高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和存在的問題
一、高層建筑應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)形式所體現(xiàn)的優(yōu)勢
在高層建筑工程設(shè)計施工中采取鋼結(jié)構(gòu)形式,其優(yōu)勢因素十分明顯,重點表現(xiàn)在以下方面:第一,能夠降低建筑結(jié)構(gòu)自重。相對鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu),采取鋼結(jié)構(gòu)能夠有效降低其建筑重力荷載,其荷載值降低,必然會降低建筑基礎(chǔ)工程處理難度;第二,降低結(jié)構(gòu)在建筑工程中占用面積。采取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑工程,其結(jié)構(gòu)面積占建筑樓層面積7%左右,而采取鋼結(jié)構(gòu)其實際柱截面則會降低,且采取鋼柱及鋼支撐體系,其厚度較薄,一般而言,鋼結(jié)構(gòu)面積占樓層面積為3%左右,能夠有效提高空間利用率;第三,可以縮短工程工期。因鋼結(jié)構(gòu)其相關(guān)構(gòu)件多在工廠完成制作并在施工現(xiàn)場進行組裝,其安裝過程中無需搭設(shè)數(shù)量眾多的腳手架,混凝土樓板施工與鋼結(jié)構(gòu)安裝能夠保持交叉運行,其整體施工進度較之鋼筋混凝土可以提高約25%左右。此外,鋼結(jié)構(gòu)其具備較好延性,可以降低地震反應(yīng),且彈性性結(jié)構(gòu)具備較好的變形能力,抗震性性能突出。采取鋼結(jié)構(gòu)作為高層建筑主體結(jié)構(gòu),有助于實現(xiàn)其整體效益。
二、高層建筑是鋼結(jié)構(gòu)實際結(jié)構(gòu)體系
高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系,在實踐應(yīng)用中較為典型的主要為純框架結(jié)構(gòu)、框架支撐結(jié)構(gòu)、框架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、巨型框架及筒體結(jié)構(gòu)等。
純框架鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用,其優(yōu)勢表現(xiàn)為:制作安裝便捷,整體剛度分布較為均勻,然而其結(jié)構(gòu)所具備的抗側(cè)力性能偏差,多應(yīng)用于低于20層的高層建筑中。框架支撐結(jié)構(gòu)屬于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中最為廣泛的形式,框架與支撐體系相互協(xié)作,共同承擔(dān)水平力,一旦支撐系統(tǒng)出現(xiàn)破壞,則可由框架承擔(dān)建筑水平力。在實際應(yīng)用設(shè)計中,需要依據(jù)建筑工程高度及水平力合理設(shè)置支撐剛度及形式?蚣芑炷良袅Y(jié)構(gòu)具備自重輕、施工進度快等優(yōu)勢,在設(shè)計應(yīng)用中逐漸趨于普遍。巨型框架結(jié)構(gòu)形式在超高層建筑結(jié)構(gòu)中其優(yōu)勢明顯,可以滿足更好的設(shè)計要求,整體效果較好,然而其抗震性能的實現(xiàn)需要重點研究。筒體結(jié)構(gòu)在高層建筑工程中,其受力性能較好,內(nèi)外筒均具備著較好的抗彎強度,共同承擔(dān)水平力,整個工程剛度及延性較好。
三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中存在的現(xiàn)實性問題
在高層建筑工程中采取鋼結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu),其所需要消耗的鋼材量十分大,為確保施工進度,需要保證鋼材供應(yīng)的穩(wěn)定性。如在高層建筑中選擇應(yīng)用H型鋼,然而在相關(guān)區(qū)域范圍內(nèi),其有能力穩(wěn)定供應(yīng)H型鋼的鋼廠是否存在,其生產(chǎn)規(guī)格如何,均對工程施工存在著一定影響。且鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中,其自身耐火性能較差,尤其是在火災(zāi)環(huán)境中,其構(gòu)件溫度快速提升,熱傳導(dǎo)快速,在溫度升高的過程中,鋼材其屈服強度下降,如當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)溫度在350℃時,鋼結(jié)構(gòu)強度會出現(xiàn)30%幅度的下降,在600℃溫度環(huán)境中,鋼結(jié)構(gòu)其承載能力喪失。為此,在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中,要求對鋼材采取防火處理。
此外,我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)研究時間較短,部分設(shè)計單位其對鋼結(jié)構(gòu)實際缺乏科學(xué)認(rèn)知,盲目設(shè)計引起較多質(zhì)量問題。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中,高寬比限制問題較為突出,部分建筑工程嚴(yán)重超出高寬比限制,其是否可以確保工程安全性,鋼結(jié)構(gòu)其阻尼比多取值為0.02,實際應(yīng)用中其是否具備合理性等,均需要深層次研究
四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)制作及相關(guān)質(zhì)量控制
高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中雖然存在著較多問題,但其優(yōu)勢較大,其未來發(fā)展應(yīng)用前景較為廣闊,為確保鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工質(zhì)量,對鋼結(jié)構(gòu)制作及相關(guān)質(zhì)量控制進行探究。
在進行鋼結(jié)構(gòu)制作時,需要綜合考慮高層建筑實際需求,合理選擇鋼材材質(zhì),要求鋼材應(yīng)具備質(zhì)量證明書,滿足實際設(shè)計要求,高層鋼結(jié)構(gòu)連接材料應(yīng)用需要滿足設(shè)計要求。鋼構(gòu)件加工的關(guān)鍵點在于焊接,為確保焊接質(zhì)量,應(yīng)明確要求焊工具備相應(yīng)資格證書,在正式焊接之前開展試驗焊接,確保其焊接焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)要求,依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對焊接外形尺寸、焊接接頭外觀缺陷進行檢驗,針對要求熔透焊接的作業(yè),應(yīng)采取超聲波探測方式進行深入檢查。鋼構(gòu)件完成制作后,依據(jù)工程施工圖示要求與相關(guān)焊接標(biāo)準(zhǔn),由監(jiān)理工程師對其成本進行檢驗,合格后完成驗收。在檢驗驗收過程中,應(yīng)重點對鋼構(gòu)件外形、尺寸偏差進行檢查,此外,還應(yīng)檢查鋼構(gòu)件涂裝質(zhì)量與涂層厚度,確保鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足工程應(yīng)用實際。
在高層建筑工程中進行鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè),需要明確安裝次序,確保安裝機械設(shè)備及相關(guān)機具應(yīng)用合理性,對構(gòu)件進行合理分類。實際安裝過程中應(yīng)盡量降低高空起吊頻率,提高結(jié)構(gòu)安裝整體質(zhì)量,為避免構(gòu)件出現(xiàn)意外變形,應(yīng)采取專業(yè)機具,安裝后及時進行檢驗校正,避免引起安裝誤差,確保其整體質(zhì)量。在整個鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中,應(yīng)采取分階段驗收與整體驗收相結(jié)合的方式,確保鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量,實現(xiàn)高層建筑工程鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用整體效益。
五、結(jié)語
在高層建筑工程施工中采取鋼結(jié)構(gòu)來代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),能夠降低建筑自重,降低建筑結(jié)構(gòu)所占據(jù)的整體結(jié)構(gòu)面積,抗震性能較好且有助于實現(xiàn)高層建筑整體效益。在概述鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,探究高層建筑是鋼結(jié)構(gòu)實際結(jié)構(gòu)體系與高層建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中存在的現(xiàn)實性問題,分析了鋼結(jié)構(gòu)制作及相關(guān)質(zhì)量控制。合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu),努力克服其存在問題,能夠在實現(xiàn)高層建筑質(zhì)量及功能基礎(chǔ)上,實現(xiàn)更佳的經(jīng)濟效益及社會效益。