關于鋼結構在建筑結構設計中存在的問題及其應對措施

楊洪磊

隨著社會不斷的發展進步，建筑領域也發生了較大的變革。從傳統磚石結構建筑模式逐漸轉變為鋼結構模式，使現代建筑更好地發揮使用價值。文章通過對鋼結構在建筑結構設計中存在的問題及其應對措施進行研究，旨在能夠有效規避鋼結構的不足之處，全面發揮其建筑優勢作用，更好地推動我國建筑行業的發展。

一、建筑結構設計中的鋼結構概述

鋼結構是現代建筑的主要建造方式之一，鋼結構顧名思義是源于建筑結構設計中主要的材料都是由鋼材質構成。建筑結構中的鋼結構技術中主要應用鋼板制作成建筑構造中的梁、柱、架等建筑基本構件，并通過焊接、螺栓等方式將鋼板制作成不同建筑構件進行連接，最終應用于整個建筑施工當中。鋼結構在現代建筑中被廣泛應用的主要原因是鋼材的性能因素，鋼材具有抗變形能力強、強度大、韌性和剛度好等優勢，在高層建筑和復雜建筑當中能夠被更好地應用于建筑結構當中，從而提高建筑物的穩定性和承載性。

二、建筑結構設計中應用鋼結構的優勢

1.鋼結構具有節約面積的優勢

鋼結構在建筑施工中，運用鋼板材質來替代傳統的磚石以及混凝土，能夠以更小的空間占用來實現同等的建筑需求。鋼材的支撐性等優勢較為顯著，運用鋼結構能夠最大程度地減少建筑物結構設計中的柱梁結構以及厚墻面的使用等，從而能夠提高建筑物的實際使用面積。

2.鋼結構具有性能穩定的優勢

鋼材本身具有較好的延展性、剛性等性能優勢，在建筑結構中利用鋼材的性能特點，能夠極大提高建筑物的安全穩定性，尤其在面對自然災害，如地震、臺風等的侵襲時，鋼結構能夠有效減低建筑物倒塌和損壞的可能性，從而提高建筑使用者的人身和財產安全。

3.鋼結構具有節能環保的優勢

鋼結構的主要材料是鋼材，而鋼材相對于傳統建筑中的混凝土、砂石等材料更具環保優勢。鋼材在建筑應用后能夠被有效回收，重新投入加工制作流程中被循環使用，從而能夠最大程度地降低建筑垃圾的產生。鋼結構還具有較好的節能優勢，目前建筑施工中主要使用節能型的有夾心鋼板等材料，這類鋼材的保溫性非常好，能夠有效阻隔室內溫度散失，降低了建筑使用者對電采暖以及燃煤采暖的需求，起到顯著的節能成效。

4.鋼結構具有縮短工期的優勢

鋼結構建筑部件能夠利用工業流水線大規模生產定制，可以與建筑設計和施工進行有效結合，使鋼結構的設計、生產、施工實現一體化，通過鋼結構的集成應用提高建筑施工效率。在傳統建筑施工中，往往需要大量的人力才能夠保證磚石和混凝土等材料的施工環節，而鋼結構材料輕便易安裝，使施工速度得到極大提升，一般來講相對于傳統建筑工期，鋼結構建筑技術能夠縮短三分之一左右的時間，大大減少基礎造價和工期，是建筑行業發展進步的重要標志。

三、建筑結構設計中鋼結構存在的問題

1.鋼結構的易腐蝕問題

鋼結構屬于鋼材材料，鋼結構部件的外壁較薄，在有腐蝕性的環境中容易受到侵蝕從而影響建筑物的整體質量。鋼結構在使用中應當避免接觸雨水等腐蝕性環境，并應當在鋼結構外壁上涂刷防潮防水涂料。由于目前的防水防潮涂料經過一段時間后，其防水防潮性能會明顯降低，從而使鋼結構部件腐蝕上銹。雖然可以通過定期的維護保養來解決上述問題，但由于人工及材料成本支出較多，使得鋼結構的易腐蝕問題仍然是建筑結構設計中亟待解決的問題。

2.鋼結構的不耐火和熱問題

鋼結構材質的建筑施工材料在遇到明火后容易發生藍脆和徐變現象，導致鋼材強度明顯降低。在極高溫度下，鋼材會呈現塑性改變，這時的鋼結構幾乎沒有支撐負載能力，使得建筑物也同時呈現出坍塌等危險隱患。

3.鋼結構的工藝復雜問題

鋼結構是屬于鋼板以及螺栓等銜接才能夠完成的建筑施工技術，鋼結構工藝相對復雜，在工藝復雜的情況下更容易出現質量問題。如鋼結構中的鋼板等需要焊接進行結合，焊縫如果出現裂痕，就會引起焊縫兩側的鋼板斷開，從而引起建筑質量問題。另外，焊縫焊接工序也會影響鋼結構的穩定性，如焊縫的走向、焊接材料的選擇以及焊接預熱等都會影響焊縫以及鋼板的質量。

4.鋼結構的易變形問題

鋼結構雖然具有較好的剛度和強度，但在外部使用環境中隨著鋼結構使用時間的延長，鋼結構也容易暴露出質量問題。如隨著鋼結構的使用，其負載承重累積增加，很多鋼結構建筑部件會出現彎曲變形的現象，在建筑物使用過程中埋下安全隱患。

5.鋼結構的施工技術問題

由于傳統磚石和混凝土施工歷史較長，很多施工人員仍然習慣于按照傳統施工方式開展建筑施工過程，對鋼結構的制作和施工技術相對比較生疏，并且很多施工實施人員沒有經過專業的鋼結構施工培訓，對鋼結構的科學施工技術和方法掌握情況較為薄弱，導致鋼結構施工過程中容易出現施工問題。

6.鋼結構的設計問題

建筑結構設計中的鋼結構技術應用，主要依賴于建筑技術人員對建筑整體要求的理解和把握。在鋼結構施工中除了要考慮鋼結構本身的質量外，還需要技術人員能夠對施工全過程進行科學有效的管理和控制，如鋼結構部件在吊裝過程中，需要嚴格規劃設計吊裝位置。鋼結構建筑的主要承重和受力都依靠鋼結構部件完成，一旦吊裝位置出現偏差，會直接影響鋼結構部件的受力情況，影響了鋼結構的穩固性。

四、建筑結構設計中鋼結構的有效應用途徑

1.加強鋼結構施工質量管理

（1）解決鋼結構易腐蝕的措施

鋼結構質量管理中最為主要的是抗腐蝕技術的應用。在目前國內外對鋼結構抗腐蝕的研究開發中，主要通過兩個途徑提高鋼結構抗腐蝕能力：其一是研發出較強抗腐蝕性能的涂料；其二是研發出自身具有高性能抗腐蝕能力的鋼材，從而使建筑結構設計中的鋼結構應用效果得以提升。已經有鋼結構技術人員提出了在鋼結構部件表面噴涂鋅、鋁等活潑金屬，這種活潑在進入空氣中會發生氧化反應，從而能夠在鋼結構部件表面形成一層氧化膜，能夠有效防止鋼結構部件受潮以及接觸水后被腐蝕。

（2）解決鋼結構不耐火和熱的措施

對于鋼結構不耐火和不耐高溫的問題，可以運用截流方法和噴涂方法實現。截流方法主要是在鋼結構部件表面增加一層保護設施，在建筑物內部出現高溫和火災等情況下，高溫高熱以及明火會先與外部的保護材料接觸，避免了高溫與明火直接與鋼結構接觸，起到了較好的保護作用。一般截流方法中使用的保護材料主要為抗燃不易導熱的材質。噴涂法則是防火涂料直接噴在構件表面，形成保護層。

（3）解決鋼結構易變性的措施

解決鋼結構易變性的主要方法是使用高強度的鋼材和螺栓等。鋼結構施工中要考慮建筑物的使用期限以及負載情況，并結合不同鋼材的厚度、承壓能力、強度等級等進行匹配。一般來講多層民用建筑承載符合要求低于高層建筑，在選擇鋼材時可以依據鋼材類進行有針對性的選擇。在對負載能力要求較高的建筑物中使用鋼結構，還可以利用設計增加鋼梁、鋼柱等承壓結構。

（4）解決鋼結構焊接工藝的措施

對于焊縫產生的鋼結構缺陷，可以通過先進的測試手段進行解決。目前較為有效的焊接工藝探測方式有超聲波探測、射線探測以及磁粉探測等方式。上述方式都不會對鋼結構焊縫造成影響和損壞，原理也基本相同，都是利用焊縫缺陷所顯示的聲波、射線以及磁粉形狀和位置來進行檢查。

2.加強鋼結構施工過程管理

（1）解決鋼結構施工技術的措施

在鋼結構施工中要對施工人員進行全面充分的崗前培訓，強化施工技術人員對鋼結構知識和技能的掌握，并嚴格要求施工人員持證上崗。在日常管理中要委派專人進行鋼結構施工檢查，一旦發現施工技術問題要及時糾正。為了增強鋼結構施工人員的積極性，還可以將績效考核與鋼結構施工質量等因素進行結合。

（2）解決鋼結構施工設計的措施

施工設計人員要嚴格執行建筑施工標準，根據鋼結構穩定性的要求，進行全面的鋼結構設計。在計算鋼結構吊裝等數據時，需要保證建筑結構要求與參數的匹配性。鋼結構設計要與施工圖紙始終保持一致，先對建筑整體進行設計，再按照鋼結構部件進行詳細設計，提高鋼結構設計的整體性和有效性。

五、結語

鋼結構在建筑結構設計中的應用不僅極大地節約了建筑成本和時間，同時也賦予建筑物更好的外觀和功能，尤其在高層建筑物建造方面有著不可比擬的優勢。在鋼結構作用被越來越多的建筑企業所認知的同時，鋼結構在建筑結構設計中存在的問題也需要被更多的重視起來。