多層鋼結構模塊與鋼框架復合建筑結構設計與分析

周卓

摘 要：鋼結構體系與其他住宅體系不同，通常采用的是裝配式結構，這種結構的主要優勢是施工速度快，布局限制小，由多層水平樓蓋和豎向墻組成，多層鋼結構模塊與鋼框架復合對現代建筑施工起到了非常重要的引導作用。本文主要針對多層鋼結構模塊與鋼框架復合建筑結構設計進行詳細分析。

關鍵詞：多層鋼結構模塊；鋼框架復合；建筑結構設計分析

1 前言

在現代建筑工程施工中需要及時根據建筑自身特點來設定目標函數，建立鋼框結構框架，優化結構設計模型，在此基礎上，采用鋼結構復合法來編制相應的優化程序，不僅提高了工作效率，還促進了建筑結構設計水平的進一步提升[1]。目前我國的建筑結構通常是多層建筑，混凝土結構對建筑總造價起到了決定性的影響，所以在規范化施工的前提下，必須要強化施工過程管理，加大對建筑結構設計過程的監督，及時進行鋼結構住宅設計優化，減少鋼結構的使用量，這樣一來，不僅減少了成本投入，還有效推動了我國建筑工程的更好發展。在鋼結構設計的過程中主要采用了鋼結構設計軟件，由于設計過程周期長，費用高，因此這種軟件目前沒有得到廣泛應用。及時進行鋼結構設計優化，采用綜合性的優化算法來提高優化策略，有效改善應力指標，在保障質量的前提下盡可能降低工程造價，切實做到了經濟、安全[2]。

2 鋼結構建筑的主要特點分析

抗震性強，建筑工程中使用的鋼材的強度比普通砌體、混凝土的強度要高出十幾倍，同時在荷載力相同的情況下，需要的構件面積很小[3]。以鋼結構為主要設計的現代住宅是將鋼柱為骨架，并使用了輕質型墻板，因此這種鋼結構建筑的重量僅相當于普通混凝土建筑重量的百分之七十，同時具有很好的延展性，抗震性能較強，從而延長了建筑結構的使用壽命，由于我國是一個地震多法的國家，因此目前鋼結構在多層建筑中得到了普遍應用。鋼結構的施工周期較短，所有的構件都是由正規廠家統一生產的，只需要在施工前將其及時運送到現場即可，產量質量高，安全性高，施工速度快，比傳統建筑節約一半的時間。施工中受到自然環境的影響很小，從一定程度上降低了工程造價[4]。

3 多層鋼結構模塊與鋼框架復合建筑結構設計的相關研究

3.1 復合建筑結構設計的主要思路

在設定空間內，采用無約束算法來優化鋼結構建筑設計，及時設計變量，找到復合形定點，在此基礎上，去掉目標函數最大值對應的最壞點，將其取代最壞反射點，得到了映射點，由此構成了一個復合形鋼結構建筑。在重復以上操作中，復合形位置逐漸向最優點靠近，最后將目標函數中的最小點來作為最優點[5]。在設定的空間內組成一個復合形，繼而經過反射、延伸、收縮等操作，順利替代了復合形中目標函數的最大值，在逐步縮小的前提下，復合形接近最優點。

3.2 鋼結構的主要設計類型

鋼結構建筑主要采用的是成本低廉的碳素結構作為梁柱，如：工字型、箱型、H型等，選用不同厚度的鋼板來進行設計，及時按照設計要求來進行焊接加工，促進鋼結構成型，并對其不同結構的受力情況進行科學計算，有效節約了鋼材。采用了輕型鋼結構、薄型鋼結構，結構厚度約為2mm到6mm，從而制作成不同截面形式的鋼結構，合理的利用材料，有效提高鋼結構的強度，將薄形鋼材作為主要支撐構件，合理的利用鋼材強度，在日常工作中將薄形鋼制品的厚度控制在1.6mm以下，保證鋼結構受力情況均勻。預制板結構：預制板機構主要用于樓板、承重墻、屋面板，在施工中將需要使用的構件提前制作好，然后將其運輸到現場就可以完成建筑鋼結構施工，目前這種結構更多的被應用于多層建筑中。

3.3 構件連接方式

在梁柱連接的過程中主要有交接，半剛接這幾種形式，制作過程較為簡單，只需要設置支撐結構就可以起到提升整個結構穩定性、安全性的良好作用。在半剛性連接的環節，需要及時掌握其受力情況，及時實際經驗來進行操作，避免出現質量問題。保證梁柱構件盡量大，從而便于安裝，將梁柱單根長度控制在10m到12m之間，對于梁柱的連接部位要及時固定好，避免不穩定，及時調整設計方案，將人員安全放在首位。

3.4 鋼結構建筑設計中的注意事項

由于配套管線數量較多，因此要采用暗敷方式進行，避免多條管線交叉，確保墻體施工與管線敷設的同步進行，將施工工期控制好，科學的布置建筑布局，在此環節主要是對管線的排放、墻面裝修等施工質量作出合理管控，盡量減少管線敷設、墻體施工對人員日常活動造成的影響[6]。采用專門的切割工具來進行開槽施工，積極使用質量過關的材料，保證結構在遭受破壞后便于修復。做好防水防滲，要注意鋼結構建筑的防水防滲工作，結構設計之前要及時制定合理有效的防護措施，避免墻體滲水，合理的選用隔熱、防水材料。

4 結束語

多層鋼結構模塊與鋼框架復合對現代建筑施工起到了非常重要的引導作用，因此需要及時建立鋼框結構框架，了解復合建筑結構設計的主要思路，采用無約束算法來優化鋼結構建筑設計，及時設計變量，從而找到復合形定點。保證鋼結構受力均勻，合理的利用材料，有效提高鋼結構的強度。明確.構件連接方式，通過設置支撐結構來提升整個建筑結構的穩定性、安全性，及時調整設計方案，將人員安全放在首位，制定合理有效的防護措施，合理的選用隔熱、防水材料，充分體現復合形鋼結構建筑設計的經濟性與有效性。

參考文獻：

[1] 張鵬飛，張錫治，劉佳迪，等.多層鋼結構模塊與鋼框架復合建筑結構設計與分析[J].建筑結構，2016（10）：95～100.

[2] 王惠艷.基于物質點法多層鋼結構復合建筑研究[J].遼寧科技大學學報， 2016（5）：385～391.

[3] 徐冰冰.新型多高層鋼結構箱式模塊建筑的設計[J].建筑建材裝飾， 2017（22）：26.

[4] 何亞利，趙明洋.多層鋼結構框架建筑結構設計探索[J].城市建設理論研究，2014（12）：27.

[5] 李榮生， 李超.“鋼結構箱式模塊化建筑”未來裝配式建筑發展的重要方向--深圳“前海創新商務中心”項目A、B組團設計之思考[J].建筑工程技術與設計，2016（22）：24.

[6] 劉學春，徐阿新，張愛林，等.模塊化裝配式高層鋼結構節點靜力性能分析與試驗研究[J].工業建筑，2014（8）：27～34.