李庆勇
同圆设计集团有限公司 山东济南 250101
摘要：随着对地震地质灾害的重视，建筑行业开始研究房屋的抗震性，通过提高建筑质量的方式减少地震地质灾害中人员的伤亡以及财产的损失。因为高层建筑存在体积大、工程大等特点，所以对高层钢结构建筑进行抗震设计需要考虑很多因素，需要设计师的专业技能和建筑物团队的实践经验。
关键词：高层钢结构；钢结构设计；建筑结构体系
中图分类号：TU712 文献标识码：A
1建筑钢结构概述
1.1 建筑钢结构
建筑钢结构和其它建筑结构进行比较，其有着自身独特的优势，钢结构的强度要高一些，韧性要好一些，成本也要低一些。所以，在设计过程中，要对钢结构进行合理的选用，从稳定性、效益性等视角出发，对钢结构的设计要点进行关注。
1.2 钢结构设计原则
（1）除疲劳强度计算使用容许应力法，其它的设计计算使用极限状态设计法进行，其设计基础是概率论。（2）全部的承载结构要结合两个状态进行设计计算，一个是承载能力极限状态，另一个是正常使用极限状态。（3）设计过程中要结合不同建筑特点，来对安全等级要求进行考虑，同时利用相关系数，将其在荷载效应计算进行体现。（4）在结合承载能力极限状态，设计结构构件或连接过程中，通常来说，要以适用条件为依托，考虑载荷效应的基本组合。（5）在正常使用极限状态时，要结合设计要求的不同，将不同的荷载组合进行应用。（6）疲劳强度验算过程中，要将容许应力法进行应用。（7）选择钢材时，要结合结构的受荷载情况、环境位置以及工艺等。（8）钢钟选择时，要对一系列指标进行关注，比如抗拉强度、屈服点以及碳含量等。
2高层钢结构设计的注意事项
2.1 设计指标问题
按照国家规定，高层钢结构设计时其高度比值限定为6以内，钢—混凝土混合结构则应限定在5以内。但该规范主要针对150m以下中高层建筑所提出的，目前很多150m以上的超高层建筑已经突破了这一限制，需要及时论证并确定其具体规范。同时，高层钢结构设计时为了保证其强度满足要求，其层间变形通常被限制在层高的四百分之一的范围内，其面临小型地震时变形则被限制在层高的二百五十—三百分之一的范围内，但目前该标准没有得到足够重视，很多高层建筑超过这一标准，需要有关部门加以规范解决。
2.2 抗风设计问题
若想保证高层建筑具备足够的稳定性，抗风设计是必不可少的，当前我国大部分高层建筑均按照百年一遇大风标准进行设计，尽管能够保证建筑安全，但大风也可能导致建筑中的钢结构出现较大的位移震动，尽管其不影响到建筑安全，但可能会对建筑内生活、工作的民众的舒适度产生影响，导致建筑的使用效果下降。因此，很多高层建筑在开展高层钢结构设计时需要计算出其抗风振动是否符合人体舒适度，标准值一般按照加速度来进行计算，通常应被控制在 0.2—0.3 m/s 的区间范围内。
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2.3抗震设计问题
对于高层建筑来说，使其具备足够的抗震性的意义不言而喻，其指标计算应依照高层钢结构在遭遇强烈地震下所表现出的弹塑性变化来确定标准结果。为确定这一标准，设计人员可以利用能够测量出钢结构弹塑性变化的减震装置来加以解决。为了尽量使实验符合实际地震情况，设计人员可以通过调整或改变试验钢结构的动力参数、作用的方式，利用隔震垫、消能设备等来控制实验钢结构在不同地震状态下所出现的位移、加速度变化情况，然后再结合建筑地区的实际地质情况来确定抗震标准，以此来为钢结构设计提供参考。
3高层钢结构设计的相关策略
3.1 建筑结构造型设计
造型设计是确保高层钢结构体系符合标准的第一步骤，目前我国可供选择的钢结构体系包括钢框架结构、钢框架支撑结构、钢框架核心筒结构、钢框架混凝土结构等。其特性介绍如下：第一，钢结构框架是一种有着均匀刚度和延展性的钢结构形式，但其可塑性较大，抗侧力较弱。第二，钢框架支撑结构则有着较强的抗侧力，但其延展性较差，因此两者在高层钢结构实际设计中应用的较少。相对来讲钢框架核心筒结构、钢框架混凝土结构则在实际设计中得到了较为广泛的应用。第三，在考虑建筑结构造型设计时，设计人员还需要重点考虑其所具备的防腐、防火特点，在选材时认真考察其防锈等级，准确的找出除锈方法，避免因锈蚀可能会导致钢结构在稳定性上出现问题。
3.2 建筑构件、节点设计
为了有效控制建筑成本，充分保证高层钢结构设计达到实用性要求，设计人员需做好对高层建筑构件、节点的设计工作，其工作方式如下：一是对于高层钢结构构件的设计过程中，设计人员需要一些具备良好性能的钢材如 Q345B、H 型焊接钢、T 型钢等等。构件边缘宽度应控制在 20 cm 之内，如果有条件的话最好采用钢管混凝土框架为构件材料，这是因为混凝土通常具备强大抗压性，能够充分降低其外部钢材所面临的压力问题。促进其强度得到提升。二是而在对高层钢结构节点的设计过程中，设计人员应当从其所处实际位置出发，保证其具备足够的承载性和抗震性，其还应当具备一定的协调性，这就决定其不能利用面积太大的外环板、外肋板来进行构建，特别是在构建主梁和次梁间的节点时，不可以采用夹腋的方式，而应当利用刚接的方式将两者边缘通过焊接的方式连接在一起，可以同时在次梁边缘上添加盖板分散其拉应力的方式来进一步提升该节点处的稳固性。
3.3 建筑楼板设计
在开展高层钢结构设计的过程中，为了保证建筑具备足够的稳定性，设计人员还需要设计好建筑楼板的结构，使其能够具备足够的刚度、强度和抗震性。并达到一定的抗渗漏和隔音要求，目前市面上可供选择的楼板形式包括现浇钢筋混凝土楼板、预应力钢筋混凝土组合楼板、压型钢板组合楼板等等，相关设计措施如下：第一，现浇钢筋混凝土楼板有着方便装修、整体性能强等优点，但由于需要当场开展现浇工作，导致其费用增加、施工进度也将因此而受到影响。只有使用钢筋作为其模板支撑架才能充分提升施工效率。第二，压型钢板组合楼板指的是利用其所具备的压型钢板，来起到模板支撑架作用来保证混凝土楼板强度得到提升，但利用压型钢板组合楼板需要确保，设计过程中具备足够的防火措施，以防止钢板在受力时遇火将出现的支撑不牢固问题。第三，预应力钢筋混凝土组合楼板则有着强度高、预制板面积小、吊装轻便的优势，但其中存在的收缩应力问题需要得到设计人员的重视，以避免因此而导致建筑稳定性出现问题。
3.4 建筑内外墙设计
在开展对高层钢结构内外墙的设计过程中，设计人员应当从降低其重量、保证其稳定性出发来确定其结构体系，介绍如下：第一，在对高层钢结构外墙的设计过程中，设计人员需要保证其能够对建筑的接本结构产生维护效果，其在承载力、防渗漏、防火、隔音方面也应当具备足够的材料质量要求。第二，高层钢结构的内墙在设计时除了应保证其具备足够的隔音性、防火性和承载力之外，还应当保证其具备更加灵活的特点。
结束语：
现阶段，国内乃至全世界住宅建筑发展的趋势就是钢结构建筑，这是由于钢结构与其它结构进行比较，有着特殊的优势，比如强度、抗震以及效率等。因此，在实际设计时，要从不同角度，对钢结构设计要点进行掌握，结合钢结构自身的质量以及稳定性得以有效保证。
参考文献：
[1]周均来.高层钢结构的质量管理要点[J].工程技术研究，2016（7）.
[2]刘新娜.关于建筑结构安全度设计的研究[J].建材世界，2016（3）.
论文作者:李庆勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/4
标签：钢结构论文; 建筑论文; 高层论文; 楼板论文; 组合论文; 设计人员论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第34期论文;