鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在房屋設(shè)計(jì)中的重要性與策略探討

張輝

武漢人和環(huán)藝建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖北武漢 430300

鋼結(jié)構(gòu)具備質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、延性好等特點(diǎn)，并且其使用壽命較長(zhǎng)，應(yīng)用范圍特別廣泛。最近幾年以來(lái)，由于人們對(duì)建筑工程的要求逐漸提高，如何才能夠滿足現(xiàn)代人們的生活與生產(chǎn)需求，已經(jīng)成為施工單位與設(shè)計(jì)單位面臨的主要問(wèn)題。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性分析

在當(dāng)今的建筑行業(yè)之中，所謂鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)將各類鋼板進(jìn)行科學(xué)焊接、熱軋等加工，讓鋼板形成施工所需鋼型。建筑鋼結(jié)構(gòu)主要分為2種，分別是輕鋼與重鋼，其中，輕鋼的自重小，占地面積也特別小，主要應(yīng)用在跨度比較小的建筑工程當(dāng)中。與輕鋼相比，重鋼自重較大，雖然重鋼自重比輕鋼大，但是，和常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)特別顯著，重點(diǎn)被應(yīng)用在跨度特別大的建筑工程項(xiàng)目當(dāng)中。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重，不僅對(duì)建筑項(xiàng)目的質(zhì)量有影響，而且影響著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展方向[1]。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)考慮，該類設(shè)計(jì)不僅需要設(shè)計(jì)人員具備良好的空間想象能力，而且其專業(yè)技能要過(guò)關(guān)。與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度比較大，設(shè)計(jì)者要具備多年工作經(jīng)驗(yàn)，遵守國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合建筑工程項(xiàng)目的具體施工工況，明確鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，減少鋼材損耗。

2 鋼結(jié)構(gòu)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性缺陷問(wèn)題主要分為兩大類，一是幾何缺陷；二是力學(xué)缺陷。幾何缺陷主要包括：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始彎曲、初始偏心及板件的初始不平度等，幾何缺陷主要是以附加應(yīng)力的形式影響鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，使其剛度降低，承載力減弱。力學(xué)缺陷通常是指：初始應(yīng)力和力學(xué)參數(shù)的不均勻性，其中殘余應(yīng)力是影響最大的力學(xué)缺陷，殘余應(yīng)力在構(gòu)建截面是自相平衡的，但是殘余應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致部分構(gòu)件截面直接進(jìn)入屈服，失去剛度，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性降低。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問(wèn)題

因?yàn)殇摬牧先菀装l(fā)生腐蝕，在具體的使用過(guò)程當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常被腐蝕，在濕度較大的施工環(huán)境之中，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)象會(huì)特別的嚴(yán)重，一旦鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)構(gòu)件承載力明顯下降，發(fā)生大規(guī)模安全事故的發(fā)生增加。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)混凝土屋架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠得出，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)腐蝕出現(xiàn)的倒塌事故發(fā)生概率能夠達(dá)到40%。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防火問(wèn)題

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，使用的建材主要以不易燃燒的鋼材為主，但是鋼材在溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，便會(huì)發(fā)生斷裂，將會(huì)影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，存在極大的安全隱患。所以鋼結(jié)構(gòu)中，火災(zāi)是最大的安全隱患[2]。所以在鋼結(jié)構(gòu)作為建筑材料的使用中，要考慮到用輔助材料對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性進(jìn)行加強(qiáng)。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)使根據(jù)火災(zāi)性能確定耐火等級(jí)，同時(shí)根據(jù)耐火等級(jí)確定鋼結(jié)構(gòu)材料的耐火極限和燃燒性能，最終根據(jù)耐火試驗(yàn)確定參數(shù)，選擇鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)材料和構(gòu)造方法。目前根據(jù)最新的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)階段可以采用TS-TC耐火設(shè)計(jì)方法按照耐火等級(jí)確定耐火極限t，求出構(gòu)建臨界溫度Ts后，以t、Ts為控制條件求出構(gòu)件保護(hù)層厚度，進(jìn)行耐火涂料厚度設(shè)計(jì)。

3 鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體措施

3.1 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性設(shè)計(jì)主要根據(jù)腐蝕的原理進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)，剛結(jié)構(gòu)的防腐蝕處理可以有以下兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：一是設(shè)計(jì)階段的原材料選擇直接選用耐候鋼，這樣可以在根源上加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能；二是在設(shè)計(jì)階段明確鋼結(jié)構(gòu)表面要進(jìn)行熱鍍鋅、熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層進(jìn)行表面處理。同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以增加缺陷責(zé)任期處理設(shè)計(jì)，要求在鋼結(jié)構(gòu)采用涂層法進(jìn)行維護(hù)處理。對(duì)于明顯環(huán)境惡劣暴露部位的鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行極陰設(shè)計(jì)，使鋼結(jié)構(gòu)能夠得到保護(hù)。這樣可以在設(shè)計(jì)階段就能夠加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能。

3.2 提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

為了保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性得到雙重提升，設(shè)計(jì)者要嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定與條例進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模失穩(wěn)現(xiàn)象。例如，在平面結(jié)構(gòu)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員要提前進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)平面穩(wěn)定性計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)布置更為合理，并適當(dāng)增加構(gòu)件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的穩(wěn)定性控制，保證結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖更為科學(xué)。在進(jìn)行框架柱穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)者需要選取合理的穩(wěn)定參數(shù)。穩(wěn)定參數(shù)選取完畢后，經(jīng)過(guò)全面的計(jì)算，方可確定最終的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)的防火耐熱性能

鋼材雖然有很大的硬度，但是它的耐熱性能并不高，當(dāng)達(dá)到一定高溫時(shí)，鋼材會(huì)發(fā)生斷裂。因此可以使用降溫輔助設(shè)備來(lái)保證鋼材的穩(wěn)定性。可以利用溫度感應(yīng)裝置和噴水裝置相結(jié)合，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)材料周圍溫度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)觸發(fā)溫控裝置來(lái)讓噴水裝置噴水，來(lái)降低鋼結(jié)構(gòu)周圍的溫度，以此來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)的性能。避免因高溫致使鋼結(jié)構(gòu)斷裂造成房屋坍塌。

3.4 選擇合理的結(jié)構(gòu)模型

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能有影響的因素不只是原材料的選擇，還包括建筑模型的結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在使用中，可以分為網(wǎng)狀鋼架、框狀鋼架、平面鋼架，它們具有不同的使用作用。在實(shí)際的使用過(guò)程中，要根據(jù)建筑物的實(shí)際需求，來(lái)選用不同的模型，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。將鋼結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮到最大[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，能夠保證建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)更為可靠，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在具體的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，要不斷創(chuàng)新，定期更新原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題得到徹底解決，進(jìn)一步提升建筑工程的美觀性。