建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計及其注意事項

【摘要】現(xiàn)階段雖然我國對建筑鋼結(jié)構(gòu)的應用越來越廣，但由于我國在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計方面的起步比較晚，使得了我國的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計水平要遠遠落后于國外的發(fā)達國家。因此需要相關(guān)的設(shè)計人員一步一個腳印，不斷學習和總結(jié)相應的設(shè)計經(jīng)驗，以確保我國建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計具有更高的水平，進而促進我國建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的進一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;鋼結(jié)構(gòu);設(shè)計

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)指的是通過對鋼板進行焊接、熱軋、冷彎等加工使鋼板形成需要的鋼型。鋼結(jié)構(gòu)可以分為輕鋼、重鋼兩種類型，輕鋼自重與占用的面積都比較小，廣泛應用于跨度小的建筑項目中;重鋼的自重比輕鋼肯定要重，但與鋼筋混凝土比，優(yōu)勢還是很明顯的，廣泛應用于跨度較大的建筑物中。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成之一就是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計包括將設(shè)計規(guī)劃：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計藍圖變成實體：鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整個演變過程。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面影響著建筑物的整體質(zhì)量，進而影響建筑業(yè)的發(fā)展;另一方面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計還影響著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展，所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計性質(zhì)的角度分析的話，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程除了對幾何成分有很高的要求外，還對專業(yè)技術(shù)水平有一定的要求，所以進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計人員專業(yè)技能、工作經(jīng)驗各方面的綜合素質(zhì)都必須好。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度很大，在進行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，設(shè)計人員必須嚴格按照設(shè)計規(guī)劃進行，結(jié)合建筑項目的施工性質(zhì)與工程圖紙，準確把握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，在自己的腦海中形成清晰的立體結(jié)構(gòu)并通過設(shè)計圖展現(xiàn)出來，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)聯(lián)性很大，必須重視各個環(huán)節(jié)以及構(gòu)件的設(shè)計質(zhì)量，否則一個設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯就會在很大程度上影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量，進而影響建筑工程后期施工的質(zhì)量，出現(xiàn)安全事故。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中設(shè)計師必須嚴格遵守相關(guān)的設(shè)計規(guī)范與原則，充分了解掌握設(shè)計對構(gòu)造、結(jié)構(gòu)受力特點等方面的要求，在滿足國家的規(guī)定標準前提下合理設(shè)計。同時，還要結(jié)合建筑工程的施工訴求，對鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進行設(shè)計優(yōu)化，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，這樣就能保證建筑項目的施工順利進行、建筑物的質(zhì)量，以提高建筑企業(yè)在市場的競爭力。

2、建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.1塑性設(shè)計法

當建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性性質(zhì)以及強度比標準荷載的構(gòu)件乘以安全系數(shù)要高的時候，在構(gòu)件的內(nèi)力結(jié)構(gòu)分析中通常就會采用塑性設(shè)計法。這一方法有一定的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)進入到塑性之后能夠允許進行內(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)計過程中根據(jù)實際需求，嚴格限制翼緣以及截面腹板的比例尺寸。

2.2容許應力法

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

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)計質(zhì)量。極限狀態(tài)法采用荷載分項系數(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)。后者所對應的是結(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)是當前建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應用最為廣泛的設(shè)計方法，其能夠有效提升設(shè)計質(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)計的注意事項

3.1合理選擇鋼材

在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，選擇合理的鋼材有十分關(guān)鍵的作用。可以說，鋼材選擇這一任務既重要，又存在一定的難度。我國的鋼材種類眾多，要想從眾多的鋼材中選擇出最適合建筑物施工建設(shè)的鋼材難度較大，且當前建筑物的施工設(shè)計對于鋼材的要求也較高，不同建筑物對鋼結(jié)構(gòu)強度、變形度以及疲勞應力等方面的要求也各不相同，所以選擇時也有一定的難度。因此，在設(shè)計時，為了能夠更好的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用，一定要從實際出發(fā)，結(jié)合具體的施工要求科學選擇鋼材。在選擇鋼材時，還必須要科學判斷出其適用性。目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)的跨度以及荷載都比較大，主要是應用在體型較為復雜的高層建筑物或者是大型的建筑物中。因此，鋼材必須要滿足建筑物施工需求，能夠承受較高的溫度和振動，并且便于拆卸。這就要求設(shè)計之前設(shè)計者需要調(diào)查研究，并全面分析，充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的適用性，才能夠進行設(shè)計工作。

3.2重點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的細節(jié)部分

建筑鋼結(jié)構(gòu)細節(jié)部分的設(shè)計往往對整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要的影響。因此，必須要注意對這方面的設(shè)計。這就要求設(shè)計人員在鋼結(jié)構(gòu)的方案確定之后，必須要對鋼結(jié)構(gòu)的受力體系以及細部節(jié)點進行具體計算，并要根據(jù)實際情況進行科學完善。對于鋼結(jié)構(gòu)受力體系的設(shè)計來講，當前大多建筑物采用的是桿系結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)要求鋼材必須要具有較大的強度等級，且截面的尺寸要符合施工要求，在生產(chǎn)時能夠進行現(xiàn)場組裝，且構(gòu)件之間的約束力較小。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計的過程中一定要把握好設(shè)計重點，確保構(gòu)件節(jié)點之間連接的穩(wěn)定性。在設(shè)計細部節(jié)點時，一定要細致，因為細部節(jié)點的設(shè)計內(nèi)容較為復雜，必須要嚴格設(shè)計，并要符合實際的施工需求。

3.3提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性

設(shè)計人員首先需要從結(jié)構(gòu)的整體性對其穩(wěn)定性進行分析，并要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的整體剛度以及失穩(wěn)程度。當前，設(shè)計時采用的是折減系數(shù)法以及臨界壓力求解的方法計算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一般情況下也用這兩種方法計算軸心壓桿的穩(wěn)定性。因為建筑鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力將會受到柔性結(jié)構(gòu)大變形量的影響，在計算彈性穩(wěn)定性時，不僅需要考慮結(jié)構(gòu)整體性特點，同時還需要充分考慮二階分析，設(shè)計人員不能忽視這一點。

結(jié)語：

在對建筑工程進行建設(shè)中，運用鋼結(jié)構(gòu)工程進行設(shè)計，不僅能夠使得建筑工程具有更大的跨度空間，同時還存在著安裝便利、造價成本較低等優(yōu)勢，因此使得其在建筑工程方面的應用越來越廣。隨著我國城市化進程的進一步發(fā)展，高層建筑的數(shù)量將會急劇增多，這就對鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計提出了更高的要求。作為相關(guān)的設(shè)計人員，需要掌握鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作中的要點，從而保證我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作能夠做得更好，最終促進我國建筑行業(yè)更好的發(fā)展。

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作者簡介：

初亮，沈陽恒信達鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，遼寧沈陽。