1. 概述
高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史。 1883年，第一座钢结构高层建筑在美国芝加哥建成。第二次世界大战后，由于地价上涨和人口迅速增长，以及对高层、超高层建筑的需求，对超高层建筑结构体系的研究日益深入。完善、计算技术的发展和建筑技术水平的不断提高，带动了高层和超高层建筑的快速发展。由于超高层建筑中钢筋混凝土结构自重较大超高层钢结构 地脚螺栓，柱所占建筑面积的比例越来越大。超高层建筑使用钢筋混凝土结构受到质疑。与此同时，高强度钢材出现并应用于超高层建筑。部分钢结构或全钢结构的理论研究和设计施工可以说是同步推进的。
超高层建筑的发展体现了发达国家建筑技术、材料工业和综合技术水平，也是建筑业雄厚财力的象征。
我国高层、超高层钢结构建筑改革开放已有20年的历史，积累了大量的设计和施工经验。我国自行编制了《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98。
东南电网集团“东南科技研发中心”初步设计于2003年9月20日在萧山宾馆通过专家论证和区政府领导评审。这是一座地下二层、地上26层的多功能智能建筑，层高3.6m，集研发、设计、培训、测试于一体。该建筑为全钢结构超高层建筑，总高度100m，总建筑面积4万平方米。建筑造型新颖、美观大方，充分展现了钢结构特点和现代建筑风格。
全钢结构超高层建筑为国内屈指可数，在杭州市乃至浙江省尚属首例。这体现了东南电网集团对于建设部授予的“钢结构产业化基地”的荣誉和责任。
东南电网集团已设计、制作、安装了广州新体育场主会场、广州新白云国际机场、广州国际会展中心、黄龙体育中心、河南省体育场、杭州大剧院、宁波新桥化工办公大楼、厦门气象局综合大楼等项目积累了丰富的钢结构设计、制作、安装经验。为了进一步提高超高层钢结构从业人员的技术水平，本文从结构体系、材料选择、制作和安装等方面进行阐述。
2、高层及超高层结构体系
关于高层、超高层建筑的分类，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑消防设计规范等尚无统一规定。一般认为建筑总高度超过24米为高层建筑，建筑总高度超过60米为超高层建筑。
结构设计时，根据建筑物的功能要求、建筑物的高度、拟建场地的抗震设防烈度，本着经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，并一般分为六类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-筒结构体系、管中筒结构体系、束管结构体系。
高层和超高层建筑除钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC）、钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）在结构设计上。
东南科技研发中心建筑高度100m，柱网8.4m，抗震设防烈度6度。采用框架-剪力墙或框架-筒结构体系更为经济合理。这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，往往承受风荷载和地震荷载产生的大部分水平侧向力。整体刚度高，横向位移小，满足玻璃幕墙的外装饰要求。
3、材料的选择
钢结构有很多优点，但缺点是导热系数高、耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢已研制成功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。
宝钢目前生产B400RNQ和B490RNQ两种耐火钢，其物理机械指标、化学性能、冲击韧性和焊接性能均能满足结构钢的要求。普通钢材在达到600℃的高温时就完全失去了承载能力。但宝钢生产的两种钢材在达到600℃时屈服强度仍为150～220Mpa。
一般高层、超高层建筑采用框剪或框筒结构体系时，经济统计为：钢结构造价=钢材成本（约40%）+制作安装成本（约30%）+消防阻燃涂料成本（约占30%），防火涂料占总成本比重较大。如果采用高强度耐火钢，虽然价格会小幅上涨，但阻燃涂料的价格将大幅下降，预计将部分抵消由此带来的成本增加，可靠性和安全性将得到一定程度的保证。
高强耐火钢在高层、超高层建筑中的应用，也体现了东南集团在采用新材料、新技术方面的重大创举。
四、制作及安装
(1)统一测量仪器和钢尺测量工具
超高层建筑的建设涉及土建、钢结构、玻璃幕墙以及各种设备的安装。使用的计量器具和钢尺必须经同一国家法定计量部门认证、同一标准。
高层、超高层建筑施工周期长，测量仪器和钢尺需要定期校准，以保证建筑各项指标符合规定指标。
一般以土木工程部门的测量仪器和钢尺量具为准。
(2)定位轴、标高及地脚螺栓
钢柱的定位轴线可根据场地宽度设置在建筑物外部或内部。本工程高度为100m。设置两个控制桩，可架设经纬仪或激光控制桩。控制桩的位置要求满足可见性、可视性原则。
钢柱的长度应满足起重能力和运输的可能性。一般每节2～3层。每根立柱的安装不应采用下一立柱的定位轴。应从地面控制轴引向高空。这可确保每个柱段安装正确并避免累积错误。
柱脚与钢筋混凝土基础的连接一般采用嵌入式刚性柱脚。地脚螺栓是第一根钢柱安装时控制平面尺寸和标高的临时固定措施。
(3)钢柱制作及安装
钢柱是决定高层和超高层建筑层高和建筑总高度的主要竖向构件。它们在加工和制造过程中必须符合现行规范的验收标准。
高度100m的超高层钢柱一般分为8～12节。钢柱生产过程中，应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形。切割长度不等于设计长度，即使只有几毫米，也是不容忽视的。而且，即使上下钢柱截面截面完全相等，也不允许互换。要求每节钢柱均应编号，以便区分并正确安装。
矩形或方形钢柱中加强板的焊接应按现行规范采用电渣焊进行。不允许箱板开孔、槽塞焊等其他形式。
控制钢柱标高一般有两种方法：
1、按相对标高制作、安装。钢柱长度误差不得超过3mm。不考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物总高度只要达到柱各截面允许偏差之和与压缩变形之和即可合格的钢柱。这种产品一般安装在12层以下且层高控制不是很严格的建筑中。
2、按设计标高制作、安装。一般12层以上精度要求较高的楼层，首节钢柱底部标高应按土建标高安装。各截面钢柱的累计尺寸之和应满足设计要求的总尺寸。各节钢柱的加工长度应加上各节柱节点产生的收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形。
无论采用何种安装方式，都应在下料和生产过程中充分表现出来，并应满足设计要求的总高度。
(4)框架梁制作及安装
高层和超高层框架梁一般采用H型钢。框架梁与钢柱应刚性连接。钢柱为贯通式。框架梁上下翼缘钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确定位。
为了保证框架梁与钢柱连接处节点域的良好延性，以及连接的可靠性和层高的准确性，工厂制造时，在框架梁与钢柱连接处设置悬臂梁（短牛腿）。框架梁的位置。悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用切透焊缝超高层钢结构 地脚螺栓，腹板采用角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接。上下翼缘采用衬板（兼起弧板）全熔透焊缝连接，腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工中的允许偏差远大于钢结构的精度要求，所以框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可采用开孔方式。椭圆孔，椭圆孔的长尺寸不得大于2d0（d0为螺栓孔直径），并保证孔边距要求。
框架梁的切割长度也不等于设计长度，需要考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可以通过经验公式计算出来，然后在实际加工后进行检查，以确定样品的准确长度。
框架梁的上下翼缘可采用高强度螺栓连接或焊接连接。目前大多采用全熔透焊接与衬板连接。施工时，先焊下法兰，再焊上法兰。首先点焊一端进行定位，然后焊接另一端。
腹板采用高强度螺栓连接。设计时要充分了解是采用摩擦型还是承压型高强螺栓。摩擦型高强螺栓应合理选择摩擦系数。
采用高强度螺栓组连接时，孔位的精度非常重要。目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔。前者精度低，后者精度高。应优先考虑后者。使用模板打孔时，应保证模板的精度，以保证高强螺栓装配孔和施工现场安装孔的精度要求。如果孔位局部偏离，则只能用铰刀扩孔。严禁用气割扩孔。若采用气割扩孔，应按重大质量事故处理。
高强度螺栓组应按同一方向插入螺栓孔。高强螺栓组的拧紧顺序应由中心向外沿径向逐层展开。初次拧紧和最终拧紧都必须以预设的亮色标记在螺母头上。表达。
5. 地板设计
高层、超高层建筑的楼板、屋面具有较大的平面刚度，是竖向钢柱、剪力墙或筒体的平面抗侧力构件。同时钢柱与各竖向构件（剪力墙或筒体）起到变形协调作用。
钢结构建筑的楼板和屋面一般采用轧制压型钢板和现浇钢筋混凝土（简称承钢混凝土）。厚度一般不小于150mm。目前，钢支撑混凝土楼盖和屋盖设计时没有考虑钢支撑混凝土楼盖和屋盖与钢梁的相互作用。主要原因是对板波纹底的计算原理不太了解或者计算繁琐，所以以平板为基础进行计算，这样既不安全，又增加了钢梁的用钢量。
如果钢梁与钢支撑混凝土楼板一起使用，简称MST组合梁，只要计算正确、配筋合理、螺栓可靠，约占楼板和钢支撑混凝土楼板用钢量的20%左右。可以节省屋面钢梁，无需对钢梁进行稳定性验算。
