對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題與改進(jìn)措施的探討

姜銘

摘要：隨著我國鋼產(chǎn)量的猛增，帶動(dòng)了我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。筆者就當(dāng)前我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的主要問題進(jìn)行探討，而后提出了相應(yīng)的對策，旨在不斷提高建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

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

近年來，隨著建筑工程的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)在我國得到快速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的起步晚、水平低，相對于發(fā)達(dá)國家而言，還有相當(dāng)?shù)木嚯x。筆者結(jié)合當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)存在的問題，著重探討了建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施。

1.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

1.1注重經(jīng)濟(jì)性，盡量節(jié)約成本

設(shè)計(jì)的根本目的是便于施工和使用，故此，在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮到建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)性和安全性。一是必須要確保建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足技術(shù)和質(zhì)量的要求。故此，必須將確保建筑鋼結(jié)構(gòu)可靠性和牢固性作為前提。二是著重考慮鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，確保鋼結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)，選擇最佳的鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方案。必須要考慮到設(shè)計(jì)方案中鋼結(jié)構(gòu)所需要耗費(fèi)的鋼量，還要對施工工期長短、人工費(fèi)用多少等進(jìn)行全面綜合地考慮，從總造價(jià)上進(jìn)行考慮。此外，還需要充分考慮建筑材料的供應(yīng)和補(bǔ)給，還需要對制造剛才和安裝水平進(jìn)行分析和考慮，加強(qiáng)與業(yè)主的交流。

1.2剛?cè)岵?jì)，充分考慮其剛?cè)岫?/p>

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要注意到鋼結(jié)構(gòu)的剛度，而且要考慮到鋼結(jié)構(gòu)體系的柔韌度，必須是剛?cè)徇m度，才能夠確保鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的抗變形能力和抗擠壓、拉扯能力。如果鋼結(jié)構(gòu)的抗變形能力不強(qiáng)，就會(huì)在強(qiáng)大破壞力作用下而局部受損。如果過柔的話，雖然具有消弱外力的作用，但同時(shí)也很容易因?yàn)閯傂圆粔蚨霈F(xiàn)太大的變形，從而避免建筑結(jié)構(gòu)的坍塌。當(dāng)然，剛?cè)岫纫恢笔菭幷摰慕裹c(diǎn)，現(xiàn)在的規(guī)范也只是給出了控制指標(biāo)的規(guī)范限值，而缺乏精確的標(biāo)準(zhǔn)。故此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)具體情況及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來確定最佳的設(shè)計(jì)方案[1]。

2.當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的主要問題

2.1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏足夠深度

一是有的設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)缺乏科學(xué)性和合理性，往往采用比較保守的方式，導(dǎo)致耗鋼量使用過大，這樣就會(huì)使造價(jià)過高。二是設(shè)計(jì)存在諸多缺陷。如節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)造、制造等都存在較大的設(shè)計(jì)缺陷，從而給施工造成了諸多不便，這些都是需要解決的重要問題。三是有的設(shè)計(jì)人員對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較大盲目性，為了確保其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和安全等級，就盲目的增加建筑鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，從而導(dǎo)致投資資金過大，特別是導(dǎo)致設(shè)計(jì)費(fèi)用的急劇增加。這種不負(fù)責(zé)任的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)與當(dāng)前的市場經(jīng)濟(jì)體制不相適應(yīng)。

2.2建筑鋼結(jié)構(gòu)的防火性、防腐蝕性不強(qiáng)

一是缺乏較強(qiáng)的耐火性。從鋼材來看，缺乏足夠的耐火性，當(dāng)溫度超過400℃時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度就只能是室溫下強(qiáng)度的1/2。當(dāng)溫度大于600℃時(shí)，鋼材的剛度、強(qiáng)度就會(huì)完全喪失。故此，火災(zāi)是危險(xiǎn)鋼結(jié)構(gòu)建筑物的最大克星。如果鋼結(jié)構(gòu)建筑物的防火措施不到位，一旦遭遇火災(zāi)，就會(huì)被嚴(yán)重破壞。因此，從設(shè)計(jì)規(guī)定來看，當(dāng)鋼材表問高于150℃時(shí)，就需要進(jìn)行隔熱防護(hù)，特別是一些對防火具有特殊要求的建筑，更需要采用特殊的材料和措施進(jìn)行隔熱防護(hù)。二是鋼材缺乏較強(qiáng)的耐腐蝕性。因此，如果其環(huán)境中有較強(qiáng)的腐蝕性介質(zhì)，是不能夠采用鋼結(jié)構(gòu)的。如果鋼結(jié)構(gòu)建筑長期受到風(fēng)霜雨雪的侵蝕，也非常容易出現(xiàn)腐蝕生銹的問題，這樣不僅影響鋼材料的承載能力，而且會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)建筑的美觀。從當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)來看，確保其不受腐蝕。故此，為了盡可能地做好鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐措施，當(dāng)前國內(nèi)最常用的方式就是在鋼結(jié)構(gòu)外增加防護(hù)層。從防護(hù)層的種類來看，主要有金屬類防護(hù)層、化學(xué)防護(hù)層及非金屬防護(hù)層。在涂裝防護(hù)層之前，必須做好徹底除銹工作，且要確保防銹及涂層與相關(guān)要求相符合。

2.3建筑鋼結(jié)構(gòu)的物理性能問題

眾所周知，鋼材的導(dǎo)熱性較強(qiáng)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果對建筑物外面防護(hù)結(jié)構(gòu)對熱量吸收能力考慮不周全，或是對室內(nèi)鋼材墻面的設(shè)計(jì)不到位，就會(huì)影響熱量的傳遞效果，從而影響鋼結(jié)構(gòu)建筑物的保溫性能。此外，鋼板具有反射聲音的作用。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)音樂廳設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到材料的強(qiáng)度，還要考慮諸多方面。如果對建筑鋼材結(jié)構(gòu)的吸聲能力、吸濕能力等因素考慮不周，就會(huì)影響音樂庁的音質(zhì)效果和噪聲控制[2]。

3建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施

3.1在結(jié)構(gòu)形式與布置方面的改進(jìn)

鋼結(jié)構(gòu)有多種形式，如框架、網(wǎng)架、平面桁架、索膜、等結(jié)構(gòu)形式，這些不同的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)也不相同，故此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行科學(xué)合理的選型，譬如，在建設(shè)輕鋼廠房時(shí)，因?yàn)樾枰罅康膽覓旌奢d和移動(dòng)荷載，故此，就應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)盡量地選用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而不能夠選擇門式鋼架。在布置鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要考慮到所選結(jié)構(gòu)模式的特征、性質(zhì)、荷載分布等情況。一般應(yīng)該按照剛度均勻的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，對打荷載、動(dòng)載進(jìn)行最有效地控制，使鋼結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到最佳的傳力效果。

3.2通過利用鋼材截面改進(jìn)設(shè)計(jì)

當(dāng)初步確定鋼結(jié)構(gòu)的位置和形式后，就應(yīng)該估算構(gòu)件結(jié)構(gòu)的截面。做好梁柱截面、斷面的假定。從支座以及荷載來看，一般應(yīng)該確保鋼梁截面高度相當(dāng)于跨度的1/50—1/20之間。在確定截面時(shí)，為了確保其計(jì)算的準(zhǔn)確性，應(yīng)該盡可能根據(jù)梁間側(cè)向支柱之間的距離來確定。通過長細(xì)比值，來預(yù)估柱截面，其λ值在50-150之間。故此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選擇合適的構(gòu)建截面。根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的構(gòu)件截面[3]。

3.3從結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行改進(jìn)

為了確保結(jié)構(gòu)具有足夠的穩(wěn)定性，故此在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分格外注意。從鋼結(jié)構(gòu)建筑來看，梁是主要構(gòu)件。在設(shè)計(jì)梁時(shí)，必須要對梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)收。在對鋼結(jié)構(gòu)建筑的柱子進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要選擇好材料，這樣才能夠確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。從材料來看，主要有Q235和Q345這兩種材料。如果從工程管理的角度進(jìn)行分析，在主結(jié)構(gòu)上主要采用單一的鋼種。如果從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在截面結(jié)合方面，都充分考慮到強(qiáng)度不同的鋼材。譬如，如果在進(jìn)行趨向于穩(wěn)定控制時(shí)，應(yīng)該選擇Q235；如果趨向于強(qiáng)度控制時(shí)，則要選擇Q345。當(dāng)前，隨著程序技術(shù)的發(fā)展，可以充分利用結(jié)構(gòu)軟件，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過優(yōu)化后，我們需要對截面進(jìn)行調(diào)整，還需要考慮到計(jì)算長度的參數(shù)定義，充分利用模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.4從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，必須對節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分地考慮。如果分析不到位，就容易導(dǎo)致模型中的節(jié)點(diǎn)與設(shè)計(jì)中的節(jié)點(diǎn)不完全符合。值得注意的是，不同的結(jié)構(gòu)，其傳力特點(diǎn)也不同。一般可以將節(jié)點(diǎn)分為剛接、半剛接和鉸接。在選用節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，必須準(zhǔn)確地判斷節(jié)點(diǎn)的連接方式，以確保設(shè)計(jì)的合理性與安全性。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)對施工人員、施工現(xiàn)場環(huán)境、吊裝安裝等所需要的條件進(jìn)行充分考慮，這樣才能確保建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性[4]。

4.結(jié)語

綜上所述，與一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比較而言，鋼結(jié)構(gòu)具施工方便、強(qiáng)度高、勻質(zhì)和可回收率高等優(yōu)點(diǎn)。展望未來的建筑發(fā)展趨勢，建筑鋼結(jié)構(gòu)具有十分廣闊的市場前景。故此，作為設(shè)計(jì)人員，我們應(yīng)該根據(jù)建筑發(fā)展的需要，不斷引進(jìn)新技術(shù)，采用新方法，不斷探索研究，改進(jìn)設(shè)計(jì)方式，提高設(shè)計(jì)水平，以便設(shè)計(jì)出更加符合人們需要的優(yōu)質(zhì)、舒適的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王微.淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問題[J].黑龍江科技信息，2013，21：256.

[4]李有力，張利為.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題與對策[J].中華民居，2012，03：251.