淺談鋼結(jié)構(gòu)設計中存在的問題及解決措施

曾波

摘要：隨著科技發(fā)展和社會進步，城市化進程在不斷加快，近年來鐵路運輸業(yè)在我國的快速推進，加強機車鋼結(jié)構(gòu)的設計變得非常重要。目前從整體上看，我國鋼結(jié)構(gòu)機車的設計還存在很多問題，文章從機車鋼結(jié)構(gòu)設計中存在的問題以及解決措施出發(fā)，討論了如何加強機車鋼結(jié)構(gòu)設計的觀點，希望有助于機車鋼結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；機車設計；鐵路運輸；機車結(jié)構(gòu)體系；節(jié)點設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU391 文章編號：1009-2374（2016）31-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.053

鋼結(jié)構(gòu)是我國機車結(jié)構(gòu)體系中常見的一種，鋼結(jié)構(gòu)因其自身的優(yōu)點，在近年來受到廣泛的應用。在機車鋼結(jié)構(gòu)設計過程中，只有選擇最優(yōu)的設計方案，才能使鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢發(fā)揮出來。鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設計決定了機車的性能，節(jié)點設計的合理性是鋼結(jié)構(gòu)設計的一個重點問題。在設計的過程中，設計人員要不斷加強自身職業(yè)素養(yǎng)，加強職業(yè)水平，才能保證鋼結(jié)構(gòu)的設計合理，為鋼結(jié)構(gòu)設計奠定技術(shù)基礎。

1 鋼結(jié)構(gòu)的特點

1.1 鋼結(jié)構(gòu)功能優(yōu)越

鋼結(jié)構(gòu)的外部形態(tài)、布置設計、尺寸大小對于機車的外觀和性能起著重要作用，在機車設計中，要把握好鋼結(jié)構(gòu)的特性，將鋼結(jié)構(gòu)的特點和機車的特點相結(jié)合，才能將鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性發(fā)揮出來，使實用性與美觀性得到有效的結(jié)合。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)環(huán)保

從長遠的角度來看，生態(tài)環(huán)保是交通業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。鋼結(jié)構(gòu)在機車結(jié)構(gòu)設計中的大量應用，作為機車設計中的重要結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)具有環(huán)保的優(yōu)勢，其能夠循環(huán)反復利用，生態(tài)污染性低，效能高，有效節(jié)約了能源和資源。同時，鋼結(jié)構(gòu)強度大、耐用性高，邊角廢料也有很大的利用價值，便于回收。從這些方面可以看出，鋼結(jié)構(gòu)環(huán)保性優(yōu)異。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越

（1）鋼結(jié)構(gòu)有利于進行工廠生產(chǎn)，節(jié)約了制作過程中人力資源的消耗，使工程周期縮短；（2）鋼材料自身凈重較輕，結(jié)構(gòu)負荷較小，節(jié)省了制作商的開銷。同時鋼結(jié)構(gòu)強度高、穩(wěn)定性好、抗震性能高，結(jié)構(gòu)不容易出現(xiàn)斷面，有效提高了設計質(zhì)量，有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.4 鋼結(jié)構(gòu)成本低，便于安裝

鋼結(jié)構(gòu)的另一明顯優(yōu)勢在于其成本較低，鋼結(jié)構(gòu)耗材少。鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中性能好，結(jié)構(gòu)的組合靈活簡單，安裝結(jié)構(gòu)簡便，鋼結(jié)構(gòu)的工期能縮短一半，降低了人力成本。如果機車鋼結(jié)構(gòu)施工過程中使用大規(guī)模集約化生產(chǎn)，那么還會進一步縮短工期節(jié)約成本。鋼結(jié)構(gòu)的運用給交通業(yè)帶來了很大方便，提高企業(yè)效益。

2 鋼結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

2.1 設計質(zhì)量較低

鋼結(jié)構(gòu)的設計費用較高且設計任務繁重，需要耗費較多的人力物力，消耗很多時間，所以鋼結(jié)構(gòu)設計就顯得很困難，因此設計院對于鋼結(jié)構(gòu)的設計往往不愿意接受。很多設計單位認為鋼結(jié)構(gòu)設計過于復雜，就將此類設計工作進行外包，市場上的設計單位質(zhì)量參差不齊，如果外包的單位不具有合格的設計資質(zhì)，這將導致鋼結(jié)構(gòu)設計出現(xiàn)很多問題。同時對于這些設計單位監(jiān)督不到位也將導致很多問題發(fā)出，容易出現(xiàn)不合格的機車鋼結(jié)構(gòu)，這極易導致嚴重后果。

2.2 建設人員缺乏專業(yè)素養(yǎng)

參與設計的人員專業(yè)素養(yǎng)不夠高，在鋼結(jié)構(gòu)設計過程中設計人員的水平參差不齊，不具備鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展要求，缺乏專業(yè)知識，例如很多專業(yè)技術(shù)，非專業(yè)人員是無法達到其規(guī)定標準的，技術(shù)人員要下苦工才能掌握鋼結(jié)構(gòu)設計技術(shù)。當前我國很多機車鋼結(jié)構(gòu)設計人員觀念還較為落后，他們的專業(yè)素養(yǎng)是決定鋼結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量的一大要素。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)設計方案有缺陷

鋼結(jié)構(gòu)設計過程往往需要耗費大量資金，同時鋼結(jié)構(gòu)設計往往是由設計單位獨立進行，往往由于缺乏對實踐的分析和調(diào)研，下機車鋼結(jié)構(gòu)設計中經(jīng)常存在鋼結(jié)構(gòu)設計深度不夠、很多設計不能滿足標準要求、設計有缺陷等問題，究其根源，主要是因為鋼結(jié)構(gòu)設計方案自身存在一定的不足，忽視對實際需要的調(diào)查，導致所設計的機車鋼結(jié)構(gòu)難以滿足實際設計的需要。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)設計盲目模仿

不同設計單位的鋼結(jié)構(gòu)設計都有各自的側(cè)重點，不同地區(qū)的情況也不一樣，比如國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設計往往注重經(jīng)濟性，而發(fā)達國家一般更注重質(zhì)量。但是就目前來看，一些設計單位設計往往是盲目模仿其他國家地區(qū)的設計方案，弄巧成拙，而在設計工作中忽視對其的改進和創(chuàng)新，導致所設計的機車結(jié)構(gòu)千篇一律。

3 鋼結(jié)構(gòu)設計中存在問題的解決措施

3.1 強化設計過程

鋼結(jié)構(gòu)機車在設計過程中要考慮的問題較多，需要在合理的計算下才能設計出符合條件的鋼結(jié)構(gòu)。在實際設計過程中，會遇到很多突發(fā)問題，設計人員要針對具體問題具體分析，在設計過程中使用專業(yè)知識，提高設計能力、改善設計質(zhì)量。設計人員要對鋼結(jié)構(gòu)的整體性充分考慮，認識到局部對整體的影響。對于不同要求的機車結(jié)構(gòu)體系選擇合適的材料，材料的選擇要考慮到設計的每個環(huán)節(jié)。

3.2 根據(jù)機車使用要求進行設計

在設計過程中要貼合機車的使用要求。雖然使用鋼結(jié)構(gòu)進行機車設計是時代趨勢，但在具體的設計過程中要注意，鋼結(jié)構(gòu)的主要功能是提高承重和降低自重。在設計過程中，主要從鋼結(jié)構(gòu)自身的特點、實用性出發(fā)，不能只考慮特色、追求外表。只有從實用角度出發(fā)，才能設計出符合市場的產(chǎn)品。

3.3 加強設計監(jiān)督

由于鋼結(jié)構(gòu)自身較為特殊，因此在設計之前要對設計單位的資質(zhì)嚴格檢查，確保其具有專業(yè)的機車鋼結(jié)構(gòu)設計能力。鋼結(jié)構(gòu)的設計還需要考慮其熱屬性，主管部門應加強對設計單位的監(jiān)督，保證鋼結(jié)構(gòu)機車不會出現(xiàn)由于設計疏忽而引發(fā)嚴重事故。

3.4 做好鋼結(jié)構(gòu)深度設計

鋼結(jié)構(gòu)的深度設計就是在設計過程中要精益求精，保證設計的精細化，鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量檢測驗收內(nèi)容要精細，設計內(nèi)容要有圖紙和說明，保證在驗收過程中有據(jù)可依。設計要考慮多方面的情況，在今后使用過程中保證鋼結(jié)構(gòu)符合要求，經(jīng)久耐用。做好深度設計就要做好以下工作：（1）做好柱腳的抗震設計，鋼結(jié)構(gòu)柱腳有埋入式、外包式、外露式三種，埋入式指的是將鋼柱固定在基礎梁上，外包式是將柱腳使用鋼筋混凝土包裹，外露式是指在混凝土基礎表面固定柱腳。柱腳箍筋設計要科學合理，防止外包層出現(xiàn)裂縫。目前外露式的力學研究還不夠完善，端點約束對上部的整體影響程度目前還不是特別了解。若柱剪切荷載大，抗震性能要求低，則可以使用外露式柱腳，若對抗震性能要求高，則不使用外露式柱腳。（2）注意鋼結(jié)構(gòu)的防腐設計，鋼結(jié)構(gòu)的防腐設計通常是使用防腐涂料。鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件有不同的要求，有的鋼結(jié)構(gòu)在出廠之前就涂刷了底漆。在鋼結(jié)構(gòu)上直接涂抹防腐材料，是現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)防腐中最常用的方式，但這是最基本的防腐，要進一步提高防腐性能，就要使用耐候鋼作鋼結(jié)構(gòu)的用料，并用熱浸鍍鋅技術(shù)做防腐處理，使用鍍層進行防腐，注意加強有機涂料的配套技術(shù)，用好陰極保護技術(shù)，使鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能得到整體的提升。（3）加強鋼結(jié)構(gòu)的防火性能，鋼結(jié)構(gòu)防火性能弱于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在鋼結(jié)構(gòu)機車的防火墻設計中通常使用兩種措施：使用保全板，將保全板布置在鋼結(jié)構(gòu)機車中，使用保全板進行防火；在鋼結(jié)構(gòu)中涂抹防火材料。

4 鋼結(jié)構(gòu)設計的思路步驟和發(fā)展趨勢

4.1 鋼結(jié)構(gòu)設計的思路步驟

為了確保鋼結(jié)構(gòu)設計的科學合理，在設計過程中設計人員要嚴格按照設計標準進行操作，注重細節(jié)工作的落實，要做好如下兩方面的工作：（1）鋼結(jié)構(gòu)布置：鋼結(jié)構(gòu)布置中涉及到的主要有平面架、網(wǎng)架、輕鋼等的布置。不同的裝置都有其穩(wěn)中各自的特點，在進行布置的過程中，設計人員要根據(jù)其特點靈活選擇。在鋼結(jié)構(gòu)設計過程中沒有統(tǒng)一固定的設計標準，設計人員需要結(jié)合實際情況進行分析，綜合各方面因素考慮，選擇最佳的布置方案。（2）圖紙的編制：制作的依據(jù)就是圖紙，為了保證鋼結(jié)構(gòu)機車質(zhì)量，就要做好圖紙的設計工作，對圖紙進行科學的設計。圖紙的設計要組織專業(yè)素質(zhì)高的團隊進行，圖紙對于整個機車制作都有著十分重要的作用，圖紙的質(zhì)量決定了鋼結(jié)構(gòu)機車的制作質(zhì)量。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展方向

隨著科技的發(fā)展和進步，鋼結(jié)構(gòu)設計也在不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展方向主要在如下四個方面：（1）高性能鋼材的研發(fā)：高性能的鋼材就是有較高的強度和韌性且防腐性較高、防火性較好的鋼材，同時也要有較高的性價比。高性能鋼材的制作研發(fā)是高性能型材制作的一個關(guān)鍵，將高性能的鋼材在機車中使用，就能夠提高機車自身的性能，降低機車制作成本，提高其使用年限和安全性。（2）創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)鋼材結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，不斷研發(fā)出具有更強使用性能的鋼材結(jié)構(gòu)，促進結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，形成雜交結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和預應力結(jié)構(gòu)這一類新結(jié)構(gòu)形式，從而節(jié)約鋼材材料，降低機車制造成本，提高其性價比。鋼材結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代是鋼結(jié)構(gòu)機車的重要研發(fā)課題。（3）提高計算方法：雖然在鋼結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化理論的應用方面，科技人員已經(jīng)做了深入的研究，但在加強鋼結(jié)構(gòu)結(jié)算方法方面的研究還是比較欠缺的，有待于進一步提高。比如在進行計算分析的過程中，可以引入新的計算軟件，通過計算機進行繪圖設計，改進計算機軟件的計算方法，從而提高鋼結(jié)構(gòu)設計中的計算效率和準確度。（4）發(fā)展輕型鋼結(jié)構(gòu)：輕型鋼結(jié)構(gòu)指的是使用輕質(zhì)材料或者輕型鋼材組成的多層、低層鋼材料，輕型鋼結(jié)構(gòu)相比于其他結(jié)構(gòu)，優(yōu)點十分突出，也是發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)機車環(huán)保方向的重要內(nèi)容之一。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著社會進步和科技的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)機車因其自身特有的優(yōu)點受到廣泛運用，但在機車鋼結(jié)構(gòu)設計施工的過程中，也有很多問題被暴露出來。本文就根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)機車設計施工的過程進行分析，分析了機車鋼結(jié)構(gòu)設計施工中存在的問題。只有真正解決了鋼結(jié)構(gòu)機車設計施工過程中存在的問題，才能從整體上提高機車鋼結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量。解決鋼結(jié)構(gòu)機車中存在的問題，并根據(jù)其特點有針對性的發(fā)展，結(jié)合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在機車制造中的優(yōu)勢，促進機車設計水平的提升。