高层建筑钢结构在土建工程中的应用研究

刘颖

摘 要：对高层建筑钢结构的优劣势进行了详细的分析，并且从钢结构的水平力、设计控制指标等方面介绍了高层建筑钢结构的设计要点，探讨了螺栓预埋技术、吊装技术以及焊接技术在土建工程施工中的应用，以供参考。

关键词：预埋技术，力学性能，结构设计

1 高层建筑钢结构的优劣势分析

在高层建筑钢结构工程中，钢材是最主要的原材料，它凭着自身的优势，在土建工程中得到了广泛的使用，既而让建筑结构由原来的单一化走向了多元化道路。为此，在土建工程中，需要合理的运用钢结构施工技术，而对此进行研究，是整个行业的重要课题。

1. 1 钢结构的优势

在如今的建筑行业中，钢结构施工技术已经被得到了广泛的使用，同时也是建筑行业中最重要的组成部分，这对高层建筑的发展起到了一定的推动作用，而它主要有以下几点优势：

1） 钢结构强度大： a. 钢材比起混凝土，它的密度更大，这个优势在跨度大的工程中能够得到更好的运用。b. 钢材具有较好的抗震性、延伸性、吸收能力等，对比其他的抗震材料，钢材更具优越性。c. 钢材它自身的强度较大，单凭这一点，就可以对钢材所制成的构件做到最小截面，这在压力所能承受的范围内起到了更好的稳定效果。d. 钢材它的内部组织较为均匀，不会让使用和预期效果产生太大的差距。

2） 施工周期短，更方便： 把钢结构工程与传统的工程相比较，它能够在满足任务要求的同时，缩短施工周期、节约一定的成本，从而给业主创造更多的经济效益。而施工周期短的主要原因是因为钢结构它本身就有很多的成型材料，这种成品就压缩了施工时间，一般情况下，为了从根本上保证钢材尺寸的准确度，相关人员都会选择加工厂来对构件进行加工，然后直接运往施工现场进行安装、加固、改造。

3） 质地轻： 传统的钢筋混凝土结构它的自身重量是很大的，而钢结构就与之相反，它的质地非常轻，在某种程度上，它的效果就远远超过了传统的钢筋混凝土结构，比如在承重力相同的情况下，钢筋混凝土的重量也会超过钢结构 3 倍以上。此外，钢材在运输的时候也会更加方便，这就降低了运输成本。

4） 韧性和塑性强： 在静力荷载下，拥有较强韧性和塑性的钢结构能够有效吸收自身的变形，而对于一些重力荷载，钢结构只会增加变形，不会出现任何的断裂。钢结构在动力荷载下，它自身所拥有的韧性和塑性可以帮助它更快的适应，这个优势可以给高层建筑提供更加安全的保障。除此之外，钢结构还可以进行回收利用，这不但可以减少对环境的污染，而且更节能、更环保。

1. 2 钢结构的劣势

1） 施工技术要求高： 在钢结构施工过程中，除了要规范它的功能之外，还要对它承受荷载所产生的变形进行前期的考量，加上钢结构的节点较多，在设计的时候，就要精确计算出每个螺丝和焊接中所产生的缝隙。此外，由于钢结构的设计过程比混凝土结构复杂，这就需要较高的施工技术才能满足钢结构施工要求。

2） 价格太高： 虽然钢结构每年的产量都呈上升趋势，也形成了生产体系，但由于原材料进口因素的影响，使得市场上的价格极其不稳定，这时候的钢筋混凝土优势就被突显出来了。

3） 不耐高温： 钢材它具有一定的导热性，在耐火耐高温上可以说是一点优势都没有，比如钢结构在高温下会失去一定的承载力，使得建筑出现坍塌的现象，而钢结构耐火性能差，也是阻碍它在土建工程中应用的重要因素。面对这样的情况，在施工的时候，就需要涂防火涂料，使得钢结构能够满足设计要求。

2 高层建筑钢结构的设计

2. 1 钢结构的水平力

在高层建筑设计过程中，钢结构设计占核心位置，为了从根本上保障建筑的质量，就需要把水平力放在第一位。在竖向构件中，建筑物自身和楼面重量荷载所产生的弯矩与建筑物高度的一次方是成正比的; 而水平荷载对建筑物产生的轴向力与建筑物高度的二次方成正比。因此，在钢结构设计过程中，除了要考虑竖向荷载之外，更重要的是要考虑水平荷载，这就需要选择水平荷载能力比较高的鋼材，深刻了解钢材的特性，对钢材的分布进行合理的设计，这也是设计师的首要任务[1]。

2. 2 钢结构设计控制指标

在低层建筑中，钢结构只是用作连接构件，而在高层建筑中，钢结构是提高工程安全的重要保障，可见，在高层建筑钢结构施工中，控制各项技术指标是非常关键的，比如在竖向钢构件偏心加剧的时候，就会开始出现位移，使得附加内力出现，然而当附加内力达到一个限值的时候，就会出现建筑倒塌现象。为此，这就需要对构件进行合理的设计，避免竖向构件出现位移，有效避免侧移所带来的安全隐患。除此之外，在高层建筑中使用钢结构，还要重视填充墙设计，因为在钢结构中，填充墙极为容易出现裂缝现象，会给钢结构本身造成伤害。

3 土建工程中高层钢结构施工技术的具体运用

3. 1 地脚螺栓预埋技术

在高层钢结构中，地脚螺栓预埋技术是最常用的，但在该技术运用过程中，一定要注意螺栓的位置，如果还未确定螺栓的位置，那么就会增加钢柱安装的难度。因此，施工人员一定要根据施工现场的具体情况，按照相关标准确定螺栓预埋水平和垂直标高，然后根据确定好的位置，把误差控制在有效范围内。在螺栓预埋完成后，还要测量预埋的具体位置，并在混凝土凝固后，再次展开测量工作，从而保证测量数据符合实际要求[2]。

3. 2 吊装施工技术

在建设过程中，吊装主要包含了钢梁和钢柱的吊装，其中钢柱吊装为主要。在具体施工中，钢柱在竖向荷载作用下所产生的变形情况是施工人员最需要注意的问题。与此同时，钢柱的实际与设计长度可能会产生一定的偏差，这就要对钢柱竖向变形因素进行充分的考虑，即便上下两节的截面形状和长度完全一样，也不能随意进行更换，这样才能控制好施工的严谨性。除此之外，在展开钢梁吊装施工之前，先要在梁上安装扶手杆和绳子，保证安装人员的安全，然后以钢梁跨度为主要基准，在钢梁的上方找到适合打孔的位置，然后把吊耳焊接上去，从而用作吊装点。

3. 3 螺栓连接技术

在连接螺栓的时候，施工人员要全面掌握螺栓安装、紧固工艺，让螺栓连接中的每个环节的质量都能得到相对的保障。在螺栓结构架设完成后，要结合构件展开矫正工作，避免螺栓出现任何的变形和错位现象。除此之外，在安装的时候，还要保证螺栓都是从同一个方向进行穿入，只有做好每一个细节，才能给施工创造更好的条件，如果螺栓无法穿过螺孔，不能强行进行穿入，而是运用铰刀进行螺孔修正，然后再次进行穿入。

3. 4 焊接技术

在焊接过程中，施工人员一定要合理的选择焊接参数、焊丝、电瓶等。对于不同的焊接位置一定要先进行分析，然后再选择不同的焊接工艺，以此达到施工的真正目的。在焊接的时候可以运用左向焊法，这样可以更有效的检查焊缝和熔池，以及准确判断焊缝的形成，但在横焊的时候，就可以采用右向焊法。除此之外，必要的时候还可以选择电渣焊，这是一种自动焊接方式，在焊接的时候只要选择正确的电流、电压，然后根据公式计算出电压、电流、熔缝的宽度，在焊接起弧阶段，电压需要高一点，在焊透之后，电压就要低一点，注意随时调整电压，在焊接结束之后，还要检查焊件的炽热状态，调整工艺参数。

4 结语

根据以上的阐述和分析，高层钢结构建筑不仅对土建工程的发展起到了一定的推动作用，同时也在土建中得到了广泛的应用，钢结构自身所具有的各种优势适用于不同类型的建筑工程中。为此，相关人员就需要对钢结构施工技术进行深入的研究，不断总结经验，学习新知识，只有这样，才能更好的为我国高层钢结构建筑提供有力的依据，促进土建工程走向可持续发展道路。

参考文献：

[1] 罗晓玲. 钢结构在高层建筑工程中的应用及对绿色建筑发展思考[J]. 中国住宅设施，2018（ 2） ： 37-38.

[2] 邓小年. 高层建筑钢结构的施工技术要点解析[J]. 江西建材，2015（ 10） ： 76.