淺談高層建筑中的鋼結構設計安全問題

趙洋

摘 要：當前，鋼結構在建筑工程實際施工中得到大力實踐和應用，特別是在高層建筑越來越多的情況下，給予鋼結構施工設計提出更加嚴格的要求。高層建筑作為鋼結構的一種高質量的載體，使整體建筑結構展現出優質的外觀和較強的抗震效果，也是在高層建筑中使用鋼結構的主要依據。和以往的磚混結構進行對比，其具備較好的韌性和強度，且鋼結構本身形式多樣，在加工和運輸方面比較便捷，但是設計師們應該注意高層建筑中鋼結構設計施工還存在一定的問題，在實際的工程中應提出改進的辦法來確保高層建筑中鋼結構設計應用有足夠的科學理論依據。

關鍵詞：高層建筑結構;鋼結構設計;安全問題及解決措施

伴隨著經濟的飛速發展，我國在建筑領域取得了不小的成就。同時，現代技術更新換代速度極快，我國的鋼材需求量明顯增加，人們對鋼材質量的關注度也越來越高。這就要求我們必須完善鋼結構的設計，盡可能減少設計過程中可能出現的問題，增強日后使用時的安全性。

一、高層建筑中鋼結構設計安全問題

（一）質量問題

在建筑工程實際施工過程中，鋼結構實際應用以及設計是非常復雜的一套流程，設計的整體方向以及應用模式都加大了鋼結構設計的難度，此外，鋼結構設計費用的高昂成為鋼結構設計方面的主要設計障礙。專業鋼結構設計的項目在整體設計中占有比較重要的專業地位，因此，專業研發鋼結構的設計科研人員都因為內在或者外力因素對于鋼結構設計沒有太大的工作熱情，也缺乏探索的精神和實際的工作經驗，所以大部分這種需要鋼結構設計的建筑工程一般都會委托第三方公司進行設計，這樣就不能最大程度地保證鋼結構整體設計的質量以及設計監控的范圍，由于目前較為混亂的鋼結構設計建筑市場，沒有相關法律法規對其進行應有的約束，也沒有整體市場的監督機制，使得有些問題沒有從根本上解決，促使鋼結構的設計亂象問題就不能從根源上把控，往往這些問題就最容易導致建筑工程安全事故的發生。

（二）火災隱患

雖然在生產鋼結構時，材料為不易燃燒的鋼材，但是當溫度達到一定高度時，鋼材便會發生脆性破壞，導致整體結構產生失穩，影響其性能，形成一定的破壞。因此，火災是鋼結構中潛在的危險，在設計鋼結構房屋時要考慮到防火問題，在使用鋼結構作為建筑的主要材料時，必須涂刷防火材料來提高鋼結構的耐火能力。

二、高層建筑鋼結構設計安全措施

（一）提高鋼結構的穩定性

在進行鋼結構設計時，設計師需要充分考慮其在建筑中的穩定性。第一，設計師應該考慮整體結構的剛度以及相應的穩定要求，還要考慮桿件的設計，桿件在鋼結構的實際安裝過程中，容易出現偏心的問題。第二，鋼結構框架的穩定性計算。設計師需要通過軟件對結構整體穩定分析，結合軟件計算結果依據規范要求進行判斷，并根據工程的實際情況繪制圖紙，在鋼結構施工中容易出現施工附加荷載應力集中的情況，需要設計師加以注意。以港珠澳大橋為例，港珠澳大橋在建設中，相繼攻克了海底深埋沉管隧道、海中人工島快速成島、海上裝配化橋梁、海洋混凝土結構耐久、跨海集群工程技術標準等世界級難題。該工程用鋼量達到42.5萬噸，約為60座埃菲爾鐵塔，是全球范圍內首次大規模使用鋼箱梁的工程。中鐵山橋承建的港珠澳大橋最大標段鋼箱梁制造CB01標，該鋼結構總重約18萬噸，可抗16級臺風、具備抵御8級地震的能力。另外還有無熱橋輕鋼結構體系，建筑本身是不節能的，本技術應用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題。

（二）加強防火設計

鋼結構材料具有強度高、自重輕，但是耐火性較差的特點，雖然鋼材本身并非易燃物品，但是具有導熱的性能，所以設計師需要提高鋼結構的防火性能，主要有以下幾種方法：第一，截流法。通過截斷或阻止熱量傳輸，達到降溫的目的，一般在鋼材表面涂刷一層保護材料的方法，從而對鋼材起到保護作用。第二，疏導法。當熱量傳到鋼材時，運用充水冷卻保護的方法，依靠水的蒸發消耗熱量。例如，廣靈縣河底村在鄉村建設項目中，率先推廣應用綠色環保節能鋼結構裝配式建筑。在美麗宜居鄉村建設項目中，率先推廣應用綠色環保節能鋼結構裝配式建筑。提高了住宅的安全性能，并且具有抗震、防臺風、防火、防蟲蟻的特點，使房屋可進行世代傳承，節約了時間和財富，也保護了歷史的延續。其主要使用固體耐火的材料將鋼結構整體包裹起來。固體耐火材料不但具有不燃性，還有較大的熱容量，使其作為保護層讓結構構件升溫減緩，同時在鋼結構上部布置自動或手動噴淋系統。發生火災時，啟動噴淋系統，進而使鋼結構表面形成一層水膜，當火焰蔓延到鋼結構表面時，水分蒸發帶走熱量，延緩鋼結構建筑達到其界限溫度的時間，確保在危害來臨時最大程度的保護人民群眾財產的安全。

（三）注重對鋼結構防護設計

防腐和隔熱能力是對鋼結構進行防護是十分必要的，但在實際操作中，設計人員只重視鋼材的強度和承載能力，忽視了防腐和隔熱能力。相關文件和有關制度中提到，如果未對防腐和隔熱能力作出明確規定，房屋在建成之后就會因外部環境的侵蝕，嚴重縮短使用壽命。所以，有關單位必須擬定并頒布有關文件，明確規定鋼材的抗腐蝕性。同時，要考慮埋入地下的鋼結構部分，使其具有較強的抗腐蝕能力。除此之外，必須在生產原材料時做好相應的對鋼材的耐火性測試，將具體數據作為之后預防措施的重要依據。

三、結語

綜上所述，在當前的建筑鋼結構工程項目中，鋼結構設計仍然存在諸多問題有待解決，若想確保鋼結構設計能夠得到有效落實，住建部門則應該高度重視鋼結構設計的合理性。例如，高度重視鋼結構設計的細節問題，防火性能，充分考慮到結構設計指標等因素，從各個層面上確保鋼結構設計的質量，保證鋼結構的安全性與穩定性，進而提升鋼結構在建筑工程領域的整體質量。

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