探析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用難點

摘 要：在我國社會主義市場經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，建筑事業(yè)在我國社會建設(shè)中所起到的作用越來越突出，其不僅僅能夠為人們提供更舒適、更方便、更安逸的生活環(huán)境，同時本身也是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要增長點之一。在現(xiàn)今建筑事業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越普遍。鋼結(jié)構(gòu)具有空間跨度大、造價低、結(jié)構(gòu)性能突出、安裝便利等優(yōu)勢，這使得其在建筑行業(yè)內(nèi)得到了眾多企業(yè)的青睞。本文就梳理了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用難點，對其做了較為系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；建筑工程；設(shè)計；難點

自改革開放以來，我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度明顯加快，究其原因，一方面是城市經(jīng)濟的全面發(fā)展，城市建設(shè)速度加快，城市人口快速增加，對各種建筑的需求量激增。社會需求的增加使建筑行業(yè)相關(guān)經(jīng)濟快速發(fā)展起來。另一方面是通過改革開放，我國加強了與西方發(fā)達國家之間的交流，建筑技術(shù)以及經(jīng)驗得到了前所未有的增加，這也在一定程度上促進了建筑事業(yè)的快速發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)就是我國近年來發(fā)展起來的建筑技術(shù)之一，相比于西方發(fā)達國家而言，我國建筑行業(yè)在鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用方面還存在著很多不足。

1 鋼結(jié)構(gòu)工程的優(yōu)點

相比于傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢十分明顯。①鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工速度快，施工時間短。就房地產(chǎn)市場而言，現(xiàn)在很多業(yè)主所買的都是期房，對交房時間看得很重。如果采用大量磚混結(jié)構(gòu)的建筑的施工時間是三年，那么采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑的施工時間至少可以減半。這在很大程度上大大地提前了房地產(chǎn)開發(fā)商的交房時間，也能夠讓業(yè)主早日遷入新房。②鋼結(jié)構(gòu)建筑物的格局比較個性化，造型相對更豐富。鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)部空間，除了住宅類建筑內(nèi)的衛(wèi)生間以及廚房是固定的以外，其余空間格局都可以隨意進行改變，而傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)的建筑卻不具備此功能。③建筑物室內(nèi)面積的利用率高。鋼結(jié)構(gòu)建筑的室內(nèi)格局比較靈活，不會像磚混結(jié)構(gòu)那般有諸多限制，因此業(yè)主可以對室內(nèi)空間隨意進行設(shè)計，最大限度的提升室內(nèi)空間的利用率。④鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能比磚混結(jié)構(gòu)建筑更為突出。如日本等地震頻發(fā)國家多是采用的鋼結(jié)構(gòu)建筑，其抗震效果極佳。⑤鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠起到較好的節(jié)能環(huán)保作用。在傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑施工建設(shè)中，所使用的建筑材料以及輔助材料會消耗很多的自然資源，造成資源浪費。而使用鋼結(jié)構(gòu)建筑，則可以免去支模施工等工序，同時還可以節(jié)約極多的邊角料，在節(jié)能的同時還能最大限度地降低建筑工程施工建設(shè)中對環(huán)境的影響和破壞。

2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點以及應(yīng)用難點分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點

（1）判斷鋼結(jié)構(gòu)的適用性。現(xiàn)今建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)多是用于跨度和荷載較大、體型復(fù)雜的高層建筑中。要求其能夠承受較高的溫度、方便拆卸、能夠承受大幅度的振動、密封嚴實，因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計之前必須要對這些方面進行全面的分析，考慮所設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)是否適用、能否滿足要求。

（2）鋼材的選擇。對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，選材是一項極為重要且難度較大的工作。究其原因，一方面是我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，鋼材的種類繁多，要從眾多的鋼材種類中選出適合某種建筑工程的鋼材是有難度的；另一方面是因為目前鋼結(jié)構(gòu)建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對鋼結(jié)構(gòu)的強度、變形度、疲勞應(yīng)力等方面的要求也不一致，因此選擇合適的鋼材顯得至關(guān)重要，否則就不能發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)建筑的功用。

（3）加強對鋼結(jié)構(gòu)受力體系以及細部節(jié)點的設(shè)計。在鋼結(jié)構(gòu)方案確定以后，必須要立即對鋼結(jié)構(gòu)的受力體系以及細部節(jié)點進行具體的計算和完善。首先，針對鋼結(jié)構(gòu)受力體系設(shè)計而言，現(xiàn)今很多鋼結(jié)構(gòu)都是采用的桿系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求鋼材強度大、截面尺寸??；在生產(chǎn)的時候可以在現(xiàn)場組裝、構(gòu)件之間的約束作用小。因此其設(shè)計的重點是保證構(gòu)件節(jié)點之間的連接穩(wěn)固性。其次，對于鋼結(jié)構(gòu)建筑的細部節(jié)點設(shè)計而言，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計要求細致且設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，都需要對細部節(jié)點進行嚴格的設(shè)計。很多時候，細部節(jié)點的設(shè)計直接決定著鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。在細部節(jié)點設(shè)計中，除了要確保其滿足結(jié)構(gòu)受力要求之外，還必須要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)安裝的便利性以及可行性。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用難點

在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，其工藝難點主要包括以下幾個方面：鋼網(wǎng)架平面的安裝、高空合攏以及鋼結(jié)構(gòu)的防腐和防火處理。

（1）對于鋼網(wǎng)架平面的安裝來說，其主要步驟有放球、放置桿件、平面網(wǎng)架的拼裝和焊接等。先將已經(jīng)驗收的焊接球放入安裝節(jié)點內(nèi)，并調(diào)整好位置以及受力方向，此處需注意的是在放入焊接球時必須要按照其規(guī)格、編號放入。然后再放置桿件，在放置以前要檢查桿件的尺寸、規(guī)格、焊縫間隙以及坡口，將桿件放在兩球之間。平面網(wǎng)架的拼裝需從中心線開始，漸漸向四周展開。對于平面網(wǎng)架的焊接，在焊接前要選擇合理、科學的焊接工藝，并編制好焊接順序，防止焊接過程中的網(wǎng)架變形。

（2）高空合攏是一項極為重要、難度較大的施工作業(yè)步驟。在網(wǎng)架就位后，要對支座與網(wǎng)架的距離進行合理的調(diào)節(jié)，可以在網(wǎng)架上設(shè)置幾組倒鏈，以方便對其進行橫向調(diào)節(jié)。然后再對網(wǎng)架的標高進行檢測，確保其高低均勻。

（3）對于鋼結(jié)構(gòu)的防腐和防火處理來說，因為鋼結(jié)構(gòu)長期暴露于空氣中，易受到風雨的侵蝕使其生銹老化，從而導致承載力下降，美觀度也會受到影響。所以必須要采用新型防腐材料，對其進行防腐處理?；馂?zāi)對鋼結(jié)構(gòu)的危害極大，雖然鋼材并非燃燒材料，但是其耐火能力卻遠遠不及磚混結(jié)構(gòu)。當溫度達到400℃及以上時，鋼材的屈服強度就會急劇下降，致使建筑物結(jié)構(gòu)受到極大程度的破壞。比如在911事件中，其大樓倒塌的直接原因并非飛機撞擊，而是因為撞擊引發(fā)的火災(zāi)致使鋼結(jié)構(gòu)軟化，最后才導致大樓倒塌。由此可見，防火也是鋼結(jié)構(gòu)建筑施工環(huán)節(jié)中必須要重視的問題。目前主要的防火措施有兩種：一是使用進口的新型防火板；二是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的不同部位采用薄型或是厚型的防火涂料。

3 結(jié)束語

總而言之，鋼結(jié)構(gòu)因其自重較輕、強度較高、抗震性較強，及隔音、保溫、舒適性較好等特點在當前的建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。而在其應(yīng)用中為了保證建筑工程的質(zhì)量，則必須要明確鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計以及應(yīng)用中的難點，并采取有效的措施進行預(yù)防處理。

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作者簡介：盧俊澄（1980-），男，四川成都人，建筑工程師，研究方向為建筑安全、建筑結(jié)構(gòu)、土木工程建設(shè)，主要從事土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計/建設(shè)及煤礦地面建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計/建設(shè)等工作，有多年相關(guān)工作經(jīng)驗。