建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)

霍劍峰

摘 要：近年來，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，并且取得了非常不錯(cuò)的應(yīng)用效果。不過在實(shí)際的應(yīng)用過程中，也有因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)工作做得不到位，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)建筑出來穩(wěn)定性不足的問題，這嚴(yán)重影響到了使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。為了確保建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)具有更高的質(zhì)量，需要在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的時(shí)候，嚴(yán)格地按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)工作，從而為使用者提供更加安全、可靠的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

關(guān)鍵詞：建筑；鋼結(jié)構(gòu)工程；設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的詳圖設(shè)計(jì)

由于建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工主要是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的詳圖設(shè)計(jì)來進(jìn)行的，因此為保證建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，首先就需要做好鋼結(jié)構(gòu)的詳圖設(shè)計(jì)工作。為了保證詳圖設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需要設(shè)計(jì)人員充分了解和掌握鋼結(jié)構(gòu)的組成、所采用的焊接技術(shù)，并且對(duì)于資深的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，從而確保將鋼結(jié)構(gòu)的詳圖設(shè)計(jì)工作做得更好。

1.2 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

做好鋼結(jié)構(gòu)的詳圖設(shè)計(jì)之后，還需要保證建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。而要想實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要保證鋼結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計(jì)質(zhì)量，只有鋼結(jié)構(gòu)整體具有足夠的剛度和強(qiáng)度，才能保證建筑鋼結(jié)構(gòu)工程具有更高的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的整體剛度以及穩(wěn)定性方面的系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確地計(jì)算，目前在實(shí)際的計(jì)算過程中常采用的方法主要有折減系數(shù)法和臨界壓力求解法這兩種方法。在得出鋼結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度系數(shù)之后，將其應(yīng)用到建筑工程中的時(shí)候需要努力尋找最佳的平衡狀體，從而能夠使得建筑鋼結(jié)構(gòu)工程整體具有更好的穩(wěn)定性。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不同軟件對(duì)比

建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域較為推崇的代表軟件有上海同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院開發(fā)的空間鋼結(jié)構(gòu)桿系系統(tǒng)3D3S軟件及中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件STS.國外軟件較為著名的是美國BENTLEY公司的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件STAAD/CHINA及SSDD.其中SSDD可按中國現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。3D3S及STS軟件作為結(jié)構(gòu)力學(xué)精確計(jì)算程序，建模時(shí)沒有較多的條件限制，能真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。而STAAD/CHINA及SSDD軟件除進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析外，還能對(duì)結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到工程智能化設(shè)計(jì)。STAAD可選擇國內(nèi)外不同規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可進(jìn)行涉外工程設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍廣。幾款軟件各有特點(diǎn)。3D3S優(yōu)點(diǎn)是與AUTOCAD完全接口，許多命令與AUTOCAD類似，簡單明確易于掌握。同時(shí)后處理功能比較完善，可生成一系列施工圖、節(jié)點(diǎn)圖、材料表等。STS優(yōu)點(diǎn)為操作簡單、界面友好，是PKPM系列軟件的一個(gè)模塊。對(duì)如門式鋼架、多高層鋼框架、排架及支架結(jié)構(gòu)等常用結(jié)構(gòu)建模方便，常用結(jié)構(gòu)后處理功能強(qiáng)大。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)后進(jìn)行梁、柱節(jié)點(diǎn)并歸，并繪制梁、柱及節(jié)點(diǎn)大樣圖。STAAD特點(diǎn)為國際國內(nèi)知名度高，擁有20萬用戶。分析功能強(qiáng)大，可采用線性、非線性、動(dòng)力分析等多種方法。軟件精確度高，通用性、適應(yīng)性強(qiáng)，是中國輕鋼設(shè)計(jì)領(lǐng)域的優(yōu)秀軟件。設(shè)計(jì)師在使用軟件時(shí)要了解程序中的理論和假定，同時(shí)應(yīng)具有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、洞察力這樣的才能。不能完全依賴軟件，要在保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，能采用更為合理的結(jié)構(gòu)方案。

2 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采取的方法較多，較為常用的有以下幾種設(shè)計(jì)方法。

2.1 塑性設(shè)計(jì)法

當(dāng)建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性性質(zhì)以及強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)荷載的構(gòu)件乘以安全系數(shù)要高的時(shí)候，在構(gòu)件的內(nèi)力結(jié)構(gòu)分析中通常就會(huì)采用塑性設(shè)計(jì)法。這一方法有一定的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)進(jìn)入到塑性之后能夠允許進(jìn)行內(nèi)力的重分布，但必須要注意，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件需要具有足夠的延性，并且要在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)際需求，嚴(yán)格限制翼緣以及截面腹板的比例尺寸。

2.2 容許應(yīng)力法

容許應(yīng)力法在設(shè)計(jì)應(yīng)用的過程中也需要堅(jiān)持一定的原則，具體來講，要求其結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力需要比結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中規(guī)定的容許應(yīng)力要小。在結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算時(shí)，一定要按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算是以一階彈性理論得到的，是以一個(gè)去除材料并且大于1的安全系數(shù)的極限應(yīng)力或者是屈服應(yīng)力確定的。這一設(shè)計(jì)方法存在一定的缺陷，在應(yīng)用過程中需要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇。

2.3 極限狀態(tài)法

極限狀態(tài)法的出現(xiàn)，能夠有效解決上述兩種方法中存在的缺陷，更好的提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。極限狀態(tài)法采用荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力替代單一安全系數(shù)。在荷載作用之下，結(jié)構(gòu)能夠在一定的周期內(nèi)達(dá)到兩種極限的狀態(tài)，即正常使用狀態(tài)下的極限狀態(tài)以及承載能力極限狀態(tài)。后者所對(duì)應(yīng)的是結(jié)構(gòu)的安全性，主要指的是結(jié)構(gòu)的斷裂、塑性變形等引起的結(jié)構(gòu)破壞。極限狀態(tài)是當(dāng)前建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)方法，其能夠有效提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)過程中的鋼材選擇

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)過程中的選材非常重要，主要是因?yàn)椋海?）我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，鋼材的種類繁多，要從眾多的鋼材種類中選出適合某種建筑工程的鋼材是有難度的；（2）目前鋼結(jié)構(gòu)建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形度、疲勞應(yīng)力等方面的要求也不一致，因此選擇合適的鋼材顯得至關(guān)重要，否則就不能發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)建筑的功用。

3.2 判斷建筑鋼結(jié)構(gòu)的適用性

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)主要用于跨度和荷載較大、體型復(fù)雜的高層建筑中。要求其能夠承受較高的溫度、方便拆卸、能夠承受大幅度的振動(dòng)、密封嚴(yán)實(shí)，因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前必須要對(duì)這些方面進(jìn)行全面的分析，考慮所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)是否適用、能否滿足要求。

3.3 加強(qiáng)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)受力體系以及細(xì)部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方案確定后，需要立即對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的受力體系以及細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行具體的計(jì)算和完善。首先基于鋼結(jié)構(gòu)受力體系設(shè)計(jì)而言，當(dāng)前很多鋼結(jié)構(gòu)都是采用的桿系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求鋼材強(qiáng)度大、截面尺寸?。辉谏a(chǎn)的時(shí)候可以在現(xiàn)場組裝、構(gòu)件之間的約束作用小。因此其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是保證構(gòu)件節(jié)點(diǎn)之間的連接穩(wěn)固性。其次對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑的細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)來說，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)要求細(xì)致且設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)雜，都需要對(duì)細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)具有空間跨度大、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)性能突出、安裝便利等優(yōu)勢，使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越普遍。與混凝土相比，它有自重輕、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，工業(yè)化的發(fā)展，高層及大型建筑越來越多，使得鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用日益廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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