鋼結構設計中的常見問題分析與應對

1、    鋼結構設計中的常見問題分析與應對    李瑩 劉蕾【摘要】隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟水平不斷提高，鋼結構發(fā)展迅速，廣泛應用在工業(yè)建筑和民用建筑等各個建筑領域中，本文分析了鋼結構設計中的常見問題的原因，探討了應對措施?！娟P鍵詞】鋼結構 設計 問題：tu391： a前言隨著建筑物越來越向著大跨度、大空間方向發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構已不能完全滿足建筑結構的多樣化，鋼結構彌補了混凝土結構的種種不足之處，且受到廣泛的重視。一、鋼結構的基本概念1、鋼結構是什么鋼結構是通過特殊工藝（熱扎、冷彎或焊接等）方式，將各個鑄件連接在一起的一種形式，它具有規(guī)?；?/p>

2、、產(chǎn)業(yè)化、環(huán)保性、可回收、強度高等特點綜合優(yōu)勢材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進行機械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)。鋼結構今后應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度；此外要軋制新品種的型鋼，例如h 型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和t 形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。2、鋼結構的優(yōu)勢鋼結構住宅與鋼筋混凝土住宅，具有顯著特點：鋼結構住宅建筑具有環(huán)保性、可持續(xù)發(fā)展性；鋼結構相比于粘土磚自重輕，抗震性能好；現(xiàn)場施工速度快，有利于文明施工；鋼結構配件制作工廠化和機械化程度高，商品

3、化程度高。二、鋼結構的特點1、結構構件自重輕鋼結構與鋼筋混凝土結構相比要輕30% 50%，結構構件自重輕，因此相應的基礎、地基處理費用也較低。此外，在相同地震烈度下結構的地震反應較小。2、結構布置靈活鋼材結構組織均勻，而且強度、彈性模量高，可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便。如單層工業(yè)廠房，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為6 m，而鋼結構的圍護體系可采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和經(jīng)濟合理的原則考慮。3、施工周期短鋼結構的主要構件和配件多為工廠制作，易于保證質量，除基礎施工外，基本沒有濕作業(yè); 構件之間的連接多采用高強

4、度螺栓連接，安裝迅速，施工周期短。4、經(jīng)濟效益高鋼結構構件采用先進自動化設備制造，運輸方便，因此工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。三、鋼結構設計的常見問題原因分析1、自主設計能力較差由于我國鋼結構設計行業(yè)起步較晚，經(jīng)驗較少，技術較為生疏，所以在一些大型項目上還是主要依賴于國外的設計方案。但是由于地域不同，對建筑環(huán)境了解也不近完全，造成許多設計方案不合理，既造成了材料的浪費，而又達不到設計要求。所以要加強自主設計能力的培養(yǎng)和提高。2、設計方案與實際情況有差距有些設計人員只顧埋頭設計，只照著自己的想法想怎么做就怎么做，不考慮施工難度，并且不去現(xiàn)場考察實際情況，不了解施工情況，理論脫離實際，

5、施工難度增大，造成設計缺陷，不能有效節(jié)約資源。設計者有時候過分追求高標準，造成設計過分保守，安全系數(shù)過高，但實際情況卻用不到那么高，這就造成了各方面資源的浪費。所以說要做好設計師的實事求是的意識培養(yǎng)，既不要冒進超前，也不要封閉保守，要切合實際情況。3、設計規(guī)范法律與當前設計需要逐漸脫節(jié)隨著時間不斷發(fā)展，鋼結構設計需要面臨許多新的問題，而相關法律法規(guī)卻停滯不前，不能滿足需求，造成了二者的逐步脫節(jié)。一旦而這差距過大，就會有鉆法規(guī)漏洞的情況出現(xiàn)，對設計結果會產(chǎn)生不利影響。所以，在大力發(fā)展設計理論技術的時候，相關法規(guī)的修改工作也應該做到位，要做到二者保持共同步伐發(fā)展，避免脫節(jié)。鋼結構設計問題的具體控制

6、措施1、節(jié)點設計鋼結構體系當中, 節(jié)點的設計和構件的設計具有同等重要性, 因此必須給予充分的重視。鋼結構的節(jié)點設計包括梁- 柱節(jié)點、梁- 梁節(jié)點、柱- 柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、柱帽節(jié)點等。設計時應確保節(jié)點的安全可靠, 并盡量采用簡單、穩(wěn)定、可靠的施工工藝, 減少或避免現(xiàn)場的焊縫連接。鋼節(jié)點的形式按傳力特性大體可以分為3 類: 鉸節(jié)點、半剛性節(jié)點、剛性節(jié)點。剛性、鉸接節(jié)點的受力性能、施工工藝研究得比較成熟, 因此在工程中取得了廣泛的應用。圖1中采用的幾種梁- 柱節(jié)點連接形式。由結構布置分析, 考慮工程實際情況, 在設計時, 多層房屋鋼結構柱多采用焊接工字形或箱形截面。由于焊接工字形截面腹板比較薄, 故

7、在此弱軸方向與粱的連接多采用鉸接, 而強軸方向則采用剛接形式 。從圖中不難發(fā)現(xiàn), 鉸節(jié)點形式簡單, 施工方便, 但它使得梁跨中彎矩加大, 增加用鋼量, 不經(jīng)濟; 剛性節(jié)點構造復雜, 但其有效地降低了跨中彎矩, 節(jié)約了用鋼, 有較好的經(jīng)濟效應; 而半剛性節(jié)點應用比較少, 主要是其受力特性比較復雜, 往往通過試驗來取得較為準確的設計數(shù)據(jù)。圖1 梁柱連接節(jié)點圖2、衛(wèi)生間、廚房設計衛(wèi)生間和廚房的設計是鋼結構設計過程中比較重要的環(huán)節(jié)。因為鋼結構材料的防腐能力相對較弱,而衛(wèi)生間和廚房是住宅中用水最多的地方, 所以這兩處的防水處理十分重要。在其它建筑體系中, 防水有兩種方法: 結構防水和材料防水。在鋼結構中

8、, 結構防水的效果比較好。正如前文指出, 框架- 核心筒結構體系把衛(wèi)生間和廚房放在核心筒內(nèi), 具有良好的防水性能。對于其它結構體系要根據(jù)工程實際情況而定。4、樓 梯對其它類型鋼結構建筑的樓梯大都采用鋼樓梯, 而住宅體系中則基本不用, 原因是鋼樓梯的傳音效果較好。故鋼結構住宅中常常采用混凝土樓梯或者壓型鋼板混凝土組合樓梯。在設計時要注意樓梯梁的放置位置和處理, 因為通常情況下, 這里會出現(xiàn)梁- 梁連接, 這種連接會使得被連接梁承受集中荷載,這樣該梁比較容易發(fā)生局部失穩(wěn)。鋼樓梯采用6 mm 鋼折板做踏板, 上面澆注混凝土, 踏板兩端用l50 × 6 角鋼與樓梯梁( 槽鋼) 通過m12 螺

9、栓連接。這種做法利用40 mm 混凝土克服了一般鋼梯傳音強的問題, 同時槽鋼上翼緣可以焊接合金樓梯扶手, 施工簡便, 值得推廣。圖2一種值得推廣的樓梯做法4、樓蓋體系多層房屋鋼結構的樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性, 當前較常采用的是在鋼梁上鋪設壓型鋼板, 再澆注100 mm 左右的鋼筋混凝土板, 即形成壓型鋼板組合樓板。樓蓋梁一般采用簡支等高連接, 有時也可做成不等高連接, 如采用壓型鋼板組合樓板時, 為了便于鋪設壓型鋼板, 主次梁頂面需相差壓型鋼板厚度, 同時還可以增大建筑凈層高。在設計過程中, 要考慮鋼梁和樓板的組合作用, 這樣會顯著提高梁的承載力和整體穩(wěn)定性, 并有效降低梁高, 節(jié)約用鋼, 降低工程造價 。壓型鋼板組合混凝土樓板, 除了按計算( 并滿足構造要求) 在鋼梁上焊接栓釘外, 為了保證混凝土和壓型鋼板共同工作, 它們之間應有連接措, 其連接措施可以依靠壓型鋼板的縱向波槽或依靠壓型鋼板上的壓痕、開的小洞或沖成的不閉合孔眼, 也可以依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋, 如圖3。圖3組合樓板構造措施結論隨著國內(nèi)經(jīng)濟突飛猛進地發(fā)展，鋼結構在建筑業(yè)被越來越廣泛的重視和應用，鋼結構工程在我國將得到前所未有的發(fā)展。作為鋼結構工程設計人員，面對鋼結構建筑的大量涌現(xiàn)，應與時俱進，加強學習有關鋼結構工程的專業(yè)知識與管理內(nèi)容