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钢结构在高层建筑中的应用

  • 来源:学术杂志
  • 作者: 朱雅卉
  • 发表于:2019-06-03 15:07:17
  • 点击:252

1我国高层建筑钢结构使用的现状

国家统计局发布的我国2010年6月26日~2015年6月26日的北京、上海、广州、其他全国主要城市的建筑钢材总库存量,从图1可以发现近些年来全国主要城市的建筑钢材总库存量一直保持在较高的水平,而从宏观经济学的角度来看,这种现象意味着市场上存在巨大的建筑钢材需求,而建筑钢材更多的是被使用在高层建筑的钢结构之中。由此可见,高层建筑钢结构的使用相当普遍。因此,探究有效的钢结构在高层建筑中的应用措施具有重要的经济价值。

2钢结构建筑的主要优点

2.1钢结构建筑的施工更加方便

对于高层建筑的施工来讲,钢结构建筑最主要的特点就是施工方便,相较于钢筋混凝土钢结构的自重更轻,并且强度与钢筋混凝土相差无几,因而当前国内的大跨度建筑一般都以钢结构作为主要骨架。利用传统的钢筋混凝土制造大跨度的建筑,其施工难度较大,施工的成本也更高,并且也难以保证建筑建成之后的美观性。相较于钢筋混凝土建筑,钢结构建筑的施工更加快捷,要事先将钢结构加工到位,然后运至工地进行组装,避免了整个建筑的施工过程中可能产生的误差,能够有效保证建筑建成之后的质量和美观性,最新建成的中央电视台办公楼就是钢结构建筑最典型也是最成功的例子。

2.2钢结构建筑有很好的抗形变能力

与传统的钢筋混凝土建筑相比,钢结构建筑与钢筋混凝土建筑在强度方面的差别不大,但是在抗形变方面的差别很大。钢结构建筑可以承受一定程度的形变,并且有恢复的可能,即具有较好的抗形变能力。而混凝土建筑能够承受的形变量比钢结构建筑要小得多,并且一旦超过限度便极易产生裂纹,不再具有任何的抗形变的能力。这种良好的抗形变能力在地震多发地带以及地基较软的地区的应用价值更大,在地震发生时能够呈现出更好的抵抗性,减少财产损失和人员伤亡。

2.3钢结构建筑的施工周期较短

传统的钢筋混凝土建筑在施工的过程中受到季节、环境的变化影响非常大,季节、环境的变化会直接影响混凝土凝结的速度和质量。而相较于钢筋混凝土建筑,钢结构的建筑受到季节、环境的影响更小,因而更容易在规定的工期内完成施工。所有的钢结构建筑的组件都是在工厂内生产,成品组件直接由工厂运输到施工工地,然后进行组装,基本上不会受到季节、环境的影响。钢结构建筑施工周期比较短的原因还有机械化程度比较高,由人力并不能完成钢结构的组装和吊运工作,而高度的机械化施工能够极大地提高施工效率,直接缩短施工周期。

2.4钢结构应用在高层建筑中造价较低

相较于传统的钢筋混凝土建筑,钢结构建筑的建设过程中所需要的人力更少,这就意味着人力成本更低;而由于钢结构的自重较轻,因此运输和装卸的费用也相对较低。同时,钢结构建筑对于各项建材的使用量也更低。较低的人力成本、较低的运输费用、较低的建材使用量,使得钢结构应用于高层建筑中造价更低,更符合建筑企业对利益的追求。

3钢结构建筑的施工要点和流程

3.1钢结构的节点细节设计的思路

在进行高层建筑钢结构施工前,相关工作人员须对钢结构的节点细节等方面进行详细的设计,最好利用CAD绘制出建筑物的平面、剖面、立体图形,对所有的钢结构的节点细节进行负荷和受力情况分析,从而提高设计的精确性,保证后期施工的顺利进行。

3.2钢结构的加工和制作

钢结构建筑与普通的钢筋混凝土建筑的最大区别就在于钢结构的所有组件均是事先加工完成之后再运至施工现场的,在钢结构组件的加工时需要充分保证所有组件的质量,依据设计图纸进行制造,将误差控制在可以接受的范围,对于不合格的钢结构构件不予验收,从而保证最后的钢结构建筑的质量,将隐患消除于摇篮之中。

3.3高层民用建筑的安装

1)钢结构构件的安装顺序。首先对所有需要吊装的钢结构组件进行编号,如果先安装整体框架结构,则依据编号依次吊装框架构件,直至安装完毕,待整体框架结构完工之后再进行楼板结构的吊装。对于主梁、次梁、柱子的安装同样如此。只有保证所有的安装过程井然有序才能保证施工的效率,降低安全事故发生的几率。2)钢柱的安装过程。为了保证钢柱安装的垂直度达到预期设定的要求,最好首先在预埋的螺栓上安装必要的螺母,然后利用水平仪来调整水平,一切准备就绪之后再开始钢柱的安装过程。为了保证吊装的准确性和安全性,在钢柱的顶端需要系两根风绳。3)主次横梁的安装分析。一般钢结构建筑都是在安装完钢柱之后再进行主次梁的吊装,这是钢结构建筑中比较重要的阶段,如果主次梁的安装不准确很可能导致整个建筑物出现严重的安全和质量问题。对此在整个主次梁安装的过程中需要进行精密的计算,先拧入临时螺母,待确认整个梁的安装精度达到了预期设计的要求时再用高强度螺母进行永久性的固定。拧紧的过程中也应当从中心位置向着四周不断的延伸,一般拧紧可以分为两种:一种是初级拧紧,另一种是终极拧紧。初拧时的扭矩一般是终拧的一半。4)焊接。梁和柱安装完成,并且精度达到要求之后,要采用手工电弧来进行焊接,焊接应当遵循节点对称、结构对称以及全方位对称焊接的基本原则。在进行连续焊接的时候,在焊接完上一条焊道之后,需要对焊道进行检查和清理,检查焊接是否牢固,是否存在裂痕,清理焊道中的各种杂质,再继续下一步的焊接。在进行多层的焊接时应该依据安装的情况先焊接顶层柱和梁节点,然后再进行底柱和梁节点的焊接。最后将中间部分的梁节点和柱进行焊接。焊接的质量对于钢结构的建筑物影响重大,虽然不同的钢结构组件之间由高强度螺母进行连接,但焊接工作提供了另一道保障。

4结语

时代的发展促使城市中的高层建筑越来越多,而高层建筑务必要具有较高的安全性和稳定性,这便对施工工艺提出了越来越高的要求。当前钢结构在我国高层建筑的施工中应用越来越广泛,因为钢结构具有许多钢筋混凝土不具备的优良特征,虽然钢结构建筑在我国的高层建筑中的应用较多,但对于钢结构的应用仍旧处于起步阶段,与国外发达国家仍旧存在差距,所以,相关的施工人员应当不断探究钢结构的应用方法,提高钢结构的施工水平,从而保证高层建筑的施工质量,创造最大化的社会价值。

作者单位:太原市建筑设计研究院


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