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

【摘要】隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)和技術(shù)也提出了更嚴(yán)苛的要求。而鋼結(jié)構(gòu)因其高強(qiáng)度、高防震以及高性價(jià)比等天然優(yōu)勢(shì)受到了廣泛關(guān)注。本文作者根據(jù)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)研究多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)分類及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究和探討，并結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀，對(duì)其設(shè)計(jì)應(yīng)用提出了科學(xué)構(gòu)想，希望能對(duì)建筑行業(yè)起到一定的積極作用。

【關(guān)鍵詞】建筑鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)分類；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

目前，我國(guó)的建筑行業(yè)已經(jīng)開始廣泛使用鋼結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，然而很多施工中忽視了對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了鋼材獨(dú)特的延展性和剛性無(wú)法得到有效保證。我們需要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)其本身的延展性和剛性，讓其能夠在建筑物中發(fā)揮獨(dú)特的塑性變形能力。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效分類和科學(xué)設(shè)計(jì)，從而保證建筑工程施工的質(zhì)量。

1、建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

我國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方式主要為門式鋼架、網(wǎng)架等，在石棉瓦與輕型屋面和三角形屋架中也有著廣泛的應(yīng)用。從這些應(yīng)用中我們可以看出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了我國(guó)建筑行業(yè)的普遍認(rèn)可，在未來(lái)，科技人員和設(shè)計(jì)人員將會(huì)不斷發(fā)掘鋼結(jié)構(gòu)在建筑應(yīng)用的更多形式，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景，并為建筑行業(yè)的不斷發(fā)展起到推進(jìn)作用。

2、建筑物鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類

2.1剛性結(jié)構(gòu)

剛性結(jié)構(gòu)即是指從建筑物的結(jié)構(gòu)出發(fā)，將建筑物的整體性和連續(xù)性在連接結(jié)構(gòu)處構(gòu)造出來(lái)，使之能夠符合建筑構(gòu)造的力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般情況下腹板采用雙角鋼連接，上下翼緣通過(guò)連接板或者螺栓與構(gòu)件相連，當(dāng)在翼緣鋪蓋鋼格柵時(shí)，需要對(duì)翼緣采取現(xiàn)場(chǎng)坡口焊接處理。對(duì)于載荷較小的梁柱，在剛性連接時(shí)可采用端板連接，輕型的門式鋼架中的剛性結(jié)構(gòu)通常采用這種連接方式，讓翼緣與腹板與端板連接，然后通過(guò)螺栓將端板與柱連接。端板連接的方式重要注意端板自身的材料性能，必須有足夠的剛度來(lái)抵抗梁產(chǎn)生的彎矩，端板的厚度足夠時(shí)則視為剛性連接，端板的厚度不足時(shí)則視為半剛性連接。同時(shí)注意焊縫的處理方式，根據(jù)外載荷的大小和梁翼緣板的厚度來(lái)選擇角焊縫或者全熔透坡口焊[1]。

2.2鉸接結(jié)構(gòu)

鉸接結(jié)構(gòu)通常采用雙角鋼、端板、單剪板與雙剪板作為連接件，在鋼結(jié)構(gòu)中一般作為連接主梁和次梁的連接結(jié)構(gòu)使用，也可以應(yīng)用在斜梁的結(jié)構(gòu)拼接之中。將雙角鋼分別焊接在次梁腹板的兩側(cè)，同時(shí)將雙角鋼與主梁通過(guò)螺栓連接，從而完成主梁與次梁之間的連接。焊縫應(yīng)該采用三面圍焊設(shè)計(jì)，能夠全面提升構(gòu)件的承載能力。在應(yīng)對(duì)外荷載較小情況是，端板只需達(dá)到一定剛度，能同時(shí)承受剪力和軸力即可。單剪板連接對(duì)于輕型次梁而言十分簡(jiǎn)單方便，一般采用三面圍焊與主梁相連，用螺栓與次梁相連，此時(shí)螺栓將承受較大的偏心荷載影響。在螺栓不足以于外荷載過(guò)大的剪力相抵抗時(shí)，應(yīng)該對(duì)鉸接結(jié)構(gòu)采用雙剪板的設(shè)計(jì)形式。單雙剪板連接方式更主要應(yīng)用與主梁無(wú)法對(duì)螺栓進(jìn)行緊固的工程之中[2]。

3、建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略

3.1梁與柱之間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

梁與柱之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要在于其承受力的要求和抗震性能的設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)的柱在設(shè)計(jì)上一般都是貫通型的，要充分考慮承受力的設(shè)計(jì)，所以要求框架在于梁柱連接時(shí)采用剛性連接的設(shè)計(jì)，翼緣應(yīng)該能對(duì)整體帶來(lái)較高的受彎承受力，這種承受力的設(shè)計(jì)應(yīng)該高于梁整體塑形受彎力的1.5倍，腹板應(yīng)該有一定的受剪承受力，腹板的受剪承受力應(yīng)該高于梁兩端對(duì)其施加的力的1.4倍；連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到抗震性能，加強(qiáng)柱與梁翼緣連接處的加勁肋設(shè)計(jì)，以及對(duì)腹板角處采用扇形切角設(shè)計(jì)，用全熔透的焊縫技術(shù)來(lái)減少焊接縫的出現(xiàn)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到梁的全截面塑性模量，一旦其高于翼緣的百分之79時(shí)，腹板與柱的連接系數(shù)要大于其連接系數(shù)，并采用兩端排列的方式進(jìn)行連接。

3.2次梁與主梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

次梁與主梁連接點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)有兩種設(shè)計(jì)方案：一是將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鉸接結(jié)構(gòu)；二是設(shè)計(jì)為剛接結(jié)構(gòu)。鉸接結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作方便，安裝簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，所以一般在實(shí)際工程中采取鉸接的設(shè)計(jì)。剛結(jié)可以將次梁成為連續(xù)梁，可以起到減少材料損耗，次梁撓度的作用。次梁與主梁連接時(shí)應(yīng)該采取鉸接連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按照次梁的剪力設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到連接偏心力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加彎矩，可以不用考慮主梁的扭矩?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，要從構(gòu)件橫梁的側(cè)向屈服力出發(fā)設(shè)計(jì)，在橫梁的翼緣結(jié)構(gòu)塑生區(qū)設(shè)置側(cè)向支撐構(gòu)件。由于梁的翼緣是與樓板連接在一起的，所以主梁也會(huì)受到樓板以及翼緣的建立，要在下方填充支隔物，讓支隔可以起到同時(shí)支撐兩根橫梁的作用。

3.3柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.3.1埋入式柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

埋入式的柱腳即是指將鋼結(jié)構(gòu)的柱按照相應(yīng)要求固定在鋼筋混凝土中，然后進(jìn)行混凝土澆灌處理，從而形成剛性固定的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)我們假定柱的軸心壓力由埋入基礎(chǔ)下的柱腳底板產(chǎn)生并直接傳遞給混凝土基礎(chǔ)和基礎(chǔ)梁；彎矩由翼緣上的螺栓直接傳遞給鋼筋混凝土基礎(chǔ)或由柱翼緣傳遞給混凝土；柱底部的水平剪力由埋入混凝土的鋼柱的翼緣與基礎(chǔ)梁的承壓力來(lái)傳遞；不考慮其埋入柱腳與土壤和混凝土的摩擦力和粘結(jié)力。通過(guò)這些力的分析作為設(shè)計(jì)的主體指導(dǎo)思想，來(lái)進(jìn)行柱腳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3.3.2外包式柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

外包式柱腳是由鋼筋混凝土將柱腳抱起來(lái)的柱腳設(shè)計(jì)。其中要充分考慮鋼筋混凝土的包腳高度，截面尺寸和箍筋配置，他們對(duì)于柱腳內(nèi)力的傳遞和恢復(fù)特性起到了重要的作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，一般對(duì)期內(nèi)力的傳遞做以下假定：軸力壓力由鋼柱柱腳地板直接傳遞給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；彎矩由翼緣抗剪螺栓先傳遞到鋼筋混凝土外部，再由外部結(jié)構(gòu)傳遞到基礎(chǔ)與梁中；水平剪力在傳遞過(guò)程中，由底板和混凝土之間的摩擦先抵消一部分，再由包腳的混凝土和箍筋配置共同承擔(dān)。

結(jié)語(yǔ)：

鋼結(jié)構(gòu)目前在建筑行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用，它與其他結(jié)構(gòu)相比，擁有著高剛性、高穩(wěn)定性以及高性價(jià)比等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文從建筑物鋼結(jié)構(gòu)的總體概要出發(fā)，建筑物鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類和鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了深入的論述，詳盡的說(shuō)明了鋼結(jié)構(gòu)剛性結(jié)構(gòu)和鉸結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性和適用情況，同時(shí)對(duì)梁與柱、次梁與主梁、柱腳三種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)要點(diǎn)上的明晰，希望能夠讓鋼結(jié)構(gòu)能夠更好的為建筑施工服務(wù)，推進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展歷程。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊海生.建筑鋼結(jié)構(gòu)主要分類及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，（9）：277.

[2]曾憲平，劉軍文.建筑鋼結(jié)構(gòu)主要分類及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建材與裝飾，2016，（44）：57-58.

作者簡(jiǎn)介：

鐘崢，中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江杭州。