建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決

劉金勝

（武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司湖北武漢　430200）

建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決

劉金勝

（武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司湖北武漢430200）

隨著建筑規(guī)模的擴(kuò)大以及功能和造型上的多樣化，對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高層次的要求。本文從建筑鋼結(jié)構(gòu)的概念及特點(diǎn)入手，重點(diǎn)對鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行分析，并有針對性的提出了一系列解決措施，以供同行參考。

建筑設(shè)計(jì)；鋼結(jié)構(gòu)；解決措施

1　引言

新時(shí)期，建筑逐步朝著縱向發(fā)展，而鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式可以說是最好的載體，其應(yīng)用范圍不僅僅局限于民用建筑中，還包括了工業(yè)廠房以及公共建筑等。就整體而言，鋼結(jié)構(gòu)建筑不僅具有良好的外觀，還具有較強(qiáng)的抗震性能和較低的成本等優(yōu)點(diǎn)。此外，建筑中所需的鋼結(jié)構(gòu)材料可以在工地現(xiàn)場完成拼裝工作，大大提升了施工效率和施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本。然而，如今在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍然存在不少問題，嚴(yán)重影響了其在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。針對這一情況，本文對相關(guān)問題進(jìn)行深入分析，并提出解決方案，對建筑鋼結(jié)構(gòu)今后的普遍應(yīng)用有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2　鋼結(jié)構(gòu)概述及優(yōu)勢

2.1鋼結(jié)構(gòu)的主要概述

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了建筑業(yè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)是利用一系列方法加工形成的各種構(gòu)件進(jìn)行組合而成的結(jié)構(gòu)形式，具體來說，其可以分為兩種不同的類型，即輕鋼結(jié)構(gòu)和重鋼結(jié)構(gòu)。在跨度較小的建筑結(jié)構(gòu)中一般使用的是輕鋼結(jié)構(gòu)，主要原因在于輕鋼結(jié)構(gòu)的占用面積相對較小，自重比較輕，應(yīng)用領(lǐng)域主要是貨場、倉庫和小型體育館等。在跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)中使用的鋼結(jié)構(gòu)是重鋼結(jié)構(gòu)。相對于鋼結(jié)構(gòu)而言，無論是重鋼結(jié)構(gòu)還是輕鋼結(jié)構(gòu)，在施工條件的情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重量往往是鋼結(jié)構(gòu)的幾倍。這就使得鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)眾多領(lǐng)域的應(yīng)用取代了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然其應(yīng)用比較廣泛，但是在設(shè)計(jì)和施工過程中仍然出現(xiàn)了較多的問題。

2.2鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

（1）鋼材本身具有高硬度、高強(qiáng)度、自身質(zhì)量輕的特點(diǎn)，在和混凝土組合下產(chǎn)生了之前不具有的功能，不僅可以擴(kuò)大建造的橫向、縱向空間，而且還可以減輕建筑物的質(zhì)量，有益于城市高層建設(shè)。不僅如此，在地震時(shí)鋼結(jié)構(gòu)可以延緩墻壁的倒塌，具有良好的抗震功能。

（2）可以擴(kuò)大建筑空間，充分利用土地資源。鋼材具有高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，與混凝土的組合可以減少墻壁和梁柱的厚度，能夠充分分隔有效空間。而傳統(tǒng)的磚塊混凝土結(jié)構(gòu)受材料性質(zhì)的限制，造成了墻厚、梁柱厚，既減小了空間又影響了房屋整體美觀。

（3）造價(jià)低且施工方便。隨著我國鋼產(chǎn)量的不斷提升，鋼材的價(jià)格也在下滑，再加上鋼材自身獨(dú)特的優(yōu)勢，減少了施工整體材料的使用量，這就直接降低了成本。再者，鋼結(jié)構(gòu)材料機(jī)械化程度高，大大提高了施工的效率縮短工期，也間接降低了施工成本。

（4）鋼材可以回收重復(fù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的方針。在拆遷建筑物時(shí)，鋼材可以進(jìn)行回收回爐冶煉，再生產(chǎn)加工投入市場。

（5）鋼結(jié)構(gòu)住宅可工業(yè)化生產(chǎn)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以預(yù)先在工廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，生產(chǎn)方便且速度快，而且便于施工現(xiàn)場的安裝，使在施工現(xiàn)場作業(yè)量減小。

3　建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

3.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在市場監(jiān)管和體制上的問題

由于整個(gè)設(shè)計(jì)市場的管理不到位，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)一系列問題，例如，不根據(jù)工程實(shí)際情況，盲目模仿照抄等。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門在專業(yè)綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)中任務(wù)比較繁重，并且設(shè)計(jì)費(fèi)用相對較高，在人力的花費(fèi)上較大，受到各種因素的影響使得鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為困難，以至于一些設(shè)計(jì)院并不愿意采用鋼結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)形式，甚至有些設(shè)計(jì)單位會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分包出去。而分包單位在設(shè)計(jì)方面缺少經(jīng)驗(yàn)，部分其設(shè)計(jì)資質(zhì)不夠，導(dǎo)致建筑行業(yè)設(shè)計(jì)市場出現(xiàn)一片混亂，嚴(yán)重影響到鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。此外，對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我國建筑行業(yè)沒有準(zhǔn)確的監(jiān)督機(jī)制和法律機(jī)制對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行規(guī)范，導(dǎo)致事故頻現(xiàn)。

3.2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量不高

由于市場的管理混亂和監(jiān)督機(jī)構(gòu)的缺失，從業(yè)人員的素質(zhì)等問題，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量不高，設(shè)計(jì)方案不合理，設(shè)計(jì)深度不能夠滿足工程需要等問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在資金上存在問題，往往由承接單位和設(shè)計(jì)單位分包進(jìn)行設(shè)計(jì)，這在很大程度上降低了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深度。有些設(shè)計(jì)方面不能滿足原來設(shè)計(jì)的要求，存在錯(cuò)誤的柱腳設(shè)計(jì)問題，檁條設(shè)計(jì)問題。尤其是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性問題尤為突出，通過對最近幾年的鋼結(jié)構(gòu)工程事故的總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)大部分都是因?yàn)榫植糠€(wěn)定性不滿足而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的坍塌事故。鋼結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算還不是很成熟，對于驗(yàn)算條件和方法及節(jié)點(diǎn)和支撐點(diǎn)，還在不斷的完善中。鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題也容易被忽略。

3.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)有待提高

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平參差不齊，一些現(xiàn)場施工人員專業(yè)素質(zhì)有待提高，與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展相比有著較大的差距。由于缺乏專業(yè)的知識(shí)基礎(chǔ)，導(dǎo)致從業(yè)人員不能更好的適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。沒有掌握專業(yè)技術(shù)的非專業(yè)人員很難解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)有待提高。

4　鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一系列改進(jìn)措施

4.1完善和規(guī)范建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路和步驟

為了能夠使建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具合理性和科學(xué)性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格依據(jù)既定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作，且需要注意將不同環(huán)節(jié)的具體細(xì)節(jié)落實(shí)到實(shí)處。

（1）鋼結(jié)構(gòu)的布置和形式。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)主要有框架、網(wǎng)架、平面架、輕鋼等結(jié)構(gòu)形式。每個(gè)形式都各有特點(diǎn)，因此工程在選型時(shí)，就應(yīng)該結(jié)合具體的情況考慮其特點(diǎn)。雖然鋼結(jié)構(gòu)的形式比較多，但是其施工并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)律，因此，設(shè)計(jì)人員一定要對建筑施工的實(shí)際情況和周邊環(huán)境進(jìn)行客觀分析，進(jìn)而綜合分析，最終確定出科學(xué)、優(yōu)質(zhì)的方案。

（2）圖紙的編制。設(shè)計(jì)圖紙是建筑施工的前提和基礎(chǔ)，因此，為了確保鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的高質(zhì)量，設(shè)計(jì)工作人員必須運(yùn)用合理、有效的設(shè)計(jì)方法對圖紙加以設(shè)計(jì)，此外還需要對圖紙進(jìn)行反復(fù)操作性判斷，并組織一些具有專業(yè)素質(zhì)好，工作經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行整體圖紙的最終確定。

4.2針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些合理化建議

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要考慮到鋼結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢和缺陷，又要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，對于實(shí)際設(shè)計(jì)中的具體問題要根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出問題并解決問題。

（1）建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要充分重視節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造的重要性。設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際情況和各種節(jié)點(diǎn)連接特點(diǎn)綜合分析采取相應(yīng)的連接方法，既要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性又要盡量實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益。

（2）建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)對整體影響和建筑材料的選取。要根據(jù)樓層的高度來選擇合適的建筑體系，對于選取材料方面也要根據(jù)每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。例如，在廚衛(wèi)選材時(shí)就要根據(jù)廚衛(wèi)多水的特點(diǎn)選取防水的材料和防水的建筑結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)者始終要明白設(shè)計(jì)過程中的每個(gè)部分在整體結(jié)構(gòu)中所起到的作用。

（3）在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對屋面荷載進(jìn)行合理取值。樓板設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要組成部分，樓板除了可以將樓板水平面壓力和隔音效果傳給框架外，還可以將水平的力傳導(dǎo)到梁柱上，因此在設(shè)計(jì)樓板的過程中，要盡量使用組合梁，提高樓板的整體性使梁柱整體受力。

（4）在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要實(shí)事求是靈活運(yùn)用知識(shí)合理設(shè)計(jì)。對于設(shè)計(jì)人員來說，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)是要充分考慮實(shí)際情況進(jìn)行精密計(jì)算的，但在實(shí)際情況中，會(huì)出現(xiàn)很多突發(fā)性問題，此時(shí)，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該具體問題具體分析了。只有設(shè)計(jì)者把設(shè)計(jì)工作滲透到日常的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，才能提高設(shè)計(jì)能力從而有效的提高工程質(zhì)量。

5　結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程應(yīng)用過程中，具有較強(qiáng)的使用和推廣價(jià)值，既能增加建筑物空間跨度和高度，還能夠滿足現(xiàn)代化建筑物在外形審美和內(nèi)部構(gòu)造上的需求，對整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。目前在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在一些問題，使得其不能有效發(fā)揮自身的結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)已經(jīng)得到技術(shù)人員的密切關(guān)注。隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范化，設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，大量工程經(jīng)驗(yàn)的積累和研究的不斷深入，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平一定會(huì)得到大幅提升。

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TU391

A

1673-0038（2015）15-0049-02

2015-3-23

劉金勝（1976-），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。