建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性與策略

杜智剛

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510630）

0 前言

在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍以及頻率也得到明顯提高。

建筑鋼結(jié)構(gòu)之所以得到廣泛應(yīng)用主要在于其優(yōu)良的特性，鋼材質(zhì)的延展性以及剛性能夠明顯提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及塑形變形能力[1]。建筑鋼結(jié)構(gòu)雖然得到廣泛的應(yīng)用，可是很多建筑工程在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)卻沒(méi)有充分考慮對(duì)于后續(xù)施工的影響，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的忽略導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮鋼材的獨(dú)特性能，嚴(yán)重情況下甚至?xí)驗(yàn)樵O(shè)計(jì)不合理引起建筑鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成安全事故的發(fā)生。因此，相關(guān)工作人員對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，探討能夠有效提高建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的策略。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要價(jià)值

建筑鋼結(jié)構(gòu)屬于建筑行業(yè)快速發(fā)展過(guò)程的產(chǎn)物，施工人員需要按照設(shè)計(jì)圖紙通過(guò)焊接、熱軋以及冷彎等工藝使鋼板塑形為建筑工程所需要的鋼形。目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用過(guò)程主要會(huì)用到輕鋼結(jié)構(gòu)以及重鋼結(jié)構(gòu)兩種類(lèi)型，這兩種類(lèi)型各有千秋，其應(yīng)用范圍也具有明顯的差別。建筑鋼結(jié)構(gòu)的輕鋼具有自重和占用面積均較小的特點(diǎn)，因此在跨度較小的建筑項(xiàng)目會(huì)更加偏向于應(yīng)用輕鋼，常見(jiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)如圖1 所示。而建筑鋼結(jié)構(gòu)的重鋼與輕鋼相比其自重明顯更高，在跨度較大的建筑物當(dāng)中重鋼結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用[2]。如今，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的占比逐漸提高，其設(shè)計(jì)工作的重要性也在與日俱增。建筑結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計(jì)工作不僅會(huì)對(duì)建筑物整體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，還會(huì)間接影響整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)還會(huì)對(duì)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生明顯影響，綜合這兩方面考慮建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。而建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作同樣具有較高的難度，相關(guān)涉及人員除了要嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作外，還應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑項(xiàng)目施工性質(zhì)以及相關(guān)的工程圖紙，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的要點(diǎn)要進(jìn)行充分把握。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有十分明顯的關(guān)聯(lián)性，一旦某一環(huán)節(jié)或者某一構(gòu)件出現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題都將直接影響到整體的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而會(huì)影響建筑工程后期施工質(zhì)量，成為安全事故的誘因。建筑企業(yè)重視建筑項(xiàng)目當(dāng)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作可以在提高建筑質(zhì)量的同時(shí)，為建筑企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的進(jìn)一步提升以及建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供促進(jìn)作用。

圖1 建筑鋼結(jié)構(gòu)

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題

現(xiàn)階段，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中仍舊存在較多的問(wèn)題嚴(yán)重降低鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，進(jìn)而制約建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。很多建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的了解處于比較表面的狀態(tài)，在設(shè)計(jì)過(guò)程沒(méi)有充分落實(shí)鋼結(jié)構(gòu)分析、鋼結(jié)構(gòu)評(píng)估以及鋼結(jié)構(gòu)判斷等前期設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)致很多建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工要求具有一定的距離[3]。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容與以往相比變得更難以及更復(fù)雜，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不僅要分析鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力情況，還應(yīng)當(dāng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的外觀承重以及內(nèi)部承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析，這在無(wú)形之中提高建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。還有一部分建筑設(shè)計(jì)部門(mén)并沒(méi)有接觸太多鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，所以在設(shè)計(jì)工作中會(huì)直接將以往磚石結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)照搬到鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，這給鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性以及安全性都埋下巨大的安全隱患。鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)不僅會(huì)影響建筑外觀，同時(shí)還會(huì)影響所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，很多國(guó)內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)人員會(huì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程過(guò)度參考相關(guān)的國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，而國(guó)外與我國(guó)發(fā)展水平具有一定差異，其鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程往往會(huì)忽略建筑經(jīng)濟(jì)效益。因此，一味仿照國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)對(duì)于國(guó)家以及建設(shè)部門(mén)的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)造成明顯的負(fù)面影響。除此之外，很多建筑項(xiàng)目當(dāng)中的設(shè)計(jì)工作都是通過(guò)外包的形式完成的，這不僅明顯降低鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深度，甚至還會(huì)因?yàn)榉职鼏?wèn)題導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與原設(shè)計(jì)要求具有明顯的差別[4]。鋼結(jié)構(gòu)雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，可是鋼結(jié)構(gòu)同樣在抗腐蝕性方面存在一定的局限性，如果設(shè)計(jì)人員沒(méi)有充分考慮建筑地點(diǎn)環(huán)境對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕性，將會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性問(wèn)題引發(fā)鋼屋架倒塌等嚴(yán)重安全事故。另外，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于溫度也比較敏感，在設(shè)計(jì)過(guò)程如果忽略使用耐火材料保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)那么在火災(zāi)發(fā)生時(shí)建筑材料承載性也會(huì)受到嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略

3.1 工程概況

以某一鋼結(jié)構(gòu)建筑工程為例，對(duì)其工程概況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。本建筑工程屬于工業(yè)建筑，總建筑面積為33929.84m2，層數(shù)為單層，無(wú)地下室。建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型為鋼結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類(lèi)型為獨(dú)立柱基。建筑檐高7.75m，無(wú)地下室，抗震等級(jí)要求達(dá)到Ⅵ級(jí)，地基與基礎(chǔ)要求采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。建筑外墻裝飾采用水泥砂漿分兩次施工，面層為白色外墻涂料。

3.2 設(shè)計(jì)策略

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)應(yīng)當(dāng)注重建筑梁與柱之間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、次梁與主梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)等。首先，鋼結(jié)構(gòu)建筑梁與柱之間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵性的部分為鋼結(jié)構(gòu)承受力要求以及抗震性能的設(shè)計(jì)，大部分建筑鋼結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)都采用貫通型設(shè)計(jì)，此時(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的承受力設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分考慮，在進(jìn)行梁柱連接設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)采用剛性連接，以達(dá)到翼緣能夠提高鋼結(jié)構(gòu)受彎承受力，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)使承受力設(shè)計(jì)高于梁整體塑形受彎力的1.5 倍，而腹板受剪承受力設(shè)計(jì)應(yīng)高于梁兩端所產(chǎn)生施加力的1.4 倍。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)，對(duì)于連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮梁的全截面塑性模量。次梁與主梁連接點(diǎn)設(shè)計(jì)則應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況選擇鉸接結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)。柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)則包含嵌入式柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及外包式柱腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)師在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)當(dāng)充分考慮鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，首先要確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其次還應(yīng)當(dāng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性進(jìn)行充分考慮。設(shè)計(jì)師只需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鋼架進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算即可，可以免去多層或者中層設(shè)計(jì)框架穩(wěn)定性分析工作環(huán)節(jié)。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)師既要充分考慮工程概況，還要運(yùn)用自己以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及科學(xué)的理論基礎(chǔ)，盡量增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用效果。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程不可忽略的兩個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題便是鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)以及火災(zāi)隱患。為了避免鋼結(jié)構(gòu)受到腐蝕，在設(shè)計(jì)工作中可以提前分析和確定在鋼結(jié)構(gòu)周?chē)鷩娡糠栏牧匣蛘咴O(shè)計(jì)防腐結(jié)構(gòu)，以此減少鋼鐵腐蝕情況的發(fā)生。鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)除了噴涂相應(yīng)的防火涂料外，還應(yīng)充分考慮混凝土防火保護(hù)、耐火鋼以及防火板保護(hù)設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)人員對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部位都應(yīng)進(jìn)行明確，在設(shè)計(jì)采用剛才防護(hù)措施的同時(shí)，還應(yīng)考慮其使用空間。并且，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作還應(yīng)當(dāng)注重所使用鋼材防護(hù)材料的可靠程度，以及實(shí)際施工過(guò)程施工場(chǎng)地的順利程度和經(jīng)濟(jì)條件等。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙編制主要包括鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖與鋼結(jié)構(gòu)詳細(xì)施工圖兩部分，這兩部分分別需要設(shè)計(jì)方以及鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)分別編制。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖為鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)編制詳細(xì)的施工圖提供良好的基礎(chǔ)，并且提供關(guān)鍵性的內(nèi)容。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖編制時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保其內(nèi)容和深度的完整性，同時(shí)還應(yīng)避免設(shè)計(jì)過(guò)度冗余情況的發(fā)生。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮實(shí)際的設(shè)計(jì)需求、荷載材料、材料材質(zhì)以及技術(shù)數(shù)據(jù)等內(nèi)容，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中詳細(xì)標(biāo)識(shí)這些內(nèi)容。而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工詳圖則為后續(xù)車(chē)間制造與加工鋼結(jié)構(gòu)提供可靠依據(jù)，因此其設(shè)計(jì)深度應(yīng)在考慮鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)上充分考慮車(chē)間制造與加工的符合性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑鋼結(jié)構(gòu)具有十分明顯的耐用性以及經(jīng)濟(jì)性，其在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用對(duì)于建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展起到明顯的促進(jìn)作用。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅會(huì)間接影響建筑行業(yè)的發(fā)展，還會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)產(chǎn)生直接影響。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)當(dāng)充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定持久性，為了進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)人員在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的行業(yè)變化，對(duì)于相應(yīng)的施工技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，在保證鋼結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，為建筑行業(yè)以及鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。