摘 要：本文结合笔者的实际工作经验，阐述了高层建筑钢结构的优点及设计原则，从而结合工程实例，首重针对高层建筑钢结构设计中相关要点进行了详细深入的分析与探讨，旨在为类似的工程设计提供参考与指导。
关键词：高层建筑；结构设计；钢结构；应用
随着我国社会经济的不断发展，高层建筑建设数量不断增多，高层建筑朝着纵向发展，钢结构可以广泛应用于住宅建筑以及工业厂房以及公共场所当中，从整体上来看，民用高层建筑钢结构具有良好的外观，较强的抗震性能以及总体成本低等优点。此外，建筑中所需的钢结构材料的主要用途之一就是加工制造，并在工地现场完成拼装工作，最终实现了施工效率的大幅度提升。下面结合工程实例，就高层建筑钢结构设计要点进行论述。
1 高层建筑钢结构的优点
高层建筑钢结构的优点主要表现在它的施工、使用功能以及设计等方面，将钢结构引入 民用高层建筑中的优势在于：一是弥补了传统结构的不足，分割方便，并大大提高了使用率； 二是钢结构在建筑使用中需要一些新型材料，如轻质墙板等，这些材料本身为绿色材料，有利于缓解能源 紧缺的现状；三是钢材本身的工业化程度高，同时又是一种可再生材料，所以满足环保、节能的要求；四是与其他建筑体系相比，钢结构体系质量较轻，能够有效减少地基的资金投入。
2 高层建筑钢结构设计原则
总的来说，民用高层建筑钢结构在设计过程中需要遵循以下几个方面的原则：第一，整体原则，过去的钢结构建筑往往都会采用先建筑后结构的方式来完成设计工作，但是高层建筑钢结构自身会用到一些比较特殊的材料，同时还会借助一些技术性特别强的计算机软件进行模型的综合，因此，我们需要将设计与结构进行了有机的结合，将两者的目标在同一时间内达到；第二，优化原则，在这一原则下应尽量选择比较薄的截面，并选择拥有稍强刚度的下截面。同时，还应该尽可能地避免选择相关规范中所提出的最小截面。例如，《钢结构设计规范》中明确指出，对于钢结构的受力构件不能选择厚度低于4mm的钢板，同时还不能选择厚度低于3mm的钢管；用于钢结构屋架中的角钢构件，在螺栓连接方式下应注意螺栓开孔对截面削弱造成的最小边距的影响等问题。
3 高层建筑钢结构设计实例分析
3.1 工程概况
某高层建筑，总建筑面积10万m2，地上 40 层，地下3层，高度167m。抗震设防烈度为6度。本工程负3层至地上3层均采用框架-筒体结构，第4层为梁式转换层，梁截面尺寸最大为1200mm×3500mm，板厚190mm，5层以上采用剪力墙-核芯筒结构。基础采用型钢混凝土柱，楼面采用钢筋混凝土楼板。
3.2 钢结构的设计
根据结构受力情况，型钢混凝土梁柱中的型钢均采用Q345B 级钢材。高强度螺栓采用10.9级扭剪型高强螺栓，表面喷砂处理，摩擦面抗滑移动系数取 0.45。
采用实腹式┼字形为型钢混凝土柱中型钢的截面形式，型钢混凝土柱中的型钢含钢率控制在 5% 左右，而型钢混凝土梁中的型钢则采用 H 型钢，采用中国建筑科学研究院编制的
PKPM系列程序中多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE进行整体计算，并根据计算结果合理调整梁柱截面钢筋及钢骨大小。本工程若采用钢筋混凝土柱，则底层柱的截面需要 1600mm×1600mm，而采用钢骨混凝土柱，底层柱的截面仅需要 1100mm×1100mm。
钢板的厚度均不小于6mm，一般为翼缘厚度≥20mm，腹板厚度≥16mm；由于在轧制过程中，较厚的钢板存在各向异性，常在焊缝附近形成约束，焊接时易引致层状撕裂，很难保证焊接质量，因此当钢板厚度大于36mm时，必须按《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级来控制钢材厚度方向的断面收缩率。
3.3 钢结构的制作与安装
3.3.1 钢板对接阶段
钢板对接阶段是钢结构工程的首要环节，对钢结构设计的整体效果有着重要的影响，因此在高层建筑的钢结构工程中尤需重视钢板对接的设计制作。钢板对接应为整体对接，只在长度方向采用小车式埋弧自动焊或者龙门式自动埋弧焊完成钢板的对接。
钢板焊接坡口则采用龙门刨刨削或用钢结构万能坡口切割机铣削而成，加工后用样板检查坡口尺寸。此外，还要采用超声波对坡口及其两侧各50mm范围进行检测，如发现有裂缝、夹层等缺漏，必须进行处理。钢板对接要在专用工作平台上进行，严格要求对口错边小于 2mm 且不超过钢板的厚度的1/25。当不同厚度的钢板对接时，为避免焊接后产生应力集中，厚板的接头附近要做削薄处理，再按普通钢板对接的要求打坡口。
3.3.2 下料切割阶段
采用数控多头火焰切割机，同时切割板材的两边，使其两边均匀受热，避免造成不易修复的侧向弯曲，从而确保其边缘质量。此外，需按照设计图纸标注的尺寸确定钢骨柱腹板和翼缘的下料长度。在进行焊接H型钢的组立及装配焊接时，根据构件截面高度、板厚及加劲板数量等因素预留收缩余量。在下料时，将翼缘的一端直接切割成满足要求的坡口，在装配H 型钢梁时，就以此端作为装配时的基准端，既避免了二次切割，也能更好地控制质量。
3.3.3 H形钢梁组立阶段
本工程在组立H 型钢之前，首先进行了全方位的检查核实，确保H型钢梁的组立满足设计图纸及相关规范的要求，然后将腹板和翼缘上的割渣、毛刺等物清除，并进行矫直矫正，再划定定位线和中心线，采用超声波对坡口及其两侧各50mm范围进行检测，对裂缝、夹层等缺漏进行处理。经检验合格后，在翼缘板上标出中心线，以其为基准找出腹板组装线，在组立机上组立。
3.3.4 端头及锁口加工阶段
本工程的构件需现场焊接，所以大多要进行锁口加工，H型钢加工好，并经检验合格后，用端头铣进行端头铣平，此时要准确控制构件的几何尺寸，保证端头平整。并通过锁口机完成相关的锁口处理，以提高端头及锁口的加工质量，提高钢结构设计的整体效果。
3.3.5 构件组装阶段
构件组装应在组装平台上进行，平台应测量找平。将用于装配的组装架及胎模牢固地固定在平台上，将合格的型钢梁柱整齐有序地摆放其上，按照图纸要求组装加劲肋等构件，然后按照设计图纸放样梁两端螺栓孔的位置，标出端面铣位置线和孔位检查线，方便检查及施工。构件组装时，注意先组装内部组件，再组装外部组件。本工程要求H型钢加工时，弯曲度允许偏差≤L/1000，且≤5mm；扭曲度允许偏差≤H/250，且≤5mm；端部切斜允许的偏差值e≤1.6%H，且≤3mm；翼缘腹板平面度允许偏差值≤2.0mm。这些质量要求能够有效控制钢结构构件组装的整体质量。
3.3.6 钢结构安装阶段
本工程采用埋入式刚性柱脚固定，钢柱整体吊装就位，将焊接好的柱脚底板通过预留螺栓临时固定在基础上，调整校准后再绑扎柱钢筋，浇筑混凝土。已完成吊装的结构要尽快焊接，才能尽早浇筑本层混凝土，从而进行上层钢结构的安装，加快建筑物的施工速度。
4 结语
综上所述，本文结合某高层建筑钢结构部分的设计要点分析，在高层建筑钢结构设计中，从钢板对接阶段到钢结构安装阶段，每一个环节都不容忽视，因此，我们需要加强钢结构设计中各个环境的节点控制，这样才能提高高层建筑结构设计的整体效果。
参考文献
[1]谢妍.建筑钢结构设计现状及存在的问题[J].民营科技，2011，6（03）.
[2]师丽.现代钢结构建筑设计与表现浅析[J]. 中国-东盟博览，2011，5（03）.