鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的心得及感悟

劉冠

摘 要：隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)房屋越來(lái)越多，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑中，如工業(yè)廠房、大型倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館及多、高層民用鋼框架房屋等。筆者通過(guò)近年來(lái)的設(shè)計(jì)心得，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和討論，供鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同行參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0.引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)房屋越來(lái)越多，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑中，如工業(yè)廠房、大型倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館及多、高層民用鋼框架房屋等。筆者通過(guò)總結(jié)多年的設(shè)計(jì)心得，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和討論，供設(shè)計(jì)同行參考。

1.設(shè)計(jì)時(shí)鋼材、焊縫質(zhì)量等級(jí)的正確選用

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)當(dāng)注明所用鋼材的質(zhì)量等級(jí)（包括相適應(yīng)的焊接材料型號(hào)），并對(duì)焊縫質(zhì)量提出質(zhì)量等級(jí)要求。鋼結(jié)構(gòu)房屋所使用的鋼材應(yīng)當(dāng)具有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎試驗(yàn)和硫、磷含量的合格保證；對(duì)于焊接鋼結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)具有含碳量的合格保證。在地震區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)所使用的鋼材，除了具有上述合格保證外，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5001l-2001）還要求它們具有沖擊韌性的合格保證。為保證結(jié)構(gòu)有必要的安全儲(chǔ)備和足夠的塑性變形能力，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5001l-2001）還對(duì)鋼材的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值、伸長(zhǎng)率的限值和良好的可焊性等物理力學(xué)指標(biāo)做出了明確的規(guī)定，并要求寫(xiě)入設(shè)計(jì)文件中。通常，鋼結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件宜采用Q235B 及以上等級(jí)的碳素結(jié)構(gòu)鋼和Q345B 及以上等級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。不建議使用質(zhì)量等級(jí)為A 級(jí)的鋼材，原因是這種類(lèi)型的鋼材不保證沖擊韌性和延性性能，Q235A級(jí)鋼材還不保證焊接要求的含碳量限值。在鋼結(jié)構(gòu)中，焊接連接已成為鋼結(jié)構(gòu)連接的最基本方法，焊縫質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)安全，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性和受力性能及焊縫的受力情況，確定焊縫的質(zhì)量等級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，板材的對(duì)接焊縫，承受動(dòng)力荷載構(gòu)件（如吊車(chē)梁）的較重要的焊縫，需作疲勞驗(yàn)算的焊縫，以及須與鋼材等強(qiáng)的受拉、受彎對(duì)接焊縫（如框架梁、柱及其連接節(jié)點(diǎn)的對(duì)接焊縫，工字形截面與其端板的對(duì)接焊縫），其焊縫應(yīng)采用坡口全熔透對(duì)接焊縫，其焊縫質(zhì)量等級(jí)不得低于二級(jí)。其他部位的焊縫，一般均可采用角焊縫。角焊縫由于應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，內(nèi)部探傷亦很困難.其焊縫質(zhì)量等級(jí)一般只能是三級(jí)，其中某些重要角焊縫可允許要求其外觀缺陷符合二級(jí)的要求。

2.門(mén)式鋼架房屋的溫度區(qū)段內(nèi)應(yīng)按規(guī)范設(shè)置獨(dú)立的空間穩(wěn)定支撐體系

（1）應(yīng)將屋面橫向水平支撐和柱間支撐布置在同一跨間內(nèi)，形成獨(dú)立的空間支撐體系，既利于抗震，又給施工安裝帶來(lái)方便。

（2）將屋面橫向水平支撐設(shè)在端部第二個(gè)開(kāi)間的同時(shí)，應(yīng)在端跨相應(yīng)位置設(shè)置剛性縱向系桿，使山墻的風(fēng)荷載等水平力能可靠傳遞。

（3）屋面支撐的布置應(yīng)與山墻抗風(fēng)柱的位置相協(xié)調(diào)，使抗風(fēng)柱的柱頂反力能直接傳到屋面橫向支撐的節(jié)點(diǎn)上，使山墻處屋面系統(tǒng)受力簡(jiǎn)單化，從而保證結(jié)構(gòu)的安全。

（4）屋面橫向水平支撐的直腹桿（包括屋脊處和柱頂處）應(yīng)按剛性系桿考慮。采用檁條兼做時(shí)，應(yīng)對(duì)檁條的剛度和承載力進(jìn)行驗(yàn)算。否則，檁條很難起到剛性系桿作用，因?yàn)槌Ｓ玫腪 形或C 形冷彎薄擘型鋼檁條側(cè)向剛度很差，直接影響到房屋的縱向受力和傳力性能。當(dāng)檁條無(wú)法起到剛性直腹桿的作用時(shí)，通常應(yīng)在屋脊處、柱頂處以及屋面設(shè)置橫向水平支撐直腹桿，在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H 型鋼或其它截面形式的剛性桿件，以保證房屋縱向結(jié)構(gòu)安全可靠地工作。在剛架轉(zhuǎn)角處（邊柱柱頂和屋脊，以及多跨房屋相應(yīng)位置的中間柱柱頂）的剛性系桿應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置。

（5）屋面支撐和柱間支撐當(dāng)采用柔性圓鋼拉條時(shí)，宜設(shè)張緊裝置（如花蘭螺栓），當(dāng)荷載較大時(shí)，柔性圓鋼拉條宜改為型鋼。

3.實(shí)腹式門(mén)式剛架應(yīng)按規(guī)范設(shè)置隅撐

在檁條或墻梁與剛架的連接處，在斜梁下翼緣的受壓區(qū)或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣的受壓區(qū)，至少每隔一根檁條或墻梁應(yīng)設(shè)置按受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)的隅撐，將檁條或墻梁與翼緣受壓區(qū)直接連接起來(lái)。采用雙層屋面板時(shí)亦應(yīng)設(shè)置隅撐。值得設(shè)計(jì)人員注意的是，隅撐雖小，但作用很大，它是用來(lái)保證斜梁下翼緣或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓穩(wěn)定的重要措施。如果工程未按規(guī)范要求設(shè)置隅撐，或者設(shè)置得很少，或者設(shè)置得不當(dāng).這都將影響剛架的整體穩(wěn)定性，危及結(jié)構(gòu)的安全。

4.壓型鋼板輕型屋面拉條的合理設(shè)置

對(duì)于有檁體系的壓型鋼板輕型屋面，為了減少檁條在使用階段和施工過(guò)程中的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，通常在檁條間要設(shè)置拉條和撐桿作為檁條的側(cè)向支點(diǎn)，以保證檁條的側(cè)向穩(wěn)定。拉條按拉桿設(shè)計(jì)，撐桿按壓桿設(shè)計(jì)。拉條和撐桿不大，但作用不小，設(shè)計(jì)人員必須十分重視。

5.樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）鋼結(jié)構(gòu)房屋和混凝土結(jié)構(gòu)房屋由于材料性質(zhì)不同。溫度伸縮縫區(qū)段長(zhǎng)度差別很大。例如現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋。溫度伸縮縫區(qū)段長(zhǎng)度最大為55m，鋼框架結(jié)構(gòu)房屋。溫度伸縮縫區(qū)段長(zhǎng)度約為120mm。為了防止或減輕混凝土樓板開(kāi)裂.鋼框架結(jié)構(gòu)房屋采用現(xiàn)澆混凝土樓板時(shí)，原則上仍應(yīng)按混凝土結(jié)構(gòu)的要求留設(shè)溫度伸縮縫。只有當(dāng)采用設(shè)置施工后澆帶和其它減小混凝土溫度變化或收縮的可靠措施時(shí)，才可以適當(dāng)增大溫度伸縮縫區(qū)段長(zhǎng)度。

（2）壓型鋼板組合混凝土樓板，除了按計(jì)算（并滿足構(gòu)造要求）在鋼梁上焊接栓釘外，為了保證混凝土和壓型鋼板共同工作，它們之間應(yīng)有連接措施。其連接措施可以依靠壓型鋼板的縱向波槽或依靠壓型鋼板上的壓痕、開(kāi)的小洞或沖成的不閉合孔眼，也可以依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋。由于產(chǎn)品規(guī)格的限制，目前國(guó)內(nèi)帶縱向波槽的壓型鋼板和帶壓痕或開(kāi)小洞的壓型鋼板不多。所以，當(dāng)無(wú)法采用上述這兩種板型時(shí)，要實(shí)現(xiàn)壓型鋼板和混凝土的連接，可在壓型鋼板上焊接橫向鋼筋。

結(jié)語(yǔ)：

以上就是筆者從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些心得及感悟，把它講出來(lái)希望與同行們相互交流共同進(jìn)步。