淺談民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干思考及解決方法

計(jì)世雄

銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 寧夏 銀川 750000

1 民用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

對于民用鋼結(jié)構(gòu)而言，作為當(dāng)前建筑中較為重要的組成，鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

第一，鋼材強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，彈性模量高，構(gòu)件輕巧便于運(yùn)輸、安裝。第二，材料均勻，塑性、韌性好，抗震性能優(yōu)越，對于我國地震設(shè)防高烈度地區(qū)的建筑物具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是理想的彈性材料。第三，加工制造比較方便，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，能夠有效推進(jìn)當(dāng)下國家實(shí)施的裝配化建筑的進(jìn)程，施工周期短，資金回報(bào)率高。第四，構(gòu)件截面小，利用率大，相比鋼筋混凝土、磚石及木質(zhì)材料的建筑物而言，表現(xiàn)出更加輕盈、美觀的特點(diǎn)。第五，低碳節(jié)能，綠色環(huán)保，可以循環(huán)利用，符合建筑節(jié)能和環(huán)保的要求。第六，結(jié)構(gòu)體系多樣化，能夠滿足當(dāng)前建筑功能多元化、特殊化的需求，更加適用于大跨度、高層以及工業(yè)廠房類的建筑。第七，民用建筑工程中，設(shè)備管道相對較多，采用鋼結(jié)構(gòu)可在梁腹板處開孔，既不影響結(jié)構(gòu)安全，又減小了建筑層高，合理、經(jīng)濟(jì)。

2 民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 設(shè)計(jì)人員水平不足，經(jīng)驗(yàn)欠缺

結(jié)合民用鋼結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)，由于其技術(shù)發(fā)展時(shí)間不長，工程實(shí)踐中存在著技術(shù)人員專業(yè)水平不足的問題，這些現(xiàn)象為民用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來影響，同時(shí)也無法滿足建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展需求。對于部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，在具體工作中，由于缺少鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，再加上設(shè)計(jì)周期緊張，缺少對整體概念設(shè)計(jì)的把控以及關(guān)鍵部位節(jié)點(diǎn)分析的重視，無法保證民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，為建筑行業(yè)的發(fā)展帶來限制。所以作為設(shè)計(jì)人員本身，應(yīng)加強(qiáng)理論知識，多向前輩請教，學(xué)習(xí)已有的工程實(shí)例，自己摸索領(lǐng)悟與積累，為能夠成為合格的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師而不懈努力！

2.2 缺少對自然力量的認(rèn)識

在民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑物的使用年限相對較長，由于鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性能差，長期處于自然條件下，在自然環(huán)境的影響下，尤其是我國沿海城市的民用鋼結(jié)構(gòu)建筑，會(huì)出現(xiàn)鋼構(gòu)件生銹以及脆性增加的問題，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)承載能力降低，如果不能處理上述問題，會(huì)為建筑工程帶來隱患。而且，在實(shí)際的民用鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，如果缺少強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的措施，會(huì)降低構(gòu)件使用壽命，無法滿足民用建筑工程的長期使用需求。應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)措施，采用油漆、鍍鋁(鋅)復(fù)核涂層，來延長鋼結(jié)構(gòu)的壽命。

2.3 人為造成的影響

對于未按照設(shè)計(jì)荷載使用，或者改變其原設(shè)計(jì)功能及用途，使實(shí)際作用荷載超過設(shè)計(jì)荷載，導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件失穩(wěn)、側(cè)向剛度不足的問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在圖紙中注明嚴(yán)格的使用荷載要求。

在后期深化、加工過程中，未能完全理解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，缺少溝通，導(dǎo)致構(gòu)件偏差，對現(xiàn)場施工安裝造成了很大的難度。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在圖紙中注明深化、加工的專業(yè)廠家要求且全程密切跟進(jìn)。

3 民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 平面布置

根據(jù)建筑功能布局，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員確定合理的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行平面布置，需要注意的是，結(jié)構(gòu)的傳力體系要設(shè)計(jì)的清晰、簡捷，分析構(gòu)件的受力特點(diǎn)，選取合理的截面形式，同時(shí)對豎向及水平的主要受力構(gòu)件的側(cè)向剛度予以重視，使整體剛度、穩(wěn)定性增強(qiáng)，提高結(jié)構(gòu)承載能力。

3.2 柱、梁截面選擇

柱截面的預(yù)估，根據(jù)受力體系選擇合適的截面形式，一般雙向受力體系采用箱形、十字弓形、圓管雙軸剛度均勻的截面形式；單向受力體系可采用工字形截面形式，然后根據(jù)柱子高度滿足規(guī)范長細(xì)比要求進(jìn)行預(yù)估，再根據(jù)受力分析確定最終柱截面。在梁柱截面選擇中，應(yīng)該做到：第一，根據(jù)民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程的項(xiàng)目特點(diǎn)，梁一般會(huì)采用工字形截面，之后根據(jù)項(xiàng)目需求確定截面高度、寬度，并將截面的高度跨度控制在1/18～1/12的預(yù)估值范圍內(nèi)；第二，在板件厚度的構(gòu)件設(shè)計(jì)中，需要按照構(gòu)件截面，滿足規(guī)范的高厚比、寬厚比等要求預(yù)估，再根據(jù)受力分析最終確定受力構(gòu)件翼緣、腹板的厚度。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)整體分析

①除疲勞強(qiáng)度計(jì)算采用容許應(yīng)力法外，其他設(shè)計(jì)計(jì)算均采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；②所有承載結(jié)構(gòu)按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；③設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同建筑來考慮安全等級要求，并通過相應(yīng)系數(shù)體現(xiàn)在荷載效應(yīng)計(jì)算中；④結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)按照使用條件采用荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行考慮；⑤對于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用不同的荷載組合（標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合等）；⑥疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)仍采用允許應(yīng)力法[1]。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)分析設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)中是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，連接節(jié)點(diǎn)決定著整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度、安全度，須做到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”，同時(shí)根據(jù)施工安裝情況，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要方便加工與施工，且經(jīng)濟(jì)合理[2]。

對于一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，可采用有限元節(jié)點(diǎn)分析軟件（Ansys，Midas FEA等），進(jìn)行有限元分析，以確保節(jié)點(diǎn)的安全可靠!

4 結(jié)束語

總而言之，在建筑行業(yè)發(fā)展中，為了更好地提高民用鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位需要結(jié)合民用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)及施工方案，保證各項(xiàng)工序的穩(wěn)步協(xié)調(diào)，以提高民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。