鋼結(jié)構(gòu)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題分析

文/張志宏 奎屯農(nóng)七師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）新疆奎屯 833200

隨著近些年我國(guó)建筑事業(yè)的高速發(fā)展，不僅建筑規(guī)模、建筑數(shù)量得到大幅度提升，建筑類型也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑以其穩(wěn)定性強(qiáng)、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益高、可操作性強(qiáng)等特征得到廣泛運(yùn)用。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增多，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題愈發(fā)明顯，急需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其相關(guān)問題的研究，進(jìn)行處理，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性，確保鋼結(jié)構(gòu)建筑優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮。

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

在整個(gè)工程中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠直接的影響工程整體質(zhì)量，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，作為專業(yè)的設(shè)計(jì)師需要做的就是能夠熟練掌握相關(guān)幾何的應(yīng)用以及要素，同時(shí)還要注重在此設(shè)計(jì)過程里，掌握相應(yīng)的技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)來說具有一定的難度，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要嚴(yán)格的遵從相關(guān)圖紙的要求，同時(shí)將相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖作為參考，而且還要有效的結(jié)合施工實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)思，在最大的限度上有效的提升整體鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的總體性能。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程里，具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，作為設(shè)計(jì)人員需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)因素進(jìn)行準(zhǔn)確的了解，并且高度重視每個(gè)環(huán)節(jié)中有關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合格導(dǎo)致不良后果的發(fā)生，給建筑工程造成一定的危險(xiǎn)性，影響整個(gè)工程的進(jìn)展。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的常見問題

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(huì)導(dǎo)致部分構(gòu)件截面直接進(jìn)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(jì)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(dá)到一定數(shù)值時(shí)，便會(huì)發(fā)生斷裂，將會(huì)影響到整個(gè)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(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性進(jìn)行加強(qiáng)。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)使根據(jù)火災(zāi)性能確定耐火等級(jí)，同時(shí)根據(jù)耐火等級(jí)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(yàn)確定參數(shù)，選擇鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)材料和構(gòu)造方法。目前根據(jù)最新的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)階段可以采用TS-TC 耐火設(shè)計(jì)方法按照耐火等級(jí)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(hù)層厚度，進(jìn)行耐火涂料厚度設(shè)計(jì)。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性問題

金屬的腐蝕是材料防護(hù)的關(guān)鍵所在，實(shí)際使用過程中，工程師在注重建筑材料的結(jié)構(gòu)的時(shí)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(huì)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(duì)于這些鋼材料不進(jìn)行合格的防侵蝕包裝，就會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各種性能造成嚴(yán)重的影響。

3、鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體措施

3.1 綜合實(shí)際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)有很多形式復(fù)雜、層數(shù)多、高度高、跨度大的建筑物，受溫度作用較高、受風(fēng)、震作用較大的情況。針對(duì)這類建筑進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員不能照搬照抄國(guó)外設(shè)計(jì)方案，要切實(shí)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合建筑物的實(shí)際狀態(tài)，并綜合考慮建筑的安全性和整個(gè)施工過程的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)在穩(wěn)固性和經(jīng)濟(jì)性上雖然優(yōu)于其他建筑結(jié)構(gòu)，但是鋼結(jié)構(gòu)如果長(zhǎng)期暴露于空氣中非常容易受到潮濕環(huán)境的腐蝕，被腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面會(huì)因銹蝕減小，由此減小使鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。這就要求，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)注意防護(hù)設(shè)計(jì)，防腐材料要能夠充分阻絕氧氣和水分對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕，具有較強(qiáng)的附著力。室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防腐材料的厚度一般在100μm 左右，暴露于空氣部分的鋼結(jié)構(gòu)防腐材料厚度一般在200μm 左右，地面下鋼結(jié)構(gòu)材料需要特別采用混凝土進(jìn)行包裹，在腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境中，則需要適用專門的防酸漆防止腐蝕。

3.3 防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)而言，必然要選擇耐火性和防火等級(jí)較高材料。在當(dāng)前的建筑工程中，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)要嚴(yán)格根據(jù)施工項(xiàng)目的防火等級(jí)、防護(hù)種類的要求以及防火的具體情況做出針對(duì)性的防火設(shè)計(jì)和材料選擇。尤其對(duì)防火材料的選擇，要求選擇較涂層厚并且粘結(jié)強(qiáng)度較大的材料，進(jìn)而確保鋼結(jié)構(gòu)的整體防火指數(shù)和防火功能。而在鋼結(jié)構(gòu)的防火材料選擇中，如果厚型的材料仍然不能達(dá)到防火標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可以選擇薄型的耐火材料，尤其要做好吊頂設(shè)計(jì)中的壓板材料的防火處理和防銹處理。防火標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)等級(jí)是確定鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方案的兩大依據(jù)，能夠確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)防火水平的提高。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以穩(wěn)定的對(duì)稱布置為好，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，以上下貫通方式保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛度連貫性和穩(wěn)定性。L 型或T 型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證鋼結(jié)構(gòu)有效發(fā)揮作用的兩種形式，鋼結(jié)構(gòu)最好位置是處于結(jié)構(gòu)外圍，這樣能更好地增強(qiáng)建筑構(gòu)造的抗扭曲和變形效果。

3.4 構(gòu)件設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，必須針對(duì)構(gòu)件截面優(yōu)化及驗(yàn)算，以縮減鋼結(jié)構(gòu)成本，對(duì)比較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，需要做好各構(gòu)件截面的驗(yàn)算工作，特別是做好節(jié)點(diǎn)模塊的設(shè)計(jì)工作，這是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵點(diǎn)。在這個(gè)過程中，需要進(jìn)行等強(qiáng)設(shè)計(jì)及實(shí)際受力狀況的分析。在設(shè)計(jì)過程中，其主要的板塊包括焊接、梁腹板及翼緣等。節(jié)點(diǎn)施工過程中，需要做好現(xiàn)場(chǎng)焊接的施工及檢查工作，做好螺栓的安裝緊固工作，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)安裝程序的協(xié)調(diào)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖展開施工。

3.5 加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)

構(gòu)件截面設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，需要準(zhǔn)確對(duì)截面進(jìn)行估算，包括支撐系統(tǒng)和梁柱的截面大小。通過板件寬厚比、高厚比預(yù)估鋼結(jié)構(gòu)截面，優(yōu)選截面延性等級(jí)較高的界面，并通過截面的受力狀態(tài)確定鋼柱的截面大小，同時(shí)確定選用槽鋼、H 型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)的原材料。

結(jié)語：

鋼結(jié)構(gòu)由于其較好的性能和較低的造價(jià)，目前已經(jīng)成為我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一種主流方式。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存著很多不完善的因素，這些問題主要是由于管理機(jī)制、監(jiān)督機(jī)制不完善以及設(shè)計(jì)能力較低造成的。在加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，我們應(yīng)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用方式、加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)深度、規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)，從而提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，確保建筑工程的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。