高层钢结构特点浅析

唐得 王允通

山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266000

摘要：中国进入新时代，经济快速发展，城市化的不断提高使得多高层钢结构建筑作为一种新的建筑形式得到快速发展,其相对于传统的砌筑结构拥有良好的性能，施工方式等明显的特点，同时也是一种节能环保，能循环利用的建筑结构，所以在我国得到越来越广泛的重视和应用。

关键词：钢结构；钢结构特点；高层建筑；结构体系；发展趋势

0 引言

我国规定钢结构的定义是用型钢或钢板制成基本构件，根据使用要求，通过焊接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载机构。钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系。它作为一个新的建筑技术，在建筑施工过程中应用的数量越来越多，范围越来越广。同时高层钢结构发展水平也反映了一个国家的经济实力和科技发展水平。

1 高层钢结构的优缺点

1.1高层钢结构优点分析

（1）高层钢结构的优点主要包括轻质高强，可焊性等优势，对建成的建筑物有很大的安全保障。在建筑施工中的运用，对钢结构轻质高强的特点列举Q235钢和C30混凝土进行比较数据，Q235钢 密度：7850 强度：235 ，轻质高强系数 。C30混凝土密度：2450 强度：14.3 轻质高强系数 轻质高强系数越小越好，可以明显看出钢结构相比混凝土的优势。

（2） 钢结构的塑性、韧性好。塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力，不可恢复的变形。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证。韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力性能。超高层建筑由于需要承载较大的负荷，而且其跨度范围较大，所以对其材料的性能要求也非常严格，为了保证超高层钢结构建筑的质量，保证居民的安全，确保建筑的使用寿命，其钢结构的材料的吸收能力及延展性都非常好，有效的减少截面，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，增强抵抗地震荷载和横向风荷载等能力。

（3）钢结构具有均匀的材料和稳定的性能。 钢的内部结构同样接近于各向同性的均质体。 实际工作性能符合计算理论，钢结构高度可靠。 有效地保证了钢材的质量，防止了由于局部不均匀引起的弯曲和变形，并且不影响建筑结构的质量和安全性。 同时，当受到相同的力时，它会变得完全弹性，并在施工过程中提供更精确的计算。

（4）钢结构是工业化程度最高的一种结构，在高层建筑中的应用工厂化制造构件成品精度高、生产效率高、安装时广泛采用的连接方式为焊接、螺栓连接工地装配速度快能够较好缩短施工工期，相应技术工艺比较简单，不存在过于复杂的流程，施工效率明显提升很大程度上缩短了施工周期。

（5）高层建筑的钢结构具有钢结构小，结构截面小的优点，减少了结构布置所占据的内部空间，从而提供了更多的空间。使用上建筑物的布局是灵活的，可以通过隔板分成小房间，也可以将隔板变成大房间。 非承重外墙组件使立面设计更加灵活。 隔墙和轻质外墙的使用可以显着减轻房屋的重量，并提供更大的便利。

（6）在混凝土结构的建筑中，在施工过程中因各种各样材料的偶然损坏等因素，会有很多的废弃物产生，且废弃物得不到有效处理，对环境造成很大的危害。而钢结构建筑，可以很明显的得到解决这一大的问题，废弃物的产生大幅度的减少，减少了环境污染，利于环境的可持续发展。且钢材的可回收利用性，不仅节约施工支出，增加了收益，还对环境起到了保护作用。

1.2高层钢结构缺点分析

（1）耐热不耐火150℃以内，强度无影响，200℃时，弹性模量E开始明显减小

500℃时，弹性模量E值为常温的50％，600℃时，弹性模量E值为常温的30％

700℃时，弹性模量E值为常温的20％。可以清楚地看到，随着温度的升高，钢结构的强度迅速降低。当温度达到600度时，钢结构会基本上失去其刚度和强度，从而增加破坏的风险。因此，为了确保建筑物的安全使用，钢制高层建筑的防火规划非常重要。设计防火系统时，有必要尽可能提高组件的耐火性。主要方法可分为两大类：设计结构和保护层。首先，如果进行建筑结构的耐火构造，则适当地增加部件的横截面尺寸是提高部件的耐火极限的有效方法。第二保护层包括耐火保护层和防火涂层。钢零件的耐火性很低。如果不采取其他防护措施，钢构件的耐火性通常仅为0.25小时，这肯定不能满足防火结构的要求，因此钢结构通常必须是保护层。还使用了阻燃涂料，该阻燃涂料可用于在高火焰温度的作用下快速迅速地膨胀和发泡，以形成将火焰分开的相对坚固和致密的海绵状绝缘泡沫层或中空泡沫层从地下。它可以有效地防止火焰在地面上的蔓延和蔓延，从而可以防止火势蔓延。

（2）钢制高层建筑的耐腐蚀性较低，并且钢制建筑材料暴露于自然环境时容易受到腐蚀和生锈。钢材腐蚀后，其承载能力降低，建筑物的美观性下降。因此，在钢结构外壳系统中，必须认真对待钢的防腐处理。一方面，热浸镀锌可通过酸洗，清洁，干燥，热浸镀锌和后续加工制成的钢结构使用寿命为25年，其特点是质量稳定，工业化程度高，但锌罐会影响零件的尺寸。尺寸管理。另一方面，铝复合涂层的热喷涂工艺也可以提供钢结构25年的使用寿命：它利用喷砂，喷涂铝和喷涂涂层的特性，从而不限制接受体的尺寸，没有热效应，并且部件的形状很困难。运行困难最后，通常的腐蚀防护方法可保证3-5年的使用寿命。去除锈，底漆和面漆后，操作简单，但有效的防腐时间短。

2 高层钢结构的受力特点

可以将钢上部结构简化为基础上的垂直吊杆。水平加载的影响远大于垂直加载的影响。结构的横向位移与结构总高度H的四次方成正比。随着建筑物高度的增加，水平荷载（主要是风荷载和地震）在结构中起着越来越重要的作用，内部力和变形不会线性增加。从结构的角度来看，在水平荷载中起重要作用的每座建筑物都可以归类为高层建筑物。因此，结构的侧向位移已成为高层建筑结构设计中的关键因素，并可成为结构设计的参考指标。如图2-1所示：

图2-1

3 高层钢结构发展趋势

新时代的背景下，钢结构展现了稳定性好、结构轻、成本低、安装方便等优势。钢结构建造当中，普遍存在于一些大跨度的公共建筑中，但是民用方面的建筑相对较少。因此，我国钢结构建筑发展过程中，就需要国家相关部门进行行之有效的宏观管理与引导。构建一体化的产业链生产体系，鼓励科技创新。并在此基础上，从理论设计、施工安装到一系列新材料实施上，进行一次深层次的发展与变革。

在当前中国住房工业化的背景下，钢结构建筑正在成为住房体系的主要焦点。展望未来，对建筑物等经济的需求非常高。这将为金属结构的发展提供更多的机会，金属结构领域的繁荣发展给我们带来了新的局面。现在，中国的钢结构进入了一个新的阶段，相关的规范和标准已经出台，国内的钢产量足以为钢结构建筑的发展提供最佳的材料，国家培养了多数钢结构专业人才为钢结构技术发展提供了坚实的基础。我相信中国高层钢结构建筑的发展前景已经变得非常美好。

参考文献

［1］唐志燚 多高层钢结构住宅的建筑技术和施工应用分析[ J ] . 施工技术与管理 2019 年 7 月 ：186

［2］王小光 高层钢结构建筑施工技术分析[ J ] . 居 舍 2018年12月（上）：195

［3］许成军 多高层钢结构住宅建筑技术在工程中的应用介绍[ J ] . 价值工程 2017年：144

作者简介

唐得(1995-)，男，汉族，山东省菏泽市人，研究生在读，山东科技大学土木工程与建筑学院2019级建筑与土木工程专业，研究方向为桥梁方向

王允通(1996-)，男，汉族，山东省济南市人，研究生在读，山东科技大学土木工程与建筑学院2019级建筑与土木工程专业，研究方向为桥梁方向