關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及其應(yīng)對措施

楊洪磊

隨著社會不斷的發(fā)展進(jìn)步，建筑領(lǐng)域也發(fā)生了較大的變革。從傳統(tǒng)磚石結(jié)構(gòu)建筑模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻Y(jié)構(gòu)模式，使現(xiàn)代建筑更好地發(fā)揮使用價值。文章通過對鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及其應(yīng)對措施進(jìn)行研究，旨在能夠有效規(guī)避鋼結(jié)構(gòu)的不足之處，全面發(fā)揮其建筑優(yōu)勢作用，更好地推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)概述

鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑的主要建造方式之一，鋼結(jié)構(gòu)顧名思義是源于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要的材料都是由鋼材質(zhì)構(gòu)成。建筑結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)中主要應(yīng)用鋼板制作成建筑構(gòu)造中的梁、柱、架等建筑基本構(gòu)件，并通過焊接、螺栓等方式將鋼板制作成不同建筑構(gòu)件進(jìn)行連接，最終應(yīng)用于整個建筑施工當(dāng)中。鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中被廣泛應(yīng)用的主要原因是鋼材的性能因素，鋼材具有抗變形能力強(qiáng)、強(qiáng)度大、韌性和剛度好等優(yōu)勢，在高層建筑和復(fù)雜建筑當(dāng)中能夠被更好地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，從而提高建筑物的穩(wěn)定性和承載性。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

1.鋼結(jié)構(gòu)具有節(jié)約面積的優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中，運(yùn)用鋼板材質(zhì)來替代傳統(tǒng)的磚石以及混凝土，能夠以更小的空間占用來實(shí)現(xiàn)同等的建筑需求。鋼材的支撐性等優(yōu)勢較為顯著，運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)能夠最大程度地減少建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的柱梁結(jié)構(gòu)以及厚墻面的使用等，從而能夠提高建筑物的實(shí)際使用面積。

2.鋼結(jié)構(gòu)具有性能穩(wěn)定的優(yōu)勢

鋼材本身具有較好的延展性、剛性等性能優(yōu)勢，在建筑結(jié)構(gòu)中利用鋼材的性能特點(diǎn)，能夠極大提高建筑物的安全穩(wěn)定性，尤其在面對自然災(zāi)害，如地震、臺風(fēng)等的侵襲時，鋼結(jié)構(gòu)能夠有效減低建筑物倒塌和損壞的可能性，從而提高建筑使用者的人身和財(cái)產(chǎn)安全。

3.鋼結(jié)構(gòu)具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)的主要材料是鋼材，而鋼材相對于傳統(tǒng)建筑中的混凝土、砂石等材料更具環(huán)保優(yōu)勢。鋼材在建筑應(yīng)用后能夠被有效回收，重新投入加工制作流程中被循環(huán)使用，從而能夠最大程度地降低建筑垃圾的產(chǎn)生。鋼結(jié)構(gòu)還具有較好的節(jié)能優(yōu)勢，目前建筑施工中主要使用節(jié)能型的有夾心鋼板等材料，這類鋼材的保溫性非常好，能夠有效阻隔室內(nèi)溫度散失，降低了建筑使用者對電采暖以及燃煤采暖的需求，起到顯著的節(jié)能成效。

4.鋼結(jié)構(gòu)具有縮短工期的優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)建筑部件能夠利用工業(yè)流水線大規(guī)模生產(chǎn)定制，可以與建筑設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行有效結(jié)合，使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工實(shí)現(xiàn)一體化，通過鋼結(jié)構(gòu)的集成應(yīng)用提高建筑施工效率。在傳統(tǒng)建筑施工中，往往需要大量的人力才能夠保證磚石和混凝土等材料的施工環(huán)節(jié)，而鋼結(jié)構(gòu)材料輕便易安裝，使施工速度得到極大提升，一般來講相對于傳統(tǒng)建筑工期，鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)能夠縮短三分之一左右的時間，大大減少基礎(chǔ)造價和工期，是建筑行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)存在的問題

1.鋼結(jié)構(gòu)的易腐蝕問題

鋼結(jié)構(gòu)屬于鋼材材料，鋼結(jié)構(gòu)部件的外壁較薄，在有腐蝕性的環(huán)境中容易受到侵蝕從而影響建筑物的整體質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在使用中應(yīng)當(dāng)避免接觸雨水等腐蝕性環(huán)境，并應(yīng)當(dāng)在鋼結(jié)構(gòu)外壁上涂刷防潮防水涂料。由于目前的防水防潮涂料經(jīng)過一段時間后，其防水防潮性能會明顯降低，從而使鋼結(jié)構(gòu)部件腐蝕上銹。雖然可以通過定期的維護(hù)保養(yǎng)來解決上述問題，但由于人工及材料成本支出較多，使得鋼結(jié)構(gòu)的易腐蝕問題仍然是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中亟待解決的問題。

2.鋼結(jié)構(gòu)的不耐火和熱問題

鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的建筑施工材料在遇到明火后容易發(fā)生藍(lán)脆和徐變現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度明顯降低。在極高溫度下，鋼材會呈現(xiàn)塑性改變，這時的鋼結(jié)構(gòu)幾乎沒有支撐負(fù)載能力，使得建筑物也同時呈現(xiàn)出坍塌等危險隱患。

3.鋼結(jié)構(gòu)的工藝復(fù)雜問題

鋼結(jié)構(gòu)是屬于鋼板以及螺栓等銜接才能夠完成的建筑施工技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)工藝相對復(fù)雜，在工藝復(fù)雜的情況下更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。如鋼結(jié)構(gòu)中的鋼板等需要焊接進(jìn)行結(jié)合，焊縫如果出現(xiàn)裂痕，就會引起焊縫兩側(cè)的鋼板斷開，從而引起建筑質(zhì)量問題。另外，焊縫焊接工序也會影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如焊縫的走向、焊接材料的選擇以及焊接預(yù)熱等都會影響焊縫以及鋼板的質(zhì)量。

4.鋼結(jié)構(gòu)的易變形問題

鋼結(jié)構(gòu)雖然具有較好的剛度和強(qiáng)度，但在外部使用環(huán)境中隨著鋼結(jié)構(gòu)使用時間的延長，鋼結(jié)構(gòu)也容易暴露出質(zhì)量問題。如隨著鋼結(jié)構(gòu)的使用，其負(fù)載承重累積增加，很多鋼結(jié)構(gòu)建筑部件會出現(xiàn)彎曲變形的現(xiàn)象，在建筑物使用過程中埋下安全隱患。

5.鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)問題

由于傳統(tǒng)磚石和混凝土施工歷史較長，很多施工人員仍然習(xí)慣于按照傳統(tǒng)施工方式開展建筑施工過程，對鋼結(jié)構(gòu)的制作和施工技術(shù)相對比較生疏，并且很多施工實(shí)施人員沒有經(jīng)過專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)施工培訓(xùn)，對鋼結(jié)構(gòu)的科學(xué)施工技術(shù)和方法掌握情況較為薄弱，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)施工過程中容易出現(xiàn)施工問題。

6.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用，主要依賴于建筑技術(shù)人員對建筑整體要求的理解和把握。在鋼結(jié)構(gòu)施工中除了要考慮鋼結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量外，還需要技術(shù)人員能夠?qū)κ┕と^程進(jìn)行科學(xué)有效的管理和控制，如鋼結(jié)構(gòu)部件在吊裝過程中，需要嚴(yán)格規(guī)劃設(shè)計(jì)吊裝位置。鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要承重和受力都依靠鋼結(jié)構(gòu)部件完成，一旦吊裝位置出現(xiàn)偏差，會直接影響鋼結(jié)構(gòu)部件的受力情況，影響了鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)用途徑

1.加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量管理

（1）解決鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕的措施

鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理中最為主要的是抗腐蝕技術(shù)的應(yīng)用。在目前國內(nèi)外對鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕的研究開發(fā)中，主要通過兩個途徑提高鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力：其一是研發(fā)出較強(qiáng)抗腐蝕性能的涂料；其二是研發(fā)出自身具有高性能抗腐蝕能力的鋼材，從而使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果得以提升。已經(jīng)有鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人員提出了在鋼結(jié)構(gòu)部件表面噴涂鋅、鋁等活潑金屬，這種活潑在進(jìn)入空氣中會發(fā)生氧化反應(yīng)，從而能夠在鋼結(jié)構(gòu)部件表面形成一層氧化膜，能夠有效防止鋼結(jié)構(gòu)部件受潮以及接觸水后被腐蝕。

（2）解決鋼結(jié)構(gòu)不耐火和熱的措施

對于鋼結(jié)構(gòu)不耐火和不耐高溫的問題，可以運(yùn)用截流方法和噴涂方法實(shí)現(xiàn)。截流方法主要是在鋼結(jié)構(gòu)部件表面增加一層保護(hù)設(shè)施，在建筑物內(nèi)部出現(xiàn)高溫和火災(zāi)等情況下，高溫高熱以及明火會先與外部的保護(hù)材料接觸，避免了高溫與明火直接與鋼結(jié)構(gòu)接觸，起到了較好的保護(hù)作用。一般截流方法中使用的保護(hù)材料主要為抗燃不易導(dǎo)熱的材質(zhì)。噴涂法則是防火涂料直接噴在構(gòu)件表面，形成保護(hù)層。

（3）解決鋼結(jié)構(gòu)易變性的措施

解決鋼結(jié)構(gòu)易變性的主要方法是使用高強(qiáng)度的鋼材和螺栓等。鋼結(jié)構(gòu)施工中要考慮建筑物的使用期限以及負(fù)載情況，并結(jié)合不同鋼材的厚度、承壓能力、強(qiáng)度等級等進(jìn)行匹配。一般來講多層民用建筑承載符合要求低于高層建筑，在選擇鋼材時可以依據(jù)鋼材類進(jìn)行有針對性的選擇。在對負(fù)載能力要求較高的建筑物中使用鋼結(jié)構(gòu)，還可以利用設(shè)計(jì)增加鋼梁、鋼柱等承壓結(jié)構(gòu)。

（4）解決鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的措施

對于焊縫產(chǎn)生的鋼結(jié)構(gòu)缺陷，可以通過先進(jìn)的測試手段進(jìn)行解決。目前較為有效的焊接工藝探測方式有超聲波探測、射線探測以及磁粉探測等方式。上述方式都不會對鋼結(jié)構(gòu)焊縫造成影響和損壞，原理也基本相同，都是利用焊縫缺陷所顯示的聲波、射線以及磁粉形狀和位置來進(jìn)行檢查。

2.加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)施工過程管理

（1）解決鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的措施

在鋼結(jié)構(gòu)施工中要對施工人員進(jìn)行全面充分的崗前培訓(xùn)，強(qiáng)化施工技術(shù)人員對鋼結(jié)構(gòu)知識和技能的掌握，并嚴(yán)格要求施工人員持證上崗。在日常管理中要委派專人進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工檢查，一旦發(fā)現(xiàn)施工技術(shù)問題要及時糾正。為了增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)施工人員的積極性，還可以將績效考核與鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量等因素進(jìn)行結(jié)合。

（2）解決鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)的措施

施工設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格執(zhí)行建筑施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，進(jìn)行全面的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)吊裝等數(shù)據(jù)時，需要保證建筑結(jié)構(gòu)要求與參數(shù)的匹配性。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與施工圖紙始終保持一致，先對建筑整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按照鋼結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性和有效性。

五、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅極大地節(jié)約了建筑成本和時間，同時也賦予建筑物更好的外觀和功能，尤其在高層建筑物建造方面有著不可比擬的優(yōu)勢。在鋼結(jié)構(gòu)作用被越來越多的建筑企業(yè)所認(rèn)知的同時，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題也需要被更多的重視起來。