淺談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

孫海濤

(山西省第二建筑設(shè)計院 山西長治 046000)

淺談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

孫海濤

(山西省第二建筑設(shè)計院 山西長治 046000)

在本文中，筆者先分析了鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)布置，然后，就鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的幾點問題進(jìn)行了相應(yīng)闡述，文章認(rèn)為，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的時候，還存在不少問題有待進(jìn)一步深究，因而，在實際工程中，我們應(yīng)該不斷總結(jié)經(jīng)驗，同時動態(tài)的進(jìn)行改善和提高，使得相關(guān)問題能夠得到及時和有效的控制。希望通過本次研究，能夠為相關(guān)理論探究及實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考力量。

鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；問題；分析

最近幾年，伴隨著建筑物建筑技術(shù)要求的不斷提高，原本普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以較好適應(yīng)于現(xiàn)代多樣化的建筑結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。鋼結(jié)構(gòu)不僅自重相對較輕（因為和混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有著相對較輕的自重，如此就有著相對較低的地基處理費(fèi)用，同時也有著相對較小的地震反應(yīng)），還有著相對靈活的結(jié)構(gòu)布置（鋼材結(jié)構(gòu)有著相對均勻的組織，也有著相對較大的強(qiáng)度和彈性，因而可以進(jìn)行相對較大的開間布置，如此就能更為合理的分隔建筑平面，故而相對方便也更加靈活），同時，使用鋼結(jié)構(gòu)還可以縮短施工周期（就鋼結(jié)構(gòu)而言，其基本都來源于工廠的制造，因而質(zhì)量能夠較好的得以保證，并且采用此種結(jié)構(gòu)基本不會存在其他的保濕性操作，而安裝鋼結(jié)構(gòu)的時候，和混凝土結(jié)構(gòu)相比也相對簡單，故而有著相對較短的工期），因此有很多的研究一致認(rèn)為，采用鋼結(jié)構(gòu)有著相對較大的經(jīng)濟(jì)效益（制造鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)器設(shè)備大多為自動化，因而相對簡便，故而有著相對較短的工期，回報時間也就相應(yīng)縮短，如此也就有著相對較大的經(jīng)濟(jì)效益），和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有著諸多優(yōu)點。但是，因為鋼結(jié)構(gòu)本身的材質(zhì)實際，其也難免伴隨諸多問題，而較為突出的問題就是其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因而，對其進(jìn)行設(shè)計時，一定要采取合理的對策，鑒于此，筆者總結(jié)本文。

1.鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)布置

就鋼結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)體系囊括了多個結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)都有著各自的特殊性，因而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的選擇工作時，需要結(jié)合這些結(jié)構(gòu)的自身實際，比如，如果工業(yè)廠房選擇的鋼結(jié)構(gòu)為輕型，如果伴隨較大的懸掛負(fù)荷，就不要選擇門式的結(jié)構(gòu)，因為其最為合適的結(jié)構(gòu)當(dāng)屬網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；若建筑設(shè)計相對成熟，也可以選擇將支撐布置在框架里從而使得結(jié)構(gòu)的剛度得以提高，如此，和簡單剛性節(jié)點的連接框架相比，其有著相對較高的經(jīng)濟(jì)性。就具有相對較大跨度屋面覆蓋的建筑而言，較為合適的結(jié)構(gòu)則有兩個，一個是懸索，另外一個則是索膜，其構(gòu)件主要體現(xiàn)為受拉作用。而在設(shè)計高層鋼結(jié)構(gòu)的時候，為了避免鋼結(jié)構(gòu)自身存在的缺陷，一般將其和混凝土聯(lián)合使用，從而使得其結(jié)構(gòu)性能得以提高。

當(dāng)布置鋼結(jié)構(gòu)的時候，要和結(jié)構(gòu)體系的特點結(jié)合起來，并且要充分考慮建筑體分布的負(fù)荷實際，也不能忽視其他因素。大體來講，布置結(jié)構(gòu)的時候，要采取均勻的剛度和清晰的力學(xué)模型，這樣一來，才可以較快的將負(fù)荷向基礎(chǔ)進(jìn)行傳遞。另外，布置結(jié)構(gòu)的時候，還要結(jié)合實際隨機(jī)應(yīng)變。比如說，布置次梁的時候，大多數(shù)情況下，為了更好的控制截面，就沿著較短的一方進(jìn)行次梁的布置，但如此，將會增加主梁的截面，這樣一來，將無形使得樓層的凈高被縮短。為了控制這一現(xiàn)象，就可以結(jié)合實際的需要對其負(fù)荷的傳遞方向進(jìn)行靈活調(diào)整，從而使得其和設(shè)計實際需求對應(yīng)起來。在這里，要注意的是，在結(jié)構(gòu)的抗端，需要設(shè)置多個防線，比如采取框架支撐結(jié)構(gòu)，這樣就能使得框架柱分擔(dān)25%的總體側(cè)向負(fù)荷。

2.截面的相關(guān)設(shè)計措施

就構(gòu)件而言，其截面的設(shè)計實際和結(jié)構(gòu)安全息息相關(guān)，也影響著工程的造價和施工。如果確定了結(jié)構(gòu)形式，就可以結(jié)合經(jīng)驗進(jìn)行預(yù)期估算構(gòu)件的截面。比如梁等構(gòu)件截面應(yīng)該采取何種形狀以及多大尺寸等等。就普通的鋼梁而言，選擇的鋼截面有多種，可以選槽鋼，也可以選軋制鋼。而考慮到負(fù)荷和支座實際，一般選擇跨度為二十分之一到五十分之一的截面高度。進(jìn)行翼緣寬度的設(shè)計時，一般參照國家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。就板件厚度而言，大多依據(jù)中局部的穩(wěn)定來加以明確。估計柱截面的時候，要結(jié)合長細(xì)比以及受力實際，一般而言，大多選擇鋼管等形式。

設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的時候，要保證該結(jié)構(gòu)的安全性，基于合理滿足相關(guān)要求，采用最省的用鋼量和最低的造價。故而，怎樣進(jìn)行合理截面鋼件的選擇？一定要在充分滿足相關(guān)需求的基礎(chǔ)上采用最小的用鋼量才可以達(dá)到設(shè)計的最優(yōu)目的。在優(yōu)化截面的時候，我們一般需要考慮如下幾點：

第一，要充分考慮構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度；第二，要充分滿足剛性需求，使得橫梁等相關(guān)指標(biāo)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；第三，要充分考慮構(gòu)造需求，進(jìn)行截面優(yōu)化的時候，相關(guān)尺寸要和對應(yīng)規(guī)范符合起來；第四，在進(jìn)行安裝制作的時候，需要依據(jù)常規(guī)要求加以進(jìn)行。

3.支撐的相關(guān)設(shè)計措施

就鋼結(jié)構(gòu)而言，要想有著比較好的穩(wěn)定性，自然離不了支撐。較好的支撐體系可以將構(gòu)件內(nèi)力的分布進(jìn)行合理的優(yōu)化，進(jìn)而使得整體剛度分布得以改善，使得結(jié)構(gòu)的一些薄弱環(huán)節(jié)能夠強(qiáng)化，才能有著較好的抵抗負(fù)荷作用。大體來說，進(jìn)行支撐設(shè)計的時候，可以有如下原則：第一，將縱向負(fù)荷的傳遞及時準(zhǔn)確；第二，就結(jié)構(gòu)體系而言，其平面以外的穩(wěn)定性需要保障好，從而更好的保障整體穩(wěn)定；第三，要有著較為方便的結(jié)構(gòu)安裝；第四，需要及時滿足相應(yīng)的強(qiáng)度剛度，并且保證連接的可靠性。大多數(shù)情況下，就柱間支撐而言，采取的模式為十字式。如果柱間有著其他要求，諸如運(yùn)輸?shù)龋涂梢詫㈤T架式和單斜式的支撐樣式加入進(jìn)來。除去這些，還有一些類似于人字形的支撐模式，就普通的支撐體系而言，如果鋼量沒有差別，這類支撐體系特別是在側(cè)向剛度方面有著相對更好的支撐效果。

4.節(jié)點的相關(guān)設(shè)計措施

在設(shè)計的時候，在設(shè)計全程中扮演重要角色的環(huán)節(jié)就是節(jié)點的連接，節(jié)點設(shè)計的實際情況和結(jié)構(gòu)的可靠性以及建設(shè)工期等有著密不可分的關(guān)系。所以，設(shè)計結(jié)構(gòu)的時候，在分析的環(huán)節(jié)中就應(yīng)該將合適的節(jié)點形式明確出來，結(jié)合選擇的結(jié)構(gòu)構(gòu)件實際，確定采用哪種模式的節(jié)點，從而將它們的傳力優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。就焊接節(jié)點而言，其焊縫的相關(guān)形式以及尺寸一定要和國家規(guī)定對應(yīng)起來。選用的焊條要采取相對應(yīng)的連接金屬材質(zhì)強(qiáng)度。另外，進(jìn)行焊接設(shè)計的時候，一定要充分考慮焊縫的重心，使得其盡可能的接近于被連接構(gòu)件的重心。就栓接節(jié)點而言，因為常規(guī)螺栓有著相對較差的抗剪性能，因而僅僅可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的次要位置。就高強(qiáng)螺栓而言，其有著相對廣泛的應(yīng)用面，一般來說，等級強(qiáng)度有倆個，一個是S8.8，另外一個是 S10.9，高強(qiáng)螺栓在進(jìn)行連接的時候，結(jié)合受力特征，一般有兩類，一類是承壓型，另外一類是摩擦型，在進(jìn)行設(shè)計的時候，要區(qū)分好它們的計算方法。就連接板而言，可以將它的厚度減去四毫米作為梁腹板的厚度，然后，依據(jù)我國的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對應(yīng)的驗算。另外，進(jìn)行節(jié)點設(shè)計的時候，要和制造廠的工藝實際等進(jìn)行充分的結(jié)合，從而為工人進(jìn)行現(xiàn)場定位等工作提供方便。

5.結(jié)語

除去上述闡述的幾點，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的時候，還存在不少問題有待進(jìn)一步深究，因而，在實際工程中，我們應(yīng)該不斷總結(jié)經(jīng)驗，同時動態(tài)的進(jìn)行改善和提高，使得相關(guān)問題能夠得到及時和有效的控制。

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1007-6344（2016）10-0044-01