建筑工程中不銹鋼結構設計要點

張志新

（山西五建集團有限公司，山西太原 030000）

0 引言

不銹鋼是建筑工程建設中重要的建筑材料，鋼結構也是建筑工程關鍵的結構類型，鋼結構施工便捷，施工進度快，可裝配，且鋼結構自身的重量較輕，方便施工人員操作。為進一步提高鋼結構施工便捷程度，優化不銹鋼結構設計顯得尤為重要。因此，設計人員結合建筑工程實際情況優化不銹鋼設計，可充分發揮鋼結構作用，能夠提高鋼結構使用周期。

1 不銹鋼材料優勢

對比發現，不銹鋼材料中含有一定量的鉻元素、錳元素、鎳元素等，與普通碳鋼材料相比，具有顯著的應用優勢。在建筑工程中實際應用發現，不銹鋼材料耐腐蝕效果明顯，可應用于橋梁等特殊環境中；同時，不銹鋼材料耐高溫，可塑性好，方便加工，展現了較好的力學性能優勢。另外，不銹鋼材料可回收，能夠重復利用，環保性能優，與低碳、環保及可持續發展理念相吻合[1]。但是不銹鋼材料價格相對較高，在建筑工程具體應用中，需要考慮經濟成本問題，加強對建筑工程總成本的控制和管理。

2 不銹鋼材料在建筑工程中的應用情況

2.1 應用在圍護結構中

不銹鋼材料滿足了建筑鋼結構材料使用需求，當前，不銹鋼材料廣泛應用在建筑圍護結構中，此種結構主要是用于建筑外圍防護，進而與外界環境隔離，保護施工現場，方便施工操作，降低對施工周邊的負面影響。時間應用中發現，不銹鋼圍護結構防腐蝕性能好，究其原因發現，其材料優勢與美學特性相關；在材料生產、加工或是制作過程中，實施了拋光工藝，不銹鋼材料表面光亮，視覺效果好，具有藝術性和美觀性，廣受建筑行業青睞，消費者的認可度較高[2]。在建筑物外立面安裝不銹鋼板材，可提高裝飾效果，體檢建筑美學思想，并在鏡面原理下，形成反射效應，更好與建筑物融合為一體，無突兀感，增強了視覺傳達設計效果。

不銹鋼材料本身的強度較高，力學性能顯著，相關數據統計顯示，不銹鋼材料強度高于的常規的鋼材強度，能夠提高鋼結構的承載力水平，可提高建筑物的穩定性。因此，在將不銹鋼材料應用在建筑圍護結構中切實可行，減輕圍護結構自身重量同時，可減少整體的負荷，對建筑工程造價成本控制也產生了重要的意義[3]。加之，在較強的抗腐蝕作用下，延長了建筑圍護結構的使用周期，實現了環保、低碳、經濟、綠色目標；可進一步擴大不銹鋼材料的應用范圍，實現對此種材料的普及推廣，充分發揮不銹鋼材料的性能優勢。

2.2 應用在主體結構中

因不銹鋼材料價值作用顯著，廣泛應用在建筑主體結構中，在具體應用過程中，呈現的是空間結構視覺，最早使用的是不銹鋼螺栓球等結構形式，基于裝配式鋼結構建筑建設規模不斷擴大，不銹鋼材料廣泛應用在復雜空間結構中。有建筑工程中，將不銹鋼空間桁架結構作為主體稱重結構，使用的構件為不銹鋼鋼棒、不銹鋼無縫鋼管等，優選等級性能較高的不銹鋼結構材料，并結合建筑工程實際建設需求對不銹鋼結構進行深化設計；在建筑工程中可見不銹鋼球型網殼結構，使用的是奧氏體316 不銹鋼材料，此種不銹鋼材料性能高于304 級，屈服強度更高，達到了170MPa，切實滿足了建筑主體結構需求。

3 不銹鋼結構設計方法

3.1 塑性設計

建筑工程結構構件塑性越好，安全程度也相對越高，為提升建筑工程不銹鋼結構安全性，運用塑性設計法切實可行，能夠準確分析構件內力結構。分析發現，塑性設計方法優勢顯著，能夠結合設計要求，精準確定不銹鋼板材的比例尺，進而保證設計合理。

3.2 容許應力法

此種設計方案，主要是通過計算結構應力，實現對不銹鋼結構荷載設計，并基于彈性理論基礎上計算不銹鋼材料的彈性模量，確保鋼結構各項系數控制在合理范圍。

3.3 極限狀態法

與其他設計方法相比，極限狀態法有明顯的優勢，可保證設計效果，能夠提高設計效率。在荷載作用力下，能夠確定不銹鋼結構的極限狀態，進而預測和評估鋼結構被破壞可能性，進而保證設計質量可靠，最大程度上提高建筑工程不銹鋼結構穩定性。

4 不銹鋼結構在建筑工程中的設計要點

4.1 優選不銹鋼材料

不銹鋼材料本身屬于合金材料，材料中的合金含量不同，其材料性能也存在一定的差異性。研究發現，建筑工程中應用較多的是奧氏體不銹鋼材料，材料型號很多，不同型號的不銹鋼材料輕度、耐腐蝕性等力學性能也不相同，在具體使用過程中，需要結合建筑工程實際施工建設需求選材[4]。同時，強度不同、耐腐蝕強度不一的不銹鋼材料單價也有差別，性能越好的不銹鋼材料，價格越高，具體使用哪種材料，在建筑設計中，要結合工程施工建設環境、施工條件等因素綜合考量，確保選取的不銹鋼材料滿足工程需求。

4.2 基于不銹鋼結構穩定性深化設計

為促使不銹鋼結構在建筑工程中的應用可行性，設計人員在設計中，要充分考量不銹鋼結構的穩定性，確保提高建筑主體結構的安全性，切實提高建筑主體結構的承重力。分析發現，改變不銹鋼結構截面積可提高材料利用率，能夠實現對工程造價成本的控制，避免浪費不銹鋼材料。工程實踐中應用發現，細長構件及輕薄的鋼結構容易受外部作用力的影響，會降低鋼結構的穩定性，甚至是損壞鋼結構。為此，在不銹鋼結構設計過程中，設計人員要科學計算不銹鋼材料的彈性模量。研究發現，不銹鋼材料彈性模量因素與結構穩定性密切相關，當彈性模量越低時，結構穩定性越差；當彈性模型越高，結構穩定性也越高。進一步分析發現，彈性模量的大小與應利用變相關。試驗發現，隨著應力增加，不銹鋼材料的彈性模量也開始下降[5]。為此，提高不銹鋼結構穩定性成為建筑工程設計中的重中之重。

不銹鋼結構本身是由多個不銹鋼構件組裝而成，為保證優化設計，于設計前，全分析不銹鋼材料穩定性和局部穩定性具有重要意義。通過分析鋼結構穩定性，會避免發生不銹鋼結構失穩問題，進而提高鋼結構的荷載作用力，降低了坍塌風險，保證建筑工程整體建設效果。此外，有必要進行整體穩定性，考量受力作用對不銹鋼結構的影響，并在設計環節，嚴格控制鋼結構設計偏差，確保不銹鋼各個構件滿足安裝要求，減少缺陷，促使設計與實際施工保持一致。另有研究發現，不銹鋼結構中的構件穩定性直接關乎到整個結構的穩定性，任何一個構件出現問題，均會影響整體機構。為此，對不銹鋼構件穩定性進行分析和評估，能夠保證不銹鋼結構符合建筑工程施工建設要求。在評估過程中，避免出現高估或是低估的情況，避免在壓力作用下發生屈曲現象，盡可能減少對不銹鋼結構整體的影響，確保將不銹鋼構件承載力設計在合理范圍內。

4.3 抗震設計

建筑工程抗震性能直接關乎到建筑物整體的穩定性，關乎到主體結構的承載力作用。不銹鋼結構作為建筑工程關鍵承重結構，通過抗震設計，能夠提高建筑物整體安全性和穩定性，保障人們生命財產安全。多項研究已經證實不銹鋼材料比普通碳鋼材料性能更高，因此，在抗震設計方面，設計人員重點考慮了地震作用力下能力損耗情況。為進一步探究不銹鋼結構在地震作用下的發生的變化，在具體研究中，通過相關分析方法，了解了不銹鋼非線性本構關系。研究發現，對于相對復雜的不銹鋼結構，可借助高階方法開展抗震設計工作；重點加固結構薄弱部位，最大程度上提高不銹鋼結構安全性。

4.4 節點設計

不銹鋼結構設計環節較多，設計內容繁雜，任何一個環節出現設計偏差，均會影響不銹鋼結構性能。對于結構節點來說，主要作用是連接各個不銹鋼結構構件，促使多個構件科學組裝，進而構件完整的不銹鋼結構，可最大程度上提高結構安全性。在具體設計過程中，設計人員嚴格按照不銹鋼結構節點設計原則開展設計工作，確保降低對各個構件的破壞力。

5 建筑工程中不銹鋼結構各個階段設計要點

5.1 初步設計環節

項目初步設計主要是對項目開展可行性進行分析，探討經濟技術指標執行情況，并確定項目建設規模。進而對建筑工程施工工藝加以明確，制定完善的施工方案和施工組織設計說明，分析項目投資可行性。并安排專人是深入施工實地進行考察和勘察，收集第一手工程信息，了解工程地段水文地質情況，了解施工周邊環境等，計算工程量，進行不銹鋼結構施工范圍及施工量評估，進而為設計工作的開展提供科學依據。

5.2 技術設計

在技術設計緩解，重點明確技術類型、技術實施標準，明確不銹鋼結構構件尺寸，確定不銹鋼構件型號，做好造價預算管理工作。并邀請項目參建各個單位進行設計評估，進行設計圖會審，找出設計中出現的不合理之處，并及時進行修正，更好協調多方，確保設計方案具有實際執行的可行性。

5.3 繪制施工圖

為促使設計與實際施工相吻合，避免頻繁發生變更，施工圖繪制過程中，嚴格按照建筑工程不銹鋼結構設計規范進行，繪制出完整的剖面圖、平面圖屋頂圖等。通過鋼結構設計，清晰化表達設計的真實意圖，降低施工人員的理解難度。對重點部位進行標注，提醒施工人員注意關鍵環節。設計人員在不銹鋼結構設計全過程中，始終秉持著“概念設計”理念，準確把握涉及走向，遵循科學、嚴謹的設計宗旨，確保不銹鋼結構設計合理，充分考慮結構設計安全性和經濟效益，更好均衡建筑工程的經濟效益和社會效益及生要效益，切實將不銹鋼結構設計任務落實到實處。此外，設計人員將多套設計方案進行對比，優選最佳的設計方案，既滿足建筑主體結構承載力要求，同時，滿足承載構件布局設計，確保簡化結構，避免增加配筋率，切實提升不銹鋼結構的延性。另外，在不銹鋼結構設計中，充分考慮了溫度因素的影響，按照均勻、對稱的原則深化設計，做好極限狀態演算工作，切實提高不銹鋼結構設計合理性。

5.4 墻體材料設計

不銹鋼材料單價較高，但部分建筑單位過于追求項目的經濟效益，在不銹鋼材料選擇和使用上，以次充好，在設計中往往將建筑墻體結構用材更換為彩色的鋼壓板。基于建筑行業大環境下，建筑工程中廣泛使用的是V 形板、波穩形板墻體材料，在建筑工程中展現了一定的材料性能。但在具體的建筑工程設計中，需要考慮到建筑墻體材料鋪設便捷度，要考慮外墻裝飾材料的美觀性和藝術性，為此，設計中，要明確材料是縱向鋪設或是橫向鋪設；設計人員首選了玻璃面材料、金屬幕墻材料，如鋁合金板等，并經過多重工藝加工制作，最終應用在鋼結構建筑墻體中。研究發現，將不銹鋼材料作為墻體裝飾材料，切實可行性，能夠實現材料與設計的高度融合，實現對工程成本管控同時，提高建筑工程不銹鋼結構設計合理性，保證建筑整體施工建設品質。

5.5 功能結構設計

建筑工程功能設計也是設計中的重要環節，不同類型的鋼結構建筑，在設計方面上也存在一定的差異性，要考慮建筑排水問題、采光等功能性問題。基于環保、綠色、低碳理念下，部分建筑工程中引入了現代環保材料輔助不銹鋼結構設計，進而提高結構穩定性，確保滿足建筑功能使用需求，提高建筑物綜合利用率。

5.6 防火防腐設計

為提高不銹鋼結構防火防腐標準，設計人員在具體設計過程中，重點進行不銹鋼結構防腐防火涂裝設計，旨在最大程度上提高鋼結構耐火性和耐久性。預先準備好防火防腐材料，穩定鋼結構自身性能同時，減少鋼結構構件質量通病，進而保證建筑工程整體施工建設質量。

5.7 重視鋼結構細節設計

建筑工程鋼結構細節設計，可預防質量通病的發生，能夠提升結構穩定性，進而構建更為完善的鋼結構受力體系。通過對不銹鋼結構細節部分的設計，進一步完善整體設計效果。包括材料選擇、構件約束力計算、結構穩定性等，確保設計符合實際施工要求。尤其是在鋼結構構件設計方面，要進行科學的計算，做好相關的驗算工作，優化構件尺寸設計、厚度設計，基于不銹鋼材料可塑性視角深化設計。進行桁架設計時，要明確桁架腹桿平面內部長度和平面外部長度，確保取值合理。計算鋼結構受壓構件長細比時，設計人員充分運用角鋼最小回轉半徑優化設計，進而保證獲取到設計數據更精準也更完整。此外，要加強對設計人員的專業化培訓，普及不銹鋼建材知識，促使設計人員全面了解不銹鋼結構設計要點，掌握設計技巧，更好將設計理念融入建筑工程不銹鋼結構設計中，為建筑行業發展提供保障。

6 結語

綜上所述，建筑工程中不銹鋼材料性能優勢顯著，為建筑工程整體質量提升提供了材料保證。通過優化不銹鋼結構設計，進一步提高了鋼結構設計科學性和合理性，最大程度上提高建筑結構安全系數，減少質量通病的發生，更好提升建筑工程整體施工建設質量。