分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要作用

楊東才

摘要：目前我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)揮了很大作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑如雨后春筍般拔地而起，其中必定少不了鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。文章簡述了建筑中鋼結(jié)構(gòu)的使用以及針對鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)關(guān)于其抗火問題的分析討論。

關(guān)鍵詞：建筑；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；重要作用

引言

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國的工業(yè)發(fā)展速度越來越快，工業(yè)的發(fā)展需要大量的廠房，對建筑行業(yè)提出了更高的要求。在現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑形式得到人們的認(rèn)可和推崇，被應(yīng)用于社會各行各業(yè)的發(fā)展領(lǐng)悟中。對比磚石結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)具有其自身優(yōu)勢，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在力學(xué)性能和材料的性能等方面?；诋?dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展情況，鋼結(jié)構(gòu)建筑不僅僅是一類結(jié)構(gòu)工具，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘活愔薪?，在特定的性能系?shù)下，能夠在建筑中發(fā)揮獨(dú)特的功能，保證建筑的質(zhì)量。所以，在建筑工程中，強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有至關(guān)重要的作用。

1概述

建筑鋼結(jié)構(gòu)在國際上已經(jīng)有百年歷史，隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。眾所周知鋼結(jié)構(gòu)是建筑中最主要的受力部件，其設(shè)計(jì)與安裝的合理性與高質(zhì)量性會對整個建筑的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響，因此加強(qiáng)建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安裝質(zhì)量具有極其深遠(yuǎn)的意義。近年來我國建筑施工工程中相關(guān)的設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)日漸成熟，但是不可避免的，在一些設(shè)計(jì)與施工中仍然存在一定的問題，例如建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作、防火抗震性能等等，這些問題無疑對建筑的質(zhì)量和安全造成了一定的隱患，因此相關(guān)的設(shè)計(jì)施工人員應(yīng)該不斷的完善設(shè)計(jì)方案、提升施工質(zhì)量，使鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用安全和使用壽命都得到保障。

2現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要遵循的原則

2.1控制建筑的高度

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑物時(shí)，對建筑物的高度有明確的要求，通常要控制建筑物高低于35m。一旦修建的建筑物過高，在地震來臨時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑就容易受損，出現(xiàn)人員傷亡的狀況。

2.2體現(xiàn)出計(jì)算和構(gòu)造的一致性

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑時(shí)，實(shí)際構(gòu)造和計(jì)算數(shù)據(jù)要保持一致，基于建筑物的受力結(jié)構(gòu)和載荷特點(diǎn)，對其進(jìn)行綜合分析。在施工過程中，尤其要重點(diǎn)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保鋼結(jié)構(gòu)各方面性能都符合建筑的基本要求。

2.3保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

在鋼結(jié)構(gòu)建筑的整個設(shè)計(jì)過程中，穩(wěn)定性是必須重點(diǎn)考慮的因素，無論采取何種設(shè)計(jì)方法，都必須將穩(wěn)定性設(shè)計(jì)擺在首要位置。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，如若構(gòu)件出現(xiàn)了穩(wěn)定性問題，不僅僅會造成安全隱患，甚至還會造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)過程中，必須努力提升設(shè)計(jì)人員的安全意識，采取科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)出更多優(yōu)秀的鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)品。近幾年來，由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題產(chǎn)生的安全事故有很多，出現(xiàn)這些問題的原因主要是沒有重視鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

2.4明確構(gòu)件受力情況

在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師必須明確構(gòu)件上外力作用狀況，確定作用點(diǎn)到基礎(chǔ)的傳遞過程與傳遞路徑中產(chǎn)生的力效應(yīng)，在具體設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)與分工工作。

3當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)存在的不足

3.1鋼結(jié)構(gòu)自身的原因

鋼結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定會受到支撐系統(tǒng)的影響，例如鋼結(jié)構(gòu)鋼柱之間存在一定的支撐力，其會受到風(fēng)力、地震等方面的影響，從而直接影響到鋼結(jié)構(gòu)屋架上的負(fù)載力。而對于鋼結(jié)構(gòu)橫向構(gòu)造主要是確保其框架和排架剛度必須要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼結(jié)構(gòu)水平傳遞的負(fù)荷，如果鋼結(jié)構(gòu)自身不能達(dá)到平衡狀態(tài)，就會直接影響到整體的穩(wěn)定性。

3.2相關(guān)專業(yè)人員的知識欠缺

眾所周知，我國對鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究比較晚，和西方發(fā)達(dá)國家具有一定的差距。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念傳入我國后，發(fā)展的速度非常快，目前已經(jīng)具有一定的規(guī)模，然而由于其傳入我國的時(shí)間比較短，因此尚未構(gòu)建一套完善的行業(yè)知識體系。在鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)內(nèi)，缺少實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員沒有設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的施工方案。在實(shí)際施工過程中，施工人員沒有精準(zhǔn)的把握建筑市場行情，阻礙了后續(xù)施工的順利進(jìn)行。由于技術(shù)人員沒有充分的調(diào)查和掌握建筑市場，無法保證建成的鋼結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量。

3.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案缺少創(chuàng)新性

由于鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較高的技術(shù)性，許多設(shè)計(jì)人員還不能勝任這項(xiàng)工作，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，就會借鑒其他設(shè)計(jì)人員或者國外的設(shè)計(jì)實(shí)例。這就會導(dǎo)致其中存在一定的問題。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本較高，所以為了有效提高鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)因素是其中至關(guān)重要的考慮環(huán)節(jié)，只有在經(jīng)濟(jì)允許的條件下，才能將主要的精力集中在設(shè)計(jì)質(zhì)量方面，如果經(jīng)濟(jì)實(shí)力欠缺，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量就會受到不同程度的影響。因此在借鑒其他設(shè)計(jì)形式的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)與設(shè)計(jì)實(shí)際不符合的情況。

4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略

4.1鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的時(shí)候需要合理考慮荷載、鋼結(jié)構(gòu)承受力以及節(jié)點(diǎn)性質(zhì)，需要在這個基礎(chǔ)上不斷調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)附加桿件的承受力。另外，還需要同時(shí)擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)整體受力的極限值，充分考慮空間鋼結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的性質(zhì)，做好加固設(shè)計(jì)，使其能夠進(jìn)一步增加整體的剛度，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)算。如果有需要增加剛度，目前主要是增加支撐點(diǎn)和結(jié)構(gòu)剛度，或者進(jìn)一步調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等，從而能夠改善鋼結(jié)構(gòu)整體的剛度和承載能力，進(jìn)一步提高整體的穩(wěn)定性。在排架結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)加強(qiáng)某一列柱的剛度，確保鋼結(jié)構(gòu)整體的水平抗力達(dá)到要求，降低整體的負(fù)荷，增加整體的結(jié)構(gòu)剛度。

4.2重視鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，構(gòu)件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，要確保鋼材的合理性，基于施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的材料，為了使施工順利進(jìn)行，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)主體部分時(shí)，通常選取一種材質(zhì)的材料。除此之外，為了節(jié)約施工成本，也可以綜合選擇施工材料，只要施工材料符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就行。在選擇材料時(shí)，必須保證鋼材的強(qiáng)度大于Q345的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段，在施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的功能得到優(yōu)化和升級，可以對截面進(jìn)行處理和驗(yàn)算，整體優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)截面，對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了簡化處理，因此，設(shè)計(jì)人員只需要在軟件處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)就行。

4.3建筑鋼結(jié)構(gòu)的安裝

4.3.1鋼柱安裝

鋼柱是決定建筑物層高和建筑總高的一個重要構(gòu)件，因此在對建筑中鋼柱進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)該對于每一小節(jié)都足夠的重視，施工人員應(yīng)該在加工和制造的過程中對鋼柱的安裝進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收。在進(jìn)行鋼柱安裝的時(shí)候需要對鋼柱進(jìn)行吊起，單機(jī)吊裝法和雙機(jī)吊裝法是當(dāng)前最為常用的兩種鋼柱吊起方法，其中采用雙機(jī)進(jìn)行吊起安裝的方法優(yōu)點(diǎn)是鋼柱的底端不會與地面有接觸，因此不會產(chǎn)生摩擦；單機(jī)吊起法是將鋼柱的底端墊實(shí)再采用墊木和回轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行吊起，需要注意的是采用單機(jī)吊起法應(yīng)該保證鋼柱的底部不能接觸地面與地面產(chǎn)生摩擦。

4.3.2框架梁的安裝

鋼結(jié)構(gòu)中剪力墻板的安裝和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)框架的安裝共同組成了鋼結(jié)構(gòu)中框架梁的安裝。其中建立墻板是在鋼柱和樓層框架中之間的結(jié)構(gòu)，剪力墻板的安裝順序通常為框架至墻板進(jìn)行安裝或者現(xiàn)將墻板安裝到上面的框架梁上接下來再進(jìn)行整個的安裝。為了保證框架梁與鋼柱連接點(diǎn)處有較好的延展性和可靠性，在制造過程中，應(yīng)該在框架梁所在的位置安裝一個懸臂梁，懸臂梁的上下邊緣采用剖口融偷焊縫與鋼柱相連，腹板的焊接方式采用貼角焊縫。另外鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)精度要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)精密于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)精度要求，因此當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的框架梁與鋼筋混凝土相連時(shí)，腹板連接板可開橢圓口，但是要保證孔邊距的要求。

4.3.3樓蓋的安裝

通常情況下建筑鋼結(jié)構(gòu)的樓蓋都是采用鋼承混凝土制成的，其厚度一般應(yīng)超過1.5厘米?，F(xiàn)階段在設(shè)計(jì)和安裝樓蓋時(shí)經(jīng)常對鋼承混凝土與鋼梁的共同作用考慮的不到位，這樣降低了樓蓋安全性的同時(shí)也增加了鋼梁的用鋼量。

4.4防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)而言，必然要選擇耐火性和防火等級較高材料。在當(dāng)前的建筑工程中，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)要嚴(yán)格根據(jù)施工項(xiàng)目的防火等級、防護(hù)種類的要求以及防火的具體情況作出針對性的防火設(shè)計(jì)和材料選擇。尤其對防火材料的選擇，要求選擇較涂層厚并且粘結(jié)強(qiáng)度較大的材料，進(jìn)而確保鋼結(jié)構(gòu)的整體防火指數(shù)和防火功能。而在鋼結(jié)構(gòu)的防火材料選擇中，如果厚型的材料仍然不能達(dá)到防火標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可以選擇薄型的耐火材料，尤其要做好吊頂設(shè)計(jì)中的壓板材料的防火處理和防銹處理。防火標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)等級是確定鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方案的兩大依據(jù)，能夠確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對防火水平的提高。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以穩(wěn)定的對稱布置為好，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，以上下貫通方式保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛度連貫性和穩(wěn)定性。L型或T型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證鋼結(jié)構(gòu)有效發(fā)揮作用的兩種形式，鋼結(jié)構(gòu)最好位置是處于結(jié)構(gòu)外圍，這樣能更好地增強(qiáng)建筑構(gòu)造的抗扭曲和變形效果。

4.5鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題的探討

鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的。在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體情況采用適宜的防腐蝕措施，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力。為了有效解決鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題，可以在鋼結(jié)構(gòu)上涂抹具有防腐蝕能力的材料，給鋼結(jié)構(gòu)添加防腐蝕的防護(hù)層，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力。保護(hù)涂層具有良好的附著力，有利于解決鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題。如今解決鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要方式是涂裝防銹漆，根據(jù)建筑工程的具體情況和施工要求進(jìn)行，同時(shí)需要充分考慮防腐設(shè)計(jì)的保養(yǎng)以及維護(hù)方法，從而能夠?qū)ν垦b進(jìn)行選擇半永久性和永久性。

結(jié)語

總而言之，在我國建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)由于具有良好的特性，受到人們的認(rèn)可和推崇。在建筑設(shè)計(jì)，科學(xué)、合理的使用鋼結(jié)構(gòu)材料，可以有效的降低施工成本、縮短建筑周期，提升建筑的抗震能力和環(huán)保水平，符合國家關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的基本要求，提升了建筑整體的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)的快速發(fā)展和進(jìn)步。在今后建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，鋼結(jié)構(gòu)建筑將會占據(jù)大量市場份額，為了推動我國城市化進(jìn)程，必須大力推動鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用。

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（作者單位：深圳建昌工程設(shè)計(jì)有限公司江蘇分公司）