建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題和解決措施

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)主要的結(jié)構(gòu)類型，鋼結(jié)構(gòu)是通過熱扎、鋼板、冷彎以及焊接承受或者傳遞荷載的形式，它具有可靠性高、自重輕、安裝方便、抗震效果好、施工時(shí)間短、回收利用率好、環(huán)境污染少等特點(diǎn)。和傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比，它具有大、高、輕等發(fā)展優(yōu)勢，目前，在全球工程建設(shè)中已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果。本文結(jié)合我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、原則、常見問題以及解決措施進(jìn)行了簡要的探究和闡述。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì)；鋼結(jié)構(gòu)；常見問題；解決措施

前言

自改革以來，我國建筑工程如雨后春筍般呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)展趨勢，隨著社會發(fā)展步伐加快，人們對建筑工程要求越來越高。在創(chuàng)新性、多元性等要求下，設(shè)計(jì)師更加注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性、時(shí)效性，由于各種因素影響，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然存在很多問題，一部分是施工工藝或者施工條件的問題，另一部分則是沒有詳細(xì)規(guī)定施工規(guī)范或者施工原則造成的，從而造成建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題，甚至還會給鋼結(jié)構(gòu)安全造成不良影響。因此，在實(shí)際工作中，工程師必須認(rèn)真分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，將實(shí)際情況和建筑物安全有機(jī)的聯(lián)系起來，進(jìn)而不斷提高施工效益和社會效益。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及原則

1.1 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）強(qiáng)度高

在建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)具有很高的強(qiáng)度特性，韌性和塑性相比其他建筑都好；如比磚石、木材等，強(qiáng)度都要高出很多。因此，被廣泛應(yīng)用于大荷載、大跨度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。擁有較好的塑性，在一定條件下結(jié)構(gòu)就不會因?yàn)槌d出現(xiàn)斷裂；韌性，則是結(jié)構(gòu)適應(yīng)動(dòng)力荷載的主要因素。另外，鋼結(jié)構(gòu)擁有良好的吸能力和延伸性，也是抗震性良好的基礎(chǔ)條件。極高的鋼材強(qiáng)度，構(gòu)件截面制作薄且小，當(dāng)受到壓力影響下，就能滿足施工要求，有時(shí)也會讓強(qiáng)度不能正常發(fā)揮。

（2）材質(zhì)均勻

在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部，材質(zhì)相對比較均勻，在應(yīng)力范圍內(nèi)部，幾乎處于完全彈性的狀態(tài)，從而讓鋼結(jié)構(gòu)受力狀況滿足工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果。其次，在軋制以及冶煉過程中，鋼材質(zhì)量也有得到嚴(yán)密的控制，從而讓材質(zhì)在極小的區(qū)域波動(dòng)。

（3）施工周期短，制造簡單

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)的材料，幾乎全部屬于成材，非常單純，加工便利，通過機(jī)械就能直接操作。在作為專業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，也能擁有極高的精確度；在工地構(gòu)件拼裝中，通過安裝方便的普通型螺栓或者強(qiáng)度很高的螺栓都能進(jìn)行，有時(shí)甚至直接在地面進(jìn)行拼裝或者焊接成較大的單元進(jìn)行吊裝，從而為縮短施工周期創(chuàng)造條件。除了上述特點(diǎn)外，已經(jīng)建成的鋼結(jié)構(gòu)建筑，在改建或者加固中也比較方便，如在結(jié)構(gòu)螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)建筑中，根據(jù)施工要求就能進(jìn)行拆遷。

1.2建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在建筑施工中，為了保障工程質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須擁有足夠的穩(wěn)定性、剛度和強(qiáng)度，在整體結(jié)構(gòu)滿足安全和可靠要求的同時(shí)，須達(dá)到建筑使用標(biāo)準(zhǔn)，并且具有良好的耐火性。在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者必須以減小鋼結(jié)構(gòu)自重、節(jié)省材料為前提，方便結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸、維護(hù)。在條件允許的情況下，盡量保障外部美觀，特別是外露部分，必須滿足建筑美學(xué)要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)上述原則，再整合實(shí)際情況各種要求，讓建筑鋼結(jié)構(gòu)擁有良好的施工合理性、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)性。

在梁柱體系中，建筑鋼結(jié)構(gòu)通常使用的是普通的梁柱體系，焊接柱為箱型鋼柱，使用熱軋式焊接整個(gè)鋼梁，讓整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為剛性框架，由板、梁、柱承擔(dān)部分荷載。對于建筑鋼結(jié)構(gòu)框架中的柱和梁、基礎(chǔ)和梁必須按照剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場施工中，通過焊接和高強(qiáng)螺栓逐步發(fā)揮連接作用。

在抗剪設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算結(jié)果可以看出：在地震力以及水平荷載影響下，上述結(jié)構(gòu)體系部分剛度較弱，進(jìn)而就需要布置中心，有效抵抗水平荷載。對于建筑鋼結(jié)構(gòu)剪力墻中的電梯和樓梯間，通常使用鋼筋混凝土的方式，就可以更好的控制水平外力對工程造成的沖擊。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題以及解決措施

2.1 地梁問題以及解決措施

在建筑鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中，地梁問題作為影響工程質(zhì)量的主要因素之一，地梁設(shè)計(jì)好壞主要表現(xiàn)在以下方面：對于基礎(chǔ)埋置較大的部分，如果地梁和框架柱相連，不僅會影響框架柱計(jì)算高度，同時(shí)還會影響整個(gè)框架柱內(nèi)力分析成果；如果地梁和基礎(chǔ)相連，由于地梁聯(lián)系著基礎(chǔ)部分，對于基礎(chǔ)的不均勻沉降就能得到很好的調(diào)整。其次，地梁作為整個(gè)建筑工程底層支柱，與普通的框架梁受力狀態(tài)相比，地梁將在荷載影響下，讓地梁受制于土，部分荷載能夠直接傳輸?shù)娇蚣苤?，部分荷載則通過梁底土反力以及梁側(cè)阻力將其傳輸?shù)降鼗?；從而受力狀態(tài)就不會像普通框架梁在荷載影響下受介質(zhì)約束，將梁上的荷載傳輸?shù)娇蚣苤?/p>

從目前的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況來看，由于土反力相對復(fù)雜，在定量土的過程中，土反力和摩擦阻力具有很大難度。因此，工程師必須以其中一層框架梁作為地梁進(jìn)行計(jì)算，在地基土影響被忽略的同時(shí)，將建筑鋼結(jié)構(gòu)所有荷載傳輸?shù)街付ǖ目蚣苤校@種方式不足的地方是，它會造成計(jì)算模型和實(shí)際情況不適應(yīng)。和建筑框架梁不同的是：由于缺乏風(fēng)力、地震、水平變形影響，在電算結(jié)構(gòu)中，地梁和基礎(chǔ)頂面距離較小，從而讓底層框架柱產(chǎn)生的短柱和極短柱，讓整個(gè)電算結(jié)果都不合理?；蛘咴谡w框架計(jì)算時(shí)，將地梁排除，并且將其視為支梁，讓剪力順利傳輸?shù)娇蚣苤?。通過實(shí)際應(yīng)用效益來看，后種方法更為合理。

2.2 伸縮縫問題以及改進(jìn)措施

伸縮縫在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，又稱溫度收縮縫，它是溫度上下波動(dòng)或者溫度收縮時(shí)，讓水平或者豎直方向出現(xiàn)的內(nèi)力或者變形。由于整個(gè)建筑物溫度確定以及收縮系數(shù)確定具有很大難度，在不是彈性材料的影響下，時(shí)常出現(xiàn)應(yīng)力松弛、變形以及塑料徐變的現(xiàn)象。從理論方面來看，在工程設(shè)計(jì)中必須依靠經(jīng)驗(yàn)確定縫寬，由于沒有對伸縮縫寬度進(jìn)行規(guī)定，從而導(dǎo)致縫寬依靠計(jì)算得出。因此，在實(shí)際工作中，可以事先設(shè)置好后澆帶，再進(jìn)一步增添膨脹劑，讓溫度應(yīng)力適當(dāng)縮小，讓伸縮縫和收縮縫二者結(jié)合起來，收到更好的應(yīng)用效果。

2.3 （三）回填土問題以及改進(jìn)措施

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，回填土質(zhì)量問題作為比較常見的問題，會直接影響到整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、側(cè)移以及安全性，由于建筑層數(shù)較多，從而導(dǎo)致影響越來越大。為了保障回填土施工質(zhì)量，必須在基槽開挖后，再對地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，最后才是回填土。由于回填土灰土較多、勞動(dòng)量很大，均勻攪拌具有很大的難度，除非擁有寬廣的施工場地，不然都會出現(xiàn)環(huán)境污染的情況，從而對操作造成了很大的難度。在夯實(shí)中，對地下結(jié)構(gòu)也會造成損害。因此，在回填土處理中，必須根據(jù)回填土空隙，用水泥對其進(jìn)行加密，有效避免地面下沉現(xiàn)象產(chǎn)生，進(jìn)而不斷保障整個(gè)建筑鋼結(jié)構(gòu)安全和使用效益。

3 結(jié)束語

為了保障建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果，工程設(shè)計(jì)師必須根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及原則，在施工規(guī)范的原則上，切實(shí)把握好施工標(biāo)準(zhǔn)和施工流程。針對上述容易出現(xiàn)和忽略的問題，必須根據(jù)解決措施，對其進(jìn)行靈活處理，從而讓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理、經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)水平更高。

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