摘要：由于钢结构体系具有自重轻，安装容易，施工周期短，抗震性能好，投资回收快，环境污染少，工程受损或报废后，钢材可再生利用等优点，所以钢结构的发展与应用，反映了一个国家的建筑发展水平，也反映了一个国家的综合经济实力，我国的高层钢结构应用将会越来越广泛。
关键词：高层建筑；钢结构；设计
前言：
相比混凝土材料，使用钢结构材料可以大大的缩短工期，同时能使建筑质量更高，建筑更牢固。但是在使用钢结构材料的过程中也会遇到很多的困难，诸如钢结构材料的设计问题。因此，在研发和使用钢结构材料的时候要在钢结构的设计上下功夫，让钢结构材料真正能够发挥应有的作用，提升整体的建筑质量。
1钢结构建筑在设计上遵循的原则
1.1 经济性原则
钢结构材料之所以能够在现代建筑工程的过程中大规模的使用究其根本原因是使用钢结构材料能够节省建筑成本。钢结构材料能够在建筑的过程中降低建筑工程的建筑成本，使建筑工程的整体效益不断提高。所以，钢结构建筑设计的经济性原则使我们转换角度，让我们不断联系实际，从全局的角度出发全面的考虑钢结构的设计。只有这样才能设计出最适合钢结构材料的设计和方案。
1.2 适用性原则
钢结构材料的适用性原则要求我们在选择适合的建筑材料时要考虑到建筑物以后的具体应用。而在选用钢结构材料的时候要对该建筑物有一个充分的了解。知道所建设的建筑物在以后的应用中要如何使用，了解该建筑物所在的周边环境如何。通过对该建筑物周边环境的了解决定是否适用钢结构材料。因为建筑物可能对保温、隔热有特殊的要求，或者建筑物要求具有较高的抗震能力，这些都影响着建筑设计师和施工方对建筑材料的选择。
2 钢结构高层建筑设计要点
2.1 荷载设计
结构设计的主要控制因素是风荷载和地震荷载，结构内力和位移基本都是通过对弹性方法计算的采用，针对具备抗震设防要求的建筑结构，不仅要做好地震作用下的弹性阶段的计算之外，还要进行有可能进入的弹塑阶段状态的验算。进行风振验算的时候，如果建筑的主体结构部分的顶部有小型突出建筑，就需要将鞭梢效应计算在内。
2.2基本构件设计
在实际设计中采用多种结构体系。第一，线形构件设计，线形构件主要是承受轴向压力或拉力，不能作为独立的构件承受荷载，所以设计线性构件组成框架- 支撑体系、框架- 剪力墙体系的基本构件。第二，平面构件设计，平面构件具有较大横截面宽厚比的片状构件，它主要作为楼板或墙体使用，平面构件在平面方向的刚度和承载力比较小，所以设计平面构件组成框架- 剪力墙体系、框架- 核心筒体系的基本构件。第三，空间构件，空间构件横截面尺寸较大、壁厚较小，它在高层建筑结构中主要用作竖向筒体或巨型柱使用，空间构件在水平荷载下的侧移较小，所以设计空间构件为框筒体系、筒中筒体系、束筒体系、支撑框筒体系、大型支撑筒体系及巨型结构体系中的基本构件。
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2.3防火设计
设计人员的设计必须以相关的规定作为操作的基础，将建筑物之间的实际距离精确地测算出来。同时，设计一定要因地制宜，防火结构必须与实际的地形情况相符合。另外，还要特别注意安全疏散通道的设计。通常，安全疏散通道的设计要符合垂直结构设计的要求，一定要尽可能多的进行设计，方便进行火灾发生时的人群疏散。安全疏散通道中必须要有防烟区的设计，这样能够有效的防止烟雾熏呛到疏散中的人群。
2.4高层钢结构的结构体系和节点设计
高层钢结构的结构体系和节点设计中选择高强螺栓连接为钢结构安装的主要连接方式。高层钢结构设计的混合连接，多出现在主梁和柱的接头设计中，其中梁的翼缘和柱用焊缝连接，梁的腹板和柱用高强螺栓连接，再焊接梁翼缘上的焊缝的过程设计。采用这种连接，在设计前还要考虑到焊接时高温对高强螺栓受热影响轴力的损失。高层钢结构建筑设计的层高一般来说都比较低，所以需从钢梁中通过部分管道，管道穿过钢梁的孔洞，按梁受力情况和孔洞的大小，对孔洞周围进行优化设计，其方法可采用钢板圈或短钢管套。
2.5计算模型
高层钢结构建筑计算模型都是按照具体的结构形式和计算内容进行确定的，通常平面抗侧向力结构空间协同计算模型使用的比较多。如果结构布置比较规则、质量和刚度沿着高度分布的比较均匀，适合使用平面结构的计算模型；如果结构平面或者是立面不够规则，没有办法进行平面抗侧力单元的划分，可以进行空间结构计算模型的使用。
2.6基础设计
高层钢结构建筑中的基础设计，需要综合进行建筑场地的地质状况、上部结构的类型的考虑，保证建筑物不会出现过于严重的沉降或者是倾斜，使建筑物的正常使用要求得以满足。还要特别关注相邻建筑物之间的相互影响的问题，特别是周围的高层建筑，比较适合选用筏形基础，如果有必要可以用箱形基础。如果地质条件比较好、荷载又比较小，还能使地基承载力和变形要求得以满足的时候，也可以选用交叉梁基础或者是其他基础形式。
2.7抗震性能设计
高层建筑结构的设计必须使每个位置的刚度都能确保对称和均匀，其平面形状也要确保规范和简单。假如能够使上面提到的要求与标准相符合，那么在进行地震应力计算时就会更加的容易，也会更方便进行处理。由此可见，在进行高层建筑结构设计的时候，要尽可能地将建筑刚度的中心点与地震力作用的中心点一同进行设计，在正常的情况下，偏心距e 要小于与外力作用线垂直的建筑物边长的5%。高层建筑物一般都有较大的体积和吨位，如果没有较好的抗震效果，那么一旦有地震或者其他使之震动的因素出现，就会造成非常大的损失。为了避免发生灾难，必须做好高层建筑的抗震性能的设计。
结束语：
总之，在高层建筑钢结构设计过程中，要采用行之有效的优化方法，全面发挥高层建筑的使用性能，并合理控制梁与柱、节点与构件以及框架与剪力墙的相对关系，才能使钢结构与混凝土结构完美结合各自充分发挥自身的优势。与此同时，通过对高层建筑钢结构的设计优化及普及，可以切实提升建筑企业的经济效益与社会效益，从而促进我国建筑事业的可持续发展。
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论文作者:牛雁兵
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/11/29
标签：钢结构论文; 构件论文; 建筑物论文; 建筑论文; 体系论文; 高层建筑论文; 结构论文; 《基层建设》2016年17期论文;