鋼結構房屋結構設計中的常見問題探析

張忠林

摘 要：隨著社會主義現代化建設步伐的不斷更新和改進，國內經濟生產能力的不斷調整和變革，我國的國民經濟和生活景象呈現一篇繁榮富強的新格局，由于突飛猛進的社會經濟導致現階段人們對物質文化需求的日益提高，在住房方面的要求也出現了個性化、多樣化、集約化、整體化、安全穩定化的局面，同時也對鋼結構房屋提出了更高的要求。因此需要更加注重鋼結構設計方面的問題，花費足夠的時間和精力積極探討在設計中出現的問題，找尋及時有效的解決方案，尋求最優的、最安全、最可靠、最節約的房屋結構設計方案，這樣不僅可以大大提高人們的物質文化需求水平，也極大的改善現有的房屋結構設計模式，為以后建筑事業的發展提供更加有力的建筑經驗、建筑技巧。

關鍵詞：鋼結構；房屋；結構設計；問題

1 鋼結構房屋發展的前景和優勢

1.1 發展前景

①將鋼結構體系用于房屋建筑可以充分發揮鋼結構延性好、塑性變形能力強、具有優良抗震性能等優點，從而大大地提高住宅的安全可靠性。近年來的地震災害，尤其是臺灣大地震調查結果證明了鋼結構在地震中的良好表現。②鋼結構房屋比傳統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墻板提高使用面積率。

1.2 鋼結構房屋的優勢

①有利于構件標準化，有利于降低成本，實現房屋建筑技術集成化、產業化；鋼結構房屋體系工業化程度高，現場濕作業少，符合環保建筑施工的要求。 ②鋼結構房屋體系自重輕，約為混凝土結構的一半，可以減少基礎造價；鋼結構住宅體系施工周期短，比傳統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。 ③鋼結構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，廢棄物產生少，因此符合可持續發展的要求。

2 鋼結構在房屋結構設計中的常見問題分析

2.1 鋼結構的穩定性問題

結構工程師對房屋結構設計的過程中一般只注意設計結構的強度和變形的問題，而結構的穩定性是常常被忽略的突出問題，無論是火電廠廠房建設還是居民住宅房屋建設都會遇見一系列問題。然而，在對房屋設計中，鋼結構的穩定性對于房屋使用的持久性起著至關重要的作用，如果在建設過程中由于鋼結構穩定性差而產生事故，不僅會對建筑投資商造成嚴重的經濟損失而且也會影響人們的生命安全。

在鋼結構的穩定性方面，穩定性已經成為鋼結構的重要設計環節。結構工程師在對房屋鋼結構的分析計算過程中根據數據建立房屋結構的基本模型，但是這一基本模型與實際建設過程中房屋結構存在一定差距，其數據往往會有很大的波動，這樣就會造成運用理論知識產生的數據與實際情況存在偏差，進一步導致房屋建設過程中鋼結構穩定性差。

2.2 鋼材質量等級與焊接質量等級的選用問題

在國家頒布的關于鋼結構設計標準書中規定，對于鋼材的質量等級必須要有正確的標識，并且要符合焊接質量等級標準。然而，在實際情況下對選用的材料的質量等級沒有提供明確的標準。

因此，在針對鋼材材料和焊接的質量等級上要進行正確的選用。一方面，在鋼結構房屋建設中選用的鋼材材料必須具有抗壓力、可伸長性、負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級以上的碳結構鋼和低合金高強度結構鋼，使用此等級質量的鋼材可以保證鋼結構的韌性和延展性；另一方面，鋼材的焊接應具有標準的碳含量證書。鋼材的焊接質量等級要高于二級。

2.3 鋼結構的防護性問題

鋼材的腐蝕和隔熱是進行鋼材料防護的兩個重要方面。在實際情況中，結構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，在建筑設計文件中鋼結構的抗腐蝕度和最高隔熱數值也沒有明確標明，這就導致了房屋在使用過程中由于雨水、風力作用等外部環境的侵蝕，減少了房屋使用壽命。因此，一方面，在鋼結構的設計文件中需要標注鋼材的抗腐蝕性，鋼結構在埋入地下部分要進行包裝，受到腐蝕的部位禁止埋入地下；另一方面，在生產鋼材的過程中要對其進行不同程度的耐火測試，從而實現在不同溫度情況下采用對應的防護措施。

3 鋼結構房屋設計要點

3.1 整體優化和局部優化

任何一個項目的設計都應具備層次性及復雜性兩方面的特點。以層次性看來，其一般包含建筑的設計體系、結構體系及安裝設計體系等，每一個體系內又囊括了多個下屬體系。進行房屋建筑設計時，設計人員應對各個下屬系統進行優化，將各個布局間的橫向關聯沖破；以復雜性看來，其一般包含建筑原料選取、零部件選取、結構類型選取等內容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應從整體進行優化，方可真正實現設計優化。

3.2 結構同建筑的協調優化

在進行設計時，應盡可能保證建筑的結構同整體平面的配合緊密，從而實現造型美觀、結構合理的效果。在進行建筑柱及墻的布設時，應同建筑平面的功能需求相一致，每個房間的進深、開間都應保持統一。建筑系統盡可能簡潔，墻與柱不可以出現錯位情況，每一層的高度及截面面積應相同。進行樓梯或電梯的設計時，其應力集中或受力方向較多的轉角區域，更應該注重截面的選取。整體建筑在布局方面應保證重心與剛心盡量重合，預防出現扭轉情況。

3.3 偶然荷載設計

在進行結構受力分析時，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生的一種慣性作用，屬于動力作用，通過達朗伯爾原理建立微分方程。它的大小既與結構的固有振動特性有關，又與地面運動的特性有關。大跨度房屋鋼結構受地震影響大，在房屋結構設計時，要保證屋蓋結構和支撐結構剛度分布均勻，有明確的傳力路線，這樣在地震作用下，就能夠使結構受到的荷載作用通過支座向下傳遞，避免鋼結構出現較大扭轉或者其他變形，保證結構的安全。而且要針對房屋薄弱部分進行抗震分析，并進行加強，確保其受力符合要求，與整個結構協調。由于大跨度結構的平面投影尺寸較大，尚應考慮豎向地震力效應。故對于大跨度空間結構來說，設置一定的防震縫是一種較好的方式，根據具體的工程規模和抗震要求，進行抗震驗算，并在合適的位置設置防震縫。

3.4 注重計算分析

在對結構進行分析計算時，要重視上部、下部結構的協同工作，并計入多向地震作用的效應。在進行設計時，要充分利用現有的一些結構分析軟件和先進的分析方法，對關鍵部位進行詳細設計，并針對具體情況，加強結構的穩定性。經過計算實踐表明，對于大跨鋼結構來說，可以采用以下幾種方法進行分析：多向地震反應譜法、時程分析法、多向隨機振動分析方法等。當然，要針對具體的工程項目選擇合適的方法，保證結構分析計算的可靠性。

4 結束語

綜上所述，鋼結構是建筑未來的一個重要發展方向，讓建筑受力更合理、布置更美觀、更節能環保，解決建筑超高、超限、超大跨度的問題。為了保證鋼結構的快速發展，就要首先從結構設計入手，為建筑提供合理的結構設計方案，為建筑質量提供堅實的保障，進而促進鋼結構產業的持續健康發展。

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