淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

馬明山

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，比起其他建筑結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均勻強(qiáng)度高，制作精度高，施工周期短，本文從鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中的問(wèn)題和對(duì)于進(jìn)行分析，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；具體分析

0引 言

鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑方面的運(yùn)用已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年。建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)多多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強(qiáng)度高，抗震性能好，施工時(shí)可以在廠房進(jìn)行加工再到現(xiàn)場(chǎng)裝配，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進(jìn)度縮短工期。同時(shí)它還被稱(chēng)為“綠色建筑”，基礎(chǔ)造價(jià)低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設(shè)部列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。由于煉鋼技術(shù)與成型制造工藝日趨發(fā)展，這就給運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)工程帶來(lái)新的生機(jī)，工程建設(shè)也不斷的增加，因此，也就不斷完善了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方面的技術(shù)。

一、鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)原則

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服務(wù)于鋼結(jié)構(gòu)的施工與使用，鋼結(jié)構(gòu)工程使用目的是為了創(chuàng)造效益。公共建筑偏重于社會(huì)效益，工業(yè)建筑則偏重于經(jīng)濟(jì)效益。因此，“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性”是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要方面。

1.“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性”原則應(yīng)從總體上加以分析，不能僅從某一方面孤立地去考察。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以耗鋼量為標(biāo)準(zhǔn)，即耗鋼量低就是先進(jìn)的設(shè)計(jì)、是好的結(jié)構(gòu)體系或形式，這在鋼材匱乏的年代，節(jié)約鋼材是一種重要的手段。然而，總體而言，單純以耗鋼量為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是不完全的，也不盡合理。對(duì)門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，全面評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系的合理性應(yīng)綜合考慮用鋼量、加工制作費(fèi)、安裝費(fèi)、施工周期及基礎(chǔ)費(fèi)用等。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入分析和全面的考察，只有綜合效益最佳的方案或鋼結(jié)構(gòu)體系才是合理的。評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系的合理性，不僅要看耗鋼量指標(biāo)，還要看總體造價(jià)，也要看工期的長(zhǎng)短，建筑物的早日投入使用或投產(chǎn)可獲得的使用效益。

2.根據(jù)實(shí)際情況，合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。因此如果結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來(lái)時(shí)，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；但是太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過(guò)大而無(wú)法使用甚至全體傾覆。但是剛?cè)岬某潭葰v來(lái)都是專(zhuān)家們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標(biāo)，但無(wú)法提供“放之四海皆準(zhǔn)”的精確答案。這就要靠設(shè)計(jì)者與業(yè)主進(jìn)行溝通來(lái)確定一個(gè)方案。

3. 鋼結(jié)構(gòu)體系的“適用”原則是針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)體系的功能要求而言的，鋼結(jié)構(gòu)體系適用性與建筑物的使用功能有密切聯(lián)系。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須把握以下方面：對(duì)建筑物的功能、特點(diǎn)和所處的環(huán)境條件有充分的了解，如建筑物是民用建筑還是工業(yè)建筑，民用建筑是用于展覽館還是體育館等，工業(yè)建筑是鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)還是鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼結(jié)構(gòu)廠房的生產(chǎn)工藝對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響情況等；建筑物對(duì)防火、保溫、隔熱、隔振和防腐蝕有何要求；對(duì)建筑所在地的環(huán)境狀況和氣象條件應(yīng)有足夠的了解；建筑物內(nèi)是否有特殊設(shè)備或特殊載荷作用，及吊車(chē)的設(shè)置情況如何等。

二、鋼結(jié)構(gòu)住宅安裝設(shè)計(jì)的問(wèn)題對(duì)策

1. 壓型鋼板在裝、卸、安裝中嚴(yán)禁用鋼絲繩捆綁直接起吊；運(yùn)輸堆放應(yīng)有足夠的支點(diǎn)，以防變形；鋪設(shè)前應(yīng)將彎曲變形者校正好；鋼梁頂面要保持清潔，嚴(yán)防潮濕及涂刷油漆。下料、切孔采用等離子弧切割機(jī)操作，嚴(yán)禁用乙炔氧氣切割；大孔四周應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)。需支搭臨時(shí)的支頂架，由施工設(shè)計(jì)確定，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可拆除。

2. 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑推廣中的關(guān)鍵問(wèn)題之一是選擇和開(kāi)發(fā)外墻板。除滿(mǎn)足外墻板的各項(xiàng)技術(shù)要求外，還要做到墻板原材料因地制宜、工作化生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝連接方便等等。

3. 以建筑設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，要和其他專(zhuān)業(yè)緊密互動(dòng)配合。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑還要注重解決一些問(wèn)題，如：如何發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和避免鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的建筑平、立面單調(diào)呆板；還有要解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕問(wèn)題等。

4. 當(dāng)建筑大多數(shù)房間較小，而僅一兩處房間較大時(shí)，如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會(huì)造成浪費(fèi)，而按小房間確定則造成配筋困難，當(dāng)承載力能滿(mǎn)足要求時(shí)，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎(chǔ)板厚。

5. 房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商最關(guān)心的問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)。根據(jù)實(shí)際情況，鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)定位于中、高檔住宅，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)著手加強(qiáng)管理和協(xié)調(diào)，從而達(dá)到降低成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的。

6. 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)布局不規(guī)則，地震時(shí)易損壞。如果想要做到安全合理、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方便可靠。結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布局規(guī)則性需要下翻功夫。

三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)心得

1、判別是否適合鋼結(jié)構(gòu)。做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要事先結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及實(shí)際工程造價(jià)，看項(xiàng)目是否適合鋼結(jié)構(gòu)。

2、建筑的概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指不經(jīng)數(shù)值運(yùn)算，尤其對(duì)一些難以作出精確計(jì)算的問(wèn)題，依據(jù)結(jié)構(gòu)體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。概念設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)工程的整體設(shè)計(jì)而言，舉足輕重，如果不進(jìn)行事先的概念設(shè)計(jì)，即便以后的設(shè)計(jì)計(jì)算再精確也不是一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案。

3、結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)考慮不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)進(jìn)行選擇結(jié)構(gòu)布置方案。在工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或大范圍移動(dòng)荷載時(shí)，可以選用鋼網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式；對(duì)于基本雪壓大的地區(qū)，在屋面的處理時(shí)盡量選用曲線明顯的屋面形式，因?yàn)檫@樣利于積雪滑落；建筑設(shè)計(jì)允許時(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架更經(jīng)濟(jì)。總之，結(jié)構(gòu)的布置要考慮體系特征、荷載分布情況及性質(zhì)等綜合因素，一般來(lái)講，剛度均勻，力學(xué)模型清晰，盡量限制大荷載或移動(dòng)荷載的作用范圍，使其以最直接的路線傳給基礎(chǔ)，柱間支撐的分布應(yīng)均勻，其形心要盡可能的靠近側(cè)向力的作用線，否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。

4、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)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)設(shè)計(jì)前，應(yīng)當(dāng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式細(xì)致思慮。實(shí)際設(shè)計(jì)中，經(jīng)常出現(xiàn)的一種情況是：節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)完畢，設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析所得模型中設(shè)定的形式不一致，如果不足以確定這種不一致帶來(lái)的偏差在允許范圍內(nèi)，通常是5%，就應(yīng)當(dāng)提前避免。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大，例如，有些剛接點(diǎn)即便能承受一定的彎矩，然而其會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，與結(jié)構(gòu)分析中的假定相悖，這樣會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形大于設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)等不良后果，我們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分注意這一點(diǎn)，避免不必要的誤差和麻煩出現(xiàn)。此外，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要注意：結(jié)構(gòu)截面的初步估算，主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸；受彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算和整體穩(wěn)定計(jì)算；軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件的計(jì)算；彎扭屈曲與換算長(zhǎng)細(xì)比；圖紙編制；保溫隔熱；防火設(shè)計(jì)；防水；抗震設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，由于時(shí)間關(guān)系，在此不一一列舉，這些將是我以后研究的重點(diǎn)和主要分析目標(biāo)。

四、結(jié) 語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)作為新型的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，以其性?xún)r(jià)比高、結(jié)構(gòu)性能好的優(yōu)勢(shì)受到歡迎，作為設(shè)計(jì)者，要對(duì)結(jié)構(gòu)形式是否適合鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用做好判斷，對(duì)于應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行規(guī)范，確保經(jīng)濟(jì)又穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

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