淺析鋼結(jié)構(gòu)設計要點

馬明山

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，比起其他建筑結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均勻強度高，制作精度高，施工周期短，本文從鋼結(jié)構(gòu)住宅設計中的問題和對于進行分析，并對鋼結(jié)構(gòu)設計要點進行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；設計要點；具體分析

0引 言

鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑方面的運用已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年。建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點多多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強度高，抗震性能好，施工時可以在廠房進行加工再到現(xiàn)場裝配，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。同時它還被稱為“綠色建筑”，基礎造價低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設部列為重點推廣項目。由于煉鋼技術(shù)與成型制造工藝日趨發(fā)展，這就給運用鋼結(jié)構(gòu)工程帶來新的生機，工程建設也不斷的增加，因此，也就不斷完善了鋼結(jié)構(gòu)設計和施工方面的技術(shù)。

一、鋼結(jié)構(gòu)工程設計原則

鋼結(jié)構(gòu)設計服務于鋼結(jié)構(gòu)的施工與使用，鋼結(jié)構(gòu)工程使用目的是為了創(chuàng)造效益。公共建筑偏重于社會效益，工業(yè)建筑則偏重于經(jīng)濟效益。因此，“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性”是鋼結(jié)構(gòu)設計的另一個重要方面。

1.“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性”原則應從總體上加以分析，不能僅從某一方面孤立地去考察。在很長一段時間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)設計以耗鋼量為標準，即耗鋼量低就是先進的設計、是好的結(jié)構(gòu)體系或形式，這在鋼材匱乏的年代，節(jié)約鋼材是一種重要的手段。然而，總體而言，單純以耗鋼量為評價標準是不完全的，也不盡合理。對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，全面評價結(jié)構(gòu)體系的合理性應綜合考慮用鋼量、加工制作費、安裝費、施工周期及基礎費用等。因此，鋼結(jié)構(gòu)設計時，必須對鋼結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟性進行深入分析和全面的考察，只有綜合效益最佳的方案或鋼結(jié)構(gòu)體系才是合理的。評價結(jié)構(gòu)體系的合理性，不僅要看耗鋼量指標，還要看總體造價，也要看工期的長短，建筑物的早日投入使用或投產(chǎn)可獲得的使用效益。

2.根據(jù)實際情況，合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應該是剛?cè)嵯酀?。因此如果結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；但是太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。但是剛?cè)岬某潭葰v來都是專家們爭論的焦點，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供“放之四海皆準”的精確答案。這就要靠設計者與業(yè)主進行溝通來確定一個方案。

3. 鋼結(jié)構(gòu)體系的“適用”原則是針對鋼結(jié)構(gòu)體系的功能要求而言的，鋼結(jié)構(gòu)體系適用性與建筑物的使用功能有密切聯(lián)系。為此在結(jié)構(gòu)設計時，必須把握以下方面：對建筑物的功能、特點和所處的環(huán)境條件有充分的了解，如建筑物是民用建筑還是工業(yè)建筑，民用建筑是用于展覽館還是體育館等，工業(yè)建筑是鋼結(jié)構(gòu)倉庫還是鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼結(jié)構(gòu)廠房的生產(chǎn)工藝對建筑結(jié)構(gòu)的影響情況等；建筑物對防火、保溫、隔熱、隔振和防腐蝕有何要求；對建筑所在地的環(huán)境狀況和氣象條件應有足夠的了解；建筑物內(nèi)是否有特殊設備或特殊載荷作用，及吊車的設置情況如何等。

二、鋼結(jié)構(gòu)住宅安裝設計的問題對策

1. 壓型鋼板在裝、卸、安裝中嚴禁用鋼絲繩捆綁直接起吊；運輸堆放應有足夠的支點，以防變形；鋪設前應將彎曲變形者校正好；鋼梁頂面要保持清潔，嚴防潮濕及涂刷油漆。下料、切孔采用等離子弧切割機操作，嚴禁用乙炔氧氣切割；大孔四周應補強。需支搭臨時的支頂架，由施工設計確定，待混凝土達到一定強度后方可拆除。

2. 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑推廣中的關(guān)鍵問題之一是選擇和開發(fā)外墻板。除滿足外墻板的各項技術(shù)要求外，還要做到墻板原材料因地制宜、工作化生產(chǎn)、運輸、安裝連接方便等等。

3. 以建筑設計為主導的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，要和其他專業(yè)緊密互動配合。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑還要注重解決一些問題，如：如何發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和避免鋼結(jié)構(gòu)帶來的建筑平、立面單調(diào)呆板；還有要解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕問題等。

4. 當建筑大多數(shù)房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎板厚會造成浪費，而按小房間確定則造成配筋困難，當承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎板厚。

5. 房地產(chǎn)開發(fā)商最關(guān)心的問題是鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價。根據(jù)實際情況，鋼結(jié)構(gòu)住宅應定位于中、高檔住宅，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是一項系統(tǒng)工程，應從設計、制造、運輸、安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)著手加強管理和協(xié)調(diào)，從而達到降低成本，提高綜合經(jīng)濟效益的目的。

6. 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)布局不規(guī)則，地震時易損壞。如果想要做到安全合理、節(jié)點構(gòu)造方便可靠。結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布局規(guī)則性需要下翻功夫。

三、鋼結(jié)構(gòu)設計心得

1、判別是否適合鋼結(jié)構(gòu)。做結(jié)構(gòu)設計時，要事先結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點以及實際工程造價，看項目是否適合鋼結(jié)構(gòu)。

2、建筑的概念設計。概念設計是指不經(jīng)數(shù)值運算，尤其對一些難以作出精確計算的問題，依據(jù)結(jié)構(gòu)體系之間的力學關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。概念設計對一個工程的整體設計而言，舉足輕重，如果不進行事先的概念設計，即便以后的設計計算再精確也不是一個好的設計方案。

3、結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。進行結(jié)構(gòu)選型時，應考慮不同結(jié)構(gòu)形式的特點進行選擇結(jié)構(gòu)布置方案。在工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或大范圍移動荷載時，可以選用鋼網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式；對于基本雪壓大的地區(qū)，在屋面的處理時盡量選用曲線明顯的屋面形式，因為這樣利于積雪滑落；建筑設計允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架更經(jīng)濟?？傊?，結(jié)構(gòu)的布置要考慮體系特征、荷載分布情況及性質(zhì)等綜合因素，一般來講，剛度均勻，力學模型清晰，盡量限制大荷載或移動荷載的作用范圍，使其以最直接的路線傳給基礎，柱間支撐的分布應均勻，其形心要盡可能的靠近側(cè)向力的作用線，否則應考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應有多道防線。

4、節(jié)點設計。節(jié)點設計是鋼結(jié)構(gòu)設計中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)設計前，應當對節(jié)點的形式細致思慮。實際設計中，經(jīng)常出現(xiàn)的一種情況是：節(jié)點設計完畢，設計的節(jié)點與結(jié)構(gòu)分析所得模型中設定的形式不一致，如果不足以確定這種不一致帶來的偏差在允許范圍內(nèi)，通常是5%，就應當提前避免。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的不同對結(jié)構(gòu)影響較大，例如，有些剛接點即便能承受一定的彎矩，然而其會產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動，與結(jié)構(gòu)分析中的假定相悖，這樣會導致實際工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形大于設計計算數(shù)據(jù)等不良后果，我們在具體設計時一定要充分注意這一點，避免不必要的誤差和麻煩出現(xiàn)。此外，在鋼結(jié)構(gòu)設計時還要注意：結(jié)構(gòu)截面的初步估算，主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸；受彎構(gòu)件的強度計算和整體穩(wěn)定計算；軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件的計算；彎扭屈曲與換算長細比；圖紙編制；保溫隔熱；防火設計；防水；抗震設計等方面的問題，由于時間關(guān)系，在此不一一列舉，這些將是我以后研究的重點和主要分析目標。

四、結(jié) 語

鋼結(jié)構(gòu)作為新型的結(jié)構(gòu)形式開始應用于建筑結(jié)構(gòu)中，以其性價比高、結(jié)構(gòu)性能好的優(yōu)勢受到歡迎，作為設計者，要對結(jié)構(gòu)形式是否適合鋼結(jié)構(gòu)的應用做好判斷，對于應用的鋼結(jié)構(gòu)，要嚴格按照設計原則進行規(guī)范，確保經(jīng)濟又穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

參考文獻

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