鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題分析

張?jiān)泼?/p>

（中國(guó)中材國(guó)際工程有限責(zé)任公司（南京），江蘇 南京 211100）

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及特性

與鋼混結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有以下的優(yōu)點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)自重輕，自身荷載小，大大降低了地基處理的費(fèi)用以及工作量；鋼結(jié)構(gòu)能夠工作預(yù)制，縮短了施工周期，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工工作量；鋼結(jié)構(gòu)有很好的抗震效果；鋼結(jié)構(gòu)自身有很好強(qiáng)度，能夠更加靈活的布置空間。

鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)是建筑形象的重要構(gòu)成因素，一般結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)、形體、構(gòu)件都對(duì)建筑形象有著很大的影響。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能只有做到統(tǒng)一，才可能滿足建筑的功能化并為以后的建筑設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，只有將建筑與結(jié)構(gòu)的功能和設(shè)計(jì)做到一體化，才能設(shè)計(jì)出藝術(shù)與技術(shù)相統(tǒng)一的鋼結(jié)構(gòu)建筑。目前，中國(guó)是世界上最大的鋼混結(jié)構(gòu)與磚砌體的建筑國(guó)家，因此對(duì)于我國(guó)能源以及資源人均水平都很匱乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)，使用鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)應(yīng)用有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。鋼材不僅高效高強(qiáng)，而且具有很好的循環(huán)利用價(jià)值，鋼材的角料都有用。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選型及布置問(wèn)題

通常情況下鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)形式有平面析架、網(wǎng)架、框架、輕鋼、塔桅、索膜等。我國(guó)大多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)在都是比較成熟的，但也有很多的問(wèn)題有待解決，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定問(wèn)題，一套簡(jiǎn)單實(shí)用設(shè)計(jì)理念。在鋼結(jié)構(gòu)的高層中多數(shù)是鋼-混凝土組合形式，我國(guó)在很多地區(qū)為了經(jīng)濟(jì)因素的考慮，鋼結(jié)構(gòu)高層都是選擇核心筒加外框的結(jié)構(gòu)形式，這在地震強(qiáng)度高或不規(guī)則高層中是不合理的，應(yīng)當(dāng)選擇核心為支撐框架，周邊為巨型SRC柱的結(jié)構(gòu)形式。

鋼結(jié)構(gòu)在布置時(shí)要綜合考慮荷載的分布狀況、性質(zhì)或體系特征，一般要求做到剛度均勻，有比較清楚的力學(xué)模型，盡可能縮小移動(dòng)荷載或大荷載的影響范圍，使荷載能夠以最直接簡(jiǎn)單的線路傳遞到基礎(chǔ)上。柱子的抗側(cè)支撐也應(yīng)該均勻分布，結(jié)構(gòu)的形心應(yīng)當(dāng)與側(cè)風(fēng)向作用線比較相近，否則要加上結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響。在考慮結(jié)構(gòu)的抗側(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)置多道防線，支撐框架結(jié)構(gòu)的柱子應(yīng)當(dāng)至少分擔(dān)1/4的總體水平力。在框架上布置次梁時(shí)可以調(diào)整荷載傳遞方向來(lái)滿足不同要求。在設(shè)計(jì)中有時(shí)候?yàn)榱藴p少截面的尺寸設(shè)計(jì)者會(huì)沿短邊布置次梁，這樣做就會(huì)導(dǎo)致主梁截面變大，樓層高度減少，頂邊邊柱也要承受很大的荷載，這時(shí)設(shè)計(jì)者可以選擇把次梁放置在比較短的主梁上，就能保住柱子和主梁。

3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題

3.1 合理選用鋼材的材質(zhì)

在剛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，相應(yīng)的文件中都要標(biāo)注所用的材料以及焊接材料的質(zhì)量等級(jí)。規(guī)范要求鋼結(jié)構(gòu)房屋的鋼材都應(yīng)該有合格的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、冷彎性能、伸長(zhǎng)量以及硫含量的合格的保證。對(duì)于地震區(qū)還應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)鋼材的屈強(qiáng)比≥1.2%，伸長(zhǎng)率＞20%，鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階，除此之外還有很好的沖擊韌性及可焊性，主要是要求結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)有足夠的塑性變形能力和必需的安全儲(chǔ)備，都應(yīng)該在文件中標(biāo)注。筆者認(rèn)為一般的鋼結(jié)構(gòu)使用Q235B或Q345B及以上的碳素鋼就能滿足要求，不宜選用C級(jí)鋼或Z級(jí)以上的鋼材，這樣會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

3.2 房屋溫度區(qū)段應(yīng)按照相應(yīng)的規(guī)范設(shè)有獨(dú)立空間穩(wěn)定支撐體系

筆者在多年的工作中總結(jié)對(duì)于門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)有以下幾種支撐體系設(shè)置不合適的問(wèn)題：屋面的橫向水平支撐于柱間的支撐布置不同的跨區(qū)內(nèi)，這樣就形成不了獨(dú)立支撐體系，不但不利于抗震，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工也造成很大的麻煩；屋面橫向水平支撐設(shè)置在了第2個(gè)開(kāi)間，然而末端跨相應(yīng)位置沒(méi)有設(shè)置剛性縱向細(xì)桿，導(dǎo)致山墻的水平荷載如風(fēng)荷載無(wú)法傳遞；屋面橫向水平支撐的直腹桿（如柱頂或屋脊）沒(méi)有按照相應(yīng)的剛性細(xì)桿來(lái)考慮，當(dāng)采取檁條兼做的方式時(shí)，又沒(méi)有驗(yàn)算檁條的承載力及剛度。除了屋脊布置的雙檁，以及根據(jù)檁條的跨度在相互之間連接的不少于兩點(diǎn)的剛性連接件能有剛性系桿的作用外，其他的地方包括柱頂沒(méi)有經(jīng)過(guò)加強(qiáng)的檁條都起不到剛性細(xì)桿的作用，這是由于通常采用的C冷彎薄壁型的鋼檁條的側(cè)向剛度都不是很好。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)

我國(guó)這些年在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但是仍然有許多的問(wèn)題有待改善，筆者總結(jié)有以下的幾點(diǎn)：現(xiàn)在的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼模型中，梁、柱的單元已成為主流的研究工具。但是許多專(zhuān)家對(duì)此還是存在懷疑的態(tài)度，因?yàn)闆](méi)法確認(rèn)單元能否真實(shí)反映網(wǎng)殼的受力狀態(tài)，目前最大的問(wèn)題就是不知道如何反映彎矩和軸力的耦合效應(yīng)；目前建筑界還沒(méi)有一個(gè)很完善的理論能夠分析預(yù)張拉體系，這方面的理論一直欠缺；大跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何分析局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定之間的關(guān)系也是一大難題，盡管現(xiàn)在建筑界已經(jīng)在大跨結(jié)構(gòu)去了一個(gè)相對(duì)保守的穩(wěn)定系數(shù)，但不能真實(shí)反映局部與整體之間的關(guān)系；鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究有很多不確定的因素，現(xiàn)在的學(xué)術(shù)界隨機(jī)影響分析基本局限在隨機(jī)荷載以及結(jié)構(gòu)參數(shù)這個(gè)小范圍內(nèi)，實(shí)際上，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)參數(shù)隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)響應(yīng)也會(huì)有很大的變化，因此應(yīng)著眼隨機(jī)參數(shù)的干擾性屈曲、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、跳躍型失穩(wěn)等研究。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)有很大的發(fā)展空間，本文只是部分?jǐn)⑹隽四壳皣?guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的誤區(qū)以及難題進(jìn)行了探討，因此筆者認(rèn)為目前我國(guó)應(yīng)該大力提高及加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，并將理論應(yīng)用到實(shí)際中去，盡可能關(guān)注行業(yè)新動(dòng)向、新的設(shè)計(jì)理念及方法，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

[1]石瑋.鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（15）.

[2]張林，吳繼勇.鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].華章，2012（22）.