建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性與策略探討

楊奉輝+李佳+顧麗娟

摘 要：伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快，人民群眾對(duì)建筑項(xiàng)目的需求越來越大，推動(dòng)了我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑項(xiàng)目施工管理的關(guān)鍵組成，其中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)水平會(huì)直接影響建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。進(jìn)而影響整個(gè)建筑的質(zhì)量。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，這是由于它強(qiáng)度高、制作相對(duì)簡單、工期短等優(yōu)勢(shì)，但由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中仍有很多不足，需要不斷的改進(jìn)、完善鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性著手，分析了目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并探討了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效策略，以期能夠?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供一些參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重要性 策略

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)指的是通過對(duì)鋼板進(jìn)行焊接、熱軋、冷彎等加工使鋼板形成需要的鋼型。鋼結(jié)構(gòu)可以分為輕鋼、重鋼兩種類型，輕鋼自重與占用的面積都比較小，廣泛應(yīng)用于跨度小的建筑項(xiàng)目中；重鋼的自重比輕鋼肯定要重，但與鋼筋混凝土比，優(yōu)勢(shì)還是很明顯的，廣泛應(yīng)用于跨度較大的建筑物中。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成之一就是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括將設(shè)計(jì)規(guī)劃：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)藍(lán)圖變成實(shí)體：鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整個(gè)演變過程。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面影響著建筑物的整體質(zhì)量，進(jìn)而影響建筑業(yè)的發(fā)展；另一方面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還影響著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展，所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性質(zhì)的角度分析的話，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程除了對(duì)幾何成分有很高的要求外，還對(duì)專業(yè)技術(shù)水平有一定的要求，所以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員專業(yè)技能、工作經(jīng)驗(yàn)各方面的綜合素質(zhì)都必須好。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度很大，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行，結(jié)合建筑項(xiàng)目的施工性質(zhì)與工程圖紙，準(zhǔn)確把握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，在自己的腦海中形成清晰的立體結(jié)構(gòu)并通過設(shè)計(jì)圖展現(xiàn)出來，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性很大，必須重視各個(gè)環(huán)節(jié)以及構(gòu)件的設(shè)計(jì)質(zhì)量，否則一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)就會(huì)在很大程度上影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量，進(jìn)而影響建筑工程后期施工的質(zhì)量，出現(xiàn)安全事故。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)師必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范與原則，充分了解掌握設(shè)計(jì)對(duì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)等方面的要求，在滿足國家的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)前提下合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要結(jié)合建筑工程的施工訴求，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，這樣就能保證建筑項(xiàng)目的施工順利進(jìn)行、建筑物的質(zhì)量，以提高建筑企業(yè)在市場的競爭力。

2、鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的問題

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期工作主要有結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)評(píng)估、結(jié)構(gòu)判斷這些內(nèi)容。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期，設(shè)計(jì)人員一定要充分了解企業(yè)提供的資料，根據(jù)這些資料判斷建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有沒有必要使用鋼結(jié)構(gòu)，接著，設(shè)計(jì)人員要建立力學(xué)模型，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期最重要的工作是設(shè)計(jì)人員評(píng)估鋼結(jié)構(gòu)有沒有達(dá)到施工的要求，同時(shí)要復(fù)查重要的參數(shù)。而在我國現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)之中，設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)顯然并沒有太深的了解。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)較為繁瑣，既要針對(duì)建筑內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力上的分析，又要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的外觀和內(nèi)部的稱重結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相關(guān)設(shè)計(jì)的難度較高，因此影響了建筑的成功設(shè)計(jì)。此外，部分的建筑設(shè)計(jì)部門缺乏對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)套用磚石結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定和安全造成很大的影響。二設(shè)計(jì)市場之中沒有相關(guān)法律進(jìn)行責(zé)任和法律上的規(guī)定，一旦設(shè)計(jì)通過招標(biāo)，就可能給建筑的結(jié)構(gòu)安全帶來威脅。

除了設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題之外，對(duì)建筑外觀的設(shè)計(jì)師在國內(nèi)市場也是很少的，鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的是建筑的外觀和帶來的經(jīng)濟(jì)效益。我國的設(shè)計(jì)師在針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)參考大量的國外建筑的范例，國外的鋼結(jié)構(gòu)建筑往往對(duì)于建筑的經(jīng)濟(jì)效益的考慮不多，盲目學(xué)習(xí)國外的建筑風(fēng)格和設(shè)計(jì)，有可能會(huì)損害國家和建設(shè)部門的經(jīng)濟(jì)利益。

同時(shí)，建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)一般通過外包來完成。承接單位和設(shè)計(jì)單位的分包，在很大程度上降低了設(shè)計(jì)的深度，甚至有些設(shè)計(jì)方案不能滿足原設(shè)計(jì)的要求，例如柱腳設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。埋入式、外包式、外露式是柱腳設(shè)計(jì)的主要類型，外露式主要在民宅中應(yīng)用，底板的彈性和塑性變形決定了柱腳的剛度，所以底板出現(xiàn)變形就會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的變形，設(shè)計(jì)人員如果不充分考慮這些問題，不進(jìn)行內(nèi)力分析，預(yù)留位移角限度值，一旦出現(xiàn)地震災(zāi)害時(shí)，就很容易破壞柱腳節(jié)點(diǎn)，損壞建筑物。

3、設(shè)計(jì)措施

3.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求承重結(jié)構(gòu)鋼材必須具備相應(yīng)水平的伸長率、抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)以及硫、磷、碳等物質(zhì)含量應(yīng)確保不低于標(biāo)準(zhǔn)水平；承受動(dòng)力載荷結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵性的受拉及受彎焊接結(jié)構(gòu)必須具備在常溫或負(fù)溫條件下沖擊韌性的有效保障。在利用軟件檢驗(yàn)構(gòu)建截面之時(shí)，預(yù)估截面不符合要求之時(shí)，擴(kuò)大截面必須分成兩類狀況予以區(qū)別考慮。若強(qiáng)度不足，一般會(huì)采取擴(kuò)大截面板件厚度的方式，若抗彎性能不合格則應(yīng)擴(kuò)大翼緣厚度，若抗剪強(qiáng)度不合格時(shí)則應(yīng)擴(kuò)大腹板厚度；若變形量已超出限定范圍，則應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大截面高度。

3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面，關(guān)鍵是梁和梁連接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，次梁以及主梁的連接節(jié)點(diǎn)，柱和柱拼接處的連接節(jié)點(diǎn)，梁和柱以及支撐與柱腳等方面的連節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。連接方式的不同對(duì)于結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生直接性的影響，如部分剛接節(jié)點(diǎn)盡管可有效承受彎矩，然而卻會(huì)導(dǎo)致明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)情況出現(xiàn)，與結(jié)構(gòu)分析假定相違背，也會(huì)致使實(shí)施工程變形超出計(jì)算結(jié)果。在構(gòu)件當(dāng)中的內(nèi)力相對(duì)偏大之時(shí)，板件相對(duì)偏厚，應(yīng)確保連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的合理性，防止應(yīng)用時(shí)較易產(chǎn)生大約束應(yīng)力以及層狀撕裂的連接方式，確保結(jié)構(gòu)能夠具備較好的延性特點(diǎn)，更加便于制造與安裝。

3.3 圖紙編制

鋼結(jié)構(gòu)的圖紙編制工作主要包括設(shè)計(jì)圖與施工詳圖兩步驟，設(shè)計(jì)圖是由設(shè)計(jì)方提供，而施工詳圖則是由鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)依據(jù)設(shè)計(jì)圖來進(jìn)行編制。

3.3.1設(shè)計(jì)圖：為鋼結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)企業(yè)提供編制施工詳圖的關(guān)鍵內(nèi)容。其內(nèi)容與深度應(yīng)確保完整但應(yīng)避免過度冗余。在設(shè)計(jì)之時(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)需求、荷載資料、材料材質(zhì)、技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)需求、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)等方面均應(yīng)標(biāo)識(shí)清楚，以便于施工詳圖的編制能夠順利實(shí)施，同時(shí)還可將真實(shí)的設(shè)計(jì)意圖充分的體現(xiàn)出來，對(duì)于所需應(yīng)用到的各項(xiàng)材料應(yīng)標(biāo)識(shí)清楚。

3.3.2施工詳圖：也被稱之為加工圖亦或是放樣圖。其深度必須要確保可完全符合于車間的直接制造與加工。不完全一致的構(gòu)件黨員應(yīng)當(dāng)獨(dú)立繪制圖紙，同時(shí)附上相應(yīng)的材料需求表。

結(jié)語

現(xiàn)代化進(jìn)程的加快對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)的要求要來越高，而通過上述分析，可以了解到鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，而且能夠顯著影響建筑項(xiàng)目的質(zhì)量。所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要科學(xué)合理的應(yīng)用鋼材料，在進(jìn)行鋼設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定持久性，滿足建筑物的安全使用要求；此外還要結(jié)合設(shè)計(jì)的訴求，注意美觀并盡量節(jié)約鋼材料的用量，縮短制造時(shí)間，降低成本；完善鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，促進(jìn)建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馮俊杰.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)[J].住宅與房地產(chǎn)，2016，12：119+205.

[2]薛登斌.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題及相關(guān)技術(shù)[J].江西建材，2016，12：39+44.

[3]姜偉.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在問題研究[J].門窗，2015，04：140.

[4]雷鷹.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題探析[J].門窗，2015，05：131.