鋼結構在建筑結構設計中的問題分析

韓偉

摘要：鋼結構建筑相比傳統的混凝土建筑而言，用鋼板或型鋼替代了鋼筋混凝土，強度更高，抗震性更好。并且由于構件可以工廠化制作，現場安裝。因而大大減少工期，由于鋼材的可重復利用，可以大大減少建筑垃圾，更加綠色環保。因而被世界各國廣泛采用，應用在工業建筑和民用建筑中。

關鍵詞：鋼結構；建筑結構設計；問題

鋼結構是“用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的結構形式”。因其本身具有自重輕、可靠性高、安裝快捷、施工周期短、抗震性好、可回收再利用、環境污染少等綜合優勢，而且，與鋼筋混凝土結構相比，更具有在“高、大、輕”三個方面發展的獨特優勢，因此，在全球范圍內，尤其是發達國家和地區，它在各項工程建設中得到了極為廣泛的應用。并且已經成為我國主要的建筑結構類型之一。

1.鋼結構及我國鋼結構的現狀和發展趨勢

目前，我國鋼結構的現狀與發達國家相比，鋼結構的發展水平仍與之存在著較大差距，在住宅設計、生產制造以及安裝、維護等方面，與發達國家相比都存在著差距。同時關于鋼結構的標準化、規范化以及施工法等方面的體制仍未健全，尚待著進一步的完善。相對于改革開放初期的我國，在鋼結構建筑，特別是高層鋼結構建筑，其全部由國外設計，鋼材全部從國外進口，甚至工程總承包也全部由國外承擔的國有化制約性問題來說，現在隨著改革開放的不斷深入和社會的快速發展，以及我國鋼鐵企業在鋼材水平上的深遠進步，使得我國應經成為世界上鋼結構發展最快的國家和地區之一。在世界鋼結構中產生了廣泛而深遠的影響。

近年來，隨著世界先進的設計理念和設計思想的不斷涌入，進一步地促進了我國鋼結構的發展。雖然，在某種程度上，其水平與發達國家相比，仍存在著不可逾越的差距。但是其迅猛的發展勢頭，以及美好的發展前景，讓我們有理由相信，在不遠的將來，中國的鋼結構水平將達到一個很高的水平。

鋼結構，可以說是我國主要的但又相對新興的建筑結構。隨著我國社會的進步和經濟的發展，再加上政府對鋼結構的大力普及與推廣，使我國建成了一大批世界矚目的大跨度高層結構，比如我們耳熟能詳的鳥巢、水立方、國家大劇院以及新中央電視臺等，有些建筑不但成為了一個地區的標志，有的甚至已經成為我國邁向新世界的代表性標志。毫無疑問，這些項目的建設大大提高了我國鋼結構的設計水平。很多諸如此類的鋼結構建筑，不僅方案新穎、結構合理，而且可以節省大量的鋼材，完全符合我國的國情。

現階段，我國正處于城市化發展階段，建筑業已經迎來了他的高速發展期，其生產規模的不斷擴大，住宅需求的不斷增加，使建筑業業已成為我國國民經濟的支柱產業。但是，任何事物的發展都有其弊病，建筑業的發展也不例外，隨著我國建筑業崛起的同時，也帶來了環境和能源的相應問題。而如何在保持筑業可持續發展中實現低能耗、高能效，已經成為亟待解決的大問題。而鋼結構住宅憑借其優異建筑性能和節能環保性，已經成為解決上述問題的關鍵，可以說是建筑行業的發展趨勢和最佳選擇。因此，鋼結構住宅的普及和應用在我國的鋼結構發展中有著至關重要的作用。鋼結構住宅將成為我國鋼結構發展中的生力軍。

2.鋼結構在建筑結構設計中的問題

2.1設計質量下降進行鋼結構設計。所需的人力和物力資源比一般的建筑方案設計要大得多，而且其設計時間期限一般較短，所給予的設計經費較少，設計任務量又較大，因此，鋼結構設計任務經常出現無人接收問題，就算設計任務被接受，其設計質量也往往是差強人意。施工單位在承包一項工程后，往往會將這個工程的鋼結構設計任務進行轉包，因為施工單位很少有具備專業鋼結構設計資格的，但是由于工程轉包的設計單位可能也缺乏相應的經驗和人才，此情況下往往會因為建筑市場的混亂而造成鋼結構設計工作的失敗。而且，由于缺乏相應的監督制度和法律規范文件，一般很難采取有效措施進行整治，這就造成鋼結構設計質量普遍下滑的局面。

2.2參與建設人員的素質相對不高。鋼結構設計工作本身就是一項任務繁重的工作，而當前建筑鋼結構設計行業又普遍存在設計人員專業素質缺乏的現象，這更加突出了鋼結構設計的問題。除了設計人員的專業素質缺乏之外，施工單位往往也存在施工人員和高層管理人員缺乏專業素質和職業素養的現象。不論是什么工作，工作人員都是保證工作質量的關鍵所在，而鋼結構設計工作更是如此。所以，建筑企業必須認識到這一問題的重要性，積極提高當前鋼結構設計人員和施工人員以及高層管理人員的專業素質和職業素養。

2.3對國外設計方案不加變通。我國鋼結構設計工作相較于外國先進國家來說存在一定差距，因此，我國鋼結構設計師經常在進行鋼結構設計工作時借鑒外國的設計方案。當然，適當的借鑒是允許的，但是，我國大部分的設計人員對待外國設計方案都是推崇、照搬照抄，根本沒有考慮設計方案的適用性，沒有結合本國的實際情況進行修改，將其方案不加變通地挪用到我國鋼結構設計工作中，造成建筑企業的經濟損失。還存在一些設計人員，不切實際，進行設計任務時，思維過于天馬行空，根本不結合實際情況。

3.鋼結構在建筑結構設計中的改進措施

3.1鋼結構的形式與布置。鋼結構主要有框架、平面架、網架、索膜、輕鋼以及塔桅等結構形式。每個形式都有其各自的特點，在我們選型的時候要結合具體情況充分考慮他們的特點。比如，在建筑輕鋼工業廠房時，需要有較大的懸掛荷載或移動荷載，因此，我們需要選擇與之相適應的網架，放棄門式鋼架。再比如，對于那些屋面覆蓋跨度較大的建筑時，我們可以選擇以構件受拉為主的懸索或索膜結構。因此，在面對具體問題時要具體分析。關于鋼結構的布置，正如上章節鋼結構布置依據中所述一樣，在鋼結構設計中，一定要根據體系特征、荷載分布情況及其性質進行綜合考慮。

3.2截面的選擇。在確定了鋼結構形式與布置之后，接下來，要對構件截面進行初步估算。主要就是對梁面和支撐斷面的形狀與尺寸的假定。鋼梁的截面高度，一般根據荷載和支座的具體情況，通常是1/20M/50之間的跨度選擇。翼緣的寬度，為了回避鋼梁整體穩定的復雜計算，可根據梁間側向支柱的間距按照1/b限值加以確定。柱截面需要根據長細比進行預估。一般的選擇值在100左右。

3.3結構分析與構件設計。結構的分析可參考上一章中的結構分析與工程判定一章，在此不再加以贅述。而關于構件的設計，我們首先要進行材料的選擇。當下比較常用的是Q235和Q345。要是從便于工程管理的角度考慮，主結構通常采用單一鋼種，若是從經濟的角度考慮，則可選擇不同強度鋼材的截面組合。比如，穩定控制時可以選擇0235，強度控制時可以選擇Q345.目前，由于程序技術的進步，一些結構軟件可以對整個結構進行全面優化，我們僅需對優化后的截面進行調整直至合理。并需要注意模型的建立以及一些計算長度的參數定義。

3.4節點的設計。有時候，如果在結構分析前未對節點的形式進行充分的思考，可能會造成最終的設計節點與模型中的節點形式完全不同的不必要的錯誤。因此，這一點需要特別注意。根據傳力特點的不同，節點可分為剛接、鉸接和半剛接。在選用節點時，千萬要正確判斷節點的連接形式，做到整個設計的安全與合理。有關連接節點具體內容和注意事項，請參照上一章節。

4.結語

綜上所述，鋼結構在建筑結構領域中擔任著重要的角色，必須重視對鋼結構的設計。在進行設計方案時要注意上述幾個需要關注的重點，提高鋼結構設計方案的質量，保證鋼結構的穩定性和安全性，從而保證建筑物的結構質量。