建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

周杰

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)本身具有強(qiáng)度高、塑性韌性好、制作簡(jiǎn)便、施工工期短和工業(yè)化生產(chǎn)程度高等特性。隨著我國(guó)工業(yè)和民用建筑設(shè)計(jì)水平和施工水平的提高，鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)原則；要點(diǎn)

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)的意義

通過(guò)將鋼板、熱軋型鋼材進(jìn)行加工，便稱為建筑鋼結(jié)構(gòu)的基本骨架。鋼結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)，具有更高的強(qiáng)度與韌性，并且鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部組織較為均勻，制造加工難度較低。得益于建筑鋼結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)勢(shì)，使其在橋梁建設(shè)、民用建筑、工業(yè)廠房建設(shè)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。建筑鋼結(jié)構(gòu)一定程度上促進(jìn)了建筑節(jié)能領(lǐng)域的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，具有良好的環(huán)保性，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的達(dá)成。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須具有充足的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性，整體結(jié)構(gòu)達(dá)到可靠和安全要求；結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足建筑使用的要求，具有較好的耐火性；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案盡量節(jié)省材料，減輕鋼結(jié)構(gòu)自身重量；最好能夠縮短制造與安裝的時(shí)間，節(jié)省工作日；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)當(dāng)方便維護(hù)和運(yùn)輸；在有可能的條件下，盡可能保證美觀，尤其是外露結(jié)構(gòu)，需要符合建筑美學(xué)的要求。按照以上原則，結(jié)合實(shí)際情況的各項(xiàng)要求，整體考慮結(jié)構(gòu)具有的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和施工合理性等。

1、梁柱體系

平面一般利用梁柱普通體系。梁使用熱軋焊接鋼梁，焊接柱為箱型鋼柱，設(shè)計(jì)整個(gè)結(jié)構(gòu)為剛性框架結(jié)構(gòu)，由梁、板和柱承擔(dān)豎向荷載?？蚣苤械牧汉椭⒘汉突A(chǔ)全部按照剛性進(jìn)行設(shè)計(jì)連接，現(xiàn)場(chǎng)利用高強(qiáng)螺栓與焊接共同發(fā)揮連接作用。

2、抗剪設(shè)計(jì)

計(jì)算分析表明，在整體水平荷載與地震力發(fā)揮作用下，上述局部結(jié)構(gòu)體系的剛度比較弱，因此需要利用布置中心很好的抵抗水平上的荷載。鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中間部分的樓梯和電梯之間利用鋼筋混凝土剪力墻，以便能夠很好的抵抗水平外力造成的沖擊。

3、樓蓋體系

各層樓蓋通常使用鋼筋混凝土，按照結(jié)構(gòu)計(jì)算樓蓋厚度為110mm，在計(jì)算結(jié)構(gòu)中，該樓蓋具有足夠的厚度，符合無(wú)限剛性的平面假定。

三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1、鋼材等級(jí)的選擇

鋼結(jié)構(gòu)建筑中的所用鋼材，應(yīng)當(dāng)符合屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎、冷拉、和硫、磷含量的基本保證；此外，對(duì)于焊接類結(jié)構(gòu)，還應(yīng)具有合格的含碳量。對(duì)于地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)房屋，鋼材除了上述要求外，還有具有 良好的沖擊韌性，符合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，規(guī)范里面對(duì)鋼材的各項(xiàng)物理和力學(xué)指標(biāo)都進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

2、樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一，鋼結(jié)構(gòu)房屋和混凝土結(jié)構(gòu)房屋變形縫長(zhǎng)度相差甚大，比如鋼結(jié)構(gòu)框架房屋的溫度伸縮縫長(zhǎng)度為120m，而混凝土結(jié)構(gòu)房屋則為55m，鋼框架結(jié)構(gòu)房屋采用混凝土樓蓋時(shí)，為了防止樓板裂縫，一般情況下，仍然采用混凝土結(jié)構(gòu)房屋要求留設(shè)變形縫。只有遇到設(shè)置后澆帶，或者遇到減小混凝土溫度變化或收縮的可靠措施時(shí)，才可以增加伸縮縫的長(zhǎng)度。對(duì)于壓型鋼板 混凝土組合樓蓋的設(shè)計(jì)，除了在鋼梁上焊接栓釘外，還要保證混凝土和壓型鋼板的良好連接，其措施主要是：在壓型鋼板上焊接橫向鋼筋；壓型鋼板的縱向波 槽；壓型鋼板上的壓痕、開(kāi)的d， N或沖成的不閉合孔眼等于混凝土共同工作，保障該樓蓋的整體性和強(qiáng)度。

3、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重頭戲，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不例外，下面闡述下這方面的問(wèn)題?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)工程、水文地質(zhì)條件、荷載大小及其分布情況、建筑物體型及功能要求、相鄰建筑地基情況、施工條件等綜合因素來(lái)考慮，選擇合理的基礎(chǔ)形式。砌體結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)采用剛性基礎(chǔ)，如素混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)等，若基礎(chǔ)寬度大于2.5m，需運(yùn)用柔性基礎(chǔ)，如鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。當(dāng)為多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，因無(wú)地下室、荷載較大和地基較差等原因，為增加基礎(chǔ)的整體性，通常采用交叉梁條基。若上述基礎(chǔ)仍不能滿足基礎(chǔ)強(qiáng)度要求時(shí)，需要采用筏式基礎(chǔ)。當(dāng)為剪力墻結(jié)構(gòu)且無(wú)地下室或有地下室，地基較好，無(wú)防水要求時(shí)，應(yīng)選用交叉條形基礎(chǔ)，當(dāng)有防水要求時(shí)，可采用箱形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。

4、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常遇到的是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員通常將網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)設(shè)計(jì)、分開(kāi)計(jì)算。先是假定網(wǎng)架支座剛度無(wú)限大，這時(shí)支座剛度均相同，順便計(jì)算出支座反力，然后再傳遞到下部結(jié)構(gòu)上。事實(shí)上，下部結(jié)構(gòu)通常是柱、梁或其他情況，不但剛度不大，且差別較大，與計(jì)算假定剛度無(wú)限大且剛度相同相違背，算出來(lái)的網(wǎng)架內(nèi)力及支座反力與實(shí)際情況會(huì)出入很大，因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架內(nèi)力和反力分配與剛度大小有關(guān)，網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)計(jì)算會(huì)造成誤差較大的的后果。但是，我們會(huì)說(shuō)怎么也沒(méi)出現(xiàn)什么工程事故呢？原因 是鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定空間結(jié)構(gòu)，鋼材又是非常理想的彈塑性材料，個(gè)別桿件出現(xiàn)超載達(dá)到流限，會(huì)立即發(fā)生塑性內(nèi)力重分布，不會(huì)造成桿件斷裂甚至破壞，但筆者認(rèn)為，不能因?yàn)椴怀霈F(xiàn)工程事故，就認(rèn)為在設(shè)計(jì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)計(jì)算是正確的，事實(shí)上，是嚴(yán)重違背了實(shí)際結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況的，與實(shí)際結(jié)構(gòu)不符。

5、提高經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)措施

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)措施外，還要滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為要提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計(jì)上需要做好的工作有 ：

（1）正確選用各種系數(shù)以及功率因數(shù)

正確選用功率因數(shù)會(huì)影響到計(jì)算電流，順而影響電纜 （導(dǎo)線）和保護(hù)開(kāi)關(guān)的大小；另外，需要系數(shù)的大小也會(huì)直接關(guān)系到計(jì)算電流，順而影響電纜 （導(dǎo)線）和保護(hù)開(kāi)關(guān)的大小；與此同時(shí)，正確選用系數(shù)取值還會(huì)影響到變壓器大小的選擇，如果取值偏大，就得選擇大容量變壓器，就會(huì)造成將來(lái)變壓器運(yùn)行時(shí)損耗的增大。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一定要事先調(diào)研實(shí)際中同類設(shè)備運(yùn)行時(shí)的情況，合理選用計(jì)算系數(shù)，才能設(shè)計(jì)出較好的經(jīng)濟(jì)性的建筑。

（2）盡可能的降低火災(zāi)

自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的投資?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的成本主要與探測(cè)器和模塊的數(shù)量有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中要盡量減少探測(cè)器和模塊的數(shù)量，這樣就可以降低火警設(shè)備的投資。另外，綜合布線系統(tǒng)成本的節(jié)約也與信息點(diǎn)有關(guān)，需要減少信息點(diǎn)個(gè)數(shù)，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中務(wù)必要根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確設(shè)計(jì)信息點(diǎn)個(gè)數(shù)，這樣方能節(jié)約投資成本，提高建筑物的經(jīng)濟(jì)性。

（3）盡量減少低壓柜的出線回路

減少低壓柜的出線回路，是提高建筑物經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)措施之一，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)工程的電氣時(shí)，首先要確定負(fù)荷的種類和位置，會(huì)把同一區(qū)域 內(nèi)性質(zhì)相 同的負(fù)荷，由低壓母線的一個(gè)回路供電，這樣不僅可以減少低壓柜的出線回路，減少低壓柜的臺(tái)數(shù)，還可以降低設(shè)備成本。因此，在這個(gè)意義上講，需要盡量減少低壓柜的出線回路，提高建筑物的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié) 語(yǔ)：人們的生活水平越來(lái)越高，對(duì)鋼建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。因此，要不斷提升鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和工程造價(jià)的性價(jià)比，以推動(dòng)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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