鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析（二）

謝振宇

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)備受歡迎。 隨著建筑造型和功能的多樣化，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出更高的要求，但是鋼結(jié)構(gòu)卻在建筑建構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了很多問(wèn)題。 如何改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題一直是業(yè)內(nèi)人士重點(diǎn)研究的課題。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)；問(wèn)題

引言

民用建筑和工業(yè)建筑是建筑的兩大分類，若按照使用性質(zhì)的不同來(lái)劃分，則可以將工業(yè)建筑分為物流建筑、生產(chǎn)廠房、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)等等。除了一些重型廠房需要承擔(dān)較大的負(fù)荷量之外，輕型鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)樽陨碇亓枯p、強(qiáng)度高、簡(jiǎn)單裝配和施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)建筑得到了廣泛的應(yīng)用

一、我國(guó)建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)具有著重要意義

目前，我國(guó)民用建筑中已經(jīng)普遍使用鋼結(jié)構(gòu)，不但使建筑物提高了抗震能力，還使建筑物綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，不僅國(guó)內(nèi)建筑如此，部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)商品化、規(guī)?；匿摻Y(jié)構(gòu)建筑向國(guó)外出口，并且促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及產(chǎn)品的出口貿(mào)易，以及大批國(guó)外承包工程的增加，使鋼材的附加值有大幅度的增加。

二、鋼結(jié)構(gòu)概述

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展，在建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有很多。鋼結(jié)構(gòu)指的是采用鋼板進(jìn)行焊接、熱軋、冷彎等方法加工形成的鋼型。輕鋼結(jié)構(gòu)和重鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的兩種類型。輕鋼結(jié)構(gòu)在跨度較小的建筑中應(yīng)用較多，例如貨場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、體育館場(chǎng)、辦公樓等，主要特點(diǎn)是自重輕，而且占用的面積相對(duì)較小。重鋼結(jié)構(gòu)在跨度較大的建筑中應(yīng)用較多，例如電子廠房。相對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，無(wú)論是輕鋼結(jié)構(gòu)還是重鋼結(jié)構(gòu)，其自重相對(duì)較小，在強(qiáng)度、負(fù)載、跨度等條件一樣的情況下，鋼筋混凝土比鋼結(jié)構(gòu)重3倍。鋼結(jié)構(gòu)雖然在建筑中得到廣泛的應(yīng)用，但是在施工過(guò)程中卻出現(xiàn)了問(wèn)題。

三、鋼結(jié)構(gòu)材料及構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)

1、強(qiáng)度高，重量輕

在建筑工程中，鋼材能得到普遍應(yīng)用的原因之一就是其本身的綜合性能較好，這是其他建筑材料所難以企及的。尤其是在一些大跨結(jié)構(gòu)，重型工業(yè)廠房，高層房屋建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。由于鋼材的強(qiáng)度較大，所以在建筑設(shè)計(jì)中可以較小的截面滿足較大的承載力，特別是和混凝土結(jié)合使用的情況下可以在保證工程質(zhì)量的前提下取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

2、質(zhì)地均勻，各向同性

隨著鋼材的生產(chǎn)工藝越來(lái)越先進(jìn)，鋼材的各種性能都得到了良好的發(fā)展，盡管目前在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材的這個(gè)性質(zhì)通常采取假定的形式，但是試驗(yàn)表明，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼材的實(shí)際性能和理論性能是非常接近的，這在一定程度上保證的計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)使得鋼結(jié)構(gòu)建筑的可靠度得到了極大保障。施工簡(jiǎn)易，工期較短?，F(xiàn)代社會(huì)機(jī)械化發(fā)展的程度較高，鋼構(gòu)件一般都可以在專業(yè)廠家生產(chǎn)制造。通常在生產(chǎn)工廠加工成型后運(yùn)至施工工地再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。由于生產(chǎn)制造的一體化，極大程度上節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)工業(yè)化的生產(chǎn)使得鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量容易監(jiān)控，也使工程質(zhì)量得到了保證。

四、鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量不高

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)相對(duì)繁重，而且相關(guān)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)費(fèi)用較高，在一定程度上增加了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，所以很多設(shè)計(jì)人員都不愿意接這類工作。此外，有些設(shè)計(jì)單位缺乏鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分包，一旦分包單位設(shè)計(jì)資質(zhì)欠缺，就會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)安全隱患。另外，當(dāng)前的設(shè)計(jì)市場(chǎng)沒有相關(guān)法律的約束，也沒有相應(yīng)的監(jiān)督，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，如工程事故的發(fā)生。

2、盲目模仿外國(guó)設(shè)計(jì)方案

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案首要考慮的問(wèn)題是經(jīng)濟(jì)效益，而外國(guó)的設(shè)計(jì)方案由于具備強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的支持，往往不看重經(jīng)濟(jì)效益，因此我國(guó)的設(shè)計(jì)人員照搬外國(guó)的設(shè)計(jì)方案是不符合實(shí)際情況的。有些設(shè)計(jì)人員盲目追求設(shè)計(jì)的新穎而沒有考慮成本問(wèn)題，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不合理。

3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案缺乏深度

承接單位和設(shè)計(jì)單位的分包，在很大程度上降低了設(shè)計(jì)的深度，甚至有些設(shè)計(jì)方案不能滿足原設(shè)計(jì)的要求，例如柱腳設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。埋入式、外包式、外露式是柱腳設(shè)計(jì)的主要類型，外露式主要在民宅中應(yīng)用，底板的彈性和塑性變形決定了柱腳的剛度，所以底板出現(xiàn)變形就會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的變形，設(shè)計(jì)人員如果不充分考慮這些問(wèn)題，不進(jìn)行內(nèi)力分析，預(yù)留位移角限度值，一旦出現(xiàn)地震災(zāi)害時(shí)，就很容易破壞柱腳節(jié)點(diǎn)，損壞建筑物。

五、針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些合理化建議

1、規(guī)范設(shè)計(jì)管理制度，強(qiáng)化監(jiān)督機(jī)制

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有其特殊性，建設(shè)主管部門應(yīng)嚴(yán)格審查參與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及承包的企業(yè)資質(zhì)。例如審查期結(jié)構(gòu)件的制作能力及水平、施工安裝能力等，確保承接工程的企業(yè)具備設(shè)計(jì)安裝資質(zhì)，能夠嚴(yán)格遵守規(guī)定，滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建設(shè)的需要。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，滿足建筑使用要求

毋庸置疑，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑方式是大勢(shì)所趨，但值得注意的是，鋼結(jié)構(gòu)僅僅是建筑物中的承重部分，起到為建筑本身服務(wù)的作用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的原則，是遵循建筑物設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢(shì)，滿足用戶的使用需要，而不是為了彰顯鋼結(jié)構(gòu)特色，犧牲建筑的實(shí)用性、舒適性和安全性，這樣的設(shè)計(jì)必然會(huì)失去其市場(chǎng)地位。

3、重視設(shè)計(jì)深度

（l）首先判斷是否適宜使用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)適用于跨度大、多高層、體型復(fù)雜、可能出現(xiàn)大幅振動(dòng)、高溫密封場(chǎng)所、需要經(jīng)常拆裝的建筑結(jié)構(gòu)，例如大廈、住宅、廠房、劇院、展館、臨時(shí)建筑等，在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)首先考慮設(shè)計(jì)項(xiàng)目是否符合鋼結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，是否能夠發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)的自身優(yōu)勢(shì)。

（2）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)考量。在實(shí)踐工作中，容易出現(xiàn)最終完成的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與最初分析模型中的形式不一致之類的異常情況，這緣于沒有在結(jié)構(gòu)分析之前未充分考量節(jié)點(diǎn)形式。通常情況下，節(jié)點(diǎn)根據(jù)傳力的特性可區(qū)分為半剛接、剛接和鉸接三種形式，采用不同連接形式，對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響非常大，例如，部分剛接節(jié)點(diǎn)能夠較好地承受鋼柱彎矩，但是卻可能出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)動(dòng)，與假定的結(jié)構(gòu)分析不相吻合，導(dǎo)致在實(shí)際施工時(shí)，出現(xiàn)大于原設(shè)計(jì)計(jì)算的變形。因此在設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，分為等強(qiáng)和實(shí)際受力兩種設(shè)計(jì)方法，在沒有絕對(duì)把握的情況下，建議使用等強(qiáng)設(shè)計(jì)。

（3）重點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)做精確的結(jié)構(gòu)分析，通常采用線彈性分析的方法，可以通過(guò)查閱力學(xué)手冊(cè)等方法明確結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力數(shù)據(jù)，或者使用軟件更為精確地分析型材鋼板的彈塑性能、結(jié)構(gòu)的非線性因素等。

六、結(jié)束語(yǔ)

目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國(guó)民用建筑領(lǐng)域正得到廣泛的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)建造的過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些不足和缺陷，從業(yè)人員應(yīng)正視問(wèn)題，積極尋求解決之道，確保鋼結(jié)構(gòu)工程滿足市場(chǎng)需要，立于不敗之地。

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