基于建筑鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略分析

黃曉亮

摘 要：當(dāng)前工業(yè)建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)較為常見，鋼結(jié)構(gòu)不僅材料能夠循環(huán)使用，而且能夠有效地滿足跨度和超高度的要求，實(shí)現(xiàn)建筑功能化與一體化，有效地降低施工成本。但在當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，由于設(shè)計(jì)方面還存在一些不足之處，因此需要進(jìn)一步對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，確保鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中更具實(shí)用性，充分地發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 問題 優(yōu)化策略

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0150-02

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，需要確保結(jié)構(gòu)方案的合理性，既要對(duì)結(jié)構(gòu)剛度均勻分配，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能，同時(shí)還要考慮鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的合理性，以此來提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性。因此在鋼結(jié)構(gòu)具體的應(yīng)用過程中，需要進(jìn)一步對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而全面提高鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的主要問題

1.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)方面的問題

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要確保構(gòu)件材料的高質(zhì)量。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，部分設(shè)計(jì)人員過于追求設(shè)計(jì)的高標(biāo)性，一味地增加安全等級(jí)，這就導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件主次不分，構(gòu)件取值缺乏科學(xué)性，這就導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量降低。另外，還有一些設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)過程中，不對(duì)焊縫等級(jí)進(jìn)行區(qū)分，全部采用一級(jí)全溶透焊縫，并全部選取最高級(jí)的鋼材，在沒有掌握焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律的情況下提出消除焊接殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)缺乏合理性。

1.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的問題

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要強(qiáng)調(diào)其穩(wěn)定性，但部分設(shè)計(jì)人員由于自身經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)時(shí)往往忽略了穩(wěn)定性的要求，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題頻繁發(fā)生，這對(duì)整體工程的質(zhì)量帶來了較大的影響。特別是當(dāng)前各種新型建筑材料不斷在市場上涌現(xiàn)，這更增加了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的把握更為復(fù)雜，一旦達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求，必然會(huì)對(duì)建筑工程質(zhì)量安全埋下隱患。

1.3 防火防腐方面的問題

由于鋼結(jié)構(gòu)自身不具有防腐性，在使用過程中，當(dāng)外部環(huán)境具有侵蝕性時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)不僅會(huì)受到腐蝕，同時(shí)還要影響其耐久性，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸬顾?。這就需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要重視鋼結(jié)構(gòu)的防火和防腐問題的處理。當(dāng)前對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂料防腐時(shí)多以機(jī)械除銹和手工除銹為主，而且經(jīng)過處理的構(gòu)件表面要做到清潔無垢。鍍鋅構(gòu)件需要利用酸洗方法來除銹，使其露出金屬色澤。具體防火防腐設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，對(duì)于采用的防火防腐涂料要詳細(xì)說明。

2 優(yōu)化現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的策略

2.1 提高建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循科學(xué)、安全和合理的原則，在具體設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮各方面因素，不僅要認(rèn)真勘察現(xiàn)場地質(zhì)情況，還要根據(jù)勘察到的結(jié)果作為基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。套用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)公式和地基所容許的承載力值進(jìn)行荷載計(jì)算，并遵循規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)地基容許承載力值進(jìn)行修正。在具體設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員在承載力計(jì)算時(shí)，還要考慮到不同土質(zhì)的特點(diǎn)。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，不僅要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行，同時(shí)還要采用分析法來進(jìn)行計(jì)算，盡可能地控制好計(jì)算的誤差，全面提高建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2.2 注重上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，通常會(huì)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，但在對(duì)剪力墻布置或是控制單肢剛度方面通常會(huì)存在一些問題，影響到梁板等構(gòu)件的設(shè)計(jì)質(zhì)量，一旦有集中應(yīng)力破壞問題發(fā)生，則會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。因此，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要針對(duì)此類問題進(jìn)行重視，對(duì)于采用第一級(jí)別剪力墻時(shí)，則需要保證其墻肢數(shù)不能小于4，這樣可以有效地分散應(yīng)力。同時(shí)還要嚴(yán)格遵守框架結(jié)構(gòu)多層設(shè)防原則，以此來強(qiáng)化剪力墻防御能力，有效地抵抗外來的破壞力。另外，在剪力墻梁和柱設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循強(qiáng)柱弱梁及強(qiáng)剪弱彎的原則。

2.3 強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)方法具有一定的優(yōu)勢，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)也具有一定的難度，并在實(shí)踐過程中其功效也較難發(fā)揮出來。特別是當(dāng)前我國將輕度震級(jí)的地震作為主要防范內(nèi)容，這就導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)較大震級(jí)地震時(shí)，結(jié)構(gòu)中梁柱的穩(wěn)定性必然會(huì)受到影響，這其中無法保證先倒梁后塌柱。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，則需要與我國實(shí)際情況有效結(jié)合，進(jìn)一步對(duì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行完善，從而有效地促使強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

2.4 注重鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，鋼材料的防護(hù)是其中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，主要體現(xiàn)在材料的防腐蝕和隔熱兩個(gè)方面。但部分設(shè)計(jì)人員在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，往往過于強(qiáng)化鋼材的硬度和抗壓力度，對(duì)材料的防腐蝕和隔熱性能并不重視。而且針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕和隔熱方面也沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)在使用過程中受外部環(huán)境侵蝕影響較大，影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用壽命。針對(duì)這種情況，需要加快對(duì)鋼材抗腐蝕度以文件的方式明確下來，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)埋于地下的部分要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以此來提高其抗腐蝕性。另外，鋼材料在生產(chǎn)過程中要通過耐火測試。

2.5 注重鋼結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)

我國幅員遼闊，各地地殼活躍程度存在較大差別，這也導(dǎo)致各地地震發(fā)生時(shí)地震強(qiáng)度也會(huì)存在一定的差異。我國建筑建設(shè)過程中，為了能夠有效地降低地震發(fā)生時(shí)帶來的破壞性，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在地震活躍地區(qū)和穩(wěn)定地區(qū)都具有明確的抗震等級(jí)要求。鋼結(jié)構(gòu)由于自身具有較高的硬度，同時(shí)還具備一定的抗震能力，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑并沒有明確的等級(jí)區(qū)別。在具體設(shè)計(jì)過程中需要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料自身的結(jié)構(gòu)形式、所能承受的地震強(qiáng)度及材料自身的特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并以此為依據(jù)來設(shè)計(jì)不同的鋼結(jié)構(gòu)類型，從而達(dá)到不同程度的抗震效果。

2.6 承重墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)為矩形，因而在設(shè)計(jì)時(shí)的縱向剛度要大于橫向的，這就要求必須要有足夠的橫墻，才能有效保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。從地震災(zāi)害可知，墻體一般都是剪切破壞。因此，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須要提高建筑的抗剪強(qiáng)度，以提升橫墻的抗震能力。要提高建筑的抗剪強(qiáng)度，就要求提高材料的強(qiáng)度等級(jí)，并增加橫墻的軸壓力，因此需要將橫墻盡量成為承重與隔斷相結(jié)合的墻體。當(dāng)建設(shè)中的房間比較大時(shí)，設(shè)有沿進(jìn)深方向的梁應(yīng)支撐在縱墻上，以使縱墻承重。同時(shí)，建筑樓板應(yīng)沿縱向擱置，因此形成橫墻承重，再加上縱墻因存在軸壓力而增加其抗剪能力。此外還應(yīng)注意挑梁變形問題，因?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)有著較大的局部受力，那么就會(huì)有挑梁變形問題的出現(xiàn)。針對(duì)這種情況，就可以將構(gòu)造柱設(shè)置于懸挑的挑梁端頭，構(gòu)造柱就可以有效連接每層的挑梁。通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式就可以將挑梁變形問題給有效消除掉。因?yàn)榧词褂羞^大的受力集中于局部位置，在挑梁的作用下也可以向其他各層結(jié)構(gòu)中傳遞，這樣就可以對(duì)壓力進(jìn)行有效的分散。

3 結(jié)語

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中得以廣泛應(yīng)用，這就需要做好建筑鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性，在具體設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確把控，同時(shí)還要不斷對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，全面提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。另外，作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，需要在實(shí)踐工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，這樣才能提高鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化程度，更好地推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

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