鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題分析

張曉鋒

摘要：伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國在建筑領(lǐng)域取得了不小的成就。同時，現(xiàn)代技術(shù)更新?lián)Q代速度極快，我國的鋼材需求量明顯增加，人們對鋼材質(zhì)量的關(guān)注度也越來越高。這就要求我們必須完善鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，盡可能減少設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題，增強日后使用時的安全性。本文主要闡釋了鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，探析鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題，并提出有效的解決方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計;常見問題

使用鋼材作為建筑材料，還可以滿足在建筑上大開間、以及靈活分間的建筑需求。而且鋼材與其它建筑材料相比強度要高，所以承受相同的荷載時，鋼結(jié)構(gòu)要比其它結(jié)構(gòu)輕，便于運輸和安裝且節(jié)約建筑材料。

一、鋼結(jié)構(gòu)房屋發(fā)展的優(yōu)勢

鋼材塑性好，使鋼結(jié)構(gòu)一般不會因為偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)對動力荷載的適應(yīng)性較強。鋼材的這些性能對鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠提供了充分的保證。

二、鋼結(jié)構(gòu)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題分析

2.1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性缺陷問題主要分為兩大類，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)力的存在會導(dǎo)致部分構(gòu)件截面直接進入屈服，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)設(shè)計防火問題

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，但是鋼材在溫度達到一定數(shù)值時，便會發(fā)生斷裂，將會影響到整個建筑結(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。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于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性進行加強。

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計使根據(jù)火災(zāi)性能確定耐火等級，同時根據(jù)耐火等級確定鋼結(jié)構(gòu)材料的耐火極限和燃燒性能，最終根據(jù)耐火試驗確定參數(shù)，選擇鋼結(jié)構(gòu)的防護材料和構(gòu)造方法。目前根據(jù)最新的設(shè)計理念設(shè)計階段可以采用TS-TC耐火設(shè)計方法按照耐火等級確定耐火極限t，求出構(gòu)建臨界溫度Ts后，以t、Ts為控制條件求出構(gòu)件保護層厚度，進行耐火涂料厚度設(shè)計。

2.3鋼結(jié)構(gòu)的防護性問題

金屬的腐蝕是材料防護的關(guān)鍵所在，實際使用過程中，工程師在注重建筑材料的結(jié)構(gòu)的時候，并不能考慮到建材在使用中的防腐蝕情況，在風(fēng)力、雨水的外部因素的侵蝕之下，就會影響鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，從而影響到建筑物的使用壽命。有些鋼結(jié)構(gòu)要埋入土中，對于這些鋼材料不進行合格的防侵蝕包裝，就會對鋼結(jié)構(gòu)的各種性能造成嚴(yán)重的影響。

三、鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體措施

3.1設(shè)計階段對整體結(jié)構(gòu)作彈塑性二階分析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力本身屬于一種非線性問題，設(shè)計階段需要進行彈塑性二階分析，通常是采用數(shù)值方法進行求解，常用的有數(shù)值積分法、有限單元法等進行求解，本文主要介紹假想荷載法。

假想荷載法是利用較多的穩(wěn)定性計算方法，簡單來說就是根據(jù)構(gòu)建理論初始的傾斜率作用轉(zhuǎn)化為等效水平力對初始無傾斜初始框架的作用，得出的力即為假想水平力。同時假想水平力必須要通過精確的二階彈塑性分析結(jié)果校準(zhǔn)確定，目前假想水平力法已經(jīng)通過了一系列的基準(zhǔn)校核。基本可以運用于設(shè)計階段的精確分析。通過放大系數(shù)的二階彈塑性分析可以簡化為由一階分析結(jié)果得到近似解，利用鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力用于校核平面的穩(wěn)定性方程式，得到相關(guān)的承載力參數(shù)校核，現(xiàn)階段可以在設(shè)計階段用于初步的校核適用。

3.2加強鋼結(jié)構(gòu)的防護性設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)的防護性設(shè)計主要根據(jù)腐蝕的原理進行防腐設(shè)計，剛結(jié)構(gòu)的防腐蝕處理可以有以下兩個方面進行設(shè)計：一是設(shè)計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鋼結(jié)構(gòu)的防護性能;二是在設(shè)計階段明確鋼結(jié)構(gòu)表面要進行熱鍍鋅、熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層進行表面處理。同時在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以增加缺陷責(zé)任期處理設(shè)計，要求在鋼結(jié)構(gòu)采用涂層法進行維護處理。對于明顯環(huán)境惡劣暴露部位的鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計階段可以進行極陰設(shè)計，使鋼結(jié)構(gòu)能夠得到保護。這樣可以在設(shè)計階段就能夠加強鋼結(jié)構(gòu)的防護性能。

3.3選擇合理的結(jié)構(gòu)模型

對鋼結(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)。綱結(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。在實際的使用過程中，要根據(jù)建筑物的實際需求，來選用不同的模型，進行科學(xué)的設(shè)計。將鋼結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮到最大。

3.4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)達到一定高溫時，鋼材會發(fā)生斷裂。因此可以使用降溫輔助設(shè)備來保證鋼材的穩(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)材料周圍溫度達到一定程度時，就會觸發(fā)溫控裝置來讓噴水裝置噴水，來降低鋼結(jié)構(gòu)周圍的溫度，以此來保證鋼結(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。

3.5注重計算分析

在對建筑結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)計算時候，要重視各個結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性，并且將地震效應(yīng)因素計算其中，結(jié)合具體的地形，對數(shù)據(jù)進行精密的計算，來減少模型與實際的誤差。

四、結(jié)束語

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對鋼結(jié)構(gòu)各種性能的考慮要詳盡，對其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行合理具體的分析，在關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的同時，找出因其耐熱能力不強等引起的問題，并提出具體的解決措施，使鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更為廣泛，讓建筑業(yè)的發(fā)展更為節(jié)能化、科學(xué)化、美觀化。

參考文獻

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