建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析

曾宇斌

摘要：近些年來，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了較好的發(fā)展機(jī)遇，使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。作為一種通過鋼材進(jìn)行加工制作的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)一直以來都是建筑結(jié)構(gòu)中十分重要的類型之一。文章重點(diǎn)從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手，對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，希望能為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—163—02

前言

隨著我國建筑的不斷發(fā)展，采用傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足建筑結(jié)構(gòu)的多元化需求，鋼結(jié)構(gòu)作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)之一，不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的種種弊端，還具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件較輕、施工周期較短、布置靈活方便等優(yōu)勢(shì)，因此，在建筑工程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定及設(shè)計(jì)所涉及的規(guī)范，規(guī)程設(shè)計(jì)規(guī)定

1.1設(shè)計(jì)中要標(biāo)明鋼材的強(qiáng)度等級(jí)、高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的要求

一般來說Q235和Q345B等級(jí)是比較通用的鋼材，大多數(shù)時(shí)候考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)管理方便，在主結(jié)構(gòu)上會(huì)采用一種鋼材等級(jí)，但是從經(jīng)濟(jì)的角度來考慮，有的截面組合形式應(yīng)該采用不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼材，如格構(gòu)柱的肢件可采用Q345B的H型鋼，綴條、綴板可采用Q235的鋼板或型鋼。在連接摩擦面的高強(qiáng)度螺栓經(jīng)過表面處理后，需要符合以下標(biāo)準(zhǔn)，第一，連接摩擦面需要保持清潔干燥，并且不能有毛刺飛邊、焊接飛濺物，以及焊疤、氧化鐵皮和污垢等不良情況；第二，需要在表面處理過程中，采取一定的保護(hù)措施，來保護(hù)處理后的連接摩擦面，并且不能在連接摩擦面上，標(biāo)注任何標(biāo)記；第三，如果需要對(duì)連接摩擦面進(jìn)行生銹處理，那么需要在安裝前，采用細(xì)鋼絲刷，在垂直于構(gòu)件的方向，正確刷除表面上的浮銹。

1.2設(shè)計(jì)中構(gòu)件的計(jì)算

鋼梁的抗剪強(qiáng)度應(yīng)按彈性設(shè)計(jì)；鋼梁的撓度計(jì)算時(shí)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可不考慮螺栓孔引起的截面削弱；鋼梁腹板應(yīng)采用加勁肋來加強(qiáng)它的局部穩(wěn)定性。一般情況下，通過限制制板件的寬厚比，可以確保鋼梁翼緣的局部穩(wěn)定性。一旦在受壓翼緣長度L與其寬度B的比值，超過了標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的限值，就需驗(yàn)算鋼梁的整體穩(wěn)定性，使其滿足構(gòu)件寬厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在設(shè)計(jì)中，考量截面塑性的發(fā)展，以及在塑性設(shè)計(jì)時(shí)，按照更嚴(yán)格的要求進(jìn)行；在計(jì)算單角鋼受壓構(gòu)件長細(xì)比時(shí)，需要利用到角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑，而不是單純的借助角鋼平行軸的回轉(zhuǎn)半徑數(shù)據(jù)；例如鋼柱等軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，需根據(jù)要求的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出其剪力多少：在設(shè)計(jì)桁架時(shí)，桁架腹桿的平面內(nèi)、外的計(jì)算長度，不能隨意取其幾何長度，應(yīng)按規(guī)范要求來全方位的考量。

1.3設(shè)計(jì)中構(gòu)件間的連接

在連接的構(gòu)件中，針對(duì)普通螺栓等構(gòu)件，都有相應(yīng)的防松動(dòng)要求，需要采用有防松動(dòng)裝置的雙螺母或者彈簧墊圈等，也可以采用人工方法，將螺栓外露絲扣鑿毛或?qū)⒙菽概c外露螺栓點(diǎn)焊；根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高強(qiáng)螺栓，而在連接極限承載力計(jì)算時(shí)，需要考慮螺桿與孔壁的接觸情況：建議在構(gòu)件直接承受動(dòng)力荷載之時(shí)，不要使用承壓型高強(qiáng)螺栓：如果是鋼柱和鋼梁的剛性連接，需要進(jìn)行鋼柱腹板在鋼梁翼緣范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)域計(jì)算；節(jié)點(diǎn)連接板在拉力和剪力的作用下，需要驗(yàn)算其強(qiáng)度；與此同時(shí)，鋼梁端支座處的底板厚度也需要計(jì)算，鋼柱底部與柱底板的角焊縫也需要進(jìn)行計(jì)算，為構(gòu)件連接帶來安全性保障。

2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

2.1構(gòu)件的布置，需要考量整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系及局部的穩(wěn)定性要求。目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要按照平面體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如門式剛架，以及框架等。為了確保平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)問題，建議從結(jié)構(gòu)整體布置設(shè)計(jì)，來解決問題，如增加支撐構(gòu)件等。

2.2在設(shè)計(jì)單層或多層框架結(jié)構(gòu)之時(shí)，一般不需要進(jìn)行框架穩(wěn)定性的分析，只需要計(jì)算框架柱的穩(wěn)定性即可。在柱的平面外計(jì)算長度系數(shù)，需要借助框架整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，使柱的穩(wěn)定計(jì)算與框架穩(wěn)定計(jì)算等效。

2.3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造與構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)保證一致，這也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問題。節(jié)點(diǎn)連接處要求能傳遞彎距時(shí)，應(yīng)有足夠的剛度和柔度：設(shè)計(jì)桁架節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少桿件的偏心；在涉及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時(shí)，設(shè)計(jì)構(gòu)造方面需要滿足不同強(qiáng)度的要求以及特殊要求，例如簡支梁的抗彎強(qiáng)度等。不動(dòng)鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，但這不能確保梁整體的穩(wěn)定性情況，所以不動(dòng)鉸支座，還需要能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，并允許梁在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析的條件。

3鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系最大的區(qū)別在于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑設(shè)計(jì)的成敗。鋼結(jié)構(gòu)建筑的許多節(jié)點(diǎn)都是露明的，露明的節(jié)點(diǎn)與中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的榫卯結(jié)構(gòu)相似。通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠顯示鋼結(jié)構(gòu)建筑特有的結(jié)構(gòu)美感。為了滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火需求，一些設(shè)計(jì)時(shí)在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)輔以一定的防火設(shè)計(jì)，例如用防火板材封閉節(jié)點(diǎn)或者涂抹防火涂料等，防火板材將鋼結(jié)構(gòu)特有的節(jié)點(diǎn)封閉起來，會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)美的體現(xiàn)，涂抹防火涂料既能夠體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的美感，又能夠起到防火的作用，并且還能夠保持鋼格連接節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)該進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

3.2預(yù)估截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

鋼結(jié)構(gòu)布置完成之后，應(yīng)該對(duì)截面進(jìn)行預(yù)先估算，主要根據(jù)是梁柱斷面狀況以及梁柱的大小，根據(jù)截面進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)。首先，鋼結(jié)構(gòu)的梁通常采用H型鋼、軋鋼、槽鋼的截面，通過分析支座與荷載，截面的大小介于跨度的2—5之間；其次，鋼結(jié)構(gòu)的柱截面應(yīng)該按照長細(xì)比進(jìn)行預(yù)估，通常狀況下，其范圍應(yīng)該控制在50—150單位之間，在初步選值時(shí)應(yīng)該將其控制在100單位左右，柱截面的大小應(yīng)該根據(jù)受力狀況確定，選擇合適的軋鋼或者槽鋼；再者，輕型鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間存在很大的差別，為了保證每一個(gè)構(gòu)件能夠充分的發(fā)揮性能，應(yīng)該根據(jù)具體狀況設(shè)計(jì)輕型鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用高科技作業(yè)，保持強(qiáng)弱軸方向的正確性，以此降低鋼結(jié)構(gòu)的受力和變形。

3.3地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該注意以下要點(diǎn)：在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件、分布狀況、荷載大小、建筑物體型等狀況進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式；在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)該采用交叉梁條地基結(jié)構(gòu)。

3.4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)常遇到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計(jì)師需要將下部結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分開計(jì)算和分開設(shè)計(jì)。首先，假設(shè)網(wǎng)架支座剛度無限大，支座剛度相同，然后計(jì)算支座反力，然后再傳遞至下部結(jié)構(gòu)。通常狀況下，下部結(jié)構(gòu)為梁、柱等，不僅剛度大，而且差別相對(duì)較大，和計(jì)算建設(shè)剛度無限大相違背，計(jì)算的網(wǎng)架內(nèi)力、支座反力與實(shí)際狀況存在很大的差異，因?yàn)榫W(wǎng)架內(nèi)力與反力分配和剛度大小存在密切的關(guān)系，網(wǎng)架與下部結(jié)構(gòu)分開計(jì)算，導(dǎo)致結(jié)果存在較大的誤差。但是，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的過程中并沒有出現(xiàn)工程事故，原因是鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為高次超靜定空間結(jié)構(gòu)，并且鋼材具有良好的彈塑性，不會(huì)導(dǎo)致桿件破壞或者斷裂，不至于出現(xiàn)工程事故。

3.5鋼材焊接要點(diǎn)

鋼材焊接施工是鋼結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)，如果焊接施工出現(xiàn)問題，將會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。因此，在進(jìn)行鋼材焊接施工時(shí)，應(yīng)該將焊接部位徹底清理干凈，按照焊接施工相關(guān)規(guī)定保管和存放鋼材，高度重視氣孔部位施工，避免在焊接施工的過程中出現(xiàn)裂縫。

3.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：首先，做好材料選購工作，需要?jiǎng)?chuàng)建一套健全的材料采購監(jiān)督體系，以此保證設(shè)計(jì)材料的質(zhì)量；其次，為了防止在施工的過程中出現(xiàn)技術(shù)問題、質(zhì)量問題，應(yīng)該選聘綜合素質(zhì)高的技術(shù)人員和施工人員，并加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員和施工人員的培訓(xùn)和再教育，為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工質(zhì)量奠定可靠的技術(shù)保障。

4結(jié)語

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)水平和效率。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該在實(shí)踐的過程中不斷的探索和積累經(jīng)驗(yàn)，以此保證鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)化、規(guī)范化以及標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。