鋼結構設計注意要點探究

徐東海

（江蘇佳孚鋼結構有限公司，江蘇 常州 213119）

我國鋼結構設計正處在初期階段，還有很多不合理的地方，需要設計者不斷去完善。設計階段存在問題，就必然導致施工過程出現漏洞，使整個工程項目的質量達不到規定的要求。因此，在鋼結構的設計階段就要注重性能，使科學的設計方案更好地服務于建設。筆者根據多年的鋼結構設計經驗，有一些粗淺的看法，下面就來談一談設計需要注意的事項。

1 鋼結構設計的原則

1.1 全面考慮各種因素

為了拓寬現代城市居民的生活空間，體現鋼結構的優勢，比如大柱網，就要合理改變設計的布局，使鋼結構更加科學合理，經久耐用。有一些多層的鋼結構會對建筑的布局有特殊性的要求，這需要根據實際情況而定，分析好各種有利和不利因素。這些因素只是相對的，在合理的設計中就會發揮出應有的作用，使鋼結構設計更加合理、更加經濟。

1.2 結構選型要有針對性

鋼結構的選擇要考慮自身的特點。在允許的范圍內，結構框架的支撐要選擇性能較高的節點框架，發揮節點的功能。在一些占地面積較大的建筑中，可以采用懸索式或者索寞式的結構，以便于更好地覆蓋整個跨度。在高層鋼結構的設計中，比較適合采用鋼筋混凝土的結構，有利于更好地防震、防風。比如高層建筑結構一般比較復雜，沒有規律性，不能單純地為了追求經濟效益而選擇抗震性較差的外框式結構，宜選擇SRC支撐結構。

1.3 結構的布局要遵循力學特征

鋼結構的荷載能力和性質等要進行細致考慮。在通常情況下，鋼結構布局要有相應的力學模型，使設計的剛度勻稱分布，最大限度地保持荷載量的穩定，減小其負面效應。比如使布局以最直接的方式傳遞線路。此外，梁柱的支撐點也要合理分布，它們的形心要距離風震作用線較近，否則就會扭曲鋼結構。總的布局要設有多道防線，保障結構的抗側可以有效工作，比如設計合理的支撐結構，其梁柱至少可以分擔1/5的壓力。

2 鋼結構的規范設計

銜接節點是鋼結構設計的核心環節，在徹底分析鋼結構之前，要對節點的形式及特征做必要的研究和思考，使鋼結構的質量更加優良。鋼結構的節點務必要考慮其安全性，使后續施工過程更加可靠，可以采用先進的設計流程，對節點進行有效分類，避免銜接過程出現失誤。鋼結構節點按受力情況可以分為三種形式，即剛性節點、半剛性節點以及鉸節點。其中，剛性節點和鉸節點的承重性能比較強，施工的工藝也比較精湛，因此受到了普遍的關注和認可。

2.1 節點設計的常用方法

根據強度要求和實際受力情況，可以總結出多種靈活的方法。設計規范手冊經常提到焊縫或者是螺栓連接的方式，以供設計者做參考使用。規范的設計比較方便快捷，在結構軟件的后續部分會進行自動處理。節點設計的具體內容有：焊接、栓接、連接板以及梁腹板的設計。

第一，焊接的形式及尺寸等要符合標準，按照一定的施工規則分層進行設計，對于一些強制性的規定，也必須考慮在內。焊條的選擇要和所要鑲嵌的金屬材料相匹配，比如E43搭配Q235，E50搭配Q345等等。焊接設計過程中也不可以隨意改變焊縫的大小，其重心要和所要連接的構件重心相一致。

第二，栓接應采用較新的形式。在以往的工程項目中，鋼結構的栓接多采用鉚接的方式，其抗剪性很差，不能和普通的螺栓相適應，使有些次要鋼結構部位不合理。而新型的栓接方式可以加強螺栓的使用性能，且便于操作，施工方式也比較靈活，適應環境的能力很強。常用的栓接模式會有兩個等級的強度—8.8s和10.9s，要根據不同的受力情況，選用適宜的等級，從而分擔鋼結構的摩擦及壓力。這兩個等級的計算方法不同于常規計算，兩者的最小規為M12，長規為M16到M30之間。值得一提的是，超大型的螺栓性能很不穩定，因此在鋼結構的設計中要慎重考慮。

第三，連接板的設計可以方便取其厚度的4mm，在此基礎上檢驗凈截面抗拉、抗擊的性能。此外，自攻螺絲要在薄壁型鋼和板材之間的接縫處合理使用。

第四，對于鋼結構的梁腹板設計，要在檢驗連接板的前提下，待抗拉、抗擊性能符合標準規定時，方可進行施工。它還需要檢驗孔壁的局部受壓情況，并兼顧安裝的各個流程，比如凈空尺寸的大小，就位時間等因素。

2.2 預估截面的設計

鋼結構的布置完畢以后，還需要對截面進行預先的估算。主要依據的是支撐體系及梁柱的斷面狀況和大小，根據這些對截面進行仔細的設計。

首先，鋼結構的梁可以采用槽鋼、軋鋼甚至是H型鋼的截面。通過對荷載以及支座的分析，截面的大小會處于跨度的2%—5%之間。翼緣的高度也要按照梁的側向支撐點間距確定。當其處于極限狀態時，這種方式會符合鋼結構梁對穩定性的需求。在確立截面大小和翼緣高度之后，鋼結構板件的厚度就應該按照有關規范進行整體性的預估。

其次，鋼結構的柱截面要按長細比進行預估。一般來說，它的范圍在50到150單位之間，并且初步的選值應該控制在100上下。柱的截面大小也要考慮截面的不同受力情況，選擇適合的槽鋼或者是軋鋼。

最后，普通鋼結構的設計與輕型鋼結構的設計會存在較大的差距。輕型鋼結構的處理要根據具體的情況合理設計，讓每一個構件都可以有效發揮性能。除了人為控制之外，還要利用高科技作業使強弱軸的方向保持正確，從而使鋼結構變形和受力減少。

3 總結

總而言之，鋼結構設計是否合理在很大程度上決定著工程總質量的好壞。我們要注意設計中的各種因素，并不斷創新設計的方法，使施工更加高質高效。相信經過工作人員的探索與實踐，建筑鋼結構的設計一定會更加規范化與科學化，從而為整個工程作出突出的貢獻。

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