分析我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

摘 要：建筑行業(yè)已經(jīng)成為目前我國迅速發(fā)展的行業(yè)之一，隨著人們生活水平不斷提高，對于建筑的要求也在不斷增加，建筑物越來越高就是其中要求的一種具體體現(xiàn)。貴州省也隨著時(shí)代發(fā)展的潮流修建了許多高層建筑，筆者通過總結(jié)貴州當(dāng)?shù)貞?yīng)用情況，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用上的優(yōu)劣點(diǎn)進(jìn)行闡述與對比，詳細(xì)論述鋼結(jié)構(gòu)在我國高層建筑中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；高層鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，在上世紀(jì)80年代中期的時(shí)候，北京、上海等地就已經(jīng)完成了40余座高層建筑。筆者通過總結(jié)自身工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)、國外相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)以及先進(jìn)施工手段，對高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)用性進(jìn)行詳細(xì)論證。

1 我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)存在的問題

1.1 原料剛才供應(yīng)

當(dāng)前情況下，我國生產(chǎn)H型鋼材的廠家比較少，并且生產(chǎn)規(guī)格不齊全，只能滿足小范圍、小批供應(yīng)。雖然上海寶鋼目前已經(jīng)可以生產(chǎn)適合高層建筑鋼結(jié)構(gòu)使用的柱子以及豎方向支撐時(shí)使用的大于40mm的剛材，但是負(fù)荷Z方向斷面收縮率規(guī)定厚鋼板仍然需要提高。否則，想要讓鋼材滿足建筑設(shè)計(jì)的需求，就需要從國外進(jìn)口鋼材，從而導(dǎo)致施工成本增高，并且長途運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生種種意外情況，延遲工期。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)耐火性差

目前我國生產(chǎn)的鋼材，在早期火災(zāi)的時(shí)候，構(gòu)件溫度會(huì)急速上升，并且鋼材屈服強(qiáng)度以及彈性模量將會(huì)因?yàn)闇囟鹊纳仙杆傧陆怠．?dāng)火場溫度達(dá)到350℃的時(shí)候，強(qiáng)度會(huì)下降30%，當(dāng)火場溫度到達(dá)500℃的時(shí)候，強(qiáng)度會(huì)下降50%。當(dāng)溫度達(dá)到600℃的時(shí)候，結(jié)構(gòu)會(huì)完全喪失在承載方面的能力，結(jié)構(gòu)體急劇變形，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

鋼結(jié)構(gòu)自身雖然具有一定延伸性，但是由于地震的隨機(jī)性以及實(shí)際工作中結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，所以結(jié)構(gòu)時(shí)刻會(huì)遭受到破壞。在地震的時(shí)候，部分鋼結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)會(huì)開裂，情況嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致樁子脆性斷裂，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)同樣面臨破壞風(fēng)險(xiǎn)。

2 鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

2.1 鋼材質(zhì)地均勻

鋼材自身的材料性能與力學(xué)計(jì)算方面的假定比較符合，并且鋼材內(nèi)部組織接近各項(xiàng)同性，鋼材質(zhì)地自身波動(dòng)范圍比較小，屬于理想彈性材料，并且在固定的受力幅度內(nèi)，屬于完全彈性的，并且實(shí)際受力狀態(tài)與工程力學(xué)的計(jì)算結(jié)果相符。

2.2 鋼材塑性、韌性好

鋼結(jié)構(gòu)在普通條件下，不會(huì)發(fā)生因?yàn)槌d的原因造成斷裂的現(xiàn)象，剛才自身可以將峰值應(yīng)力重新分配，并且可以讓應(yīng)力變化幅度逐漸趨于平緩。因?yàn)殇摬淖陨砭哂辛己玫乃苄砸约绊g性，所以對于載荷適應(yīng)能力比較強(qiáng)，在地震的作用下，通過結(jié)構(gòu)自身彈性形變以及塑性形變，可以在很高程度上吸收地震帶來的能量，從而達(dá)到提升鋼結(jié)構(gòu)抗震性的目的。從歷年來的地震災(zāi)害調(diào)查表中我們可以發(fā)現(xiàn)，全鋼結(jié)構(gòu)在地震中受到的損害與其他結(jié)構(gòu)相比，明顯減少。

2.3 高強(qiáng)度低重量

鋼結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度比較高，并且與混凝土結(jié)構(gòu)比較起來，鋼結(jié)構(gòu)的截面面積比較小，從而有效增加了建筑的實(shí)際使用面積。鋼結(jié)構(gòu)與建造相比較的混凝土建筑物相比，高層鋼結(jié)構(gòu)主體截面的面積要比高層混凝土結(jié)構(gòu)截面少一半。鋼結(jié)構(gòu)自身重量比較輕，為混凝土結(jié)構(gòu)的1/2-3/5之間，結(jié)構(gòu)自身的重量比較小，從而減少地震作用的響應(yīng)，并且也可以減小結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)力。并且鋼結(jié)構(gòu)自身重量比較低，可以減少工程造價(jià)，鋼結(jié)構(gòu)這一優(yōu)勢在貴州省的優(yōu)勢格外明顯。

2.4 制造周期較短、施工速度快

大部分鋼結(jié)構(gòu)的零件均在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，之后送往施工現(xiàn)場進(jìn)行焊接或者組裝，并且可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身韌性比較強(qiáng)，所以在承擔(dān)結(jié)構(gòu)自身荷載力以及施工荷載力方面，不需要進(jìn)行支模以拆模工作，所以降低了工程成本，而且大幅度加快了施工速度。經(jīng)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的施工速度比混凝土結(jié)構(gòu)施工速度快1.5倍。

2.5 外形美觀，可塑性比較強(qiáng)

鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)所比較，鋼結(jié)構(gòu)的建筑可以超越結(jié)構(gòu)自身的束縛，創(chuàng)造出多彩多樣的空間以及形象，并且可以產(chǎn)生輕盈通透的效果。斜線、曲線等線條作為修飾鋼結(jié)構(gòu)的一種常用的造型手段，經(jīng)實(shí)踐表明，在鋼結(jié)構(gòu)中十分適合。

2.6 符合我國可持續(xù)發(fā)展政策

鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)屬于一種綠色環(huán)保的建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)，其自身對于資源、能源的利用比較合理。鋼結(jié)構(gòu)對于環(huán)境的破壞比較小，可以很好的解決當(dāng)前施工需求以及可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)實(shí)用手段。鋼材屬于一種可以再循環(huán)的材料，施工過程中剩下的邊角料均可以通過回收進(jìn)行再次利用。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間，在有害氣體排放量上，鋼結(jié)構(gòu)排放的氣體僅為混凝土結(jié)構(gòu)的65%。并且鋼結(jié)構(gòu)施工中，使用砂土、水泥等散料的情況比較少，從根本上解決了施工現(xiàn)場塵土飛揚(yáng)、廢棄物堆積如山的情況。

鋼材結(jié)構(gòu)以其優(yōu)越的自身優(yōu)勢以及顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，被我國許多地區(qū)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中，并且取得了相當(dāng)不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面的效益。

3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系

3.1 框架-支撐結(jié)構(gòu)

這種體系屬于目前我國建筑鋼結(jié)構(gòu)中最為常見的一種體系，其特點(diǎn)是框架與支撐協(xié)同工作，提供較大的抗側(cè)剛度，承擔(dān)相應(yīng)的水平力，形成二道防線結(jié)構(gòu)體系。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)建筑物自身實(shí)際特點(diǎn)，綜合剛度、形式等特性，選擇合適的支撐形式，支撐方式包括中心支撐、偏心支撐、嵌入式的墻板以及跨層支撐等方面。主體結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件，通常是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或是設(shè)計(jì)單位自身習(xí)慣來決定的。

3.2 簡體結(jié)構(gòu)

簡體結(jié)構(gòu)屬于受力性能比較好的一種結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒都可以提供較大的抗彎剛度，也可以起到二道防線的效果。通常情況下，外框筒承受30～40%的水平力。

3.3 巨型框架

巨型框架在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中屬于新興起的一種。其中外露巨型框架的支撐體系，因?yàn)樨S富了建筑立面，進(jìn)而成為目前我國建筑業(yè)中比較時(shí)髦的一種處理方法。巨型框架雖好，但是想要徹底發(fā)揮其作用，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.4 鋼框架-鋼筋混凝土核心筒的混合結(jié)構(gòu)

鋼框架-鋼筋混凝土核心筒的混合結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用十分廣泛，該結(jié)構(gòu)從自身重量、施工速度、工程造價(jià)等方面，完全優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以被業(yè)主廣泛接受。

4 結(jié)束語

我國在鋼材方面，起步要比其余國家晚上許多。自從上世紀(jì)80年代之后，我國鋼材產(chǎn)業(yè)有了日新月異的變化，在產(chǎn)量上發(fā)生了巨大的突破。但是鋼材產(chǎn)量雖然提升迅速，但是我國卻沒有相對應(yīng)的工程消化這部分生產(chǎn)力，所以國家在2000年的時(shí)候，對鋼材進(jìn)行了產(chǎn)量控制。這種限制政策的頒布明顯制約了我國鋼材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也削弱了我國鋼材產(chǎn)業(yè)的國際總體競爭力。從發(fā)達(dá)國家的發(fā)展過程中來看，鋼材屬于建筑業(yè)發(fā)展過程中的一種剛性需求，是必須要對其進(jìn)行深度發(fā)展的一種建筑材料。另外，鋼材本身具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以在之后的幾年中，逐漸受到國家的重視。與此同時(shí)，鋼材自身的特性也完全符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求，鋼材自身就是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑類的環(huán)保型材料。

從上述論點(diǎn)中可以得出結(jié)論，日后我國鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用必然會(huì)越來越普遍，并且使用水平會(huì)越來越高。筆者通過分析我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，對鋼結(jié)構(gòu)自身的利與弊進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望可以為我國鋼材的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份綿薄之力。

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作者簡介：任廷堅(jiān)（1966-），男，貴州人，本科，高級工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作。