钢结构在现代建筑中的作用(包括缺陷)
简要介绍了高层和超高层建筑的结构体系，通过对我国已建和在建高层建筑钢结构国产化的调查，分析了国产化在钢材、设计、施工、监理方面面临的主要问题，并对高层建筑钢结构的发展提出了一些建议。
关键词:高层；概况；发展；系统；建造
高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史。1883年，最早的高层钢结构建筑在美国芝加哥拔地而起。二战后，由于地价的上涨和人口的快速增长，以及高层和超高层建筑结构体系的完善、计算技术的发展和施工技术的不断提高，高层和超高层建筑迅速发展。
一、钢结构在建筑中的应用
1平面布置及结构选型
钢结构适用于布局规则对称、凹凸变化少的建筑平面，不适用于轴线交错较多、形心与形心距离较大、容易产生较大扭转的住宅平面。
钢结构住宅的设计需要控制风荷载和地震荷载作用下的水平位移，因此考虑抗侧力结构非常重要。在住宅结构设计中，楼梯井和电梯的墙体常被设计成抗侧力结构。如果位移不能控制在允许的范围内，单元之间的隔墙或厨房、卫生间的某些墙(不动墙)也可作为抗侧力结构。
2变形极限值的讨论
抗侧力结构可以是钢结构或钢筋混凝土结构。当钢桁架作为抗侧力结构形成纯钢结构时，规范规定在风的作用下，层位移为1/400，顶点位移为1/500；地震作用下，层间位移为1/250，顶点位移为1/300。因此，采用钢桁架作为抗侧力结构可能会大大提高用钢量指标，从而增加成本。
如果按照钢结构限值1/300控制结构的整体刚度，那么钢结构在地震中参与工作时，钢筋混凝土剪力墙已经被破坏，是不够安全的。
如果按照钢筋混凝土剪力墙1/800的限值来控制结构的整体刚度，由于地震力的增加，钢梁、柱的截面会大大增加。
3.楼层数量和高度的确定
任何结构形式都有其适用范围和最佳建筑高度。钢结构在高层和超高层建筑中具有独特的优势。因为高层住宅的抗震设防，虽然在同等条件下，梁柱的截面比钢筋混凝土梁柱小很多，但是在老百姓的房间里，梁柱的存在还是很尴尬的。相比之下，我们认为钢结构在多层和“小高层”使用时具有一定的优势。
柱网的确定和柱截面类型的选择
柱网的确定一般是根据面的划分，结合梁的位置和截面高度以及钢梁的隐蔽方式。外墙的柱距是决定柱网的关键。如果处理好沿外墙钢梁与外墙窗上皮的高度关系，柱网基本确定。
钢柱的截面类型大致可分为三种:圆管柱、方管(箱)柱、H型钢柱。其中，柱内浇筑混凝土形成钢管混凝土柱，相比钢筋混凝土柱大大提高了承载力，所以用钢量较少。在节点构造方法中，方弦结构简单合理。但管柱上下法兰必须加隔板形成直通接头，增加了加工难度，从而增加了工程成本。h型钢柱在包裹钢筋混凝土时形成型钢混凝土柱。H型钢柱加工施工方便，但钢柱用钢量较多。
5钢结构的连接结构
节点构造直接影响用钢量，所以我们在试点住宅集中力量解决两部分的节点做法。
(1)柱脚生根位置
试点工程地下室结构考虑为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，柱脚位于地下室顶板标高处，柱脚通过高强螺栓与顶板预埋钢板连接。首层超市钢筋混凝土外包柱考虑为型钢混凝土框架-钢筋混凝土剪力墙结构，两层以上考虑为型钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构。
(2)钢框架钢梁与钢筋混凝土剪力墙(核心筒)的连接
为了保证试点工程的安全可靠，设计中没有采用简单的在剪力墙中嵌入钢板的连接方式。而是从剪力墙端部的柱脚标高和核心筒转角处开始设置I型芯柱，在钢梁的高度用钢桁架作为芯柱之间的横向连接，以保证该部分节点的工作状态与计算假设一致。
6结构体系选择
(1)5-6层以下可采用框架体系或框架支撑体系，6层以上可采用框架支撑体系或框架-混凝土剪力墙(核心筒)体系。多层住宅多采用双系统。
(2)框架柱包括H型钢柱、钢管混凝土柱和型钢混凝土柱，后两者为组合柱。在小高层中，组合柱比H型钢柱节省更多的钢材。
(3)剪力墙的延性比钢支撑的延性低，大震时延性低的地震力大于延性好的地震力。从抗震性能来看，钢支撑优于混凝土剪力墙。
(4)钢框架-混凝土剪力墙体系是一种混合结构，目前对其抗震性能的研究还不够，没有纳入抗震规范。虽然现在应用广泛，但还是要慎重选择。核心筒要用小钢柱加固，也有利于安装。二、钢结构制作与安装
1，钢柱的安装
钢柱是决定高层和超高层建筑高度和总高度的主要竖向构件，在加工制造时必须满足现行规范的验收标准。
高度为100m的超高层钢柱一般分为8 ~ 12个构件。钢柱制作过程中要考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，所以钢柱的长度不等于设计长度，哪怕只有几毫米。而且上下钢柱的截面完全相等时，不允许互换。要求每根钢柱都要有不同的编号，并正确安装。
矩形或方形钢柱中加劲板的焊接应根据现行规范的要求，不允许采用在箱板上开孔和槽塞焊等其他形式。
通常有两种方法来控制钢柱的标高:
(1)根据相对标高制作安装。钢柱的长度误差不应超过3mm，不考虑焊缝的收缩变形和垂直荷载引起的压缩变形。只要建筑物总高度达到各柱总允许偏差和钢柱总压缩变形量，即为合格。这种制作安装一般在12层以下，高度控制不是很严格。
(2)按设计标高制作和安装。一般对于精度要求高的12以上楼层，应根据土建标高安装第一节钢柱的底部标高，每节钢柱的累计总尺寸应满足设计要求。每根钢柱的加工长度应加上各柱连接处产生的收缩变形和竖向荷载产生的压缩变形。
2.框架梁的制作和安装
为保证框架梁与钢柱连接区域具有良好的延性、连接可靠性和层高精度，在工厂制造时在框架梁所在位置设置悬臂梁(短支架)，悬臂梁的上下翼缘与钢柱采用贯穿焊缝连接，腹板采用角焊缝制作。框架梁与钢柱的悬臂梁(短牛腿)连接，上下翼缘通过衬板(也是引弧板)的全熔透焊缝连接，腹板通过高强度螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工的允许偏差远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆形孔洞，椭圆形孔洞的长度尺寸不应大于2d0(d0为螺栓孔直径)，并应保证孔洞余量的要求。
框架梁的切割长度也不等于设计长度，所以要考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可通过经验公式计算，并在实际加工后检查，以确定样品车削和下料的准确长度。
框架梁的上下翼缘可通过高强度螺栓或焊接连接。目前大部分都是用衬板全熔透焊连接。施工时，先焊下法兰，再焊上法兰，先点焊一端，再焊另一端。
腹板之间采用高强度螺栓连接，因此在设计中需要充分了解是采用摩擦型还是承压型高强度螺栓。摩擦型高强度螺栓的摩擦系数应合理。
当采用高强度螺栓群连接时，孔位置的准确性至关重要。目前一般采用模板钻孔和多轴数控钻孔制孔。前者精度低，后者精度高，应优先考虑后者。使用模板制孔时，应保证模板的精度，以保证高强度螺栓装配孔和现场安装孔的精度要求。如果孔位部分偏离，只允许用铰刀铰孔。严禁用气割扩孔。如果采用气割扩孔，应作为重大质量事故处理。