鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題研究

【摘要】本文首先分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容，然后分析了鋼結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)點，接著分析了鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計常見的問題，最后分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，希望對該領(lǐng)域的研究具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)，房屋，結(jié)構(gòu)設(shè)計，問題

一、前言

鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計有其自己的特點，同時也具有其自身的優(yōu)點，通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題進(jìn)行分析，可以不斷的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，確保房屋建筑的質(zhì)量。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計程序

在對建筑物進(jìn)行設(shè)計的過程中，要對其進(jìn)行充分的考慮，其相關(guān)的設(shè)計主要包括，結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、建筑設(shè)計、給排水設(shè)計以及暖氣通風(fēng)設(shè)計等。其中，在對這些設(shè)計開展的過程中，要注意對美觀、功能、環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)等方面的要求進(jìn)行嚴(yán)格遵守。另外，建筑物對自身所具有的使用功能進(jìn)行發(fā)揮的基礎(chǔ)條件就是建筑結(jié)構(gòu)，其在建筑物的設(shè)計過程中占有極為重要的作用。

2、建筑結(jié)構(gòu)的分類

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。從建筑物的高度和層數(shù)上進(jìn)行劃分，主要分為單層、高層、多層以及超高層的建筑物；從建筑物實際的使用性能的方面進(jìn)行劃分，主要分為民用建筑和工業(yè)建筑；從建筑物在施工建筑的過程中所使用材料方面進(jìn)行劃分，可以分為砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)等；最后，還可以從建筑物結(jié)構(gòu)形式的方面進(jìn)行劃分，主要劃分為剪力墻結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、大路結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)以及框架機(jī)構(gòu)等。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)施工優(yōu)點

1、材質(zhì)均勻

從鋼材方面的機(jī)械性能進(jìn)行分析，鋼材的質(zhì)感與材料相對符合于計算力學(xué)的假定條件；因為鋼材的內(nèi)部構(gòu)造近似各向同性的均質(zhì)體，其物質(zhì)條件波動相對較小，只要在應(yīng)力的幅度范圍內(nèi)，都可以具有很好的彈性；它的應(yīng)力狀態(tài)和工程力學(xué)計算中的設(shè)計結(jié)果都比較接近，所以從材質(zhì)方面來看，鋼材相對更好。

2、具有較好的塑性及韌性

在正常的壓力作用情況下，即使超載也不會導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)各種損害和斷裂。鋼材能分配建筑物內(nèi)部的各個局部作用在物體上的力，這樣可以使建筑結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力變得更為平衡，但是其結(jié)果也僅僅是在應(yīng)變值上增加了。

四、鋼結(jié)構(gòu)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題分析

1、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題

建筑工程師對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中一般只注意設(shè)計結(jié)構(gòu)的負(fù)荷強(qiáng)度和是否變形的問題，對所運用結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是常常忽略的突出性問題，無論是火電廠廠房建設(shè)還是居民住宅房屋建設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面都會遇見一系列問題。然而，在對房屋設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對于房屋使用的持久性起著至關(guān)重要的作用，如果在建設(shè)過程中由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差而產(chǎn)生事故，不僅會對建筑投資商造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失而且也會影響人們的生命健康。

在鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面，穩(wěn)定性已經(jīng)成為鋼結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計環(huán)節(jié)。建筑工程師在對房屋鋼結(jié)構(gòu)的分析計算過程中先根據(jù)測量數(shù)據(jù)建立對房屋結(jié)構(gòu)的基本模型，但是這一基本模型與實際建設(shè)過程中房屋的結(jié)構(gòu)是存在一定差距的，其數(shù)據(jù)會有很大的波動，這樣就會造成運用理論知識產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與實際情況存在偏差，進(jìn)一步導(dǎo)致房屋建設(shè)過程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。再加上由于建筑工程師對于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性所擁有的知識經(jīng)驗缺乏，不能清楚的認(rèn)識到其結(jié)構(gòu)構(gòu)成，因此也就不能正確的認(rèn)識到穩(wěn)定性對于房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)的重要性。

2、鋼材選用質(zhì)量等級與焊接質(zhì)量等級的選用問題

在國家頒布的關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)書中規(guī)定，對于鋼材料的質(zhì)量等級必須要有正確的標(biāo)識，并且要符合焊接質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)。然而，在實際情況下對選用的材料的質(zhì)量等級沒有提供明確的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅注明了鋼材使用材料的類別。

因此，在針對鋼材材料和焊接的質(zhì)量等級上要進(jìn)行正確的選用。一方面，在鋼結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)中選用的鋼材材料必須具有抗壓力、可伸長性、負(fù)重性好以及能夠承受一定強(qiáng)度的冷熱沖擊。一般而言鋼材材料的選用要使用Q級以上的碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，使用此等級質(zhì)量的鋼材料可以保證鋼結(jié)構(gòu)的韌性和延展性；另一方面，鋼材的焊接應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的碳含量證書。鋼材的焊接質(zhì)量等級要高于二級，使用坡口焊接技術(shù)。

3、鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性問題

防止鋼材料的腐蝕和隔熱是進(jìn)行鋼材料防護(hù)的兩個重要方面。在實際情況中，建筑工程師在對鋼結(jié)構(gòu)的只注重了鋼材的硬度、抗壓力度的強(qiáng)化問題，卻忽略了鋼材在使用過程中的抗腐蝕效果和隔熱效果，在建筑設(shè)計文件中鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕度和最高隔熱數(shù)值也沒有明確標(biāo)明，這就導(dǎo)致了房屋在使用過程中由于雨水、風(fēng)力作用等外部環(huán)境的侵蝕，減少了房屋使用壽命。因此，一方面，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計文件中需要標(biāo)注鋼材的抗腐蝕度，鋼結(jié)構(gòu)在埋入地下部分要進(jìn)行包裝，受到腐蝕的部位禁止埋入地下；另一方面，在生產(chǎn)鋼材料的過程中要對其進(jìn)行不同程度的耐火測試，從而實現(xiàn)在不同溫度情況下采用對應(yīng)的防護(hù)措施。

五、鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中要點解析

1、初步判斷階段：判斷核實的結(jié)構(gòu)類型

雖然鋼結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度等優(yōu)良特性但也存在許多缺陷，設(shè)計第一步要分析是否采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。

2、安全可靠性是節(jié)點設(shè)計的出發(fā)點

節(jié)點設(shè)計應(yīng)該充分考慮安全可靠性，應(yīng)給與足夠的重視。鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計包括梁-柱節(jié)點、梁-梁節(jié)點、柱-柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、柱帽節(jié)點等。設(shè)計時應(yīng)確保節(jié)點的安全可靠，并盡量采用簡捷、穩(wěn)定、可靠的施工工藝，減少或避免現(xiàn)場的焊縫連接。鋼節(jié)點的形式按傳力特性大體可以分為三類：鉸節(jié)點、半剛性節(jié)點、剛性節(jié)點。剛性、鉸接節(jié)點的受力性能、施工工藝研究得比較成熟，因此在工程中取得了廣泛的應(yīng)用。

3、概念設(shè)計

在結(jié)構(gòu)選型和布置極端，概念設(shè)計的理念十分重要，主要可以用來就難以精確理性分析的問題，依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運用概念設(shè)計可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運算。

4、構(gòu)件設(shè)計

構(gòu)件設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一。要綜合考量多方面的因素，首當(dāng)其沖要考慮的就是選擇材料方面。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。構(gòu)件設(shè)計中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗算時不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。

六、結(jié)束語

綜上所述，通過對鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析，可以確定常見的問題，并采取針對性的方法進(jìn)行預(yù)防，從而提高設(shè)計的水平，保證房屋的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全。

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