鋼結構設計中的重點問題研究

賀雅麗

摘要：伴隨著我國現代化經濟與科技的不斷發展與進步，現如今采用傳統的混凝土結構已經無法滿足建筑結構的多元化需求，鋼結構作為一種特殊的建筑結構之一，不僅能夠彌補傳統混凝土結構的種種弊端，還具有結構構件較輕、施工周期較短、布置靈活方便等優勢，因此，在建筑工程中得到了廣泛的推廣和應用。下面具體就鋼結構設計方面的常見問題及其應對措施進行簡要分析。

關鍵詞：鋼結構設計 重點 問題

中圖分類號：TU973+.13文獻標識碼：A

案例：大唐韓城第二發電有限責任公司一期2×600MW機組脫硝改造工程。

此鋼支架是為支撐脫硝反應器的。脫硝反應器本體加催化劑總重1000噸左右。為了和電廠鍋爐煙道配合，反應器本體放在高度38.6米。支架總高度52.6米。在17米高度支撐通往除塵器的煙道。此種荷載大、高度高的支架如果不合理設置垂直支撐和水平支撐，梁、柱會很大而且整體穩定性也會有問題，用鋼量更是大。還有在材料選擇中也須根據荷載和高度、風載及地震烈度做合理選擇。支撐因為受穩定性控制，選Q235的材料合理。梁、柱由于荷載大高度高，如果用Q235材料鋼材用量很大，反而會增加自重。這樣會引起一系列惡性循環。比如會增加土建費用、增加制作成本和安裝成本、增加起吊重量、構件大增加安裝難度等等。但是如果選擇過于高強的鋼材也會存在不合理因素。比如構件斷面小了雖然滿足強度要求了但又不滿足規范長細比要求，影響結構穩定性，所以要加大截面。這樣材料的高強性能得不到充分利用也是一種設計不合理的表現。

1.鋼結構設計過程

1）判別是否適合鋼結構。在做設計時要結合鋼結構的特點以及工程造價，看項目工程是否適合鋼結構。鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。

2）結構選型與結構布置。

鋼結構通常有框架、平面（桁）架、網架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。結構選型時，針對不同建筑的特點，選擇合理經濟的結構方式。結構的布置要根據體系特征、荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻，力學模型清晰，盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎。

3）截面的選擇。結構布置完成后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假設預定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。

4）結構分析。結構分析可以采用多種方法：簡單結構通過手算進行分析；典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形；復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。

5）構件設計。材料是構件設計的基礎，材料的選擇對于構件設計非常重要。比較常用的是Q235和Q345，通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理，經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當強度起控制作用時，可選擇Q345，剛度控制時，宜使用Q235。

6）節點設計。節點設計師鋼結構設計的重點，在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定，按傳力的特性不同，節點分剛接，鉸接和半剛接。

7）防銹蝕與防火。鋼結構因其自身的特點對銹蝕和高溫（火焰）具有敏感性，因此對于周圍環境存在這兩種情況的時候，必須做好鋼結構的防銹蝕與防火。

8）圖紙編制。①圖紙的編制是工程施工的重要依據，在設計圖中，對于設計依據、荷載資料、技術數據、材料選用及材質要求、設計要求等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現設計的意圖。②施工詳圖。深度須能滿足車間直接制造加工，不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳的材料表。

2.盲目照搬國外鋼結構設計方案

許多不合理的設計方案，雖然多采用的是國外優秀設計方案，但由于鋼結構設計人員在制定結構設計方案時不夠科學，用鋼量過大，因而導致鋼材用量過大，脫離了實際鋼結構工程的成本控制目標和建設實際，沒有做到與實際工程項目的積極適應。此外，對于國外設計師而言，由于其對我國的地震及風荷載等許多實際情況并未深入了解，因而不可避免地造成設計過程中的許多方面不合理。

應對措施：應當對我國的地震及風荷載等各方面特殊情況進行研究和掌握，在進行鋼結構的設計過程中，應以我國具體情況為依據，對設計進行不斷完善，優化抗震設計，確保維持原建筑地質風貌的同時，減少鋼材料的使用量，從而實現成本的大幅降低。

3.設計過程中未對施工荷載及可行性進行充分考慮

對于許多鋼結構設計人員而言，由于其多數終日埋首于辦公室中，并未經常深入施工現場參與鋼結構的具體施工過程，因此導致許多設計人員并不了解鋼結構的具體施工過程，對現場施工荷載等考慮得不全面甚至遺漏，而導致設計數據不準確甚至是錯誤，與實際需要相差較大，埋下了結構上的安全隱患，同時設計出來的施工圖可行性也較差，增加了施工的復雜性，導致施工造價的大幅度提高。

應對措施：對于設計相關人員而言，應深入到鋼結構具體施工過程中，這樣才能對施工過程中可能遇到的不利條件了然于胸，設計過程中也才能夠有效避免此類問題的發生，確保結構構件的可靠性及施工的可行性。

4.設計過于保守或超前

由于我國鋼結構設計的發展歷史相對較短，因此鋼結構設計人員的綜合素質相對較低，仍然存在很多亟待改善的環節。很多鋼結構設計人員由于缺乏設計經驗，因而導致設計過程中不恰當地進行設計標準的提高，或任意進行所設計安全等級的降低，導致在鋼結構設計時或太過保守，或過于超前。這些都不利于鋼結構的設計以及結構的整體可靠性。

應對措施：必須注意定期進行相關設計技術水平的培訓，及時掌握新規范、新標準和新的結構計算方法及計算模型。尤其是對復雜鋼結構的設計，必須深刻理解規范規程中的設計參數及其安全等級要求，以便從根本上確保結構方案的科學性與合理性。

5.鋼結構設計深度遠遠不夠

許多單位的鋼結構的設計者水平相對較低，所承接項目的設計人員多數是剛畢業缺乏實踐經驗的新手，因此導致設計過程中一味照搬程序，忽視了關鍵節點的設計和校核，所設計的構件布置圖往往僅為一些單一的線條圖，忽視了十分重要的“節點設計”，只簡單地采用一律全焊接節點，對于節點形式及構造是否合理、應力計算是否符合要求欠缺考慮，甚至掌握不清，造成安全隱患。由于缺乏專業知識，因而導致給加工廠的施工圖設計要求不夠明確，最終往往會導致較為嚴重的質量事故發生。

應對措施：嚴格規范鋼結構施工圖的設計程序及計算內容，提高所設計項目施工圖應具備足夠的計算深度要求，細化關鍵節點設計，對于設計深度不夠的不予審核發圖，落實各部門的設計職責及設計人的責任制，從源頭上狠抓設計深度的要求。

6.項目層層轉包導致鋼結構質量的大幅下降

由于鋼結構的設計項目經過了層層的轉包，各設計院設計任務繁重，鋼結構部分，不僅設計困難，但且費時費力，收費卻較低，因此很多設計人員不愿進行此方面設計任務的承接。有些人員對于鋼結構設計而言經驗相對較少，且設計市場較為混亂，因此會轉包給市場其他無資質設計部門，因此導致不少因鋼結構設計質量不足而出現的多起倒塌事故的發生。

應對措施：相關部門應對鋼結構設計項目給予足夠的重視，應對市場進行進一步的規范，嚴格資質的管理工作，杜絕鋼結構設計項目的層層轉包，同時，應加大鋼結構的設計投入，加強監督管理工作，從而確保鋼結構的設計質量。

7.結語

鋼結構因其強度較高、自重較輕，且工業化程度較高等一系列優點而在各大工程中得到了廣泛的應用，設計過程中應當充分考慮材料等各方面因素，加強鋼結構整體及局部的穩定性，確保鋼結構的設計質量，從而推動鋼結構在建筑等多個領域的不斷發展和應用。同時，要重視對鋼結構設計中常見問題的分析，及時采取有針對性的應對措施，促進我國鋼結構行業的可持續發展。

參考文獻：

[1] 高志勇. 門式剛架輕鋼結構設計常見問題[J]. 價值工程. 2010(08)

[2] 石瑋. 鋼結構房屋設計中常見問題分析[J]. 中國新技術新產品. 2011(15)