浅谈大体量建筑工程钢结构设计与施工技术

邹顺星

摘要：随着时代的进步，大体量的建筑工程开发越来越多，大体量建筑钢结构的应用也越来越广泛，对钢结构的质量要求也随之越来越高。本文详细阐述了钢结构建筑特点，介绍了大体量钢结构的设计与施工技术，加以借鉴。

关键词：大体量建筑；钢结构；设计；施工技术；

Abstract: With the progress of time, roughly the amount of construction engineering more and more, roughly the amount of construction steel applications are increasingly being used, along with increasingly high quality requirements of steel. This paper describes the characteristics of steel construction, a large steel structure design and construction techniques, and learn from them.

中图分类号：TU391

现代科技日新月异，越来越多的新型材料被开发和利用，钢结构就是其中之一，它已经被广泛应用于现代建筑中。钢结构建筑，就是主要承重结构构件采用钢材制作的建筑，主要用于大跨度和高层建筑。

一、钢结构行业发展趋势和存在的问题

1、钢结构应用领域增加

（1）交通工程中的桥梁会有所增加，铁路桥梁均采用钢结构，近几年来公路桥梁采用钢结构已成为发展趋势，京沪高速、跨海、跨江大桥采用钢桥，高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也不少。飞机场候机楼、火车站候车大厅和站台的新建和扩建项目不断增加。

（2）市政建设中采用钢结构的量会增加，地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等均越来越多的采用钢结构。尤其在北京、上海、广州、深圳和各大省会城市，经济发达的中型城市，钢材消耗量会明显增加。如北京每年用于高架桥用钢约2万多吨。

（3）钢结构住宅将增加。国家提倡建设节能省地住宅，有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。目前我国仅有几百万㎡的钢结构住宅，发达国家却达到40%-50%。如我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设有5%采用钢结构，按多层、高层建筑平均50kg/㎡用钢量计，用钢量将达到每年150万吨。上述数字未将农村建筑用钢结构统计在内。

2、我国钢结构行业发展存在的主要问题

（1）对钢结构产业是符合节能环保型、可持续性发展的行业认识还待于提高。最近几年日本、加拿大、英国政府和研究机构发表了很多文章，专门论述发展钢结构房屋的优点，可供借鉴。

（2）设计理念不能适应市场需要。如目前超高层和有特殊要求的建筑，在规划、环境、建筑、功能上确有其独特之处。但连接点过于复杂，消耗过多的钢材并给制作和安生带来了更多的难题，也增加了工程成本。

（3）增加建筑钢结构用钢材的品种，进一步提高产品性能。开发高性能建筑专用钢材系列产品，包括优质焊接结构钢、高强度优质厚板、热成型管材、优质可焊铸钢等。扩大冷弯型钢和热轧H型钢的品种和规格，包括大截面冷弯管材(方矩管)、大截面H型钢和T型截面钢、蜂窝梁等新产品。

（4）钢结构加工厂和施工安装企业装备、计算机管理、劳动生产率还需进一步提高。钢结构专业技术人员、技术工人缺乏，尤其在中小企业更短缺，产品质量不够稳定，技术和企业管理与生产的需要不适应。

二、各类建筑钢结构的发展和技术特点

1、高层重型钢结构

高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映，往往是一个城市标志性建筑。如：上海环球金融中心(101层，高492米，用钢量65万吨)；中关村金融中心(建筑面积11万平方米。，高度为150m，用钢量15万吨)；北京电视心(建筑面积183万㎡，高度为41层，227.5m，用钢量38万吨)；国贸中心三期(建筑面积54万㎡、高度为330m)；LG大厦(建筑面积25万㎡，高度为110m，用钢量1O万吨)；银泰中心(建筑面积35万㎡，高度为249m，用钢量20万吨)、央视新址主楼等(建筑面积50万㎡，高度为234m，用钢量128万吨)；广州西塔(高度为432m，用钢量48万吨)等。估计全国每年有200万一300万㎡。高层钢结构建筑施工，用钢量约45万吨。

2、大跨度、空间钢结构

近年来，以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展。不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房(开发区工业厂房、烟草行业厂房等)、机库、候机楼、体育馆、展览中心、大剧院、博物馆等。无论在使用范围、结构型式、安装施工工艺等均具有中国建筑结构的特色。如飞机航站楼、机库、会展中心、体育场馆、大剧院、音乐厅。采用圆钢管、矩型钢管制作空间桁架、拱架及斜拉网架结构，加上波浪形屋面成为各地新颖和富有现代特色的标志性建筑物。最近在悬索和膜的张拉结构研究开发和工程应用取得新的进展。预应力空间结构开始得到应用。

3、钢——混凝土组合结构

钢——混凝土组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合。不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度，是可以广泛推广的结构。对环境污染也较少，是符合我国建筑结构发展方向的一种比较新颖的结构。20世纪90年代我国已建成了世界跨度最大的采用组合结构的公路拱桥，如广州丫髻沙大桥，桥主跨长360m，为钢管混凝土拱桥。在高层建筑方面，建成了全部采用组合结构的超高层建筑-深圳赛格广场大厦，高291.6m，属世界最高的钢-混凝土组合结构。

4、钢结构住宅

发挥钢结构住宅的自身优势，可提高住宅的综合经济效益：用钢结构建造的住宅质量是钢筋混凝土住宅的1/2左右，可满足住宅大开间的需要，使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右；抗震性能好，其延性比钢筋混凝土好，从国内外震后调查结果看，钢结构住宅建筑是倒塌数量最少的；钢结构构件、墙板及有关产品在工厂制作，减少现场工作量，缩短施工工期，钢结构住宅工地实质上是工厂产品的组装和集成的场所，再补充少量无法在工厂进行的工序项目，符合产业化的要求；钢结构工厂制作质量可靠，尺寸精确，安装方便，易与相关产品配合；钢材可以回收，建造和拆除时对环境污染较少，符合推进住宅产业化发展节能省地型住宅的国家政策。

三、大体量建筑钢结构的稳定设计与施工

稳定性是钢结构设计中的一个突出问题，在各种类型的钢结构设计中，都会遇到稳定问题。一旦出现钢结构失稳事故，不但对经济造成严重的损失，甚至会造成人员的伤亡。根据稳定问题在实际设计中的特点，应遵守三项原则。

1、结构整体布置必须考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架、框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，即必须设置必要的支撑构件。结构构件的平面内和平面外的稳定计算必须和结构布置相一致。

2、结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。按照这些假定，框架各柱的稳定参数及杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。因此设计中所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该一致。

3、结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者具有一致性。要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心，这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。

4、大跨度网架拱结构作为一种新的大跨度结构，其稳定性方面的研究成果很少。非线性有限元理论对大跨度网架拱结构的稳定性进行了全过程跟踪，得出一些具有实际应用价值的结论。斜拉空间网格结构是一种新型的杂交空间结构，目前对其研究的深度和广度还很有限。斜拉单层网壳的稳定性需要进一步研究。

四、结语

综上所述，钢结构建筑的设计技术构思和变现，是钢结构建筑在设计与施工过程中的关键。随着我国经济的迅速发展及钢材产量的日益增加，钢结构在建筑行业得到广泛的应用。在实际工程设计与施工中，应该明确知道结构构件的稳定性能，避免在设计与施工过程中留下一些薄弱环节。

参考文献：

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