矩形鋼管結構設計淺談

張海斌，徐樹全

（哈爾濱工業大學建筑設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

矩形鋼管結構設計淺談

張海斌，徐樹全

（哈爾濱工業大學建筑設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

矩形鋼管結構由于具有造型豐富、受力明確、用鋼量省、施工方便等特點而被廣泛地應用在建筑設施中。然而我國截至目前尚未形成獨立的矩形鋼管結構的設計規范和章程，一般在設計中都是以國內相關設計規范及設計經驗參考進行的。本文從矩形鋼管結構的概念入手，著重闡述了其有關設計方面的一些要點。

矩形鋼管；結構設計；承載力

鋼管結構以其承載能力強、延性和抗震性能高優勢被廣泛的應用在現代化各類工程項目中，尤其是在土木工程領域，這一結構應用更為廣泛、地位尤為突出。然而就我國目前的鋼管結構應用而言，其應用范圍很廣，特別是在一些高層、大跨度以及復雜結構中更為常見，作用也更加的明顯。但是就矩形鋼管結構體系這一概念而言，其尚未形成一個系統的設計流程。因此，在今后的工作中我們有必要就其設計環節深入分析，提出可靠的設計理論。

1 矩形鋼管結構概述

近年來，隨著科學技術的進步，國內建材市場也呈現出水漲船高之勢，各種新材料、新設備不斷的涌現了出來，為建筑事業的發展打下了堅實可靠的市場基礎，也為節能、環保建筑理念的落實提供了科學的指導思想。鋼管結構作為現代化工程項目中研究最多的結構體系之一，其伴隨人們生活水平的提升也呈現出各種不同的發展力度和要求。矩形鋼管結構便是基于這種時代背景下產生的一種結構形式，它的應用有效的解決了建筑結構呆板與缺乏變通問題。

1.1 矩形鋼管

矩形鋼管也統稱為矩形管，是一種中間空、呈長條形或方形的一種鋼管材料，它也被廣泛的稱之為扁管、方扁管等。在當今社會發展中，它被大量地用于建筑工程領域，當作主要的結構施工材料采用，同時也用于輸送流體的管道，更有甚者被廣泛的應用在機械生產制造領域。在目前的建筑工程領域，鋼管材料主要可以分為熱加工管和冷成型管兩部分。

1.2 鋼管結構

所謂的鋼管結構主要指的是由圓管、矩形管、方管制作加工而形成的一種結構，這類結構在目前的建筑工程項目中可以當作獨立的梁、柱構件，也可以結合其他的輔材等共同組成空間結構受力體系，如鋼管桁架結構、網架結構。鋼管結構體系節點連接形式多樣，實際工程中主要采用管管相貫節點與球節點。鋼管結構體系具有結構形式靈活、自身剛度大，用鋼量小，施工方便，適用于復雜多變的建筑形式等特點，備受建筑師青睞。矩形鋼管結構就是以矩形管為基本構件單元形成的鋼管結構受力體系。

2 矩形鋼管結構設計要點

美國、英國、日本等發達國家在目前的建筑結構設計中，對于矩形鋼管結構的研究極為深入，也是整個結構設計規范最為明確的國家之一。在這些國家工作中，通過對其組合規范設計標準進行逐個分類，根據矩形鋼管的設計條款、形狀特征以及應用部位進行嚴格控制。事實上，在矩形鋼管結構設計當中，不少條例中明確的規定出在工作開展之前提前做好相關的控制和管理工作，尤其是圖紙設計與管理更為嚴格。特別是在住宅建筑結構中，因為住宅建筑結構本身存在的特殊性和與人們生活的密切性，這使得設計工作要更加嚴格，以保證住宅結構整體質量。矩形鋼管結構便是在這種基礎下形成的，它在住宅建筑結構設計中發揮著顯著的優越性。國內很多學者結合國外先進技術和國內工程現狀有針對性的對矩形鋼管結構設計要點進行了研究，結合最新的科研成果，我國正在不斷完善有關矩形鋼管的結構設計規范與規程，這必然會給工程設計和施工提供扎實的理論參考和指導。

2.1 節點構造設計

與普通的鋼桁架相比較，矩形鋼管結構設計節點存在著顯著的特殊性。一般而言，在設計工作中需要從節點的造型入手，做到間隙節點、部分搭接節點、全搭接節點的合理控制，保證施工要點。但是在設計中設計原則和方法與普通的鋼結構設計基本相同，同時應當遵循《鋼結構設計規范》，以該設計規范中所提出的相關要求為基準科學地進行設計，從而保證設計與施工的順利開展。

2.2 構件穩定性設計

2.3 矩形管桁架設計

在矩形管桁架設計工作中，通常情況下都是選擇常規計算方法來進行計算，是以節點最少、布置最為簡單、方案最為經濟的方法將其節點應力轉化成為等效荷載，按照交接無偏心的方式來確定桿件的軸力，從而達到合理設計目的。

2.4 焊縫設計

一般來說，在工程項目中，焊縫節點在確定的時候應當提前計算出焊縫承載能力，除了在某些搭接點部位需要制定出K、N等特殊形式的節點之外，同時還應當對對接焊縫、角焊縫或二者相結合所產生的焊縫進行控制。一般在焊縫控制中其承載力不能小于支管承載力強度要求。在焊縫設計中，一般都是選擇繞支管邊長最小尺寸進行控制。鋼結構設計規范在焊縫設計中給出了一些通用的保守計算方法，它是通過腹桿沿著其四周焊接，這樣可以利用規范中的相應條款來計算出焊縫的應力與焊縫長度。

3 結語

總之，隨著矩形鋼管結構的廣泛應用與發展，矩形鋼管結構體系在建筑領域所起到的作用必然得到工程界的認可，矩形鋼管結構設計工作也會受到社會各界人士的重視，同時有關設計規范的更新與頒布更是為其發展打下了扎實的理論基礎。因此，我們可以預計在未來建筑發展中，矩形鋼管結構必然會迎來更大的發展空間，其應用也必然更加廣泛。

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[2]金哲敏，趙俊林，范懋達.越南國家中央體育場工程中鋼管相貫節點的施工[J].工程建設與設計，2005（02）.

TU392.3

A

1671-3362（2013）07-0032-01