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1、超高层钢结构设计与施工技术探析本文从钢结构的发展历史入手，通过对钢结构的应用研究以及超高层钢结构的应用中所要注意的原则以及超高层建筑钢结构的特点等方面入手，对超高层钢结构的设计及其施工技术进行了简要的分析和论述。关键词：超高层钢结构；设计；施工技术引言 钢是一种铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密不可分的。最早在公元前2000年左右，在伊拉克两河流域就出现了早期的炼铁术。我国也是较早发明炼铁技术的国家之一，早在战国时期，我国的炼铁技术已很盛行了。公元65年（汉明帝时代），已成功地用锻铁为环，相扣成链，建成了世界上最早的铁链悬桥——兰津桥。此后，为
2、了便利交通，跨越深谷，曾陆续建造了数十座铁链桥。其中跨度最大的为1705年（清康熙）建成的四川泸定大渡河桥，桥宽2.8m，跨长100m。除铁链悬桥外，我国古代还建有许多铁建筑物，如铁塔等，目前依然存在。所有这些都表明，我们中华民族对铁结构的应用，曾经居于世界领先地位。 一、钢结构的应用 钢结构应用于高层、超高层建筑中在南方一些大中城市中，高层、超高层建筑如雨后春笋般拔地而起，由于外资工程的兴建，建筑用钢材的发展，高层、超高层建筑应用钢结构越来越多。如在上海的浦东开发区建设中，高层建筑钢结构的发展尤其迅速。现已建成的上海金茂大厦,据有关资料介绍为框-筒结构,混合材料
3、,高度420m,地上88层,地下3层,钢结构安装,电动爬摸。在北京、深圳等地的高层、超高层建筑中,大都采用了钢结构建筑。 目前在高层、超高层建筑中应用的体系大致有三种。一种是混凝土结构,一种是钢结构,另一种就是两种体系组成的混合结构。在这种混合结构中因发挥了钢结构的优点而克服了钢结构的缺点,应用的比较多。 现在钢结构应用的形式主要有: (1)作为钢框架与混凝土核心筒组成受力结构体系,这是高层混合结构中常用的形式。 (2)作为劲性骨架与混凝土一起组成受力构件,包括钢管混凝土,这种混合结构兼有钢与混凝土两者的优点,整体强度大,刚性好,抗震性能好。当采用外包砼结构形
4、式时更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。混合结构构件一般可以降低钢量15%—20%,还可减少支模,施工方便、快速,因此混合结构在高层,超高层建筑中所占比重较多。 二、超高层建筑钢结构的特点 (1)自重轻、强度高 采用钢结构承重骨架,比钢筋混凝土结构轻1/3以上。结构自重轻,可以减少运输和吊装费用,基础的负载也相应减少,在地质条件较差地区,可以降低基础造价。 (2)抗震性能好 钢材的弹塑性性能好,地震作用下具有良好的延性。自重轻也显著减少地震作用,一般可减少40%左右 (3)有效使用面积高 构件断面小,所占面积小；同时还可适当降低建筑层高。与同类钢筋混凝土高层结
5、构相比,可相应增加建筑使用面积约4%。 (4)建造速度快 构件制造工厂化，现场安装，现场施工作业面宽敞。可实施平行立体交叉作业。与同类钢筋混凝土高层结构相比.一般可缩短建设周期约1/4～1/3。 (5)防火性能差 无耐火防护的钢构件,其平均耐火时限约15min左右,明显低于混凝土结构。故有防火要求时，构件表面必须用专门的防火涂料防护,以满足防火规范的要求。 三、超高层钢结构的设计及其施工技术 1.高层钢结构材料选用的基本要求 （1）高层钢结构所用钢材的钢种、钢号、强度设计值、选用原则及所要求保证的机械性能、化学成分限值等以及连接所用的焊接材料、螺栓紧固件
6、等材料的要求，除将钢材的冷弯性能作为基本保证条件外，其它基本上与一般钢结构相同，对厚板钢材的强度设计值应按《高层建筑钢结构设计与施工规程》的规定执行。此外，Q235A级普通碳素结构钢只宜作次要的非焊接构件。 （2）抗震高层建筑钢结构的钢材性能，还应满足下述要求：第一，钢材的屈服强度的实测值与抗拉强度的实测值之比不应大于0.85； 第二，有明显的屈服台阶，伸长率大于20%，且有保持延性的良好可焊性； 第三，甲、乙类高层建筑钢结构的钢材屈服点不宜超过其标准值的10%。 第四，承重结构处于外露和低温环境时，其钢材还应考虑耐大气腐蚀和避免低温冷脆的要求。 第五，采用
7、焊接连接的梁-柱节点范围内，当节点约束较强，板厚大于50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用时，应附加要求板厚方向的伸长率保证（大于20%～25%），以防止层状撕裂。 第六，同一高层结构中，根据构件所处的部位，受力情况的不同可分别选用不同的钢号及强度级别的钢材。 2.钢构件的制作 钢结构工程与混凝土结构工程的最大不同在于其构件的绝大部分是在加工厂完成的，因此，钢构件的制作质量特别是尺寸精度直接影响钢结构的现场安装。 钢构件在加工厂制作的流程为：编制构件制作指示书→原材料矫正→放样、号料、切割→制孔、边缘加工→组装和焊接→端部加工和摩擦面处理→除锈
