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【摘 要】 自改革开放以来，我国经济建设成就举世瞩目，钢产量已连续多年位居世界第一。这给我国钢结构建筑的发展奠定了良好的物质基础。世界高层建筑钢结构的发展可以追溯到一百多年前，是近代经济发展和科学技术进步的产物。在我国，高层建筑钢结构虽然起步较晚，但发展较快。随着科技进步和人们生活水平的提高，对高层建筑钢结构提出了越来越多的要求。
【关键词】 高层建筑；钢结构设计；问题分析
1.前言
钢结构工程具有跨度大、施工速度快以及造价低的特点，在很多的建筑主体工程中被采用。钢结构的设计及施工中也要坚持建筑设计的重要原则，在满足建筑使用功能的前提下尽可能地满足建筑的工艺性能，诸如尽可能地节约材料与施工费用、缩短工期、综合经济效益最大化等。同时，要根据高层钢结构自身的特点，对设计过程中出现的问题进行合理处理，做到扬长避短，确保设计和施工的最优化。
2.高层建筑钢结构的主要特点
（1）钢材料强度高、重量轻，降低基础工程造价
高层建筑下部结构承受较大的自身重力，对建筑材料要求较高。钢材与其他建筑材料相比，钢材的密度与屈服点的比值最小。荷载和约束条件相同的情况下，采用钢结构自重通常较小。当跨度和荷载相同时，钢屋架的重量只有钢筋混凝土的1/4-1/3。由于重量轻，便于运输和安装，因此，钢结构特别适用于高层钢结构建筑。
（2）钢材料材质均匀，可靠性高
高层建筑钢结构由于受多种荷载的作用，受力计算较为复杂。而钢材内部组织均匀，接近匀质体，各个方向的物理力学性能基本相同，接近各向同性体；且在一定的应力范围内，处于理想弹性工作状态，符合工程力学所采用的基本假定。因此，钢结构的计算方法可根据力学原理进行，计算结果较准确、可靠。
（3）钢结构延性好，具有优越抗的震性能
高层建筑的抗震设计是一个重要的课题，普通建筑材料由于物理力学性能不足，往往难以满足抗震要求。而在地震作用下，钢结构因为具有良好的延性，不仅能减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，具有抵抗强烈地震的变形能力。
（4）工业化程度高
施工速度快钢结构构件在工厂制成，能成批大量生产，便于机械化制造，生产效率高，速度快，且成品精确度较高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。采用工厂制造，工地安装的施工方法，可缩短建设周期、降低工程造价、提高经济效益。钢结构的施工速度常可快于钢筋混凝土结构约20%-30%，一般钢结构高楼，每4天完成一层。
（5）钢材具有可焊接性高层建筑往往造型更为复杂
复杂结构体系较多。由于钢材具有可焊接性，使钢结构连接大为简化，可满足制造各种复杂结构形状的需要，给高层建筑的设计和施工带来了巨大的方便。
（6）钢结构的耐火性能差
钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下降。当结构温度达到350℃及500℃时，其强度可分别下降30%及50%，至600℃时结构完全丧失承载能力，变形迅速增大，导致结构倒塌。因此，《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）规定对钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等要求用涂防火涂料保护。
（7）焊接残余应力对结构性能的影响
在良好的塑性保证的前提下，焊接应力不影响结构的强度。但是构件上存在残余应力会降低结构的刚度，当部分截面进入塑性时，这部分刚度为0，因而拉力的增量将由其他截面承受，显然其对应的应变增量比全截面为大，增大了结构的变形，降低了结构的刚度。此外，焊接残余应力对结构的疲劳强度具有明显的不利影响。
3.高层建筑钢结构设计中应该注意的问题
（1）钢结构的选型和布置
高層建筑钢结构体系一般分为四类，通常情况下是根据其侧力不同来划分的。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。还要通过钢材结构的优势、细节、力学关系的对比来实际考察。另外，钢结构的布置要依据体系的特点以及具体使用情况和性质综合考虑。通常情况下，既要保证钢结构的刚度，又要确保钢结构的受力分布均匀，还要最大限度减少建筑的扭转效应，保证各层的抗侧力强度。在施工的时候，要满足建筑的各项使用功能和要求。
（2）构件的选择
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，钢材还要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。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。
（3）钢结构建筑的抗震设计
我国是一个多地震国家，钢材是一种很适合监护抗震结构的材料。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跟那个结构的具体高度、体系和场地条件惊醒综合性判断，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，高层钢结构因该采用全钢框架，当结构的刚度不足时，可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式。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。
（4）钢结构建筑的抗火设计
钢结构的钢材虽然属于非燃烧材料，但是因为钢材料在高温下的膨胀系数很高，会造成钢材的变形，而且钢材具有良好的导热性，会导致火势的蔓延。部分钢材在600度高温的时候，钢材的全部强度基本丧失，在火灾中变得很脆弱。而高层建筑的火源比较多，很容易造成火灾，一般来说，高层建筑的火灾比较难控制。所以，高层建筑钢结构的抗火设计也显得非常重要。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。
（5）钢结构设计要重视技术标准和规范
在钢结构的设计中，要注意做到的是技术要先进、经济要合理、质量要保证，所以技术人员要重视对技术标准和规范的学习，并且要深刻的理解和贯彻，形成一种严格遵循标准和规范的严谨工作习惯。现在的钢结构设计的计算和构造绘图过分依赖电脑，缺乏动手能力的实际操作能力。所以在实际中应该要注意对钢结构的实际掌握，充分做好钢结构的设计工作。在钢结构设计中还要重视对钢材、连接材料和焊接等材料的应用标准，要在了解相关规定的要求下，提出合理的材料选用和质量要求。
4.结束语
高层建筑钢结构设计在工程中有着至关重要的作用，钢结构在工程中尽管还存在着很多问题，但它的优点是不能忽略的，而且高层建筑的钢结构已经在我国的建筑领域中得到了广泛的应用。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。相信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，将给钢结构建筑带来无限的前景，不但加快我国的建筑行业发展，也更好的适应国际之间的竞争关系。
参考文献：
[1]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
[2]齐立军，王文胜.浅析钢结构建筑施工[J].中小企业管理与科技.2010，（27）
【关键词】 高层建筑；钢结构设计；问题分析
1.前言
钢结构工程具有跨度大、施工速度快以及造价低的特点，在很多的建筑主体工程中被采用。钢结构的设计及施工中也要坚持建筑设计的重要原则，在满足建筑使用功能的前提下尽可能地满足建筑的工艺性能，诸如尽可能地节约材料与施工费用、缩短工期、综合经济效益最大化等。同时，要根据高层钢结构自身的特点，对设计过程中出现的问题进行合理处理，做到扬长避短，确保设计和施工的最优化。
2.高层建筑钢结构的主要特点
（1）钢材料强度高、重量轻，降低基础工程造价
高层建筑下部结构承受较大的自身重力，对建筑材料要求较高。钢材与其他建筑材料相比，钢材的密度与屈服点的比值最小。荷载和约束条件相同的情况下，采用钢结构自重通常较小。当跨度和荷载相同时，钢屋架的重量只有钢筋混凝土的1/4-1/3。由于重量轻，便于运输和安装，因此，钢结构特别适用于高层钢结构建筑。
（2）钢材料材质均匀，可靠性高
高层建筑钢结构由于受多种荷载的作用，受力计算较为复杂。而钢材内部组织均匀，接近匀质体，各个方向的物理力学性能基本相同，接近各向同性体；且在一定的应力范围内，处于理想弹性工作状态，符合工程力学所采用的基本假定。因此，钢结构的计算方法可根据力学原理进行，计算结果较准确、可靠。
（3）钢结构延性好，具有优越抗的震性能
高层建筑的抗震设计是一个重要的课题，普通建筑材料由于物理力学性能不足，往往难以满足抗震要求。而在地震作用下，钢结构因为具有良好的延性，不仅能减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，具有抵抗强烈地震的变形能力。
（4）工业化程度高
施工速度快钢结构构件在工厂制成，能成批大量生产，便于机械化制造，生产效率高，速度快，且成品精确度较高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。采用工厂制造，工地安装的施工方法，可缩短建设周期、降低工程造价、提高经济效益。钢结构的施工速度常可快于钢筋混凝土结构约20%-30%，一般钢结构高楼，每4天完成一层。
（5）钢材具有可焊接性高层建筑往往造型更为复杂
复杂结构体系较多。由于钢材具有可焊接性，使钢结构连接大为简化，可满足制造各种复杂结构形状的需要，给高层建筑的设计和施工带来了巨大的方便。
（6）钢结构的耐火性能差
钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下降。当结构温度达到350℃及500℃时，其强度可分别下降30%及50%，至600℃时结构完全丧失承载能力，变形迅速增大，导致结构倒塌。因此，《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）规定对钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等要求用涂防火涂料保护。
（7）焊接残余应力对结构性能的影响
在良好的塑性保证的前提下，焊接应力不影响结构的强度。但是构件上存在残余应力会降低结构的刚度，当部分截面进入塑性时，这部分刚度为0，因而拉力的增量将由其他截面承受，显然其对应的应变增量比全截面为大，增大了结构的变形，降低了结构的刚度。此外，焊接残余应力对结构的疲劳强度具有明显的不利影响。
3.高层建筑钢结构设计中应该注意的问题
（1）钢结构的选型和布置
高層建筑钢结构体系一般分为四类，通常情况下是根据其侧力不同来划分的。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。还要通过钢材结构的优势、细节、力学关系的对比来实际考察。另外，钢结构的布置要依据体系的特点以及具体使用情况和性质综合考虑。通常情况下，既要保证钢结构的刚度，又要确保钢结构的受力分布均匀，还要最大限度减少建筑的扭转效应，保证各层的抗侧力强度。在施工的时候，要满足建筑的各项使用功能和要求。
（2）构件的选择
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，钢材还要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。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。
（3）钢结构建筑的抗震设计
我国是一个多地震国家，钢材是一种很适合监护抗震结构的材料。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跟那个结构的具体高度、体系和场地条件惊醒综合性判断，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，高层钢结构因该采用全钢框架，当结构的刚度不足时，可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式。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。
（4）钢结构建筑的抗火设计
钢结构的钢材虽然属于非燃烧材料，但是因为钢材料在高温下的膨胀系数很高，会造成钢材的变形，而且钢材具有良好的导热性，会导致火势的蔓延。部分钢材在600度高温的时候，钢材的全部强度基本丧失，在火灾中变得很脆弱。而高层建筑的火源比较多，很容易造成火灾，一般来说，高层建筑的火灾比较难控制。所以，高层建筑钢结构的抗火设计也显得非常重要。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。
（5）钢结构设计要重视技术标准和规范
在钢结构的设计中，要注意做到的是技术要先进、经济要合理、质量要保证，所以技术人员要重视对技术标准和规范的学习，并且要深刻的理解和贯彻，形成一种严格遵循标准和规范的严谨工作习惯。现在的钢结构设计的计算和构造绘图过分依赖电脑，缺乏动手能力的实际操作能力。所以在实际中应该要注意对钢结构的实际掌握，充分做好钢结构的设计工作。在钢结构设计中还要重视对钢材、连接材料和焊接等材料的应用标准，要在了解相关规定的要求下，提出合理的材料选用和质量要求。
4.结束语
高层建筑钢结构设计在工程中有着至关重要的作用，钢结构在工程中尽管还存在着很多问题，但它的优点是不能忽略的，而且高层建筑的钢结构已经在我国的建筑领域中得到了广泛的应用。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。相信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，将给钢结构建筑带来无限的前景，不但加快我国的建筑行业发展，也更好的适应国际之间的竞争关系。
参考文献：
[1]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
[2]齐立军，王文胜.浅析钢结构建筑施工[J].中小企业管理与科技.2010，（27）