鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題研究

秦峻英 秦 泉

（桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院 廣西桂林市 541002）

鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題研究

秦峻英 秦 泉

（桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院 廣西桂林市 541002）

隨著建筑行業(yè)在我國的不斷興起，鋼結(jié)構(gòu)在建筑等相關(guān)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)多樣化的建筑功能和造型的不斷變化，也推高了對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。但縱觀鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的問題還是很多的，有些問題還比較突出，本文著重從三個(gè)方面論述了工程鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)、存在的問題及解決措施，給讀者以有益參考。

鋼結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題研究

前言

鋼結(jié)構(gòu)是我國建筑工程鋼結(jié)構(gòu)體系中的一種，具有很多優(yōu)勢，所以鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，才能有效得利用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢并且確保設(shè)計(jì)的合理性。對于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)決定了工業(yè)建筑的安全性，所以節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的合理性需要充分考慮。此外，在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還需要不斷學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，提高自身的專業(yè)技能，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和特性

1.1 功能優(yōu)越

鋼結(jié)構(gòu)的外觀形態(tài)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置、以及鋼結(jié)構(gòu)尺寸對于建筑的整體外觀有著關(guān)鍵性的影響，因此，在設(shè)計(jì)中，只有將鋼結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行很好的把握，將鋼結(jié)構(gòu)的性能與建筑完美的結(jié)合，體現(xiàn)實(shí)用性與美觀性的雙重結(jié)合。

1.2 生態(tài)環(huán)保

對于建筑長久的發(fā)展來看，環(huán)保節(jié)能的可持續(xù)才是必經(jīng)之路，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在我國建筑中非常廣泛，作為建筑施工設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，在能源和資源利用領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)是生態(tài)環(huán)保的，鋼材的反復(fù)利用能力強(qiáng)、效能高、強(qiáng)度大，邊角材料也有很高的利用價(jià)值，從多方面分析可以看出，鋼結(jié)構(gòu)的在生態(tài)環(huán)保方面表現(xiàn)優(yōu)異。

1.3 優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的原因有：①鋼結(jié)構(gòu)比起鋼筋混凝土，更加有利于工廠生產(chǎn)，可以減少施工人力，縮短生產(chǎn)周期。②鋼材料凈重輕、自身結(jié)構(gòu)負(fù)荷小、可以減少地基上面的開銷；而且鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗震能力好，強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)斷面，為建筑質(zhì)量鋪墊基礎(chǔ)，同時(shí)可以創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1.4 成本較低，安裝便捷

鋼結(jié)構(gòu)還有一個(gè)比較明顯的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)性好，相比混凝土建筑，其耗材較少，建筑的成本也相對較低，而且鋼結(jié)構(gòu)的使用性能較好，各種結(jié)構(gòu)組合更加靈活和簡單，安裝過程方便快捷，工期也僅僅是混凝土工期的一半，成本明顯降低，如果采用大規(guī)模集約化生產(chǎn)加工工藝，其成本還會(huì)進(jìn)一步得到降低，給建筑施工企業(yè)節(jié)省了成本、獲取了利潤、提高了效益。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的施工還不會(huì)受外界環(huán)境和施工季節(jié)的影響。

2 鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 設(shè)計(jì)質(zhì)量下降

鋼結(jié)構(gòu)部門專業(yè)綜合項(xiàng)目及工藝的計(jì)劃費(fèi)用較高且設(shè)計(jì)任務(wù)比較繁重，再加上其費(fèi)用低花費(fèi)人力大所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起來就顯得十分困難，所以設(shè)計(jì)院對這一類的任務(wù)不太善于接受。有的設(shè)計(jì)單位嫌麻煩和復(fù)雜，就將此類設(shè)計(jì)外包出去，目前市場上設(shè)計(jì)單位魚目混雜，如果外包單位資質(zhì)不夠，就會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來非常大的影響。此外，如果沒有好的監(jiān)督機(jī)制也是不行的，就很容易一些非規(guī)范的、不合理的建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，極易引發(fā)事故，其后果的產(chǎn)生是非常嚴(yán)重的。

2.2 參與建設(shè)人員的素質(zhì)相對不高

不但設(shè)計(jì)人員鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中的技術(shù)水平參差不齊，現(xiàn)場的施工人員和監(jiān)理人員的專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)道德，跟民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平相比也有差距。從業(yè)人員就不能適時(shí)的適應(yīng)民建鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展需求原因是缺乏專業(yè)的知識(shí)作為支撐。例如有些專業(yè)技術(shù)，對于非專業(yè)的工作人員來說是難以達(dá)到的障礙，而技術(shù)人員則必須要下苦工才能完全掌握其技巧，所以鋼結(jié)構(gòu)建筑中，施工人員及監(jiān)理人員的相關(guān)專業(yè)知識(shí)和素養(yǎng)都有待于提高。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案存在問題

由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在資金上存在問題，往往由承接單位和設(shè)計(jì)單位分包進(jìn)行設(shè)計(jì)，這在很大程度上降低了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深度。在有些設(shè)計(jì)方面不能滿足原來設(shè)計(jì)的要求，存在錯(cuò)誤的柱腳設(shè)計(jì)問題。柱腳設(shè)計(jì)的類型有三種，分別是埋入式設(shè)計(jì)、外包式設(shè)計(jì)和外露式設(shè)計(jì)，其中在民宅設(shè)計(jì)中使用的設(shè)計(jì)類型是外露式設(shè)計(jì)。

2.4 不切實(shí)的盲目模仿

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，各家有各家的不同和側(cè)重點(diǎn)，國內(nèi)和國外的國情也不一樣，比如國內(nèi)比較側(cè)重于考慮經(jīng)濟(jì)效益的問題，而國外則不一樣，具備較好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，不太注重經(jīng)濟(jì)效益，因此有時(shí)一味的模仿國外的方案而不考慮本單位的實(shí)際是不明智和不合理的。

3 解決措施

3.1 設(shè)計(jì)人員要盡力合理設(shè)計(jì)

對于設(shè)計(jì)人員來說，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)是要充分考慮實(shí)際情況進(jìn)行精密計(jì)算的，但在實(shí)際情況中，會(huì)出現(xiàn)很多突發(fā)性問題，此時(shí)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該具體問題具體分析了。只有設(shè)計(jì)者把設(shè)計(jì)工作滲透到日常的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，才能提高設(shè)計(jì)能力從而有效的提高工程質(zhì)量。同時(shí)，要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)對整體影響和建筑材料的選取。要根據(jù)樓層的高度來選擇合適的建筑體系，對于選取材料方面也要根據(jù)每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

3.2 貼合建筑使用要求，從實(shí)際出發(fā)設(shè)計(jì)

雖然在建筑中大量采用鋼結(jié)構(gòu)是大勢所趨，但特別關(guān)注的是，鋼結(jié)構(gòu)是建筑承重的重要部分，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，不可喧賓奪主，首要的還是要考慮其鋼結(jié)構(gòu)的自身優(yōu)勢，從實(shí)用性、安全性的角度著重考慮其應(yīng)用。千萬不可只考慮其結(jié)構(gòu)特色，一味的追求結(jié)構(gòu)上的花哨，這樣的設(shè)計(jì)最后也必然是沒有市場的。

3.3 加強(qiáng)設(shè)計(jì)中的監(jiān)督機(jī)制

由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在特殊性，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前需要對承包商和設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)資質(zhì)進(jìn)行審查，檢查鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件質(zhì)量和相關(guān)單位對于鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)制作的能力，還要對施工安裝能力進(jìn)行檢查。此外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有熱屬性，工程主管部門應(yīng)該加強(qiáng)管理嚴(yán)格進(jìn)行審查，幫助建筑單位做好一切準(zhǔn)備工作。

3.4 進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的深度設(shè)計(jì)

所謂深度設(shè)計(jì)就是要追求精細(xì)的工作態(tài)度，對于已經(jīng)列入鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的內(nèi)容要一項(xiàng)不拉的驗(yàn)收過去，如果設(shè)計(jì)的圖紙未加說明，驗(yàn)收和施工就缺乏最基本的遵循和依據(jù)，造成盲目施工和無法驗(yàn)的后果，以下三個(gè)方面就是深度設(shè)計(jì)的重要部分：

（1）柱腳的抗震設(shè)計(jì)是深度設(shè)計(jì)的一部分，鋼結(jié)構(gòu)柱腳分為埋入式柱腳、外包式柱腳和外露式柱腳3種：埋入式柱腳是指將鋼柱固定在混凝土的基礎(chǔ)梁上，外包式柱腳是指鋼柱腳被鋼筋混凝土包住，外露式柱腳是指混凝土基礎(chǔ)表面固定鋼柱腳。埋入式柱腳需要考慮的關(guān)鍵因素就是埋入深度，對于輕型工字型柱來說，埋深與柱截面高度比不得低于2，對于H形柱和箱型柱來說，其比值不得低于3。外包式柱腳設(shè)計(jì)時(shí)，外包層的高度與柱截面寬度之比應(yīng)不低于2.5，從而保證柱腳具有足夠的剛度和承載力。另外，柱腳的箍筋需要滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求避免外包層出現(xiàn)斜裂縫。外露式柱腳的力學(xué)特性研究目前還不是很充分，端點(diǎn)的約束對上部框架的結(jié)構(gòu)整體影響的程度還不是特別清楚。當(dāng)柱剪切荷載較大而抗震要求不高時(shí)，可以選用外露式柱腳，如果抗震要求高，則不采用該柱腳形式。

（2）防腐設(shè)計(jì)也應(yīng)該被重視，通常是采用涂抹防腐涂料的措施。對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也有不同的要求，例如有的構(gòu)件在出廠前需要涂刷一層底漆。在鋼材上涂抹防腐涂料就目前來看是最為有效的防腐措施。但是這樣做只是基礎(chǔ)性的防腐，因而為了提高鋼結(jié)構(gòu)的防腐效果，就必須選用耐候鋼作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的首選材料，并利用熱浸鍍鋅技術(shù)對其進(jìn)行處理，利用鍍層，達(dá)到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)不被腐蝕，尤其是應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)涂料配套技術(shù)的應(yīng)用，以及陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，才能更好地確保其防腐性能得到有效的提升。

（3）防火性能的設(shè)計(jì)也是非常重要的，鋼結(jié)構(gòu)建筑在防火性能上要弱于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，通常在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中采用的防火措施有以下兩種：第一種，采用保全板，將其合理設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，以此起到防火作用；第二種，在鋼結(jié)構(gòu)的不同部位涂抹厚薄不均的防火涂料，并采用裝飾漆涂抹露明部位。

4 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路步驟和發(fā)展方向

4.1 思路步驟

為了確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，要求設(shè)計(jì)者嚴(yán)格按照既定的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行操作，還要注重細(xì)節(jié)工作落實(shí)。

（1）鋼結(jié)構(gòu)的布置。鋼結(jié)構(gòu)主要有平面架、框架、索膜、網(wǎng)架、輕鋼和塔桅等形式。他們每個(gè)形式有每個(gè)形式的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)選材時(shí)要根據(jù)他們本身的特點(diǎn)，雖然鋼結(jié)構(gòu)施工沒有標(biāo)準(zhǔn)和固定規(guī)律可以遵循，但設(shè)計(jì)人員需要對建筑施工的周邊環(huán)境和實(shí)際情況進(jìn)行客觀分析、綜合考量，最終確定最優(yōu)選方案。

（2）圖紙的編制。圖紙是建筑施工的藍(lán)本，因此，為了保證鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的質(zhì)量，設(shè)計(jì)工作人員必須對圖紙進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，并對圖紙進(jìn)行繁復(fù)的操作性判斷，組織專業(yè)素質(zhì)好，工作經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全體的圖紙最終確定。

4.2 發(fā)展方向

（1）高效性能鋼材的應(yīng)用研發(fā)。何為高效性能鋼材？就是指鋼材強(qiáng)度、塑性和韌性比較高，耐火性能較好，性價(jià)比比較高的鋼材。這里面當(dāng)然也包括由這些高效性能鋼材生產(chǎn)出來的高性能的型材（如圖1），這些高性能的鋼材應(yīng)用到建筑上，就可以有效提高建筑承載能力，有效降低造價(jià)。

圖1 高性能的鋼材和型材應(yīng)用到建筑

（2）革新結(jié)構(gòu)形式。就是要充分發(fā)揮各種結(jié)構(gòu)型材的優(yōu)點(diǎn)和特色，促進(jìn)形式的不斷創(chuàng)新發(fā)展，形成雜交結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等一些新型的結(jié)構(gòu)形式，更好的節(jié)約材料、降低成本和造價(jià)，這是今后發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑著重研究的課題。

（3）計(jì)算方法手段的改進(jìn)提高。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論的應(yīng)用，研究人員均已經(jīng)做了較深的研究，但加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算手段和方法的改進(jìn)，還要進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)和研究。比如在設(shè)計(jì)計(jì)算中可以引入編制專用或通用的軟件，計(jì)算機(jī)輔助繪圖設(shè)計(jì)，改進(jìn)計(jì)算方法手段，從而更好的提高設(shè)計(jì)計(jì)算的效率和準(zhǔn)確度。

（4）輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的深度發(fā)展。所謂輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，就是以輕質(zhì)維護(hù)材料和輕型高效鋼材組裝而成的多層和低層鋼材料建筑，相比其他鋼結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)十分突出，也是建筑體系中綠色環(huán)保的內(nèi)容之一。

5 結(jié)束語

隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的有些問題需要引起重視。只有在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中消除那些存在的問題隱患，才能整體上提高鋼結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。解決鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的難題，堅(jiān)持國家對建筑業(yè)材質(zhì)要求的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高城市化建筑水平，起到了積極的促進(jìn)作用。

[1]陳科.淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題[J].商品與質(zhì)量（建筑與發(fā)展），2014，05.[2]徐貴偉.淺談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題與措施[J].商品與質(zhì)量（建筑與發(fā)展），2014，10.

TU391

A

1673-0038（2015）45-0102-02

收稿日期：2015-6-25

秦峻英（1981-），女，中級，大學(xué)本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

秦泉（1984-），女，中級，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。