建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)

宋鵬飛

引言

近年來，在城市建筑中高層建筑的數(shù)量逐漸增多，城市住房用地緊張的問題得到了一定緩解。因?yàn)楦邔咏ㄖ陨淼淖灾卮?，所以高層建筑對于基礎(chǔ)的承載能力的要求高。而在建筑中運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了對于基礎(chǔ)承載能力的要求，與此同時還提高了施工效率、降低了成本造價，由此可見，做好鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作具有十分重要的意義。

1 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)常用的設(shè)計(jì)方法

1.1 塑性設(shè)計(jì)法

采用塑性設(shè)計(jì)原則是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性性質(zhì)和強(qiáng)度要高于標(biāo)準(zhǔn)荷載的構(gòu)建乘以安全系數(shù)。在進(jìn)行內(nèi)力結(jié)構(gòu)分析的構(gòu)建時通常使用鋼塑性分析法、一階塑性分析法。塑性分析法在材料結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性之后允許進(jìn)行內(nèi)力的重分布，但是材料的結(jié)構(gòu)需要有較強(qiáng)的延性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時要對翼緣以及截面腹板的比例尺寸進(jìn)行限制。塑性設(shè)計(jì)法中有著對非線性的處理，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依然不能反映出結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及材料的擴(kuò)展。

1.2 極限狀態(tài)法

極限狀態(tài)法能夠克服在塑性設(shè)計(jì)法和容許應(yīng)力法中的缺陷，它使用荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力來取代單一安全系數(shù)?，F(xiàn)今在眾多的設(shè)計(jì)方法中多是采用極限狀態(tài)法。由于荷載的原因，它的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到兩種極限狀態(tài)：①正常使用極限狀態(tài)；②承載能力極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)著結(jié)構(gòu)的安全性，它主要指因構(gòu)件的塑性變形、斷裂等情況所造成的結(jié)構(gòu)破壞。

1.3 容許應(yīng)力法

容許應(yīng)力法是指在設(shè)計(jì)時結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力要小于結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)定的容許力。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算應(yīng)力要按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行荷載，根據(jù)一階彈性理論去計(jì)算，以一個去除材料并大于一的安全系數(shù)的極限應(yīng)力或是屈服應(yīng)力來進(jìn)行確認(rèn)。容許應(yīng)力法有兩點(diǎn)不足：①沒有考慮到結(jié)構(gòu)幾何的非線性影響。②因?yàn)椴捎脝我话踩禂?shù)，無法顯示荷載變異以及抗力的獨(dú)立性。

2 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 重視結(jié)構(gòu)選型

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，結(jié)構(gòu)選型是其中的一個重點(diǎn)部分。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，結(jié)構(gòu)選型對于最終能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)有著巨大的影響，而且根據(jù)設(shè)計(jì)方案然后進(jìn)行的結(jié)構(gòu)選型工作也十分重要。在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，從建筑工程的結(jié)構(gòu)之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理等方面入手，將會提高結(jié)構(gòu)選型的質(zhì)量，從而提高工程質(zhì)量，由此可見一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)選型對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。

2.2 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)布置的合理性

在具體的設(shè)計(jì)工作中，對結(jié)構(gòu)布置的合理性進(jìn)行強(qiáng)化，是建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的一步。強(qiáng)化結(jié)構(gòu)布置的合理性，要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案及工程的使用需求，通過強(qiáng)化結(jié)構(gòu)布置的工作措施的方式，來促進(jìn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在強(qiáng)化結(jié)構(gòu)布置的合理性時，對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)κ菇ㄖ摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)異，使建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更高。所以在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析的環(huán)節(jié)，需要進(jìn)一步強(qiáng)化結(jié)構(gòu)布置的合理性。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

仔細(xì)了解鋼結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定性關(guān)系，可以保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，所以要對鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行重視。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時，要讓鋼結(jié)構(gòu)盡可能的簡潔化、規(guī)正化。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接時，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體操作。要讓屋架和屋面板、屋架和柱子間連接足夠穩(wěn)定，從而提升鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力，使得建筑的安全性能能夠有所增加。此外鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力還與選用的支撐形式以及選擇的位置有關(guān)聯(lián)，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時還要將這些因素納入考慮范圍，以減小這些因素的對于鋼結(jié)構(gòu)抗震能力的影響。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，一些細(xì)小的零件也需要注意。就拿鉚釘來說，鉚釘?shù)倪B接強(qiáng)度在建筑中相當(dāng)重要，要由具體的鋼材構(gòu)件去選擇符合要求的鉚釘進(jìn)行連接。

2.4 梁柱連接節(jié)點(diǎn)

門式剛架斜梁與柱的連接，有端板豎放、端板橫放以及端板斜放三種形式。端板豎放主要用于截面柱。當(dāng)豎向的荷載起到控制作用時，將端板橫放可減少節(jié)點(diǎn)的所受的力，與此同時還可以利用柱的壓力對節(jié)點(diǎn)力的作用。在節(jié)點(diǎn)彎矩很大的情況下，可以采取端板斜放的方式，這樣能夠?qū)⒖箯澾B接的力臂進(jìn)行適量的延伸，能夠?qū)Σ贾寐菟ㄓ兄欢ǖ膸椭?。端板拼接連接有兩種形式，分別是外伸式和平齊式。這兩種方式比起來，端板外伸式節(jié)點(diǎn)受力比平齊式更加符合力學(xué)的原理，而且外伸式節(jié)點(diǎn)的承載力比起平齊式節(jié)點(diǎn)來說要高上許多，所以在實(shí)際應(yīng)用時外伸式端板連接用到的更多。在結(jié)點(diǎn)板外伸部分設(shè)置加勁肋，可以使靠近受拉翼緣兩側(cè)的螺栓受力均勻，使得節(jié)點(diǎn)的抗剪能力有所提升，對于減少節(jié)點(diǎn)板的變形有著明顯的作用。

3 結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代，鋼結(jié)構(gòu)作為一種有效的建筑結(jié)構(gòu)形式，在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增多。由于鋼結(jié)構(gòu)自身所具有的優(yōu)點(diǎn)，它一直在建筑工程領(lǐng)域中有著巨大的作用。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其需要注意鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的相關(guān)問題，結(jié)合穩(wěn)定性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。通過長期的分析以及研究，推動建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的發(fā)展，促進(jìn)建筑行業(yè)的進(jìn)步。

[1]鄭玉峰.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)探析[J].科技資訊，2011（08）：93～94.

[2]邢立濤.淺談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性分析[J].科技傳播，2010（16）：67～68.