建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析

秦智平

摘 要：當(dāng)前建筑中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉，抗壓強(qiáng)度都很高，構(gòu)件斷面小，自重較輕，塑性和韌性好，適用承受沖擊和地震荷載，便于機(jī)械化生產(chǎn)，是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化最高的一種，而且整體的施工進(jìn)度較快、造價(jià)成本較低。但是也不能否認(rèn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在著一些不足和隱患，本文就鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題做一下探討。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性；防火防銹

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定及設(shè)計(jì)所涉及的規(guī)范，規(guī)程

設(shè)計(jì)規(guī)定：

1.1 設(shè)計(jì)中要標(biāo)明鋼材的強(qiáng)度等級(jí)、高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的要求 一般來說，Q235和Q345B等級(jí)是比較通用的鋼材，大多數(shù)時(shí)候考慮到工程現(xiàn)場管理方便，在主結(jié)構(gòu)上會(huì)采用一種鋼材等級(jí)，但是從經(jīng)濟(jì)的角度來考慮，有的截面組合形式應(yīng)該采用不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼材，如格構(gòu)柱的肢件可采用Q345B的H型鋼，綴條、綴板可采用Q235的鋼板或型鋼。在連接摩擦面的高強(qiáng)度螺栓經(jīng)過表面處理后，需要符合以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，連接摩擦面需要保持清潔干燥，并且不能有毛刺飛邊、焊接飛濺物，以及焊疤、氧化鐵皮和污垢等不良情況；第二，需要在表面處理過程中，采取一定的保護(hù)措施，來保護(hù)處理后的連接摩擦面，并且不能在連接摩擦面上，標(biāo)注任何標(biāo)記；第三，如果需要對(duì)連接摩擦面進(jìn)行生銹處理，那么需要在安裝前，采用細(xì)鋼絲刷，在垂直于構(gòu)件的方向，正確刷除表面上的浮銹。

1.2 設(shè)計(jì)中構(gòu)件的計(jì)算 鋼梁的抗剪強(qiáng)度應(yīng)按彈性設(shè)計(jì)；鋼梁的撓度計(jì)算時(shí)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可不考慮螺栓孔引起的截面削弱；鋼梁腹板應(yīng)采用加勁肋來加強(qiáng)它的局部穩(wěn)定性。一般情況下，通過限制制板件的寬厚比，可以確保鋼梁翼緣的局部穩(wěn)定性。一旦在受壓翼緣長度L與其寬度B的比值，超過了標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的限值，就需驗(yàn)算鋼梁的整體穩(wěn)定性，使其滿足構(gòu)件寬厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在設(shè)計(jì)中，考量截面塑性的發(fā)展，以及在塑性設(shè)計(jì)時(shí)，按照更嚴(yán)格的要求進(jìn)行；在計(jì)算單角鋼受壓構(gòu)件長細(xì)比時(shí)，需要利用到角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑，而不是單純的借助角鋼平行軸的回轉(zhuǎn)半徑數(shù)據(jù)；例如鋼柱等軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，需根據(jù)要求的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出其剪力多少；在設(shè)計(jì)桁架時(shí)，桁架腹桿的平面內(nèi)、外的計(jì)算長度，不能隨意取其幾何長度，應(yīng)按規(guī)范要求來全方位的考量。

1.3 設(shè)計(jì)中構(gòu)件間的連接 在連接的構(gòu)件中，針對(duì)普通螺栓等構(gòu)件，都有相應(yīng)的防松動(dòng)要求，需要采用有防松動(dòng)裝置的雙螺母或者彈簧墊圈等，也可以采用人工方法，將螺栓外露絲扣鑿毛或?qū)⒙菽概c外露螺栓點(diǎn)焊；根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高強(qiáng)螺栓，而在連接極限承載力計(jì)算時(shí)，需要考慮螺桿與孔壁的接觸情況；建議在構(gòu)件直接承受動(dòng)力荷載之時(shí)，不要使用承壓型高強(qiáng)螺栓；如果是鋼柱和鋼梁的剛性連接，需要進(jìn)行鋼柱腹板在鋼梁翼緣范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)域計(jì)算；節(jié)點(diǎn)連接板在拉力和剪力的作用下，需要驗(yàn)算其強(qiáng)度；與此同時(shí)，鋼梁端支座處的底板厚度也需要計(jì)算，鋼柱底部與柱底板的角焊縫也需要進(jìn)行計(jì)算，為構(gòu)件連接帶來安全性保障。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1.1 結(jié)構(gòu)的整體剛度：結(jié)構(gòu)的承載能力和其剛度密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)的剛度是由構(gòu)件的整體組成所決定的，所以穩(wěn)定是結(jié)構(gòu)整體性能的體現(xiàn)。

2.1.2 穩(wěn)定性的整體性能：每個(gè)構(gòu)件的穩(wěn)定性組成結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)有整體的觀點(diǎn)，每個(gè)構(gòu)件細(xì)部的微小變形，都會(huì)對(duì)內(nèi)力分部產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)反過來也會(huì)使構(gòu)件截面部分變形，會(huì)影響結(jié)構(gòu)整體的承載力。

2.1.3 穩(wěn)定設(shè)計(jì)的其它特點(diǎn)：考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題時(shí)，要考慮到結(jié)構(gòu)變形后的位移和對(duì)外效力的影響。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

2.2.1 構(gòu)件的布置，需要考量整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系及局部的穩(wěn)定性要求。目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要按照平面體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如門式剛架，以及框架等。為了確保平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)問題，建議從結(jié)構(gòu)整體布置設(shè)計(jì)，來解決問題，如增加支撐構(gòu)件等。

2.2.2 在設(shè)計(jì)單層或多層框架結(jié)構(gòu)之時(shí)，一般不需要進(jìn)行框架穩(wěn)定性的分析，只需要計(jì)算框架柱的穩(wěn)定性即可。在柱的平面外計(jì)算長度系數(shù)，需要借助框架整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，使柱的穩(wěn)定計(jì)算與框架穩(wěn)定計(jì)算等效。

2.2.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造與構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)保證一致，這也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問題。節(jié)點(diǎn)連接處要求能傳遞彎距時(shí)，應(yīng)有足夠的剛度和柔度；設(shè)計(jì)桁架節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少桿件的偏心；在涉及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時(shí)，設(shè)計(jì)構(gòu)造方面需要滿足不同強(qiáng)度的要求以及特殊要求，例如簡支梁的抗彎強(qiáng)度等。不動(dòng)鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，但這不能確保梁整體的穩(wěn)定性情況，所以不動(dòng)鉸支座，還需要能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，并允許梁在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析的條件。

3 鋼結(jié)構(gòu)防腐防火涂裝

鋼結(jié)構(gòu)防火防腐處理后，可大大提高耐火性和耐久性。通常情況下，先進(jìn)行防腐涂料涂裝，再進(jìn)行防火涂料涂裝，所用的防火底漆、封閉漆、中間漆、面漆成分性能應(yīng)與防火涂料相容，不應(yīng)與防火涂料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。鋼構(gòu)件采用涂料防腐涂裝時(shí)，可采用機(jī)械除銹和手工除銹方法進(jìn)行處理，經(jīng)處理的鋼材表面不應(yīng)有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等；對(duì)于鍍鋅構(gòu)件，酸洗除銹后，鋼材表面應(yīng)露出金屬色澤，無污漬、銹跡和殘留任何酸液。

設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求注明防火涂料種類、涂裝層數(shù)和涂層厚度等，防火涂料按使用厚度可分為CB、B和H三類，CB類是超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度小于或等于3mm，耐火極限一般小于2.0h；B類是薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度大于3mm且小于或等于7mm，涂料遇火時(shí)膨脹發(fā)泡，形成致密的隔熱層，耐火極限可達(dá)0.5～2.0h；H類是厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度大于7mm且小于或等于45mm，粒狀表面，密度較小，熱導(dǎo)率低，耐火極限可達(dá)0.5～3.0h。

4 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)建筑擁有很多的優(yōu)勢，屬于綠色環(huán)保建筑，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。隨著科學(xué)的進(jìn)步，時(shí)代的發(fā)展，必將具有廣闊的發(fā)展前景，在不久的將來，鋼結(jié)構(gòu)建筑勢必將成為未來建筑的主流。

參考文獻(xiàn)：

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