鋼結構建筑在結構設計中存在的問題分析

文/張志宏 奎屯農七師勘測設計研究院（有限公司）新疆奎屯 833200

隨著近些年我國建筑事業的高速發展，不僅建筑規模、建筑數量得到大幅度提升，建筑類型也呈現出多樣化發展態勢。鋼結構建筑以其穩定性強、抗震性能好、經濟效益高、可操作性強等特征得到廣泛運用。隨著鋼結構建筑的增多，其結構設計問題愈發明顯，急需加強結構設計及其相關問題的研究，進行處理，提升結構設計科學性、合理性，確保鋼結構建筑優勢的有效發揮。

1、建筑結構設計中鋼結構設計的重要性

在整個工程中，鋼結構設計能夠直接的影響工程整體質量，在進行鋼結構設計的時候，作為專業的設計師需要做的就是能夠熟練掌握相關幾何的應用以及要素，同時還要注重在此設計過程里，掌握相應的技術。鋼結構設計相對來說具有一定的難度，設計師在進行設計的時候一定要嚴格的遵從相關圖紙的要求，同時將相應的設計圖作為參考，而且還要有效的結合施工實際情況，對其進行相應的構思，在最大的限度上有效的提升整體鋼結構的質量，保證建筑結構設計中鋼結構的總體性能。進行鋼結構設計的整個過程里，具有較強的關聯性，作為設計人員需要對鋼結構的各個因素進行準確的了解，并且高度重視每個環節中有關構件設計的質量，避免因為設計不合格導致不良后果的發生，給建筑工程造成一定的危險性，影響整個工程的進展。

2、建筑結構設計中鋼結構設計所存在的常見問題

2.1 鋼結構的穩定性問題

鋼結構的穩定性缺陷問題主要分為兩大類，一是幾何缺陷；二是力學缺陷。幾何缺陷主要包括：鋼結構構件的初始彎曲、初始偏心及板件的初始不平度等，幾何缺陷主要是以附加應力的形式影響鋼結構的力學性能，使其剛度降低，承載力減弱。力學缺陷通常是指：初始應力和力學參數的不均勻性，其中殘余應力是影響最大的力學缺陷，殘余應力在構建截面是自相平衡的，但是殘余應力的存在會導致部分構件截面直接進入屈服，失去剛度，導致鋼結構整體穩定性降低。

2.2 鋼結構設計防火問題

在鋼結構建筑中，使用的建材主要以不易燃燒的鋼材為主，但是鋼材在溫度達到一定數值時，便會發生斷裂，將會影響到整個建筑結構的安全性能，存在極大的安全隱患。所以鋼結構中，火災是最大的安全隱患。所以在鋼結構作為建筑材料的使用中，要考慮到用輔助材料對于鋼結構的耐火性進行加強。傳統的鋼結構防火設計使根據火災性能確定耐火等級，同時根據耐火等級確定鋼結構材料的耐火極限和燃燒性能，最終根據耐火試驗確定參數，選擇鋼結構的防護材料和構造方法。目前根據最新的設計理念設計階段可以采用TS-TC 耐火設計方法按照耐火等級確定耐火極限t，求出構建臨界溫度Ts 后，以t、Ts 為控制條件求出構件保護層厚度，進行耐火涂料厚度設計。

2.3 鋼結構的防護性問題

金屬的腐蝕是材料防護的關鍵所在，實際使用過程中，工程師在注重建筑材料的結構的時候，并不能考慮到建材在使用中的防腐蝕情況，在風力、雨水的外部因素的侵蝕之下，就會影響鋼結構的使用壽命，從而影響到建筑物的使用壽命。有些鋼結構要埋入土中，對于這些鋼材料不進行合格的防侵蝕包裝，就會對鋼結構的各種性能造成嚴重的影響。

3、鋼結構房屋結構設計的具體措施

3.1 綜合實際情況進行鋼結構設計

現代建筑結構有很多形式復雜、層數多、高度高、跨度大的建筑物，受溫度作用較高、受風、震作用較大的情況。針對這類建筑進行鋼結構設計過程中，設計人員不能照搬照抄國外設計方案，要切實結合施工現場，結合建筑物的實際狀態，并綜合考慮建筑的安全性和整個施工過程的經濟性。

3.2 加強鋼結構的防腐設計

鋼結構在穩固性和經濟性上雖然優于其他建筑結構，但是鋼結構如果長期暴露于空氣中非常容易受到潮濕環境的腐蝕，被腐蝕的鋼結構的構件截面會因銹蝕減小，由此減小使鋼結構的使用壽命。這就要求，設計者在進行鋼結構設計的同時注意防護設計，防腐材料要能夠充分阻絕氧氣和水分對鋼結構的侵蝕，具有較強的附著力。室內鋼結構防腐材料的厚度一般在100μm 左右，暴露于空氣部分的鋼結構防腐材料厚度一般在200μm 左右，地面下鋼結構材料需要特別采用混凝土進行包裹，在腐蝕性較強的環境中，則需要適用專門的防酸漆防止腐蝕。

3.3 防火設計要點

對于建筑工程中的鋼結構防火設計而言，必然要選擇耐火性和防火等級較高材料。在當前的建筑工程中，關于鋼結構的防火設計要嚴格根據施工項目的防火等級、防護種類的要求以及防火的具體情況做出針對性的防火設計和材料選擇。尤其對防火材料的選擇，要求選擇較涂層厚并且粘結強度較大的材料，進而確保鋼結構的整體防火指數和防火功能。而在鋼結構的防火材料選擇中，如果厚型的材料仍然不能達到防火標準，此時可以選擇薄型的耐火材料，尤其要做好吊頂設計中的壓板材料的防火處理和防銹處理。防火標準和防護等級是確定鋼結構防火設計方案的兩大依據，能夠確保鋼結構設計中對防火水平的提高。鋼結構設計要以穩定的對稱布置為好，減少結構扭轉，以上下貫通方式保證鋼結構設計中的剛度連貫性和穩定性。L 型或T 型的鋼結構設計是保證鋼結構有效發揮作用的兩種形式，鋼結構最好位置是處于結構外圍，這樣能更好地增強建筑構造的抗扭曲和變形效果。

3.4 構件設計及節點設計

為實現鋼結構設計的優化，必須針對構件截面優化及驗算，以縮減鋼結構成本，對比較復雜的鋼結構，需要做好各構件截面的驗算工作，特別是做好節點模塊的設計工作，這是鋼結構設計工作的關鍵點。在這個過程中，需要進行等強設計及實際受力狀況的分析。在設計過程中，其主要的板塊包括焊接、梁腹板及翼緣等。節點施工過程中，需要做好現場焊接的施工及檢查工作，做好螺栓的安裝緊固工作，實現各項安裝程序的協調，嚴格按照設計圖展開施工。

3.5 加強對構件截面的設計

構件截面設計是鋼結構設計的核心環節，需要準確對截面進行估算，包括支撐系統和梁柱的截面大小。通過板件寬厚比、高厚比預估鋼結構截面，優選截面延性等級較高的界面，并通過截面的受力狀態確定鋼柱的截面大小，同時確定選用槽鋼、H 型鋼作為鋼結構的原材料。

結語：

鋼結構由于其較好的性能和較低的造價，目前已經成為我國建筑結構設計中一種主流方式。在鋼結構設計中還存著很多不完善的因素，這些問題主要是由于管理機制、監督機制不完善以及設計能力較低造成的。在加強鋼結構設計的過程中，我們應加強鋼結構的實際應用方式、加強鋼結構建筑的設計深度、規范鋼結構節點設計同時加強構件截面的設計，從而提升鋼結構設計的科學性，確保建筑工程的安全性和經濟效益。