鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題研究

賀雅麗

摘要：伴隨著我國(guó)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)如今采用傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足建筑結(jié)構(gòu)的多元化需求，鋼結(jié)構(gòu)作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)之一，不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的種種弊端，還具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件較輕、施工周期較短、布置靈活方便等優(yōu)勢(shì)，因此，在建筑工程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。下面具體就鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的常見問題及其應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重點(diǎn) 問題

中圖分類號(hào)：TU973+.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

案例：大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司一期2×600MW機(jī)組脫硝改造工程。

此鋼支架是為支撐脫硝反應(yīng)器的。脫硝反應(yīng)器本體加催化劑總重1000噸左右。為了和電廠鍋爐煙道配合，反應(yīng)器本體放在高度38.6米。支架總高度52.6米。在17米高度支撐通往除塵器的煙道。此種荷載大、高度高的支架如果不合理設(shè)置垂直支撐和水平支撐，梁、柱會(huì)很大而且整體穩(wěn)定性也會(huì)有問題，用鋼量更是大。還有在材料選擇中也須根據(jù)荷載和高度、風(fēng)載及地震烈度做合理選擇。支撐因?yàn)槭芊€(wěn)定性控制，選Q235的材料合理。梁、柱由于荷載大高度高，如果用Q235材料鋼材用量很大，反而會(huì)增加自重。這樣會(huì)引起一系列惡性循環(huán)。比如會(huì)增加土建費(fèi)用、增加制作成本和安裝成本、增加起吊重量、構(gòu)件大增加安裝難度等等。但是如果選擇過于高強(qiáng)的鋼材也會(huì)存在不合理因素。比如構(gòu)件斷面小了雖然滿足強(qiáng)度要求了但又不滿足規(guī)范長(zhǎng)細(xì)比要求，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以要加大截面。這樣材料的高強(qiáng)性能得不到充分利用也是一種設(shè)計(jì)不合理的表現(xiàn)。

1.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

1）判別是否適合鋼結(jié)構(gòu)。在做設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及工程造價(jià)，看項(xiàng)目工程是否適合鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。

2）結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。

鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面（桁）架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)選型時(shí)，針對(duì)不同建筑的特點(diǎn)，選擇合理經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方式。結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征、荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要?jiǎng)偠染鶆颍W(xué)模型清晰，盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。

3）截面的選擇。結(jié)構(gòu)布置完成后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假設(shè)預(yù)定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。

4）結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)分析可以采用多種方法：簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)通過手算進(jìn)行分析；典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊(cè)之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形；復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。

5）構(gòu)件設(shè)計(jì)。材料是構(gòu)件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，材料的選擇對(duì)于構(gòu)件設(shè)計(jì)非常重要。比較常用的是Q235和Q345，通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面，當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí)，可選擇Q345，剛度控制時(shí)，宜使用Q235。

6）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)師鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定，按傳力的特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。

7）防銹蝕與防火。鋼結(jié)構(gòu)因其自身的特點(diǎn)對(duì)銹蝕和高溫（火焰）具有敏感性，因此對(duì)于周圍環(huán)境存在這兩種情況的時(shí)候，必須做好鋼結(jié)構(gòu)的防銹蝕與防火。

8）圖紙編制。①圖紙的編制是工程施工的重要依據(jù)，在設(shè)計(jì)圖中，對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求等均應(yīng)表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。②施工詳圖。深度須能滿足車間直接制造加工，不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá)，并應(yīng)附有詳?shù)牟牧媳怼?/p>

2.盲目照搬國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

許多不合理的設(shè)計(jì)方案，雖然多采用的是國(guó)外優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案，但由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)不夠科學(xué)，用鋼量過大，因而導(dǎo)致鋼材用量過大，脫離了實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)工程的成本控制目標(biāo)和建設(shè)實(shí)際，沒有做到與實(shí)際工程項(xiàng)目的積極適應(yīng)。此外，對(duì)于國(guó)外設(shè)計(jì)師而言，由于其對(duì)我國(guó)的地震及風(fēng)荷載等許多實(shí)際情況并未深入了解，因而不可避免地造成設(shè)計(jì)過程中的許多方面不合理。

應(yīng)對(duì)措施：應(yīng)當(dāng)對(duì)我國(guó)的地震及風(fēng)荷載等各方面特殊情況進(jìn)行研究和掌握，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以我國(guó)具體情況為依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷完善，優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)，確保維持原建筑地質(zhì)風(fēng)貌的同時(shí)，減少鋼材料的使用量，從而實(shí)現(xiàn)成本的大幅降低。

3.設(shè)計(jì)過程中未對(duì)施工荷載及可行性進(jìn)行充分考慮

對(duì)于許多鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員而言，由于其多數(shù)終日埋首于辦公室中，并未經(jīng)常深入施工現(xiàn)場(chǎng)參與鋼結(jié)構(gòu)的具體施工過程，因此導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)人員并不了解鋼結(jié)構(gòu)的具體施工過程，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工荷載等考慮得不全面甚至遺漏，而導(dǎo)致設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至是錯(cuò)誤，與實(shí)際需要相差較大，埋下了結(jié)構(gòu)上的安全隱患，同時(shí)設(shè)計(jì)出來的施工圖可行性也較差，增加了施工的復(fù)雜性，導(dǎo)致施工造價(jià)的大幅度提高。

應(yīng)對(duì)措施：對(duì)于設(shè)計(jì)相關(guān)人員而言，應(yīng)深入到鋼結(jié)構(gòu)具體施工過程中，這樣才能對(duì)施工過程中可能遇到的不利條件了然于胸，設(shè)計(jì)過程中也才能夠有效避免此類問題的發(fā)生，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性及施工的可行性。

4.設(shè)計(jì)過于保守或超前

由于我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史相對(duì)較短，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)相對(duì)較低，仍然存在很多亟待改善的環(huán)節(jié)。很多鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因而導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中不恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，或任意進(jìn)行所設(shè)計(jì)安全等級(jí)的降低，導(dǎo)致在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)或太過保守，或過于超前。這些都不利于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)的整體可靠性。

應(yīng)對(duì)措施：必須注意定期進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)水平的培訓(xùn)，及時(shí)掌握新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)和新的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及計(jì)算模型。尤其是對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，必須深刻理解規(guī)范規(guī)程中的設(shè)計(jì)參數(shù)及其安全等級(jí)要求，以便從根本上確保結(jié)構(gòu)方案的科學(xué)性與合理性。

5.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

許多單位的鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者水平相對(duì)較低，所承接項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員多數(shù)是剛畢業(yè)缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的新手，因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中一味照搬程序，忽視了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和校核，所設(shè)計(jì)的構(gòu)件布置圖往往僅為一些單一的線條圖，忽視了十分重要的“節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)”，只簡(jiǎn)單地采用一律全焊接節(jié)點(diǎn)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)形式及構(gòu)造是否合理、應(yīng)力計(jì)算是否符合要求欠缺考慮，甚至掌握不清，造成安全隱患。由于缺乏專業(yè)知識(shí)，因而導(dǎo)致給加工廠的施工圖設(shè)計(jì)要求不夠明確，最終往往會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的質(zhì)量事故發(fā)生。

應(yīng)對(duì)措施：嚴(yán)格規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)程序及計(jì)算內(nèi)容，提高所設(shè)計(jì)項(xiàng)目施工圖應(yīng)具備足夠的計(jì)算深度要求，細(xì)化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)深度不夠的不予審核發(fā)圖，落實(shí)各部門的設(shè)計(jì)職責(zé)及設(shè)計(jì)人的責(zé)任制，從源頭上狠抓設(shè)計(jì)深度的要求。

6.項(xiàng)目層層轉(zhuǎn)包導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的大幅下降

由于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)過了層層的轉(zhuǎn)包，各設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，鋼結(jié)構(gòu)部分，不僅設(shè)計(jì)困難，但且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，收費(fèi)卻較低，因此很多設(shè)計(jì)人員不愿進(jìn)行此方面設(shè)計(jì)任務(wù)的承接。有些人員對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，且設(shè)計(jì)市場(chǎng)較為混亂，因此會(huì)轉(zhuǎn)包給市場(chǎng)其他無資質(zhì)設(shè)計(jì)部門，因此導(dǎo)致不少因鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量不足而出現(xiàn)的多起倒塌事故的發(fā)生。

應(yīng)對(duì)措施：相關(guān)部門應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目給予足夠的重視，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)范，嚴(yán)格資質(zhì)的管理工作，杜絕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的層層轉(zhuǎn)包，同時(shí)，應(yīng)加大鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)投入，加強(qiáng)監(jiān)督管理工作，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

7.結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度較高、自重較輕，且工業(yè)化程度較高等一系列優(yōu)點(diǎn)而在各大工程中得到了廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮材料等各方面因素，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)整體及局部的穩(wěn)定性，確保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)在建筑等多個(gè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，要重視對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題的分析，及時(shí)采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，促進(jìn)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高志勇. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題[J]. 價(jià)值工程. 2010(08)

[2] 石瑋. 鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)中常見問題分析[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品. 2011(15)