浅谈高层建筑中的钢结构设计安全问题

赵洋

摘 要：當前，钢结构在建筑工程实际施工中得到大力实践和应用，特别是在高层建筑越来越多的情况下，给予钢结构施工设计提出更加严格的要求。高层建筑作为钢结构的一种高质量的载体，使整体建筑结构展现出优质的外观和较强的抗震效果，也是在高层建筑中使用钢结构的主要依据。和以往的砖混结构进行对比，其具备较好的韧性和强度，且钢结构本身形式多样，在加工和运输方面比较便捷，但是设计师们应该注意高层建筑中钢结构设计施工还存在一定的问题，在实际的工程中应提出改进的办法来确保高层建筑中钢结构设计应用有足够的科学理论依据。

关键词：高层建筑结构;钢结构设计;安全问题及解决措施

伴随着经济的飞速发展，我国在建筑领域取得了不小的成就。同时，现代技术更新换代速度极快，我国的钢材需求量明显增加，人们对钢材质量的关注度也越来越高。这就要求我们必须完善钢结构的设计，尽可能减少设计过程中可能出现的问题，增强日后使用时的安全性。

一、高层建筑中钢结构设计安全问题

（一）质量问题

在建筑工程实际施工过程中，钢结构实际应用以及设计是非常复杂的一套流程，设计的整体方向以及应用模式都加大了钢结构设计的难度，此外，钢结构设计费用的高昂成为钢结构设计方面的主要设计障碍。专业钢结构设计的项目在整体设计中占有比较重要的专业地位，因此，专业研发钢结构的设计科研人员都因为内在或者外力因素对于钢结构设计没有太大的工作热情，也缺乏探索的精神和实际的工作经验，所以大部分这种需要钢结构设计的建筑工程一般都会委托第三方公司进行设计，这样就不能最大程度地保证钢结构整体设计的质量以及设计监控的范围，由于目前较为混乱的钢结构设计建筑市场，没有相关法律法规对其进行应有的约束，也没有整体市场的监督机制，使得有些问题没有从根本上解决，促使钢结构的设计乱象问题就不能从根源上把控，往往这些问题就最容易导致建筑工程安全事故的发生。

（二）火灾隐患

虽然在生产钢结构时，材料为不易燃烧的钢材，但是当温度达到一定高度时，钢材便会发生脆性破坏，导致整体结构产生失稳，影响其性能，形成一定的破坏。因此，火灾是钢结构中潜在的危险，在设计钢结构房屋时要考虑到防火问题，在使用钢结构作为建筑的主要材料时，必须涂刷防火材料来提高钢结构的耐火能力。

二、高层建筑钢结构设计安全措施

（一）提高钢结构的稳定性

在进行钢结构设计时，设计师需要充分考虑其在建筑中的稳定性。第一，设计师应该考虑整体结构的刚度以及相应的稳定要求，还要考虑杆件的设计，杆件在钢结构的实际安装过程中，容易出现偏心的问题。第二，钢结构框架的稳定性计算。设计师需要通过软件对结构整体稳定分析，结合软件计算结果依据规范要求进行判断，并根据工程的实际情况绘制图纸，在钢结构施工中容易出现施工附加荷载应力集中的情况，需要设计师加以注意。以港珠澳大桥为例，港珠澳大桥在建设中，相继攻克了海底深埋沉管隧道、海中人工岛快速成岛、海上装配化桥梁、海洋混凝土结构耐久、跨海集群工程技术标准等世界级难题。该工程用钢量达到42.5万吨，约为60座埃菲尔铁塔，是全球范围内首次大规模使用钢箱梁的工程。中铁山桥承建的港珠澳大桥最大标段钢箱梁制造CB01标，该钢结构总重约18万吨，可抗16级台风、具备抵御8级地震的能力。另外还有无热桥轻钢结构体系，建筑本身是不节能的，本技术应用巧妙的特种连接件解决了建筑的冷热桥问题。

（二）加强防火设计

钢结构材料具有强度高、自重轻，但是耐火性较差的特点，虽然钢材本身并非易燃物品，但是具有导热的性能，所以设计师需要提高钢结构的防火性能，主要有以下几种方法：第一，截流法。通过截断或阻止热量传输，达到降温的目的，一般在钢材表面涂刷一层保护材料的方法，从而对钢材起到保护作用。第二，疏导法。当热量传到钢材时，运用充水冷却保护的方法，依靠水的蒸发消耗热量。例如，广灵县河底村在乡村建设项目中，率先推广应用绿色环保节能钢结构装配式建筑。在美丽宜居乡村建设项目中，率先推广应用绿色环保节能钢结构装配式建筑。提高了住宅的安全性能，并且具有抗震、防台风、防火、防虫蚁的特点，使房屋可进行世代传承，节约了时间和财富，也保护了历史的延续。其主要使用固体耐火的材料将钢结构整体包裹起来。固体耐火材料不但具有不燃性，还有较大的热容量，使其作为保护层让结构构件升温减缓，同时在钢结构上部布置自动或手动喷淋系统。发生火灾时，启动喷淋系统，进而使钢结构表面形成一层水膜，当火焰蔓延到钢结构表面时，水分蒸发带走热量，延缓钢结构建筑达到其界限温度的时间，确保在危害来临时最大程度的保护人民群众财产的安全。

（三）注重对钢结构防护设计

防腐和隔热能力是对钢结构进行防护是十分必要的，但在实际操作中，设计人员只重视钢材的强度和承载能力，忽视了防腐和隔热能力。相关文件和有关制度中提到，如果未对防腐和隔热能力作出明确规定，房屋在建成之后就会因外部环境的侵蚀，严重缩短使用寿命。所以，有关单位必须拟定并颁布有关文件，明确规定钢材的抗腐蚀性。同时，要考虑埋入地下的钢结构部分，使其具有较强的抗腐蚀能力。除此之外，必须在生产原材料时做好相应的对钢材的耐火性测试，将具体数据作为之后预防措施的重要依据。

三、结语

综上所述，在当前的建筑钢结构工程项目中，钢结构设计仍然存在诸多问题有待解决，若想确保钢结构设计能够得到有效落实，住建部门则应该高度重视钢结构设计的合理性。例如，高度重视钢结构设计的细节问题，防火性能，充分考虑到结构设计指标等因素，从各个层面上确保钢结构设计的质量，保证钢结构的安全性与稳定性，进而提升钢结构在建筑工程领域的整体质量。

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