钢结构在超高层建筑中的应用

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【摘 要】计算机技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展.在高层和超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进.本文举例说明钢结构在超高层建筑中应用的优点,得出钢结构用于超高层建筑中具有很大的经济效益和现实意义.

【关 键 词】超高层建筑；钢结构；应用

钢结构高层钢结构建筑是社会经济和科学技术发展的产物,在国外已有百年的历史.计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展.在北京、上海、深圳、大连、天津等大、中城市相继建成了一批钢结构的高层建筑.高层建筑的发展与城市民用建筑的发展密切相关,城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化,促进了人们对高层建筑的需求.

1.超高层建筑大截面劲性柱施工

高层建筑中采用劲性钢筋混凝土组合柱,可缩小柱的截面.但由于钢柱加工、现场上下柱的连接和梁柱节点中梁的钢筋需穿过柱的腹板等工艺,给施工提出高难度的要求.

1.1工程简述

在建的苏州金融中心超高层建筑是一座具有国际一流设施和一流管理水平的智能型办公大楼,建设项目规模：用地面积21280.89m2,总建筑面积367679m2,主体建筑T1建筑99层,T2建筑14层,T3建筑2层,该楼建成后将再次刷新苏州城市的高度,成为苏州城市新地标.

本工程主楼外框钢结构主要包括异型组合柱、十字柱、框架钢梁、伸臂桁架、环形桁架等,其中外框巨型钢骨柱从地下室B4层开始设置,核心筒10层以下主要为钢板混凝土剪力墙结构,10层以上核心筒为型钢组成的钢骨框架劲性混凝土结构.在有伸臂桁架的部位,核心筒剪力墙内埋有2层高的桁架.核心筒与周边巨型结构之间通过伸臂桁架连接,使周边巨型结构和核心筒共同承受大楼的水平及横向荷载.塔楼91～99层是由钢框架结构做支撑,由钢桁架构成的塔冠结构,起到压顶桁架的作用.

1.2钢结构的安装原则

劲性柱型钢及钢板混凝土剪力墙结构节点安装,分节原则为：与现场塔吊的起重范围相适应,所有构件都能够利用塔吊安装；分段位置在统一标高.利于砼浇注；每节钢柱长度方便制作、运输、安装；分段后的钢柱安装后高度适中,便于临时固定和调整.

1.3钢结构的的制作

劲性柱型钢及钢板混凝土剪力墙结构制作时,应对构造复杂的构件进行工艺性试验,转换桁架、伸臂桁架、大跨度结构等构造复杂的构件应进行预拼装.由于安装需要,在劲性柱两端头的翼缘板外侧,各焊接4块连接耳板,耳板规格170mm×90mm×20mm,严格要求焊位准确,以利安装时上下耳板对准在一个平面上.

1.4钢结构的现场焊接

该工程是上下段构件的逐步往上安装,对接处采用焊接的方式连接,按照对称原则,每节柱安排两个焊工同时对称、分段、反向施焊的工艺,并保证焊接参数、焊接速度一致,严格控制焊道平直,分层连续施焊,保证焊缝质量,先焊接翼缘板,再焊腹板.框架结构梁柱支撑的拼接焊缝,节点区域内截面组合焊缝,所有板件的对接焊缝均采用坡口合熔透焊缝,焊缝质量等级为一级,全部要进行100%超声波探伤,以确保安装的质量及工程的安全.

2.全钢结构的建筑的应用

2.1工程简述

苏州现代传媒广场由办公楼、演播楼、酒店楼、商业楼、M形屋架五个部分组成.其中办公楼42层,混凝土核心筒外框架钢结构,屋顶有碗状网壳钢结构、门庭为巨型桁架钢结构以及中庭弧形屋面钢梁结构；酒店楼38层,为劲性钢柱的钢筋混凝土框架结构,屋顶有碗状网壳钢结构和中庭弧形屋面钢结构；演播楼8层框架钢结构；商业楼5层,为劲性钢柱钢筋混凝土框架结构,屋顶为30m跨实腹梁钢结构；在演播楼和商业楼之间,有M形屋架,M形屋架跨度23m,由直径500×16钢管弯曲而成,上部标高为43m,U形底部标高为26m.地下室3层为劲性钢柱框架结构.

2.2钢结构工程的特点

特点一：钢结构体量大,构件截面形式多,种类多.该工程钢结构重量达40000多吨,其中演播楼用钢量达9722吨,属大型工程.本工程构件截面有圆管形、H形、十字形、箱形等；构件种类有铸钢形、钢棒、索、O型弯管、弧形H形钢等.几乎汇集了钢结构所有形式和种类,充分体现钢结构之特长.

特点二：结构多样性.本工程有四大功能不一的单体组成：办公楼、演播楼、酒店楼、商业楼、M形屋架五个部分组成.群多的结构体系集中在一个工程中较少见.

特点三：异型结构多、外观独特.M型屋架：通过钢管的弯弧和节点的转折,形似凉晒的丝绸.屋顶碗状网壳：通过钢管的弯扭,形成上方下圆的网壳结构,有一丝古韵在里面.传统与现代结合的建筑,外形漂亮美观.而U形的M型管子屋架,中庭弧形H型钢屋架、屋顶弯扭钢管网壳,把映该工程异形构件特殊性.

2.3钢结构工程的安装难点

难点一：M型屋架底标高21m,上点标高45.5m,上部钢棒、铸钢件、圆管三铰构造,下部U型圆管与上部相连,空间索结构重934吨.安装时下部U型钢管分段对接准度,难度较大,上部三铰构造与U型管连接难度大,整个U型构造在施工中稳定性难度大.只有地面组装,整体安装.

难点二：办公楼中庭弧形屋面长度为54m,重220吨.空中安装弧形对接精度、焊接弯型控制难,弧形整体结构质量控制难.采用节间组装,以节间为主,逐间滑移.

难点三：办公楼中庭巨型桁架,由H型钢组成结构式,四层空间大桁架,重2300吨.散件安装量大,斜撑多,高屋焊接对接精度难度大,脚手搭设量大.构件工厂预拼装,现场搭设临时支撑分段安装,四层平面形成后,逐层往上安装,五、六层桁架安装焊接完毕后,拆除临时支撑.

3.未来钢结构在建筑中的作用

近几年来,随着我国改革开放政策的实行和推进,我国的经济建设工作取得了突飞猛进的进展.钢产量的增长为发展我国建筑钢结构建设事业创造了极好的时机.一大批有实力的钢结构安装企业承担了国内重点大型钢结构工程安装,新技术、新工艺、新设备层出不穷,其施工安装水平达到了国际先进水平.

目前,我国的钢结构产业已进入跨越式发展的新阶段.钢结构建筑规模越来越大、跨度越来越大、造型越来越新颖独特,有很大的发展潜力.以前我国的钢结构发展缓慢主要是因为钢结构造价高以及钢材产量有限.今非昔比,钢结构施工速度快,施工污染小,重量轻,这些优势让它成为未来的发展趋势.钢结构建筑发展的同时,还推动了新型钢结构制造业的发展,钢结构生产规模从几百万吨发展到2000万吨以上.由此可见,钢结构建筑行业是一个正在蒸蒸日上、向着更高阶段发展的朝阳行业.

最后,我们应该加强钢结构在节能减排、绿色环保方面的宣传,并且开发新型的围护体系.与混凝土结构相比,钢结构在这方面的优势非常明显,更适应国家实现低碳经济和可持续发展的战略要求.这要我们从多方面、深层次进行宣传,使社会和用户都能意识到这一点.

结语

钢结构是今后发展的一个方向,随着科技的进步,审美观念改变必然使得钢结构建筑不断的去扩展自身的表达语汇而寻求发展.我们提倡的是抛弃风格,从结构的理性主义出发,从现代和传统的建筑结构中吸取精华,创造出技术和艺术有机融合的钢结构精品建筑.我们要分清楚,钢结构框架是建筑中承重体系和服务部分,它不是建筑使用中的主要部分,钢结构建筑的设计首先要遵循建筑设计的一般原则,然后才是发挥钢结构的优势.