鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析

韓偉

摘要：鋼結(jié)構(gòu)建筑相比傳統(tǒng)的混凝土建筑而言，用鋼板或型鋼替代了鋼筋混凝土，強度更高，抗震性更好。并且由于構(gòu)件可以工廠化制作，現(xiàn)場安裝。因而大大減少工期，由于鋼材的可重復(fù)利用，可以大大減少建筑垃圾，更加綠色環(huán)保。因而被世界各國廣泛采用，應(yīng)用在工業(yè)建筑和民用建筑中。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題

鋼結(jié)構(gòu)是“用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的結(jié)構(gòu)形式”。因其本身具有自重輕、可靠性高、安裝快捷、施工周期短、抗震性好、可回收再利用、環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢，而且，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，更具有在“高、大、輕”三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢，因此，在全球范圍內(nèi)，尤其是發(fā)達國家和地區(qū)，它在各項工程建設(shè)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。并且已經(jīng)成為我國主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。

1.鋼結(jié)構(gòu)及我國鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前，我國鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與發(fā)達國家相比，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平仍與之存在著較大差距，在住宅設(shè)計、生產(chǎn)制造以及安裝、維護等方面，與發(fā)達國家相比都存在著差距。同時關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化以及施工法等方面的體制仍未健全，尚待著進一步的完善。相對于改革開放初期的我國，在鋼結(jié)構(gòu)建筑，特別是高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，其全部由國外設(shè)計，鋼材全部從國外進口，甚至工程總承包也全部由國外承擔(dān)的國有化制約性問題來說，現(xiàn)在隨著改革開放的不斷深入和社會的快速發(fā)展，以及我國鋼鐵企業(yè)在鋼材水平上的深遠進步，使得我國應(yīng)經(jīng)成為世界上鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展最快的國家和地區(qū)之一。在世界鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了廣泛而深遠的影響。

近年來，隨著世界先進的設(shè)計理念和設(shè)計思想的不斷涌入，進一步地促進了我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。雖然，在某種程度上，其水平與發(fā)達國家相比，仍存在著不可逾越的差距。但是其迅猛的發(fā)展勢頭，以及美好的發(fā)展前景，讓我們有理由相信，在不遠的將來，中國的鋼結(jié)構(gòu)水平將達到一個很高的水平。

鋼結(jié)構(gòu)，可以說是我國主要的但又相對新興的建筑結(jié)構(gòu)。隨著我國社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，再加上政府對鋼結(jié)構(gòu)的大力普及與推廣，使我國建成了一大批世界矚目的大跨度高層結(jié)構(gòu)，比如我們耳熟能詳?shù)镍B巢、水立方、國家大劇院以及新中央電視臺等，有些建筑不但成為了一個地區(qū)的標(biāo)志，有的甚至已經(jīng)成為我國邁向新世界的代表性標(biāo)志。毫無疑問，這些項目的建設(shè)大大提高了我國鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。很多諸如此類的鋼結(jié)構(gòu)建筑，不僅方案新穎、結(jié)構(gòu)合理，而且可以節(jié)省大量的鋼材，完全符合我國的國情。

現(xiàn)階段，我國正處于城市化發(fā)展階段，建筑業(yè)已經(jīng)迎來了他的高速發(fā)展期，其生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，住宅需求的不斷增加，使建筑業(yè)業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，任何事物的發(fā)展都有其弊病，建筑業(yè)的發(fā)展也不例外，隨著我國建筑業(yè)崛起的同時，也帶來了環(huán)境和能源的相應(yīng)問題。而如何在保持筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展中實現(xiàn)低能耗、高能效，已經(jīng)成為亟待解決的大問題。而鋼結(jié)構(gòu)住宅憑借其優(yōu)異建筑性能和節(jié)能環(huán)保性，已經(jīng)成為解決上述問題的關(guān)鍵，可以說是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢和最佳選擇。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅的普及和應(yīng)用在我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中有著至關(guān)重要的作用。鋼結(jié)構(gòu)住宅將成為我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中的生力軍。

2.鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

2.1設(shè)計質(zhì)量下降進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。所需的人力和物力資源比一般的建筑方案設(shè)計要大得多，而且其設(shè)計時間期限一般較短，所給予的設(shè)計經(jīng)費較少，設(shè)計任務(wù)量又較大，因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)經(jīng)常出現(xiàn)無人接收問題，就算設(shè)計任務(wù)被接受，其設(shè)計質(zhì)量也往往是差強人意。施工單位在承包一項工程后，往往會將這個工程的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)進行轉(zhuǎn)包，因為施工單位很少有具備專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計資格的，但是由于工程轉(zhuǎn)包的設(shè)計單位可能也缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗和人才，此情況下往往會因為建筑市場的混亂而造成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的失敗。而且，由于缺乏相應(yīng)的監(jiān)督制度和法律規(guī)范文件，一般很難采取有效措施進行整治，這就造成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量普遍下滑的局面。

2.2參與建設(shè)人員的素質(zhì)相對不高。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作本身就是一項任務(wù)繁重的工作，而當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計行業(yè)又普遍存在設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)缺乏的現(xiàn)象，這更加突出了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題。除了設(shè)計人員的專業(yè)素質(zhì)缺乏之外，施工單位往往也存在施工人員和高層管理人員缺乏專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)的現(xiàn)象。不論是什么工作，工作人員都是保證工作質(zhì)量的關(guān)鍵所在，而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作更是如此。所以，建筑企業(yè)必須認識到這一問題的重要性，積極提高當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員和施工人員以及高層管理人員的專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)。

2.3對國外設(shè)計方案不加變通。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作相較于外國先進國家來說存在一定差距，因此，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計師經(jīng)常在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時借鑒外國的設(shè)計方案。當(dāng)然，適當(dāng)?shù)慕梃b是允許的，但是，我國大部分的設(shè)計人員對待外國設(shè)計方案都是推崇、照搬照抄，根本沒有考慮設(shè)計方案的適用性，沒有結(jié)合本國的實際情況進行修改，將其方案不加變通地挪用到我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，造成建筑企業(yè)的經(jīng)濟損失。還存在一些設(shè)計人員，不切實際，進行設(shè)計任務(wù)時，思維過于天馬行空，根本不結(jié)合實際情況。

3.鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的改進措施

3.1鋼結(jié)構(gòu)的形式與布置。鋼結(jié)構(gòu)主要有框架、平面架、網(wǎng)架、索膜、輕鋼以及塔桅等結(jié)構(gòu)形式。每個形式都有其各自的特點，在我們選型的時候要結(jié)合具體情況充分考慮他們的特點。比如，在建筑輕鋼工業(yè)廠房時，需要有較大的懸掛荷載或移動荷載，因此，我們需要選擇與之相適應(yīng)的網(wǎng)架，放棄門式鋼架。再比如，對于那些屋面覆蓋跨度較大的建筑時，我們可以選擇以構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)。因此，在面對具體問題時要具體分析。關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的布置，正如上章節(jié)鋼結(jié)構(gòu)布置依據(jù)中所述一樣，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一定要根據(jù)體系特征、荷載分布情況及其性質(zhì)進行綜合考慮。

3.2截面的選擇。在確定了鋼結(jié)構(gòu)形式與布置之后，接下來，要對構(gòu)件截面進行初步估算。主要就是對梁面和支撐斷面的形狀與尺寸的假定。鋼梁的截面高度，一般根據(jù)荷載和支座的具體情況，通常是1/20M/50之間的跨度選擇。翼緣的寬度，為了回避鋼梁整體穩(wěn)定的復(fù)雜計算，可根據(jù)梁間側(cè)向支柱的間距按照1/b限值加以確定。柱截面需要根據(jù)長細比進行預(yù)估。一般的選擇值在100左右。

3.3結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件設(shè)計。結(jié)構(gòu)的分析可參考上一章中的結(jié)構(gòu)分析與工程判定一章，在此不再加以贅述。而關(guān)于構(gòu)件的設(shè)計，我們首先要進行材料的選擇。當(dāng)下比較常用的是Q235和Q345。要是從便于工程管理的角度考慮，主結(jié)構(gòu)通常采用單一鋼種，若是從經(jīng)濟的角度考慮，則可選擇不同強度鋼材的截面組合。比如，穩(wěn)定控制時可以選擇0235，強度控制時可以選擇Q345.目前，由于程序技術(shù)的進步，一些結(jié)構(gòu)軟件可以對整個結(jié)構(gòu)進行全面優(yōu)化，我們僅需對優(yōu)化后的截面進行調(diào)整直至合理。并需要注意模型的建立以及一些計算長度的參數(shù)定義。

3.4節(jié)點的設(shè)計。有時候，如果在結(jié)構(gòu)分析前未對節(jié)點的形式進行充分的思考，可能會造成最終的設(shè)計節(jié)點與模型中的節(jié)點形式完全不同的不必要的錯誤。因此，這一點需要特別注意。根據(jù)傳力特點的不同，節(jié)點可分為剛接、鉸接和半剛接。在選用節(jié)點時，千萬要正確判斷節(jié)點的連接形式，做到整個設(shè)計的安全與合理。有關(guān)連接節(jié)點具體內(nèi)容和注意事項，請參照上一章節(jié)。

4.結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中擔(dān)任著重要的角色，必須重視對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在進行設(shè)計方案時要注意上述幾個需要關(guān)注的重點，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的質(zhì)量，保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而保證建筑物的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。