探討建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

劉行

（長沙怡境景觀設(shè)計(jì)有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有抗裂性、抗震性以及使用壽命長等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)在一定程度上促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。再就是，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)使用起來比較方便，所以很多工程首先選用鋼結(jié)構(gòu)作為施工材料。由此看來，探討鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是非常有必要的，隨著鋼結(jié)構(gòu)的廣泛使用，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平也在不斷改進(jìn)，這就對工程施工的質(zhì)量在一定程度上有了保證。所以，在工程的施工過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況來分析鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，為建筑的施工奠定一定的工作基礎(chǔ)。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

1.1 有比較大的關(guān)聯(lián)性

在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對和鋼結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的要素進(jìn)行比較全面的分析，對施工這一環(huán)節(jié)的質(zhì)量放在第一位，并需要分析構(gòu)件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，避免出現(xiàn)因設(shè)計(jì)問題對整個(gè)工程造成安全事故的情況。所以說，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員需要對全面掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求分析構(gòu)件，進(jìn)而對整個(gè)的鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量有一定的保障。所以，我們需要重視鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，根據(jù)建筑施工的實(shí)際情況，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的比較重要的部位，提高建筑在市場中的競爭力。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)建筑工程的質(zhì)量

在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們既要對和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的要素進(jìn)行分析，也要對鋼結(jié)構(gòu)的整體技術(shù)有一定的把握，在詳細(xì)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較難，所以設(shè)計(jì)者需要根據(jù)圖紙做出相關(guān)要求，對建筑施工的現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行充分了解，全面考慮整個(gè)建筑工程，這樣就能夠提高鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)，也很大程度上保證鋼結(jié)構(gòu)的整體功能。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的房屋如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的房屋

2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

（1）在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的現(xiàn)實(shí)狀況，對建筑工程的施工條件以及施工中使用的材料供應(yīng)進(jìn)行全面考慮，選擇科學(xué)合理的材料，與此同時(shí)，還需要使結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸和安裝的過程中保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性，再就是需要注意結(jié)構(gòu)的防火標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到規(guī)定的要求，注意結(jié)構(gòu)要符合防腐的要求。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的設(shè)計(jì)原則是對多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，選擇出設(shè)計(jì)成本低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、工作量少以及工期比較短的設(shè)計(jì)方案。

（2）在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，首要考慮的就是生產(chǎn)的工藝、建筑的性能及要求的型式，在滿足這些要求的同時(shí)，還需要做到結(jié)構(gòu)的安全合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。基于此，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員需要對操作的過程以及工藝要求進(jìn)行全面的分析了解，這樣才能夠和施工人員協(xié)同選擇出最好的設(shè)計(jì)方案。

（3）需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)條件選用鋼材，比如說介質(zhì)環(huán)境、受力的情況，還有就是供應(yīng)和加工制作等很多方面的因素。選用的各類鋼材需要發(fā)揮各自的作用，使其各有所值。使用新型材料方面，我們要推廣高效能的鋼材。

（4）在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要對結(jié)構(gòu)的形式和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面進(jìn)行選擇，也應(yīng)該本著提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，避免出現(xiàn)因?yàn)橐粋€(gè)構(gòu)件損失對總的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成損失的情況。

（5）在確保鋼結(jié)構(gòu)安全合理的情況下，盡量實(shí)行功能兼并的原則，也就是使用一種構(gòu)件，但這一種構(gòu)件可以兼并多種功能，比如說，有的結(jié)構(gòu)可以起到維護(hù)的作用，同時(shí)也可以起到承重的作用；有的結(jié)構(gòu)對網(wǎng)架起到穩(wěn)定的作用，同時(shí)也是進(jìn)行承重的構(gòu)件。

（6）在一定的條件下，使結(jié)構(gòu)逐步向定型化方向發(fā)展，構(gòu)件以及連接的頭也需要逐步趨于標(biāo)準(zhǔn)化。

（7）在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要合理布置柱距和梁的跨度，減少主要受力構(gòu)件的量。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)原則如圖2所示。

圖2 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)原則

3 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)可以減少工期

鋼結(jié)構(gòu)使用的材料一般都是比較單一的，而且都是成品材料，這樣加工起來就比較簡單，不使用人工操作就能夠完成，所以很多鋼結(jié)構(gòu)都是制作于專業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)制造廠，這樣制作出來的鋼結(jié)構(gòu)比較精確。當(dāng)構(gòu)件在建筑施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝的時(shí)候，就可以采用比較簡便的普通螺栓以及強(qiáng)度比較高的螺栓，甚至可以在地面焊接成較大的單元再進(jìn)行吊裝，這就能最大限度地縮短工期。除此之外，已經(jīng)建設(shè)完成的鋼結(jié)構(gòu)還能夠進(jìn)行改建，因?yàn)榇蟛糠值匿摻Y(jié)構(gòu)都是用螺栓連接的，比較容易進(jìn)行拆除。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)材料的綜合性比較好

與其他的建筑材料，像混凝土、磚石等相比較，鋼材的強(qiáng)度是比較大的。所以說，很適用于跨度比較大的和載荷比較大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。再就是，鋼材的塑性和韌性比其他的建筑材料好很多。韌性好，鋼結(jié)構(gòu)對荷載的適應(yīng)能力比較強(qiáng)。塑性好，鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)因?yàn)槌d而出現(xiàn)斷裂的情況。除了塑性好和韌性好之外，鋼結(jié)構(gòu)也具有比較好的抗震能力。再就是，因?yàn)橐话愕匿摬膹?qiáng)度都比較大，將這樣的鋼材制作成構(gòu)件的時(shí)候構(gòu)件的截面就會(huì)又小又薄，在受壓的時(shí)候必須要符合穩(wěn)定性的要求，并且強(qiáng)度在特殊的時(shí)候就不能充分地發(fā)揮出來。

鋼材的材質(zhì)要比其他材料的材質(zhì)均勻，而且鋼材的內(nèi)部組織比較勻質(zhì)且各向同性，除此之外，鋼材在應(yīng)力的一定范圍內(nèi)基本是完全彈性的。所以，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況是符合工程力學(xué)計(jì)算的。鋼材在制作的過程當(dāng)中可以嚴(yán)格地控制質(zhì)量，材質(zhì)浮動(dòng)的范圍是很小的。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，節(jié)省了成本

一般情況下，鋼材的密度是大于混凝土等材料的，但是鋼結(jié)構(gòu)卻是比混凝土等材料的重量輕，這是由于鋼材的強(qiáng)度和密度的比值是比混凝土的強(qiáng)度和密度的比值大很多。在一樣的跨度之下承受一樣的荷載，鋼屋架的重量也只是混凝土屋架重量的1/3或者1/4，有的甚至已經(jīng)接近1/10，這就方便了建筑工程在施工過程當(dāng)中的吊裝。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的重量非常輕，這也對遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)提供了方便，比如說在交通不便利的山區(qū)工程。雖然鋼結(jié)構(gòu)在重量上略勝混凝土一籌，但是在耐火性以及腐蝕性上就不如混凝土等材料了，這就導(dǎo)致在防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候花銷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土結(jié)構(gòu)。在一般的廠房里，如果沒有侵蝕性的介質(zhì)，在鋼結(jié)構(gòu)上涂抹上質(zhì)量比較好的油漆就會(huì)在一定程度上避免侵蝕的問題。近年來，新研制出來的耐大氣腐蝕的新型鋼材抗銹性比較好，并且已經(jīng)進(jìn)行推廣。鋼材的強(qiáng)度比較大，長時(shí)間在100℃的熱輻射當(dāng)中，其強(qiáng)度并沒有發(fā)生太大的變化，但是當(dāng)溫度上升到150℃以上，就需要利用隔熱層進(jìn)行保護(hù)。再就是，鋼材不耐火，在建筑施工中使用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用一定的防火措施。

4 結(jié)語

總而言之，我國的城市化進(jìn)程不斷加快，使建筑規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用范圍已經(jīng)非常廣泛，并且鋼結(jié)構(gòu)在各種類型的建筑當(dāng)中都是最切合未來的國家發(fā)展目標(biāo)的，同時(shí)也符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，除此之外鋼結(jié)構(gòu)對提高城市化水平，提高建筑工程質(zhì)量以及促進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展等方面具有很重要的意義。在國家的政策支持下，鋼結(jié)構(gòu)具有非常大的市場潛能，而且鋼結(jié)構(gòu)住宅的前景也非常明亮。