淺談民用鋼結構設計中的若干思考及解決方法

計世雄

銀川市規劃建筑設計研究院有限公司 寧夏 銀川 750000

1 民用鋼結構的特點

對于民用鋼結構而言，作為當前建筑中較為重要的組成，鋼結構特點體現在以下方面：

第一，鋼材強度高，質量輕，彈性模量高，構件輕巧便于運輸、安裝。第二，材料均勻，塑性、韌性好，抗震性能優越，對于我國地震設防高烈度地區的建筑物具有較高的經濟性，是理想的彈性材料。第三，加工制造比較方便，標準化程度高，能夠有效推進當下國家實施的裝配化建筑的進程，施工周期短，資金回報率高。第四，構件截面小，利用率大，相比鋼筋混凝土、磚石及木質材料的建筑物而言，表現出更加輕盈、美觀的特點。第五，低碳節能，綠色環保，可以循環利用，符合建筑節能和環保的要求。第六，結構體系多樣化，能夠滿足當前建筑功能多元化、特殊化的需求，更加適用于大跨度、高層以及工業廠房類的建筑。第七，民用建筑工程中，設備管道相對較多，采用鋼結構可在梁腹板處開孔，既不影響結構安全，又減小了建筑層高，合理、經濟。

2 民用鋼結構設計中存在的問題

2.1 設計人員水平不足，經驗欠缺

結合民用鋼結構工程特點，由于其技術發展時間不長，工程實踐中存在著技術人員專業水平不足的問題，這些現象為民用鋼結構的設計帶來影響，同時也無法滿足建筑行業的高質量發展需求。對于部分結構設計人員，在具體工作中，由于缺少鋼結構設計經驗，再加上設計周期緊張，缺少對整體概念設計的把控以及關鍵部位節點分析的重視，無法保證民用鋼結構設計項目的合理性、安全性、經濟性，為建筑行業的發展帶來限制。所以作為設計人員本身，應加強理論知識，多向前輩請教，學習已有的工程實例，自己摸索領悟與積累，為能夠成為合格的結構設計師而不懈努力！

2.2 缺少對自然力量的認識

在民用鋼結構設計中，建筑物的使用年限相對較長，由于鋼結構耐腐蝕性能差，長期處于自然條件下，在自然環境的影響下，尤其是我國沿海城市的民用鋼結構建筑，會出現鋼構件生銹以及脆性增加的問題，這些現象會導致鋼結構承載能力降低，如果不能處理上述問題，會為建筑工程帶來隱患。而且，在實際的民用鋼結構項目設計中，如果缺少強化鋼結構的措施，會降低構件使用壽命，無法滿足民用建筑工程的長期使用需求。應重視鋼結構防護措施，采用油漆、鍍鋁(鋅)復核涂層，來延長鋼結構的壽命。

2.3 人為造成的影響

對于未按照設計荷載使用，或者改變其原設計功能及用途，使實際作用荷載超過設計荷載，導致的鋼結構主要受力構件失穩、側向剛度不足的問題，設計人員應在圖紙中注明嚴格的使用荷載要求。

在后期深化、加工過程中，未能完全理解設計師的設計意圖，缺少溝通，導致構件偏差，對現場施工安裝造成了很大的難度。設計人員應在圖紙中注明深化、加工的專業廠家要求且全程密切跟進。

3 民用鋼結構設計要點

3.1 平面布置

根據建筑功能布局，鋼結構設計人員確定合理的結構形式進行平面布置，需要注意的是，結構的傳力體系要設計的清晰、簡捷，分析構件的受力特點，選取合理的截面形式，同時對豎向及水平的主要受力構件的側向剛度予以重視，使整體剛度、穩定性增強，提高結構承載能力。

3.2 柱、梁截面選擇

柱截面的預估，根據受力體系選擇合適的截面形式，一般雙向受力體系采用箱形、十字弓形、圓管雙軸剛度均勻的截面形式；單向受力體系可采用工字形截面形式，然后根據柱子高度滿足規范長細比要求進行預估，再根據受力分析確定最終柱截面。在梁柱截面選擇中，應該做到：第一，根據民用鋼結構設計工程的項目特點，梁一般會采用工字形截面，之后根據項目需求確定截面高度、寬度，并將截面的高度跨度控制在1/18～1/12的預估值范圍內；第二，在板件厚度的構件設計中，需要按照構件截面，滿足規范的高厚比、寬厚比等要求預估，再根據受力分析最終確定受力構件翼緣、腹板的厚度。

3.3 鋼結構整體分析

①除疲勞強度計算采用容許應力法外，其他設計計算均采用以概率論為基礎的極限狀態設計方法進行設計；②所有承載結構按承載力極限狀態和正常使用極限狀態的原則進行設計計算；③設計時應根據不同建筑來考慮安全等級要求，并通過相應系數體現在荷載效應計算中；④結構構件或連接按承載能力極限狀態設計時，一般應按照使用條件采用荷載效應的基本組合或偶然組合進行考慮；⑤對于正常使用極限狀態，應根據不同的設計要求，采用不同的荷載組合（標準組合、頻遇組合或準永久組合等）；⑥疲勞強度驗算時仍采用允許應力法[1]。

3.4 鋼結構節點分析設計

鋼結構節點的設計在整個設計中是一個至關重要的環節，連接節點決定著整個設計的成敗，在節點設計時，節點應保證足夠的強度、剛度、安全度，須做到“強節點，弱構件”，同時根據施工安裝情況，節點的構造要方便加工與施工，且經濟合理[2]。

對于一些復雜節點，可采用有限元節點分析軟件（Ansys，Midas FEA等），進行有限元分析，以確保節點的安全可靠!

4 結束語

總而言之，在建筑行業發展中，為了更好地提高民用鋼結構的應用，在實際的工程項目設計中，設計單位需要結合民用鋼結構的設計特點，確定設計及施工方案，保證各項工序的穩步協調，以提高民用鋼結構設計的穩定性。