建筑工程中鋼結構設計的穩(wěn)定性與設計要點探究

張學良

德州市建筑規(guī)劃勘察設計研究院 山東德州 253000

隨著建筑工程行業(yè)的不斷發(fā)展，設計施工人員也在逐漸思考如何通過對建筑結構和施工技術的革新研究使建筑項目更加符合現(xiàn)代化建設需求。鋼結構不僅能夠形成建筑體主要的骨骼結構，還能夠以輕便穩(wěn)定的優(yōu)勢取勝。在許多高層建筑中，為了減輕建筑體自身的重量，使用鋼材搭建成網(wǎng)絡結構成為了施工方案的首選。鋼結構可以根據(jù)建筑方案的實際需求，加工制作為不同的結構形狀，其穩(wěn)定性與靈活性更強，但在實際應用過程中還存在著許多問題，需要予以重視。

1 鋼結構應用優(yōu)勢

1.1 結構體系性能優(yōu)越

鋼材屬于各向同性材料，抗拉、抗壓、抗剪性能均較高，而且自重輕、韌性好，其力學性能是目前建筑材料中最優(yōu)秀的一種，遠遠勝于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土材料。所以，鋼結構住宅在一般動力荷載下，可承受較大的變形，有穩(wěn)定的承載力和較高的抗震性。

1.2 空間利用率高

由于鋼材優(yōu)秀的力學性能，鋼結構的輕盈、低荷載，使建筑構件的截面尺寸相對混凝土建筑要小很多，比如，梁、柱、板等，這樣在相同外輪廊的情況下，鋼結構戶型可以擁有更大的使用面積，比傳統(tǒng)混凝土住宅多出3%-8%，從而大大提高住宅空間的利用率，降低單位面積成本。同時鋼結構也很容易實現(xiàn)大跨度、大平層空間，這給戶型設計的自由性、多樣性、可變性提供了非常有力的條件[1]。

1.3 施工效率高

鋼結構建筑構件，完成設計后由工廠統(tǒng)一部署、加工、生產。全部過程均在車間內機械化完成，大大改善了工人的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，降低施工難度，不僅提高了建筑構件的加工精度，也減少了勞動力成本。隨后，將構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，統(tǒng)一機械化進行裝配，省去現(xiàn)澆施工混凝土的養(yǎng)護時間，裝配過程中內裝也可以同步實施，整個過程較現(xiàn)澆混凝土可以節(jié)省約30%的工期。

1.4 節(jié)能環(huán)保

由于鋼結構的建筑構件，均是在工廠里加工生產，現(xiàn)場只需進行機械化的裝配施工，所以在施工現(xiàn)場，降低了對混凝土的利用，大大減少了廢氣、廢水、廢料的排放。而且，由于鋼材屬于建筑綠色材料，當建筑需要拆除重建時，鋼材可以回收再利用，提高了建筑材料的重復利用率。全程的裝配施工，可以達到70%的無濕作業(yè)，整個過程降低了施工占地空間，也減少了建筑垃圾的排放。

2 建筑工程中鋼結構設計的穩(wěn)定性與設計要點

2.1 細部設計

鋼結構的整體穩(wěn)定性對于正常施工和后續(xù)長期使用都有明顯助益，要想實現(xiàn)這個目標，必須加強細部節(jié)點設計。細部設計有效彌補了整體設計的不足，能夠減少鋼結構整體的缺陷，避免設計潛在的安全和質量隱患。首先，設計師要全面考慮建筑的初步需求，制訂相應的設計方案，完成大體框架設計后，對鋼結構各個受力點進行全面分析，并在計算的基礎上得出準確數(shù)據(jù)，進而完善細部節(jié)點。當前建筑工程中應用最多的是鋼筋混凝土結構，這種結構形式可以明顯提升結構的強度和穩(wěn)定性[2]。

2.2 防腐設計

在大氣環(huán)境下，受太陽光、風沙、雨雪以及溫度變化等，鋼結構會產生不同程度的腐蝕，影響結構的強度和耐久性。因此，要加強鋼結構防腐設計，鋼結構常用加重腐蝕涂料構成長效防腐結構，或者用配套重防腐涂料涂裝防護。防腐設計工作的開展要從施工便捷和經(jīng)濟性綜合考慮，明確維護與保養(yǎng)情況，選擇合理的防腐涂裝方法。設計人員要全面分析工程所在地氣候條件、所處環(huán)境等因素，制訂有針對性的防腐方案，增強鋼結構的防腐能力。

2.3 防火設計

鋼結構的有效保護是將鋼結構的耐火極限增加到鋼結構承載值當中，防止火災發(fā)生時鋼材結構會出現(xiàn)變形、崩塌的現(xiàn)象。現(xiàn)在一般使用的是在鋼材表面設置保護材料層。可以有效提高鋼構造物的耐火性，確保鋼構造物的安全性。在使用阻燃涂料時，要注意防火涂層和下部防銹涂層的匹配，防止防銹涂層產生的化學反應，不影響防銹效果和防火效果。但是，為了追求經(jīng)濟利益，有些建設單位會用阻燃涂層產品制作的粗糙的產品。有些項目是用阻燃涂料涂飾的，但不能起到防火的作用。因此，必須嚴格管理材料的質量，在施工工程中認真負責，加強監(jiān)督，確保施工質量。為了加強職員的防火意識，還可以進行相關火災預防知識的教育和訓練，減少火災事故的發(fā)生，職員內部制定必要的火災預防緊急計劃[3]。

2.4 節(jié)能設計

首先，鋼結構的外挑部分，宜挑板不挑梁。因為挑梁等于加大冷熱橋面積，保溫隔熱處理比較復雜，而且效果也不一定好，挑板挑的只是混凝土板，保溫措施相對就比較容易處理。其次，局部進行加強保溫隔熱措施。無論是屋外還是屋內，柱梁與墻板都是屬于不同的建筑材料，不像混凝土建筑，所有主體構件都是相同的材質，只需相同的保溫措施就好，而在鋼結構建筑中，就需要對柱梁等鋼材部位做局部加強保溫措施，以免出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。最后，盡量避免結構鋼柱、鋼梁的外露設計。鋼結構的保溫是目前比較難以處理的問題，即便達到節(jié)能標準，對于無數(shù)個拼接縫的保溫措施處理，很難保證以后不開裂、不復修。所以在選擇外圍護系統(tǒng)的時候，盡量選擇可以將鋼柱、鋼梁直接包裹在內的系統(tǒng)，比如幕墻體系、混凝土外墻板體系。

總而言之，隨著人們對鋼結構認識的提高，建筑工程中鋼結構應用越來越普遍。鋼結構的應用能夠明顯提升建筑整體穩(wěn)定性，抵抗自然災害能力更強，設計人員要對鋼結構應用情況進行全面分析，強化各個要點的設計，確保鋼結構的質量和穩(wěn)定性，滿足整體結構的安全和應用。