探析建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的要求及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張麗娟

摘 要：科技的進(jìn)步發(fā)展，使得鋼結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用范圍日益廣泛，其不僅用于輕鋼結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)，更多的應(yīng)用于高層建筑中，與混凝土相比，其具有自重輕、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，基于此，本文簡述了建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的特征及其設(shè)計(jì)原則，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的要求及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)工程；特征；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)要求；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的特征及其設(shè)計(jì)原則

1、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的特征。主要表現(xiàn)為：（1）建筑鋼結(jié)構(gòu)工程具有建設(shè)成本相對(duì)較低且工期短的特征。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑預(yù)工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時(shí)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設(shè)成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短40%以上，從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。（2）建筑鋼結(jié)構(gòu)工程具有設(shè)計(jì)與功能一體化的特征。在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中，結(jié)構(gòu)成為形象構(gòu)成的重要因素，結(jié)構(gòu)的形體、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化以便隨后的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行下去，創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程。（3）建筑鋼結(jié)構(gòu)工程可以滿足超高度和超跨度的特征。鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強(qiáng)度高，彈性模量亦高。其密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體?，F(xiàn)在人類已具有建造跨度超過1000米的超大穹頂與高度超過1000米最高至4000米的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成索膜結(jié)構(gòu)體系更能滿足建筑對(duì)跨度的要求，使這類型建筑成為標(biāo)志性建筑。

2、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)原則。主要有：（1）梁柱體系。平面一般利用梁柱普通體系。梁使用熱軋焊接鋼梁，焊接柱為箱型鋼柱，設(shè)計(jì)整個(gè)結(jié)構(gòu)為剛性框架結(jié)構(gòu)，由梁、板和柱承擔(dān)豎向荷載?？蚣苤械牧汉椭⒘汉突A(chǔ)全部按照剛性進(jìn)行設(shè)計(jì)連接，現(xiàn)場(chǎng)利用高強(qiáng)螺栓與焊接共同發(fā)揮連接作用。（2）樓蓋體系。各層樓蓋通常使用鋼筋混凝土，按照結(jié)構(gòu)計(jì)算樓蓋厚度為110mm，在計(jì)算結(jié)構(gòu)中，該樓蓋具有足夠的厚度，符合無限剛性的平面假定。（3）抗剪設(shè)計(jì)。計(jì)算分析表明，在整體水平荷載與地震力發(fā)揮作用下，上述局部結(jié)構(gòu)體系的剛度比較弱，因此需要利用布置中心很好的抵抗水平上的荷載。鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中間部分的樓梯和電梯之間利用鋼筋混凝土剪力墻，以便能夠很好的抵抗水平外力造成的沖擊。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的要求分析

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的要求表現(xiàn)為：（1）合理判斷鋼結(jié)構(gòu)適用性的要求。通常鋼結(jié)構(gòu)工程多是用于跨度和荷載較大、體型復(fù)雜的高層建筑中。要求其能夠承受較高的溫度、方便拆卸、能夠承受大幅度的振動(dòng)、密封嚴(yán)實(shí)，因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前必須要對(duì)這些方面進(jìn)行全面的分析，考慮所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)是否適用、能否滿足要求。（2）合理選擇鋼材的要求。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的選材非常重要且難度較大。究其原因，一方面是我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，鋼材的種類繁多，要從眾多的鋼材種類中選出適合某種建筑工程的鋼材是有難度的；另一方面是因?yàn)槟壳颁摻Y(jié)構(gòu)建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形度、疲勞應(yīng)力等方面的要求也不一致，因此選擇合適的鋼材顯得至關(guān)重要，否則就不能發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)建筑的功用。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析

1、鋼結(jié)構(gòu)工程的立面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑由于屋面設(shè)置采光效果不理想，在設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)大量的采光窗，而大量的采光窗會(huì)破壞墻面的線條造型，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程則不會(huì)受此困擾。輕鋼結(jié)構(gòu)屋面則大量使用屋面采光板，不僅采光均勻，而且不會(huì)破壞墻面的線條造型，既適用又美觀，目前非常適合聯(lián)合型建筑，順便也解決了建筑的通風(fēng)問題。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的立面設(shè)計(jì)主要由工藝布置來決定的，立面要求簡潔恢弘，同時(shí)簡單統(tǒng)一突出重點(diǎn)。設(shè)計(jì)師們往往為了突出建筑結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)，會(huì)在建筑入口、外天溝或者收邊泛水的地方使用跳躍性色彩和冷色調(diào)，起到畫龍點(diǎn)睛的作用，勾勒出建筑鋼結(jié)構(gòu)工程體態(tài)輕盈、色彩豐富，給人耳目一新的感覺。

2、鋼結(jié)構(gòu)工程的溫度伸縮縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。溫度會(huì)引發(fā)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程形變，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此需要設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的設(shè)置有兩種：一種是橫向設(shè)置溫度縫，另一種是縱向設(shè)置溫度縫，選擇哪一種設(shè)置則根據(jù)具體建筑設(shè)計(jì)情況而定。溫度縫的設(shè)置就把建筑分為了若干個(gè)溫度區(qū)段，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范則決定了每個(gè)溫度區(qū)段的長度。其中處理溫度伸縮縫的方法又有兩種即雙柱設(shè)置法和單柱設(shè)置法，一般選擇前者來處理。倘若設(shè)置的是縱向溫度伸縮縫，可在屋架支座處設(shè)置一個(gè)滾動(dòng)支座，倘若設(shè)置的是橫向溫度伸縮縫，則可在框架梁與檁條連接處采用槽鋼夾板滑動(dòng)方式或者橢圓孔滑動(dòng)方式。

3、鋼結(jié)構(gòu)工程保溫隔熱與防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的導(dǎo)熱性能特別好，當(dāng)其處于不同溫度的環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度和塑性都會(huì)有所變化，大致分為四個(gè)層次：一是受熱溫度在100℃以上；二是受熱溫度在 100～250℃ 之間；三是受熱溫度在 250～500℃ 之間；四是受熱溫度在 500℃ 以上，并且在這四個(gè)溫度區(qū)間鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度和塑性會(huì)發(fā)生不同的變化，隨之對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。其中當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處溫度在第二到第四區(qū)間時(shí)鋼結(jié)構(gòu)會(huì)分別出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象、徐變現(xiàn)象、鋼材節(jié)后塌落。由此可見，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的溫度超過100℃時(shí)就必須對(duì)其作出相應(yīng)的隔熱保護(hù)措施，以增強(qiáng)鋼材的抗熱性能，避免鋼結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生變化。鋼結(jié)構(gòu)的防火通常有以下幾種方法：設(shè)置防火墻、防火門；設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；獨(dú)立水幕；設(shè)置防火帶。其中設(shè)置防火墻是最簡單有效且造價(jià)低廉的方法。一般在建筑高度不超過8m 或者只需分兩個(gè)分區(qū)的情況下，可設(shè)置自動(dòng)噴水系統(tǒng)，使防火面積范圍增加一倍，以此達(dá)到規(guī)范要求。

4、鋼結(jié)構(gòu)工程防腐設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的鋼材主要組成部分是鐵、氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵以及其他化合物，其中有些物質(zhì)暴露在空氣中時(shí)就會(huì)被空氣氧化還原發(fā)生質(zhì)變，即稱腐蝕。所以，當(dāng)空氣中有腐蝕性介質(zhì)或者鋼構(gòu)件處在潮濕的環(huán)境下而未對(duì)鋼結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的保護(hù)措施時(shí)，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的銹蝕就會(huì)愈加明顯。鋼結(jié)構(gòu)銹蝕輕微時(shí)會(huì)使鋼材發(fā)生形變，比如使鋼構(gòu)件截面厚度發(fā)生變化，或者在構(gòu)件表層形成銹坑層等，嚴(yán)重時(shí)甚至使鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)發(fā)生大的形變，因此建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)時(shí)需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)腐蝕設(shè)計(jì)。

結(jié)束語

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，使得高層及大型建筑日益增多，并且鋼結(jié)構(gòu)具有空間跨度大、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)性能突出、安裝便利等優(yōu)勢(shì)，使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越普遍，為了保障其安全使用，必須加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)要求及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝妍，賈茹.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問題[J].民營科技，2011（03）

[2]鄭玉峰.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)探析[J].科技資訊，2011（08）

[3]葛玉芹.探究建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國科技博覽，2015（25）