建筑鋼結構工程設計中的要點分析

秦智平

摘 要：當前建筑中鋼結構應用非常廣泛，鋼結構的抗拉，抗壓強度都很高，構件斷面小，自重較輕，塑性和韌性好，適用承受沖擊和地震荷載，便于機械化生產，是工程結構中工業化最高的一種，而且整體的施工進度較快、造價成本較低。但是也不能否認，鋼結構設計中還存在著一些不足和隱患，本文就鋼結構設計中的幾個問題做一下探討。

關鍵詞：鋼結構設計；穩定性；防火防銹

1 鋼結構設計規定及設計所涉及的規范，規程

設計規定：

1.1 設計中要標明鋼材的強度等級、高強度螺栓連接摩擦面的要求 一般來說，Q235和Q345B等級是比較通用的鋼材，大多數時候考慮到工程現場管理方便，在主結構上會采用一種鋼材等級，但是從經濟的角度來考慮，有的截面組合形式應該采用不同強度等級的鋼材，如格構柱的肢件可采用Q345B的H型鋼，綴條、綴板可采用Q235的鋼板或型鋼。在連接摩擦面的高強度螺栓經過表面處理后，需要符合以下標準：第一，連接摩擦面需要保持清潔干燥，并且不能有毛刺飛邊、焊接飛濺物，以及焊疤、氧化鐵皮和污垢等不良情況；第二，需要在表面處理過程中，采取一定的保護措施，來保護處理后的連接摩擦面，并且不能在連接摩擦面上，標注任何標記；第三，如果需要對連接摩擦面進行生銹處理，那么需要在安裝前，采用細鋼絲刷，在垂直于構件的方向，正確刷除表面上的浮銹。

1.2 設計中構件的計算 鋼梁的抗剪強度應按彈性設計；鋼梁的撓度計算時采用荷載標準值，可不考慮螺栓孔引起的截面削弱；鋼梁腹板應采用加勁肋來加強它的局部穩定性。一般情況下，通過限制制板件的寬厚比，可以確保鋼梁翼緣的局部穩定性。一旦在受壓翼緣長度L與其寬度B的比值，超過了標準所規范的限值，就需驗算鋼梁的整體穩定性，使其滿足構件寬厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在設計中，考量截面塑性的發展，以及在塑性設計時，按照更嚴格的要求進行；在計算單角鋼受壓構件長細比時，需要利用到角鋼的最小回轉半徑，而不是單純的借助角鋼平行軸的回轉半徑數據；例如鋼柱等軸心受壓構件設計，需根據要求的規范標準，計算出其剪力多少；在設計桁架時，桁架腹桿的平面內、外的計算長度，不能隨意取其幾何長度，應按規范要求來全方位的考量。

1.3 設計中構件間的連接 在連接的構件中，針對普通螺栓等構件，都有相應的防松動要求，需要采用有防松動裝置的雙螺母或者彈簧墊圈等，也可以采用人工方法，將螺栓外露絲扣鑿毛或將螺母與外露螺栓點焊；根據鋼結構的規范標準，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高強螺栓，而在連接極限承載力計算時，需要考慮螺桿與孔壁的接觸情況；建議在構件直接承受動力荷載之時，不要使用承壓型高強螺栓；如果是鋼柱和鋼梁的剛性連接，需要進行鋼柱腹板在鋼梁翼緣范圍內的節點域計算；節點連接板在拉力和剪力的作用下，需要驗算其強度；與此同時，鋼梁端支座處的底板厚度也需要計算，鋼柱底部與柱底板的角焊縫也需要進行計算，為構件連接帶來安全性保障。

2 鋼結構穩定性的設計

2.1 鋼結構穩定設計的特點

2.1.1 結構的整體剛度：結構的承載能力和其剛度密切相關，結構的剛度是由構件的整體組成所決定的，所以穩定是結構整體性能的體現。

2.1.2 穩定性的整體性能：每個構件的穩定性組成結構的整體穩定性，在考慮結構穩定性時，應有整體的觀點，每個構件細部的微小變形，都會對內力分部產生影響，結構整體失穩反過來也會使構件截面部分變形，會影響結構整體的承載力。

2.1.3 穩定設計的其它特點：考慮結構穩定性問題時，要考慮到結構變形后的位移和對外效力的影響。

2.2 鋼結構穩定設計時應注意的問題

2.2.1 構件的布置，需要考量整個鋼結構體系及局部的穩定性要求。目前，鋼結構設計一般要按照平面體系進行設計，例如門式剛架，以及框架等。為了確保平面結構不出現平面外失穩問題，建議從結構整體布置設計，來解決問題，如增加支撐構件等。

2.2.2 在設計單層或多層框架結構之時，一般不需要進行框架穩定性的分析，只需要計算框架柱的穩定性即可。在柱的平面外計算長度系數，需要借助框架整體穩定性進行分析，使柱的穩定計算與框架穩定計算等效。

2.2.3 設計結構的細部構造與構件穩定計算應保證一致，這也是鋼結構設計中需要注意的問題。節點連接處要求能傳遞彎距時，應有足夠的剛度和柔度；設計桁架節點時應盡量減少桿件的偏心；在涉及結構穩定性能時，設計構造方面需要滿足不同強度的要求以及特殊要求，例如簡支梁的抗彎強度等。不動鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內轉動，但這不能確保梁整體的穩定性情況，所以不動鉸支座，還需要能夠阻止梁繞縱軸扭轉，并允許梁在平面內轉動和梁端截面自由翹曲，以符合穩定分析的條件。

3 鋼結構防腐防火涂裝

鋼結構防火防腐處理后，可大大提高耐火性和耐久性。通常情況下，先進行防腐涂料涂裝，再進行防火涂料涂裝，所用的防火底漆、封閉漆、中間漆、面漆成分性能應與防火涂料相容，不應與防火涂料產生化學反應。鋼構件采用涂料防腐涂裝時，可采用機械除銹和手工除銹方法進行處理，經處理的鋼材表面不應有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等；對于鍍鋅構件，酸洗除銹后，鋼材表面應露出金屬色澤，無污漬、銹跡和殘留任何酸液。

設計中應根據規范要求注明防火涂料種類、涂裝層數和涂層厚度等，防火涂料按使用厚度可分為CB、B和H三類，CB類是超薄型鋼結構防火涂料，涂層厚度小于或等于3mm，耐火極限一般小于2.0h；B類是薄型鋼結構防火涂料，涂層厚度大于3mm且小于或等于7mm，涂料遇火時膨脹發泡，形成致密的隔熱層，耐火極限可達0.5～2.0h；H類是厚型鋼結構防火涂料，涂層厚度大于7mm且小于或等于45mm，粒狀表面，密度較小，熱導率低，耐火極限可達0.5～3.0h。

4 結束語

鋼結構建筑擁有很多的優勢，屬于綠色環保建筑，符合可持續發展的戰略。隨著科學的進步，時代的發展，必將具有廣闊的發展前景，在不久的將來，鋼結構建筑勢必將成為未來建筑的主流。

參考文獻：

[1]鋼結構設計規范[S].GB50017-2003.

[2]陳紹蕃.鋼結構設計原理[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[3]時新，等.鋼結構防腐蝕和防火涂裝[M].北京：化學工業出版社.