淺談如何對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行有效處理

廣東杭蕭鋼構(gòu)有限公司 張專(zhuān)濤

淺談如何對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行有效處理

廣東杭蕭鋼構(gòu)有限公司 張專(zhuān)濤

本文就鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展史,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行探討,提出了加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)處理的若干建議和意見(jiàn)。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)是由型鋼和鋼板通過(guò)焊接、螺栓連接或鉚接而制成的工程結(jié)構(gòu),是主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。鋼結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)是制遣安裝快捷、建設(shè)工期有效縮短,結(jié)構(gòu)可靠、新功能擴(kuò)展方便,可重復(fù)使用等,廣泛使用與砂石骨料加工系統(tǒng)、混凝土拌及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

一、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用與建筑中的發(fā)展史

我國(guó)是最早用鐵制造承重結(jié)構(gòu)的國(guó)家,西方國(guó)家17世紀(jì)才用金屬承重結(jié)構(gòu),我國(guó)早在秦皇時(shí)期就把鐵做簡(jiǎn)單的承重結(jié)構(gòu),勤勞智慧的中國(guó)人民就用鐵鏈搭建鐵索懸橋,我國(guó)早期鐵體承重結(jié)構(gòu)的例子有聞名于世的四川瀘定大渡河鐵索橋、貴州的盤(pán)江橋及云南的元江橋。近年來(lái),我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)帶動(dòng)了建筑業(yè)的迅猛發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)工程逐漸增加,門(mén)式鋼剛架、鋼網(wǎng)架、立體鋼桁架、多層鋼框架等逐步發(fā)展為通用的結(jié)構(gòu)形式,鋼結(jié)構(gòu)房屋廣泛應(yīng)用在工業(yè)、民用建筑,如工業(yè)廠(chǎng)房、大型倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館及多、高層民用鋼框架房屋等?？萍嫉陌l(fā)展人們也在逐步探索、應(yīng)用較復(fù)雜、特別的鋼結(jié)構(gòu)體系,像索網(wǎng)、索桁、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)及高層鋼結(jié)構(gòu)。但是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中常忽視了細(xì)節(jié),未充考慮到既方便制作安裝又便于施工同時(shí)還經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,因此,細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)越發(fā)受到廣泛重視。

二、有效處理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的若干措施

(1)選擇最佳的結(jié)構(gòu)方案。選擇適用的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者須了解結(jié)構(gòu)受力體系的適用條件。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程中一陣風(fēng)、一邊倒的傾向嚴(yán)重。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)極致的表現(xiàn)了它獨(dú)有的空間作用及良好的整剛度,節(jié)省鋼材。長(zhǎng)寬比大的建筑,呈現(xiàn)單向受力,覆蓋結(jié)構(gòu)采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案,其空間整體效果不容易表現(xiàn),相比桁架方案,增加太多縱向構(gòu)造桿件,不省鋼,視覺(jué)也受影響。近年,門(mén)式剛架和鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)趨于流行,鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)的航站樓、會(huì)議中心和體育館等建筑紛紛出現(xiàn),門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)也在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用。但每種結(jié)構(gòu)體系適用與不同的范圍,設(shè)計(jì)選用時(shí)要因時(shí)因勢(shì),不能盲目。客觀、全面的經(jīng)濟(jì)比較。鋼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的另一目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會(huì)效應(yīng)。目前,我國(guó)鋼產(chǎn)量居世界前列,鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝水平迅猛發(fā)展,鋼的價(jià)格及制作成本呈下降趨勢(shì)。主體結(jié)構(gòu)用鋼量低,容易加工安裝,造價(jià)就較低。但采用輕型圍護(hù)墻板和屋面板的造價(jià)要高與傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)墻及鋼筋混凝土屋面板;另外,選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí),不可忽視鋼結(jié)構(gòu)用在防腐和防火的費(fèi)用,含使用后的維護(hù)成本,力爭(zhēng)給業(yè)主提出全面的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。選取安全合理、美觀經(jīng)濟(jì)的最佳方案需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者全面掌握各種結(jié)構(gòu)體系的受力優(yōu)勢(shì)、極佳適用條件、習(xí)慣性建筑配套做法,便于極大地滿(mǎn)足工程需要。

(2)建立完善的結(jié)構(gòu)受力體系。確定結(jié)構(gòu)方案后,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作是建立完善的結(jié)構(gòu)受力體系。鋼結(jié)構(gòu)多是桿系結(jié)構(gòu),只有完善支撐布置,節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)可靠,方可使整個(gè)結(jié)構(gòu)受力體系穩(wěn)定。主體鋼結(jié)構(gòu)傳力要可靠、明確。整體剛度好,體系穩(wěn)定就沒(méi)有大問(wèn)題。立體鋼桁架結(jié)構(gòu)易忽視體系整體穩(wěn)定的考慮,桁架本身是空間格構(gòu)式構(gòu)件,構(gòu)件相對(duì)穩(wěn)定易保證,其實(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系是鉸接排架結(jié)構(gòu),布置是單向受力?？紤]到加工、安裝方便、節(jié)省鋼材,鋼框架柱一般采用工字形截面,弱軸方向側(cè)向剛均極差,且鉸接柱弱軸方向和梁連接,增設(shè)柱間支撐才能補(bǔ)充體系抗側(cè)力構(gòu)件的不足。要有措施穩(wěn)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)結(jié)構(gòu)多是有檁體系,屋面及墻面常用金屬壓型板?，F(xiàn)行各規(guī)范與國(guó)外的觀念不同,未考慮蒙皮效應(yīng),設(shè)計(jì)中不允許取消柱間支撐等主體結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件,還要布置對(duì)應(yīng)的屋面、剛性系桿、墻面交叉支撐、檁條拉條等,要特別重視穩(wěn)定檐口、通長(zhǎng)側(cè)窗、女兒墻、鋼大門(mén)。滿(mǎn)足抗震要求。地震區(qū)設(shè)計(jì)要符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,滿(mǎn)足抗震規(guī)范要求。要考慮抗震變形能力、耗能能力及加強(qiáng)薄弱區(qū);節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞后于與其連接的構(gòu)件:體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)置防震縫。利用必要的計(jì)算分析,加強(qiáng)薄弱區(qū)域.保證結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)安全、可靠。

(3)選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鋼構(gòu)件的變形限制值及本身穩(wěn)定也要充分考慮。鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度高,塑性、韌性好,構(gòu)件截面肢寬壁薄,屬長(zhǎng)細(xì)構(gòu)件。設(shè)計(jì)中,要認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)截面尺寸是由變形、穩(wěn)定或疲勞應(yīng)力控制的,材料的計(jì)算強(qiáng)度控制不了鋼結(jié)構(gòu)界面尺寸。構(gòu)件整體及膈部穩(wěn)定。抵抗彎曲屈鹽、彎扭屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲的能力都屬于構(gòu)件整體穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中構(gòu)件受力平面外的穩(wěn)定更要受重視。選用焊接組合構(gòu)件時(shí),要注意自行校算截面的局部穩(wěn)定。構(gòu)件變截設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可加工性良好,設(shè)計(jì)時(shí)為節(jié)省鋼材可按受力狀況選取變截面桿件。實(shí)際工程中要統(tǒng)籌兼顧、綜合考慮變截設(shè)計(jì)給制作、運(yùn)輸帶來(lái)的不便。

(4)合理利用鋼材。設(shè)計(jì)中選用鋼材不合理的問(wèn)題普遍存在,因此要了解與掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的有關(guān)要求,按規(guī)范鋼號(hào)選取鋼材;了解鋼材標(biāo)號(hào)和材性;經(jīng)濟(jì)高效截面的型材優(yōu)先選用。

(5)重視節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。鋼結(jié)構(gòu)體系和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)關(guān)系密切。設(shè)計(jì)上不重視構(gòu)造問(wèn)題,節(jié)點(diǎn)連接方式和設(shè)計(jì)計(jì)算假定不符合很容易發(fā)生。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的設(shè)計(jì)是整體方案設(shè)計(jì)中的重要部分,簡(jiǎn)單考慮鋼架結(jié)構(gòu)節(jié)省用鋼量,把柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為剛接很有效,但也會(huì)加大柱腳下獨(dú)立柱基截面尺寸,不是最經(jīng)濟(jì)的。構(gòu)造設(shè)計(jì)中可操作性也要重視。鋼結(jié)構(gòu)可加工性強(qiáng),易滿(mǎn)足千變?nèi)f化的建筑造型要求,但任何結(jié)構(gòu)都自身的規(guī)律性不可完全隨意。栓、焊連接、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造要求及施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都要遵循國(guó)家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)注和重視防腐、防火。建材的研制發(fā)展較快,鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要關(guān)注的主要內(nèi)容之一。

三、結(jié)語(yǔ)

建筑鋼結(jié)構(gòu)正蓬勃發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)加工能力及水平不斷提高,結(jié)構(gòu)計(jì)算理論及程序逐步完善。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要關(guān)注行業(yè)新動(dòng)向,學(xué)習(xí)新理念、新方法;熟練掌握施工經(jīng)驗(yàn)技術(shù),提高設(shè)計(jì)工作水平及效率,達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量好、外觀新,施工方便,業(yè)主滿(mǎn)意的最終目的。

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