承载力。因此在火灾中若钢结构没有采取防火措施，钢结构建筑极容易发生破坏，钢结构建筑抗火能力直接影响钢结构的使用安全。目前我国的高层建筑钢结构的抗火能力设计比较低，不能考虑到高温下，钢材的变形以及应力影响，也没有考虑各种构件间相互作用的影响。总的来说抗火设计还是基于构件层次的，构件的耐火极限要求也是基于建筑防火设计规范的要求确定的。因此有必要基于建筑物的整体安全目标确定钢结构的抗火设计要求，对钢结构进行基于性能目标要求的抗火设计。
2.5钢结构设计要重视技术标准和规范
一个国家的结构设计标准是对结构安全度的最低合格要求，它是保证在使用期间达到安全保证率的起码的技术要求，而不是较高的要求，是结构造价与安全风险的综合平衡。要做好钢结构工程中的设计、加工、安装工作，就必须全面地了解熟悉钢结构工作中有关规范。更应该了解这些规范在整个国家规范体系中的位置以及相互关系。现行的规范中，与建筑钢结构工程有关的，包括设计、加工制造、施工、安装、材料标准、配件标准等不下几百种、主要的也有几十种，还有各种结构类型专用规范，其中有国标、行标、地方标准。有通用标准，也有专项工程标准。钢结构设计、施工规范、规程和材料及配件标准等都是国家的技术性法律文件，广大设计、施工工程技术人员必须共同遵守。
3 结论
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业政策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程。但是我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题：钢结构体系的选择；钢材的选择；建筑钢结构的抗震设计；建筑钢结构的抗火设计；钢结构设计要重视技术标准和规范。高层建筑钢结构设计发展是国家经济发展与科技进步的重要体现。随着我国的整体技术水平的提高，高层建筑钢结构存在的问题会逐渐解决、克服，高层建筑钢结构的应用也将越来越广泛。
参考文献
[1] 薛发. 建筑钢结构工程设计中的几个问题[J]. 现代物流报，2013年7月21日，第C03 版.
[2] 梁伟宇. 建筑钢结构设计及其内在的问题[J]. 中华建设，2012（04）：110-111.
[3] 徐芸，曹静，徐荫. 对高层钢结构建筑结构体系与建筑体形的探讨[J]. 山西建筑，2007，33（16）：11-12.
[4]丰定国，王杜良.抗震结构设计[M].武汉：武汉工业大学出版社，2006.12-15.