高层钢结构工程设计与应用：缩短建设周期，提高经济效益

1 简介

在高层钢结构整个设计、施工过程中，缩短了施工企业的等待时间，施工企业不但缩短了施工工期，而且提高了经济效益。

2.高层钢结构工程设计应用

2.1高层钢结构工程设计的基本原则

高层钢结构工程设计的基本原则包括结构稳定性、结构基础选择、计算图与方法选择三个方面。1）由于高层钢结构施工和使用时所处环境特殊，对稳定性的要求非常高，如果在设计过程中忽视了稳定性这一重要因素，施工和使用过程中就可能出现问题，甚至引发安全事故。稳定性方面的问题一般是由于设计人员经验不足，没有充分掌握钢结构稳定性的概念，或者对一些新型高层钢结构了解不够造成的。2）在高层钢结构设计过程中，应注意对建设项目现场的水文地质条件进行调查，根据调查资料进行高层钢结构基础的相关设计，确保选择合适的基础方案，同时还应注意对设计的基础进行校核，确保设计方案的经济性[1]。3）在高层钢结构设计过程中，许多现有的设计仅对框架柱的稳定性进行了计算。 但在建筑工程施工过程中可能会出现多种框架结构类型，在进行高层钢结构设计时，应选取典型的框架结构类型，以保证设计计算过程中计算的准确性。

2.2高层钢结构工程设计考虑事项

1）在设计高层钢结构工程过程中，应充分考虑建筑物的自身条件、承载能力、具体的使用功能、钢结构制造安装方式、所选用的材料是否满足使用要求等，同时高层钢结构应具有良好的抗震性能和防火性能。在布置高层钢结构时，应综合考虑高层钢结构的具体用途，减少外界因素引起的扭转作用，保证各部位的抗侧强度，满足建筑物的使用要求。2）高层钢结构的主要组成部分有各类钢材、附件等，在选择时，设计过程中必须保证合格的钢材、连接件、焊接材料、主体部分的抗拉强度、延展性、冷收缩、硫碳含量等相关参数满足使用要求。特殊区域还应结合建筑物周围的水文地质、环境等因素合理选择[2]。 3）高层钢结构设计中涉及到抗震时，应根据抗震设防烈度、结构类型、建筑高度等严格确定合适的抗震结构。这里应结合建筑结构的高度、体系条件、施工现场条件等考虑刚度和柔度，综合判断，在保证强度和承载要求的同时，满足基本的变形需要。4）在高层钢结构工程设计中，应考虑建筑的防火、抗火性能。钢材虽然是不燃材料，但很容易受到温度的影响，特别是在火灾情况下，钢材的膨胀系数增大，导致钢材失去基本强度，很容易造成钢结构倒塌。因此，在高层钢结构工程设计时应予以加强。

3.高层钢结构建筑

1）钢柱、钢梁是高层钢结构施工中最重要的基础构件。由于各类建筑工程设计存在差异，施工单位需对钢材进行切割、焊接、冲孔等制作。钢柱主要承受建筑物的竖向荷载，在上部荷载作用下会产生一定的弹性变形，在切割过程中必须适当控制，不能按照施工长度进行刚性切割。同时，相同形状的钢结构构件，由于使用部位、环境不同，会采用不同种类的钢材制作。钢柱在制作过程中必须做好标记，避免出现材料错误、安装误差等情况。结合建筑工程的高度、钢柱的自重、变形、焊接情况等，必须严格控制其标高[3]。钢柱制作完成后，钢梁部分也应引起重视。高层钢结构工程本身属于框架体系，钢柱与钢梁之间的连接多为刚接。 这就要求钢梁必须是贯通结构，而且它还有很多与其他结构相连接的部位，这就导致它制作的工艺要求比较高，可以通过在上下翼缘处设置横向加劲肋来实现与钢柱等构件的连接。在条件允许的情况下，应尽可能提高钢梁的制作安装精度。2）在高层钢结构工程施工中，在现场制作安装钢柱、钢梁时，需要考虑钢结构如何与基础相连接，连接方式在设计过程中已经考虑，大多采用预埋锚栓的方式进行，锚栓预埋质量的好坏将直接影响钢结构安装的施工质量和整个工程的难度。因此，在预埋锚栓时，需要严格控制相关参数，准确测量，及时复测定位，控制浇注过程，确保钢结构安装的顺利进行。

3）高层钢结构工程施工中会涉及到大量的吊装工作，必须严格按照相应的吊装标准进行。钢结构构件吊装前必须认真检查各钢柱、钢梁及附件的标高、间距等参数，并按照设计顺序进行有效的组装；吊装过程中必须按照前期做好的标记，将正确的构件进行有效的连接，避免安装错误。对于超长、超宽的钢结构构件，在设计制作过程中必须充分考虑构件吊点的选择，在保证安装方便、安全的基础上，为钢结构构件预留吊装孔位；吊装工作过程中必须按照吊装规范及钢结构设计要求进行吊装。4）高层钢结构吊装过程中，会穿插高强度螺栓进行安装，在此过程中，必须保证高强度螺栓穿插方向一致。 对于截面为箱形的构件，可从内侧插入，从外侧拧紧。插入完成后，应按设计及规范标准增加规定数量的垫片。如有误差，螺栓不能强行插入，因为强行插入螺栓会损坏螺纹，使螺母难以安装，影响整个系统的螺栓连接强度。需要用专用工具纠正偏差，使安装顺利进行，避免结构间产生位移。每个螺栓螺母安装完成后，都要进行初拧和终拧两道工序。大型复杂构件还需要增加一道复拧工序。之所以采用复杂的拧紧工艺，主要是为了避免钢结构安装过程中某些节点拧紧后引起周围区域的位移，避免位移累积而影响安装强度。初拧和终拧过程中，不能拧紧一个点后再加工下一个点。 需交替进行，避免出现某螺栓一次性拧紧到初拧值和终拧值的现象，拧紧后其拧紧值扭矩应等于规范设计的标准扭矩。

4。结论

高层钢结构设计施工作为建筑施工过程中的重要环节，具有自重小、强度高、施工效率高等优点，在高层建筑中的应用越来越广泛。随着高层钢结构设计水平的不断提高，钢结构本身存在的不足也会逐渐被技术所填补。施工中存在的问题必须严格按照相关规范和标准进行操作，确保施工质量。只有这样，才能保证钢结构在国民经济发展过程中的应用效果，充分发挥其应有的作用。