鋼結構房屋結構設計中常見問題研究

【摘要】本文首先分析了建筑結構設計的基本內容，然后分析了鋼結構施工的優點，接著分析了鋼結構房屋結構設計常見的問題，最后分析了結構設計要點，希望對該領域的研究具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】鋼結構，房屋，結構設計，問題

一、前言

鋼結構房屋的結構設計有其自己的特點，同時也具有其自身的優點，通過對結構設計中常見的問題進行分析，可以不斷的提高結構設計的水平，確保房屋建筑的質量。

二、建筑結構設計的基本內容

1、建筑結構設計程序

在對建筑物進行設計的過程中，要對其進行充分的考慮，其相關的設計主要包括，結構設計、電氣設計、建筑設計、給排水設計以及暖氣通風設計等。其中，在對這些設計開展的過程中，要注意對美觀、功能、環保以及經濟等方面的要求進行嚴格遵守。另外，建筑物對自身所具有的使用功能進行發揮的基礎條件就是建筑結構，其在建筑物的設計過程中占有極為重要的作用。

2、建筑結構的分類

在建筑結構設計中，可以根據不同的劃分標準對建筑結構進行分類。從建筑物的高度和層數上進行劃分，主要分為單層、高層、多層以及超高層的建筑物；從建筑物實際的使用性能的方面進行劃分，主要分為民用建筑和工業建筑；從建筑物在施工建筑的過程中所使用材料方面進行劃分，可以分為砌體結構、鋼結構、混合結構、木結構以及混凝土結構等；最后，還可以從建筑物結構形式的方面進行劃分，主要劃分為剪力墻結構、排架結構、大路結構、筒體結構以及框架機構等。

三、建筑鋼結構施工優點

1、材質均勻

從鋼材方面的機械性能進行分析，鋼材的質感與材料相對符合于計算力學的假定條件；因為鋼材的內部構造近似各向同性的均質體，其物質條件波動相對較小，只要在應力的幅度范圍內，都可以具有很好的彈性；它的應力狀態和工程力學計算中的設計結果都比較接近，所以從材質方面來看，鋼材相對更好。

2、具有較好的塑性及韌性

在正常的壓力作用情況下，即使超載也不會導致鋼材出現各種損害和斷裂。鋼材能分配建筑物內部的各個局部作用在物體上的力，這樣可以使建筑結構的整體應力變得更為平衡，但是其結果也僅僅是在應變值上增加了。

四、鋼結構在房屋結構設計中的常見問題分析

1、鋼結構的穩定性問題

建筑工程師對房屋結構設計的過程中一般只注意設計結構的負荷強度和是否變形的問題，對所運用結構的穩定性是常常忽略的突出性問題，無論是火電廠廠房建設還是居民住宅房屋建設在鋼結構的穩定性方面都會遇見一系列問題。然而，在對房屋設計中，鋼結構的穩定性對于房屋使用的持久性起著至關重要的作用，如果在建設過程中由于鋼結構穩定性差而產生事故，不僅會對建筑投資商造成嚴重的經濟損失而且也會影響人們的生命健康。

在鋼結構的穩定性方面，穩定性已經成為鋼結構的重要設計環節。建筑工程師在對房屋鋼結構的分析計算過程中先根據測量數據建立對房屋結構的基本模型，但是這一基本模型與實際建設過程中房屋的結構是存在一定差距的，其數據會有很大的波動，這樣就會造成運用理論知識產生的數據與實際情況存在偏差，進一步導致房屋建設過程中鋼結構穩定性差。再加上由于建筑工程師對于鋼結構的穩定性所擁有的知識經驗缺乏，不能清楚的認識到其結構構成，因此也就不能正確的認識到穩定性對于房屋結構建設的重要性。

2、鋼材選用質量等級與焊接質量等級的選用問題

在國家頒布的關于鋼結構設計標準書中規定，對于鋼材料的質量等級必須要有正確的標識，并且要符合焊接質量等級標準。然而，在實際情況下對選用的材料的質量等級沒有提供明確的標準，僅僅注明了鋼材使用材料的類別。

因此，在針對鋼材材料和焊接的質量等級上要進行正確的選用。一方面，在鋼結構房屋建設中選用的鋼材材料必須具有抗壓力、可伸長性、負重性好以及能夠承受一定強度的冷熱沖擊。一般而言鋼材材料的選用要使用Q級以上的碳結構鋼和低合金高強度結構鋼，使用此等級質量的鋼材料可以保證鋼結構的韌性和延展性；另一方面，鋼材的焊接應具有標準的碳含量證書。鋼材的焊接質量等級要高于二級，使用坡口焊接技術。

3、鋼結構的防護性問題

防止鋼材料的腐蝕和隔熱是進行鋼材料防護的兩個重要方面。在實際情況中，建筑工程師在對鋼結構的只注重了鋼材的硬度、抗壓力度的強化問題，卻忽略了鋼材在使用過程中的抗腐蝕效果和隔熱效果，在建筑設計文件中鋼結構的抗腐蝕度和最高隔熱數值也沒有明確標明，這就導致了房屋在使用過程中由于雨水、風力作用等外部環境的侵蝕，減少了房屋使用壽命。因此，一方面，在鋼結構的設計文件中需要標注鋼材的抗腐蝕度，鋼結構在埋入地下部分要進行包裝，受到腐蝕的部位禁止埋入地下；另一方面，在生產鋼材料的過程中要對其進行不同程度的耐火測試，從而實現在不同溫度情況下采用對應的防護措施。

五、鋼結構房屋結構設計中要點解析

1、初步判斷階段：判斷核實的結構類型

雖然鋼結構具有高強度等優良特性但也存在許多缺陷，設計第一步要分析是否采用鋼結構。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、安全可靠性是節點設計的出發點

節點設計應該充分考慮安全可靠性，應給與足夠的重視。鋼結構的節點設計包括梁-柱節點、梁-梁節點、柱-柱節點、柱腳節點、柱帽節點等。設計時應確保節點的安全可靠，并盡量采用簡捷、穩定、可靠的施工工藝，減少或避免現場的焊縫連接。鋼節點的形式按傳力特性大體可以分為三類：鉸節點、半剛性節點、剛性節點。剛性、鉸接節點的受力性能、施工工藝研究得比較成熟，因此在工程中取得了廣泛的應用。

3、概念設計

在結構選型和布置極端，概念設計的理念十分重要，主要可以用來就難以精確理性分析的問題，依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

4、構件設計

構件設計是鋼結構設計中重要的內容之一。要綜合考量多方面的因素，首當其沖要考慮的就是選擇材料方面。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。構件設計中，現行規范使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法并不匹配。當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。

六、結束語

綜上所述，通過對鋼結構房屋結構設計的分析，可以確定常見的問題，并采取針對性的方法進行預防，從而提高設計的水平，保證房屋的結構質量和安全。

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