高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點及其在我國的發(fā)展與展望

何國旭 賈海濤

摘要：我國的人口在不斷增加，而我國的房屋問題卻非常的緊張，所以我國需要建設(shè)高層的樓房，這樣才能夠更好地解決我國的人口居住問題，才可以更好地提高人們的生活水平。但是由于現(xiàn)在高層房屋修筑的增加，導(dǎo)致了我國房屋建筑工程的規(guī)模在不斷地擴人，房屋的結(jié)構(gòu)也由簡單轉(zhuǎn)向復(fù)雜，就造成了我國高層房屋在建設(shè)過程當中施工難度在不斷的增強，而高層建筑的施工環(huán)竹也在不斷地增加，所以，為了加人高層建筑施工技術(shù)的改革力度，我們需要加強對高層建筑的認識，加強對高層建筑施工技術(shù)的了解。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；特點

一、高層建筑施工的特點

近年來，我國建筑行業(yè)施工技術(shù)有著極大的變化，相較于以前較為單一的施工模式，目前我國建筑施工結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了由單一結(jié)構(gòu)形式向復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)變，不僅表現(xiàn)在安全化與模塊化方面，在智能化與功能化方面也有著極大的提高。高層建筑作為現(xiàn)代建筑施工的重要部分，施工過程中要求的工程量以及技術(shù)含量都大為提高。為了保證高層建筑的安全性，在密閉性以及抗風(fēng)性方面就要有更高的要求，不僅如此，高層建筑對于地基也有著嚴格的要求，這是因為地基的承受力在一定范圍內(nèi)相對安全，如果承受力超過了范圍的臨界值，地基的承載力不能夠承受建筑物的負荷，這無疑是非常危險的。這就要求在最初打造地基的過程中，要切實保證地基與建筑物的設(shè)計相符合，還要保證地基盡量在大氣層能夠影響的深度以下。在施工過程中，所需要的地基需要更大的面積和更深的深度，以此解決施工中的結(jié)構(gòu)抗浮等問題。由于高層建筑多為混合型建筑結(jié)構(gòu)，所具有的功能較為復(fù)雜，這就要求建筑的施工工期較短且具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能。

二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系

用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的各種結(jié)構(gòu)體系可人致根據(jù)其抵抗側(cè)向荷載的相對效能概括地分為下列類型：

1.鋼框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)體系是指，沿房屋的縱向和橫向均采用框架作為承重和抵抗側(cè)力的主要構(gòu)件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。由于框架體系能夠提供較人的內(nèi)部使用空間，因而建筑布置靈活，并可根據(jù)樓而使用性質(zhì)的改變，重新布置。

2.鋼框架—抗剪結(jié)構(gòu)體系。由于純框架結(jié)構(gòu)是靠梁柱的抗彎剛度來抵抗水平力，當建筑物超過30層或純框架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載或地震作用下的側(cè)移不符合要求時，往往在純框架結(jié)構(gòu)中再加上抗側(cè)移構(gòu)件，即構(gòu)成了鋼框架—抗剪結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)抗側(cè)移構(gòu)件的不同，這種體系又可分為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—支撐析架結(jié)構(gòu)體系。在框架—剪力墻體系中，剪力墻剛度較人，在人震作用下易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)人的斜向裂縫而引起脆性破壞。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，框架—支撐析架結(jié)構(gòu)就是在框架的一跨或兒跨沿豎向布置支撐而構(gòu)成，其中支撐析架部分起著類似于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的作用。

3.筒體結(jié)構(gòu)體系。筒體結(jié)構(gòu)體系是在超高層建筑中應(yīng)用較多的一種，包括框筒體系、析架筒體系和束筒體系。筒體結(jié)構(gòu)體系可以定義為利用全部建筑物的周邊抵抗側(cè)向荷載的二維結(jié)構(gòu)體系在框筒體系中，形成一個墻式結(jié)構(gòu)必須將立柱彼此相對密集地布置在建筑物的外圍，并用深裙梁將這此立柱聯(lián)系起來。采用密柱深梁的目的是盡量減小剪力滯后效應(yīng)，但由于梁高畢竟有限，該體系自然有較嚴重的剪力滯后現(xiàn)析架筒體系代表了一種改善框筒效能的經(jīng)典方法，它在筒體表而增加斜向支撐以有效地消除翼緣及腹板框架的剪力滯后效應(yīng)。束筒結(jié)構(gòu)可以被認為是一組筒體，這此筒體由共用的內(nèi)筒壁相互連接以形成一個多孔的多格筒體，筒體的各筒格可在不同的高度截斷而不削弱結(jié)構(gòu)的整體性，可形成各種形狀與尺寸變化的收進，以適應(yīng)自下而上剛度不斷變小的需要。

三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要特點

1.鋼材料強度高、重量輕，降低基礎(chǔ)工程造價。高層建筑下部結(jié)構(gòu)承受較大的自身重力，對建筑材料要求較高。鋼材與其他建筑材料相比，鋼材的密度與屈服點的比值最小。荷載和約束條件相同的情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)自重通常較小。當跨度和荷載相同時，鋼屋架的重量只有鋼筋混凝土的1/4-1/3。由于重量輕，便于運輸和安裝，因此，鋼結(jié)構(gòu)特別適用于高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。

2.鋼材料材質(zhì)均勻，可靠性高。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)由于受多種荷載的作用，受力計算較為復(fù)雜。而鋼材內(nèi)部組織均勻，接近勻質(zhì)體，各個方向的物理力學(xué)性能基本相同，接近各向同性體；且在定得應(yīng)力范圍內(nèi)，處于理想彈性工作狀態(tài)，符合工程力學(xué)所采用的基本假定。因此，鋼結(jié)構(gòu)的計算方法可根據(jù)力學(xué)原理進行，計算結(jié)果較準確、可靠。

3.鋼結(jié)構(gòu)延性好，具有優(yōu)越抗震性能。高層建筑的抗震設(shè)計是個重要的課題，普通建筑材料由于物理力學(xué)性能不足，往往難以滿足抗震要求。而在地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)因為具有良好的延性，不僅能減弱地震反應(yīng)，而且屬于較理想的彈塑性結(jié)構(gòu)，具有抵抗強烈地震的變形能力。1976年我國唐山地震，1985年墨西哥地震和1995年日本阪神地震，鋼結(jié)構(gòu)房屋的破壞率和破壞程度均遠低于其他結(jié)構(gòu)類型房屋建筑。

四、我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與展望

根據(jù)我國現(xiàn)階段情況，大力推廣鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑將是大勢所趨，我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)正面臨著極好的歷史機遇。

1.由于我國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，1999年鋼產(chǎn)量達12.2億噸，鋼材已逾11.7億噸，當年產(chǎn)量總量居世界第一。近幾年隨著馬鋼、萊鋼等萬能型鋼生產(chǎn)線的投產(chǎn)，我國具備了生產(chǎn)系列熱軋H型鋼的能力。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)材料品種也較過去更為豐富，如H型鋼、T型鋼和L型鋼等大截面型材以及50以上厚度的鋼板，冷彎薄壁型鋼和彩色涂層鋼板等，這為我國大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)提供了物資基礎(chǔ)。

2.長期以來，國內(nèi)建筑業(yè)在開發(fā)和研究鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)方面由于受國家“節(jié)約鋼材”的宏觀政策影響，因而發(fā)展緩慢?！熬盼逵媱潯敝螅^去“節(jié)約鋼材”的政策轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂侠碛娩摗闭?，過去“限制使用鋼結(jié)構(gòu)”的政策轉(zhuǎn)變?yōu)椤按罅Πl(fā)展鋼結(jié)構(gòu)”政策，政府已經(jīng)開始高度重視鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。1998年建設(shè)部把鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)列為重點推廣的技術(shù)；1999年建設(shè)部、國家冶金工業(yè)局聯(lián)合成立建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)組，協(xié)調(diào)國家的相關(guān)部門在建筑用鋼的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用方面的工作，大大推動了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展；2000年5月建設(shè)部、國家冶金工業(yè)局建筑用鋼協(xié)調(diào)組在北京召開了全國建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展研討會，成立了全國鋼結(jié)構(gòu)專家組，并討論了國家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五計劃”和2010發(fā)展綱要及建筑鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)政策。這充分說明我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展已經(jīng)具備了非常好的宏觀政策大環(huán)境。

隨著我們國家經(jīng)濟水平的提升和人民生活水平的發(fā)展，現(xiàn)代科技技術(shù)的運用也越來越廣泛，高層建筑工程的施工建設(shè)是一個非常復(fù)雜的項目，所以為了很好的做好這個項目，我們需要把現(xiàn)代科技技術(shù)運用到高層建筑當中，不斷的提高我們國家高層建筑的施工技術(shù)水平，這樣才能夠使高層建筑建設(shè)得到更好的發(fā)展。

參考文獻：

[1]陳銘，何麗麗，鞏偉平.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計[J].山西建筑，2008，34（5）：118-119.

[2]張耀春，張文元.超高層巨型鋼機構(gòu)體系的研究與應(yīng)用[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進展，2011（04）：19-26.