建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性與策略

杜秋玲 杜衛(wèi)衛(wèi)

【摘要】當(dāng)前，在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)是一種非常常見的結(jié)構(gòu)形式，但是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象而產(chǎn)生的安全事故數(shù)量也明顯呈現(xiàn)出上升的趨勢。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑施工管理中重要的組成部分，其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞是直接影響到建筑主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。因此，需要及時(shí)采取有效的改善對策，從而降低安全隱患的發(fā)生率，為人們創(chuàng)造安全、和諧的居住環(huán)境。基于此，文章就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性與策略進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；重要性；策略

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

在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的組成部分，其主要是指將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)藍(lán)圖到鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的演變過程，對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著關(guān)鍵性的影響。從建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的性質(zhì)來看，其中存在的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅具有幾何成分，更具體表現(xiàn)了技術(shù)性的相關(guān)因素。因此，這就對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識能力提出了較高的要求，設(shè)計(jì)者在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)藍(lán)圖要求，其實(shí)結(jié)合建筑工程項(xiàng)目的施工性質(zhì)，充分掌握工程圖紙中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并將藍(lán)圖中的平面線條聯(lián)想出一個完整清晰的立體結(jié)構(gòu)，以此來保障鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高質(zhì)量。但是，在這一設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該清楚的認(rèn)知到，如果其中任何一個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，都將會嚴(yán)重影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量，極有可能危及到建筑結(jié)構(gòu)整體的安全穩(wěn)定性，這就很容易引發(fā)重大的安全事故，造成人員的傷亡。除此之外，設(shè)計(jì)師還要切實(shí)遵守建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范，真正了解到構(gòu)造要求、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)等方面的要求。只有這樣，才能設(shè)計(jì)出合理的連接接地玩形式，使其能夠滿足于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從根本意識上認(rèn)知到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，以此來不斷提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，促使建筑工程施工的順利開展。

2.當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)分析

通常，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)應(yīng)該分成兩個方面來進(jìn)行分析，一個是局部出現(xiàn)了失穩(wěn)的現(xiàn)象，而與之對應(yīng)的就是整體的失穩(wěn)，在這一過程中需要注意的一點(diǎn)就是鋼結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的狀況通常都是由結(jié)構(gòu)本身的局部失穩(wěn)現(xiàn)象造成的。特別是當(dāng)受彎部分的尺寸大小發(fā)生了改變或者是其超出了一定的范圍之后，就非常容易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的情況是由多種因素共同影響而形成的，在這之中最為顯著的一個特征就是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過程中沒有對其自身的支撐作用予以充分的考量，而這也成為了結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的一個十分重要的原因。局部失穩(wěn)通常就是指當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處的吊裝位置出現(xiàn)了一定的變動時(shí)，網(wǎng)架和桁架在整體受力方面都會產(chǎn)生非常明顯的變化，這樣一來也就非常容易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。籠統(tǒng)的來說，只要建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中有鋼結(jié)構(gòu)的存在，就會出現(xiàn)失穩(wěn)的隱患，因此在工程設(shè)計(jì)和施工的過程中，工作人員必須要對此予以高度的重視，做好一切有效的防護(hù)措施，只有這樣，才能更好的保證工程設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量和水平。

2.2腐蝕問題分析

鋼結(jié)構(gòu)自身并沒有非常好的抗腐蝕性，特別是在潮濕的環(huán)境當(dāng)中，如果其處在有侵蝕性的環(huán)境里面，鋼材就會在很短的一段時(shí)間之內(nèi)就發(fā)生生銹的情況，這樣就使得構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的承載力都發(fā)生了非常大的轉(zhuǎn)變，相關(guān)的研究和統(tǒng)計(jì)表明，鋼屋架倒塌事故占所有事故類型的比重在逐年上升，同時(shí)在這些事故中，許多都是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，長期得不到維修所導(dǎo)致的。

2.3鋼材受溫度的影響明顯

眾所周知，鋼材性能隨溫度升降而變化，耐溫性較差，當(dāng)溫度達(dá)到430-540℃之間時(shí)，鋼材的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和彈性模量將急劇下降，失去承載能力。用耐火材料對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的維護(hù)，是鋼結(jié)構(gòu)研究的一個重要課原地垂直塌落，形成"扁餅"效應(yīng)。這起震驚世界的事故，其直接原因是火災(zāi)。建筑物的耐火能力取決于建筑構(gòu)件耐火性能的好壞，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)其承載能力應(yīng)能延續(xù)一定時(shí)間，使人們能安全疏散、搶救物資和撲滅火災(zāi)。

3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和步驟

3.1鋼結(jié)構(gòu)的形式與布置

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是"概念設(shè)計(jì)"，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要，對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

3.2結(jié)構(gòu)分析

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通常有杉線性彈性分析來作為結(jié)構(gòu)分析，只有當(dāng)和構(gòu)件允許時(shí)才會考慮P-△，P-δ。利用有限元軟件可以對幾何非線性及鋼材的彈塑性能進(jìn)行考慮，可以為精確分析結(jié)構(gòu)奠定良好的基礎(chǔ)。但在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，則需要建模運(yùn)行程度，同時(shí)還要進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析。當(dāng)結(jié)構(gòu)較為簡單時(shí)，可以利用手算來對其進(jìn)行分析。典型結(jié)構(gòu)在對其內(nèi)力和變形進(jìn)行確定時(shí)，可以直接通過工具書來獲得。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，需要充分的對建筑物的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行考慮，特別是對于多層建筑鋼結(jié)構(gòu)，需要布置一定數(shù)量的支撐，從而有效的減少建筑物層間位移的發(fā)生。

3.3構(gòu)件設(shè)計(jì)

在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理進(jìn)行材料的選擇，通常會采用Q235和Q345鋼結(jié)構(gòu)材料。為了確保構(gòu)件設(shè)計(jì)能夠具有較好的經(jīng)濟(jì)性，則需要選擇不同強(qiáng)度鋼材的截面組合。當(dāng)前在鋼結(jié)構(gòu)鋼件設(shè)計(jì)時(shí)，多會采用單一的鋼種作為主結(jié)構(gòu)。而且結(jié)構(gòu)軟件的應(yīng)用可以對設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的優(yōu)化，并能夠?qū)?yōu)化后的截面進(jìn)行調(diào)整，確保其能夠達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。另外在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)還需要重視模型建立和部分計(jì)算參數(shù)。

3.4節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一，在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定，常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，如不能確信這種不一致造成的偏差在工程允許的范圍內(nèi)，就必須避免，按傳力特性不同，，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容：焊接、栓接、連接板、梁腹板、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場定位與臨時(shí)固定；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。

結(jié)束語

近年來，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念更新的速度也較快，這對于我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了積極的推動作用。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，要針對具體的細(xì)節(jié)進(jìn)行落實(shí)，保證鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐蝕，確保所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理，安全可靠。

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