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摘要：高层钢结构住宅工业化和商品化程度在不断地提高，能够把设计、生产、施工和安装整合为一体，进而使住宅产业化水平得以提高。基于钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好和材料可回收再生等诸多优点，高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，大量新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。面对这样的形势，本文将对高层建筑钢结构设计及安装的探讨。
关键词：高层建筑；钢结构；设计；安装
1.高层建筑的钢结构设计要点
1.1结构布置与选型
在整个钢结构设计中，首要问题就是要做好结构的选型与设计，尤其是对于一些难以作出理性与精确分析的问题，根据整体结构体系与分体系之间的力学关系和机理，综合分析结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素，进行全面的综合考虑，最终获得合理的设计思想。
1.2构件设计
在构件设计时，一定要注意材料的选择。钢结构的材料选用，最为主要的一点就是保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下出现脆性破坏。通常比较常用的材料有Q235B、Q345等。在具体的构件设计中，需要注意以下几点问题：一、由于Q235这一类的材料为碳素结构钢，等级是B级屈服极限是235N/mm2，为此，在设计，需要考虑到工程的组合截面的强度；二、还要控制钢材的疲劳断裂，通常在经循环荷载作用下，构件深处裂纹扩大，造成脆性破坏，需要以现行的规范为标准，进行截面计算；三、通过强度极限，断面收缩率，伸长率等机械性能指标，采用单向拉伸试验的方法，测定钢材的受力情况。四、在构件设计，还有强度及稳定验算，一般情况下，常规设计可以解决这个问题。
1.3节点设计
在钢结构设计中，最重要最关键的是节点设计，在一些工程中，节点非常复杂，甚至图纸都无法表达清楚，为此，就必须要结合有限元计算对节点做法进行验算复核。如对于连接板的设计，其厚度的控制，主要以在梁腹板的厚度的基础上，再加上4mm，最后通过验算，分析截面的抗剪力。
2.高层建筑钢结构的具体安装施工
2.1测量
在测量之前，应合理布置测量的位置与基准点、基准线等，正确的选择测量的方式和高程传递数值等需要的路线。钢结构安装前要对建筑物的定位轴线进行复验，钢结构安装平面控制网采用内控法，随着楼层的增加，平面控制网也应不断上投测。在工程的测量过程中，应合理使用施工测量的水平仪、经纬仪、全站仪等仪器和设备，以实现测量放线目标。如在安装柱和柱、柱和核心简间的主梁时用经纬仪对柱子进行跟踪监测，出现偏差必须再校正一次，而且第二次校正比第一次校正更重要，除了按照轴线的要求外，还应考虑焊缝收缩的预留量以及温度变化对高层钢结构产生的影响等。而钢柱安装时，也要以当时经纬仪的垂直平面进行测量校正，这样环境温度变化会使柱子顶部产生一个位移值。而这些偏差在安装柱间的主梁时可以外力强制复位，使得柱顶回到设计位置、固定结构的几何形状。在柱顶柱和主梁的焊缝焊完之后，把下一节柱的定位轴线引至高空，对柱的定位轴线进行放线，每安装一根柱子都要独立进行校正。待焊接工作全部结束后，再在对钢柱的垂直偏差、倾斜偏差和标高偏差做最后测量记录。
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2.2 地脚螺栓的预埋
在高层钢结构中，钢柱主要是经柱脚板与基础承台预埋的地脚螺旋相互连接，在地脚螺旋施工中有两个较为关键的技术，即地脚螺栓的标高控制和其平面两个方向的中心线或边线的定位控制。为了保证钢柱地脚螺旋的垂直度和轴线定位尺寸间的距离，需要用两个套模分别从上下两个层面固定地脚螺栓。为了避免地脚螺栓在混凝土进行浇筑时出现位移，采用6-10 mm 厚钢板制作加工成定位钢板，定位钢板尺寸同钢柱底垫板尺寸（圆管柱直径D+120 mm），在钢板底部螺栓上加止退调节螺母，在钢板上部螺栓上固定调节螺母，钢板上有直径150 mm浇捣孔，应用膨胀螺栓与适当长度的角钢或钢筋头直接在柱底板位置的下方支座内搭设钢架，并把地脚螺旋的套模支撑固定起来。此时，必须注意复核地脚螺栓间的间距，使套模和支座的主筋保持一定的距离，避免在进行支座钢筋绑扎时受到影响。在绑扎钢筋后，需同电焊使支座上部的套模进行焊接与固定，点焊不得伤害支座主筋。并对其进行反复校核，确认无误后进行混凝土的浇注施工，地脚螺栓露出地面部分用塑料布进行包裹保护。
2.3 钢柱安装
钢柱，是控制建筑的层高、建筑能够建多高的主要竖向构件，更是建筑项目在建成后的使用年限标准以及质量安全的重要环节。正是因为这样，在进行加工、制造及安装的全部过程中，必须要满足相关的规范标准：100m高的超高层钢柱，一般来说，要分为8节~12节构件，而钢柱在翻样下料制作的过程中，应该充分的考虑钢柱因为焊缝的收缩变形以及在竖向荷载的作用下所造成的压缩变形，由此可以看出，钢柱的翻样下料的长度并不是直接的等于其设计时的长度，而且在每一道工序、步骤中，都应该严格的控制好，因为即使只是几毫米的偏差，也是不可以忽略不计的。对于钢柱的标高控制，一般分为二种：按照相对的标高制作来进行安装，适用于12层以下的建筑，或者是对于层高的控制不是十分严格的建筑，建筑物的总高度只要达到了允许偏差的总和就是合格；按设计标高制作安装，适用与12层以上的建筑物，或者是精度、要求都比较严格的层高建筑物，要严格的按照土建的标高来进行安装，第一节钢柱底面标高，每一节钢柱的累加尺寸总和，必须要符合设计要求的总尺寸。
2.4 钢梁安装
钢梁安装时主要是由限位的连接板和高强螺栓经过多次矫正并经过对高强螺栓的初拧和终拧来固定的，从而有效控制钢梁和梁柱连接点的轴线位置与垂直度。（1）钢梁吊装临时固定。钢梁吊装采取在钢梁上焊吊装耳板并在钢梁上部两端各焊一块安装限位钢板的措施。在对钢梁进行吊点的耳板设计时，在梁两端L/4处各焊一个，可以满足该梁承载力要求，耳板厚10-16 mm，用来吊装钢梁。在钢梁上部两端各焊一块限位钢板，板厚10-16 mm，安装钢梁时将安装限位钢板卡在钢柱牛腿上，用于临时固定钢梁。吊装的耳板与限位的钢板安装，提高了安装速度和质量，保证了安装施工的安全。（2）钢梁的矫正。在最开始的吊装中，就位钢梁需要持续多次的矫正和调整，以确保钢梁的框架位置满足图纸设计要求。进行矫正时，可使用倒链和千斤顶反复进行矫正，保证其垂直度与钢梁轴线位置。
2.5 焊接连接
（1）高层钢结构的现场焊接顺序的确定要依照尽量减少焊接变形和降低焊接应力的原则。在平面上，从中心框架向四周扩展焊接，先焊收缩量大的焊缝，然后再焊收缩量小的焊缝。同一根梁的两端不得同时焊接，要先焊一端，等到其冷却后再焊另一端。（2）钢柱间一般是用坡口焊连接。主梁和钢柱一般为刚接，上、下翼缘用坡口电焊连接，而腹板则用高强螺栓连接。次梁与主梁一般为铰接，在腹板处用高强螺栓连接，只有少量再在上、下翼缘处用坡口电焊连接。一般是上节柱和梁经校正和固定后再进行柱接头焊接，柱与梁焊接时，先焊顶部梁柱节点，然后再焊底部梁柱节点，最后焊中间部分的梁柱节点。（3）柱与柱接头焊接是在本层梁与柱连接完成后进行的。焊接时，由两名焊工在相对称位置并且以相等的速度同时施焊。H型钢柱节点的焊接通常是先焊翼缘焊缝，然后焊腹板焊缝。翼缘板焊接时，两名焊工对称、反向焊接，等到焊接结束后，将柱子连接耳板割除并打磨平整。
参考文献
[1]王俐杰，王艳艳.论高层建筑钢结构的设计步骤及思路[J].民营科技.2010（06）
论文作者:李林1,陈益明2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/17
标签：钢梁论文; 钢结构论文; 螺栓论文; 地脚论文; 钢板论文; 标高论文; 梁柱论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;