鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題探析

張忠林

摘 要：隨著社會主義現(xiàn)代化建設(shè)步伐的不斷更新和改進(jìn)，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)能力的不斷調(diào)整和變革，我國的國民經(jīng)濟(jì)和生活景象呈現(xiàn)一篇繁榮富強的新格局，由于突飛猛進(jìn)的社會經(jīng)濟(jì)導(dǎo)致現(xiàn)階段人們對物質(zhì)文化需求的日益提高，在住房方面的要求也出現(xiàn)了個性化、多樣化、集約化、整體化、安全穩(wěn)定化的局面，同時也對鋼結(jié)構(gòu)房屋提出了更高的要求。因此需要更加注重鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的問題，花費足夠的時間和精力積極探討在設(shè)計中出現(xiàn)的問題，找尋及時有效的解決方案，尋求最優(yōu)的、最安全、最可靠、最節(jié)約的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，這樣不僅可以大大提高人們的物質(zhì)文化需求水平，也極大的改善現(xiàn)有的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，為以后建筑事業(yè)的發(fā)展提供更加有力的建筑經(jīng)驗、建筑技巧。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題

1 鋼結(jié)構(gòu)房屋發(fā)展的前景和優(yōu)勢

1.1 發(fā)展前景

①將鋼結(jié)構(gòu)體系用于房屋建筑可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)延性好、塑性變形能力強、具有優(yōu)良抗震性能等優(yōu)點，從而大大地提高住宅的安全可靠性。近年來的地震災(zāi)害，尤其是臺灣大地震調(diào)查結(jié)果證明了鋼結(jié)構(gòu)在地震中的良好表現(xiàn)。②鋼結(jié)構(gòu)房屋比傳統(tǒng)建筑更好地滿足建筑上大開間、靈活分隔的要求，并可通過減少柱的截面面積和使用輕質(zhì)墻板提高使用面積率。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)房屋的優(yōu)勢

①有利于構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，有利于降低成本，實現(xiàn)房屋建筑技術(shù)集成化、產(chǎn)業(yè)化；鋼結(jié)構(gòu)房屋體系工業(yè)化程度高，現(xiàn)場濕作業(yè)少，符合環(huán)保建筑施工的要求。 ②鋼結(jié)構(gòu)房屋體系自重輕，約為混凝土結(jié)構(gòu)的一半，可以減少基礎(chǔ)造價；鋼結(jié)構(gòu)住宅體系施工周期短，比傳統(tǒng)住宅體系至少可以縮短三分之一，可以大大提高投資效益，加快資金周轉(zhuǎn)。 ③鋼結(jié)構(gòu)房屋所用的材料主要是綠色、可回收或易降解的材料，在建筑物拆除時它的大部分材料可再利用，廢棄物產(chǎn)生少，因此符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題

結(jié)構(gòu)工程師對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中一般只注意設(shè)計結(jié)構(gòu)的強度和變形的問題，而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是常常被忽略的突出問題，無論是火電廠廠房建設(shè)還是居民住宅房屋建設(shè)都會遇見一系列問題。然而，在對房屋設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對于房屋使用的持久性起著至關(guān)重要的作用，如果在建設(shè)過程中由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差而產(chǎn)生事故，不僅會對建筑投資商造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失而且也會影響人們的生命安全。

在鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面，穩(wěn)定性已經(jīng)成為鋼結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)工程師在對房屋鋼結(jié)構(gòu)的分析計算過程中根據(jù)數(shù)據(jù)建立房屋結(jié)構(gòu)的基本模型，但是這一基本模型與實際建設(shè)過程中房屋結(jié)構(gòu)存在一定差距，其數(shù)據(jù)往往會有很大的波動，這樣就會造成運用理論知識產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與實際情況存在偏差，進(jìn)一步導(dǎo)致房屋建設(shè)過程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

2.2 鋼材質(zhì)量等級與焊接質(zhì)量等級的選用問題

在國家頒布的關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)書中規(guī)定，對于鋼材的質(zhì)量等級必須要有正確的標(biāo)識，并且要符合焊接質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)。然而，在實際情況下對選用的材料的質(zhì)量等級沒有提供明確的標(biāo)準(zhǔn)。

因此，在針對鋼材材料和焊接的質(zhì)量等級上要進(jìn)行正確的選用。一方面，在鋼結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)中選用的鋼材材料必須具有抗壓力、可伸長性、負(fù)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(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，使用此等級質(zhì)量的鋼材可以保證鋼結(jié)構(gòu)的韌性和延展性；另一方面，鋼材的焊接應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的碳含量證書。鋼材的焊接質(zhì)量等級要高于二級。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性問題

鋼材的腐蝕和隔熱是進(jìn)行鋼材料防護(hù)的兩個重要方面。在實際情況中，結(jié)構(gòu)工程師只注重了鋼材的硬度、抗拉壓強度的問題，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(shè)計文件中鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕度和最高隔熱數(shù)值也沒有明確標(biāo)明，這就導(dǎo)致了房屋在使用過程中由于雨水、風(fēng)力作用等外部環(huán)境的侵蝕，減少了房屋使用壽命。因此，一方面，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計文件中需要標(biāo)注鋼材的抗腐蝕性，鋼結(jié)構(gòu)在埋入地下部分要進(jìn)行包裝，受到腐蝕的部位禁止埋入地下；另一方面，在生產(chǎn)鋼材的過程中要對其進(jìn)行不同程度的耐火測試，從而實現(xiàn)在不同溫度情況下采用對應(yīng)的防護(hù)措施。

3 鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計要點

3.1 整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

任何一個項目的設(shè)計都應(yīng)具備層次性及復(fù)雜性兩方面的特點。以層次性看來，其一般包含建筑的設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)體系及安裝設(shè)計體系等，每一個體系內(nèi)又囊括了多個下屬體系。進(jìn)行房屋建筑設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)對各個下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將各個布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破；以復(fù)雜性看來，其一般包含建筑原料選取、零部件選取、結(jié)構(gòu)類型選取等內(nèi)容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應(yīng)從整體進(jìn)行優(yōu)化，方可真正實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。

3.2 結(jié)構(gòu)同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化

在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)盡可能保證建筑的結(jié)構(gòu)同整體平面的配合緊密，從而實現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的效果。在進(jìn)行建筑柱及墻的布設(shè)時，應(yīng)同建筑平面的功能需求相一致，每個房間的進(jìn)深、開間都應(yīng)保持統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)盡可能簡潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯位情況，每一層的高度及截面面積應(yīng)相同。進(jìn)行樓梯或電梯的設(shè)計時，其應(yīng)力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，更應(yīng)該注重截面的選取。整體建筑在布局方面應(yīng)保證重心與剛心盡量重合，預(yù)防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。

3.3 偶然荷載設(shè)計

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析時，要充分考慮偶然荷載作用，本文主要考慮地震作用。地震作用是建筑物因地面運動而產(chǎn)生的一種慣性作用，屬于動力作用，通過達(dá)朗伯爾原理建立微分方程。它的大小既與結(jié)構(gòu)的固有振動特性有關(guān)，又與地面運動的特性有關(guān)。大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)受地震影響大，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保證屋蓋結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)剛度分布均勻，有明確的傳力路線，這樣在地震作用下，就能夠使結(jié)構(gòu)受到的荷載作用通過支座向下傳遞，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大扭轉(zhuǎn)或者其他變形，保證結(jié)構(gòu)的安全。而且要針對房屋薄弱部分進(jìn)行抗震分析，并進(jìn)行加強，確保其受力符合要求，與整個結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。由于大跨度結(jié)構(gòu)的平面投影尺寸較大，尚應(yīng)考慮豎向地震力效應(yīng)。故對于大跨度空間結(jié)構(gòu)來說，設(shè)置一定的防震縫是一種較好的方式，根據(jù)具體的工程規(guī)模和抗震要求，進(jìn)行抗震驗算，并在合適的位置設(shè)置防震縫。

3.4 注重計算分析

在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算時，要重視上部、下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，并計入多向地震作用的效應(yīng)。在進(jìn)行設(shè)計時，要充分利用現(xiàn)有的一些結(jié)構(gòu)分析軟件和先進(jìn)的分析方法，對關(guān)鍵部位進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，并針對具體情況，加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。經(jīng)過計算實踐表明，對于大跨鋼結(jié)構(gòu)來說，可以采用以下幾種方法進(jìn)行分析：多向地震反應(yīng)譜法、時程分析法、多向隨機(jī)振動分析方法等。當(dāng)然，要針對具體的工程項目選擇合適的方法，保證結(jié)構(gòu)分析計算的可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)是建筑未來的一個重要發(fā)展方向，讓建筑受力更合理、布置更美觀、更節(jié)能環(huán)保，解決建筑超高、超限、超大跨度的問題。為了保證鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，就要首先從結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，為建筑提供合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為建筑質(zhì)量提供堅實的保障，進(jìn)而促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

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