摘要：随着时代的发展，高层建筑的不断兴起，在高层建筑的结构中，钢结构以其强度高、自重轻、工速度快、绿色环保、有效空间大、自重轻等特点抗震性好及材料可回收等诸多优点得以在高层建筑中广泛应用。由于钢结构在许多方面优于传统的混凝土结构和砌体结构，其不仅稳定性较好，而且可以在厂房加工完成后再到现场进行装配．有效的加快了工程建设的速度。钢结构在高层建筑上具有明显优势，已被越来越多的高层建筑所采用.
关键词：高层钢结构；工程设计；施工应用；分析
1钢结构设计概论
钢结构设计要从物理特性和经济性方面进行判断：①经济方面，把钢结构运用到施工建设中，可以在很大程度上节约施工的成本。②物理特性，为了保证钢结构的设计，质量和施工质量，要尽量提高其物理承受力，结合其体系特点、荷载性质和分布特征来进行综合性分析。通常情况下，不仅要保证力学模型的清晰度以及刚度的均匀程度，还要保证柱间扛侧支撑的分布均匀。
2高层建筑钢结构设计途径
2.1合理选取钢材
钢结构设计时，要选取强度较高，且伸长率达到要求的钢材。焊接结构则应该选取含硫量合格的钢材。而在地震区，钢结构有其特殊要求，屈服应至少缩小1.2%。且需要有明显的屈服台阶，伸长率不应小于20%，还需要有很好的可焊接性与冲击韧性，这主要是为了对结构进行保障，从而使得塑性变形能力与安全储备足够。
2.2细化设计方案
钢结构材料在设计过程中，设计师应提前考虑到施工现场突发的实际情况，把设计方案细化整理。设计师在钢结构材料设计过程中，把整体的设计方案细化到条，逐条的进行设计，在每条设计之前都需要考虑到此时可能发生什么突发情况，并加以改进应对，这样在施工现场突发情况发生后，设计师能够及时的发现问题出在哪里，并调动相关人员进行处理，把危险系数降到最低，为建筑工人的安全提供了不同程度的保障，为我国建筑工程事业奠定了一定的基础。
2.3注重耐火性
钢结构构件需要有防火材料保护，在设计防火材料时，应根据高层建筑的防火等级展开设计，对可能受到高温影响的构件，应使用隔热防护对其进行保护。而防火处理主要是为改善钢材料耐火性不足的缺点，防止钢结构因火灾迅速升温导致出现变形的情况，对于钢结构防火方法是多样的，但不论使用哪种方法，设计都应该符合工程施工的要求，且每种方法的使用原理都是大同小异的。
3高层钢结构工程施工
3.1高层钢结构工程施工中钢柱、钢梁是最重要的基础构件，由于各类建筑工程项目设计的差异，就需要建筑工程施工单位对钢材进行切割、焊接、打孔等操作来进行制作。钢柱主要承载了建筑竖向荷载，受上部荷载作用，会发生一定的弹性形变，在下料过程中要适当进行控制，不能死板地依据构建制作长度进行切割等操作，同时形状相同的钢结构构件会因为使用部位、环境的不同采用不同型号的钢材进行制作，在钢柱的制作过程中，要对其进行标记，避免发生用料错误、安装错误的情况出现，结合建设项目高度、钢柱自重、形变量、焊接情况对其标高进行严格控制。钢柱制作完成后，钢梁部分同样也要注意，本身高层钢结构工程属于框架形式体系，钢柱、钢梁之间的连接多是使用刚性连接，这就要求钢梁必须是贯通型结构，同时附带很多与其他构建相连接的部分，这就导致其制作的工艺要求比较高，可通过上下翼缘处设置横向加劲肋的方式与钢柱等构件连接，条件允许情况下，尽量提高钢梁的制作、安装精度。
3.2高层钢结构工程施工中，在钢柱、钢梁制作完成进行现场安装时，要考虑钢结构与基础如何进行相连，而连接的方式在设计过程中就已经考虑到，大部分采用预埋地脚螺栓的方式进行，而地脚螺栓埋设质量会直接影响钢结构安装的施工质量以及整个工程施作的难易程度，所以在进行地脚螺栓埋设时要严格控制相关参数，准确进行测量，及时进行定位复测，控制浇筑过程，保证钢结构安装工作顺利进行。
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3.3在高层钢结构工程施工工程中会大量涉及吊装工作，要严格按照相应的吊装标准进行操作，在钢结构构件进行吊装以前，必须认真检查各个钢柱、钢梁、附件的标高、间距等参数，同时依照设计顺序进行有效组装；吊装过程中要依据前期所做标识，将正确的构件进行有效连接，避免出现安装错误，对于超长、超宽的钢结构构件，在设计制作过程中要充分考虑到构件起吊点的选取，在保证安装方便、安全的基础上为钢结构构件预留吊装用孔洞；吊装工作过程中要按照起吊规范要求、钢结构设计要求进行吊装。
3.4在高层钢结构吊装过程中会将高强度螺栓穿入进行安装，在这个过程中要保证高强度螺栓穿入方向是一致的，截面为箱形的构件，可以从内部穿入，外侧紧固。穿入完成后依照设计及规范标准要求，添加规定数量垫片，若存在误差不能强行将螺栓穿入，因为强行穿入螺栓会破坏螺纹造成螺母的安装困难，进而影响整个系统的螺栓连接强度，需要使用专用工具进行纠偏，使得安装顺利进行，避免产生结构间的位移。各螺栓螺母安装完成后，要进行初拧、终拧两道工序，大型复杂构件还需要加入复拧工序，之所以采用复杂的拧装工序，主要是为了避免钢结构件在安装时，部分节点进行紧固后对周边产生位移影响，避免位移影响累计导致的安装强度不足，初拧、终拧过程中不可将一个点拧紧再去处理下一个点，需要交替进行，避免某一螺栓一次拧到初拧、终拧值的现象，在拧紧后紧固值扭力应等于规范标准设计的标准扭矩。
4高层钢结构施工中突出问题及对策
4.1施工偏差对结构的影响
关于常见的下料、焊接、吊装偏差对结构的影响，根据已有研究成果，上部结构采取纠偏措施后，一定范围的施工偏差对结构自振周期、层地震剪力及层间位移的影响均较小。对构件承载力影响在许可范围，但对结构最大应力的影响很大，柱身垂偏对结构的性能影响最大。因此，应该高度重视钢结构焊接、安装误差，特别是垂偏施工偏差对高层钢结构局部安全的影响。
4.2不当焊接及加工对质量的影响
（1）连接节点破坏。如节点板焊接时出现焊缝重叠（不利于塑性破坏）、钢板的形状或开孔出现应力集中、厚板在节点中出现层状撕裂的构造等。（2）栓钉焊接强度不足。在组合构件中栓钉主要抗剪，保证钢板与砼协同工作，但实际工程上较多出现栓钉焊接质量不合格。（3）焊接管理。如果厚板、斜撑、斜柱导致较多的复杂焊缝，则在赶工期时容易出现焊接质量问题。对此，根据多数经验总结，采取提高工艺水平、耐心和加强检测的方法可以加以改善焊接质量。采用二氧化碳气体保护焊工艺，可以解决手工焊接中的电弧焊的速度制约问题。
4.3防火涂层
对不便于施工的部位，特别是现场涂刷的情况，涂膜厚度及均匀性不易保证。重要的钢柱构件一般应采用厚涂型防火涂料，且节点部位宜做加厚处理。当所用防火涂料的粘接强度小于0.05MPa时，涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网。需要注意，不得将饰面型防火涂料用于钢结构的防火处理。
5结语
由于钢结构自身的特点和优势，在高层建筑中的运用越来越广泛，成为整体工程中及其中的部分，受到诸多因素的影响，在钢结构的设计与施工中依然存在着很多问题，这需要从业人员不断地提高自身的专业水平和综合素质，在日常工作中进行不断地总结和反思，进而满足现代社会对高层建筑中钢结构设计与施工的要求。然而，随着时代的进步与发展，这些问题也将逐渐解决，这有效地推动的行业的发展，使得国民经济快速增长。
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论文作者:朱吴佳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：钢结构论文; 构件论文; 钢梁论文; 螺栓论文; 高层论文; 结构论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2019年第25期论文;