曹明芝

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)建筑其實(shí)很早就出現(xiàn)在了歷史上，舉世聞名的法國埃菲爾鐵塔就是采用鋼結(jié)構(gòu)建造而成的。只是在當(dāng)時(shí)的情況下，鋼鐵產(chǎn)量尚不高，鋼鐵冶煉技術(shù)也不是很成熟，不能應(yīng)用普及到眾多的日常建筑里面。所以在其初期，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用多是以建筑零件諸如部分配件，部件，連接件等，早在十九世紀(jì)初期人們就已經(jīng)開始使用熟鐵建造房屋和橋梁，其發(fā)展歷史更比鋼筋混凝土悠久，一直到二十世紀(jì)六十年代鋼結(jié)構(gòu)建筑理論飛速發(fā)展與創(chuàng)新，才產(chǎn)生了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工藝的建筑。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) ?設(shè)計(jì) ?分析

1.鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)問題分析

1.1設(shè)計(jì)方法方面

我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)步驟主要是：依據(jù)彈性方法計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件內(nèi)力;依據(jù)彈塑性方法驗(yàn)算鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限承載力。由于鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，就會進(jìn)入彈塑性變形階段，會造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布，按現(xiàn)在的方法設(shè)計(jì)，不能保證構(gòu)件承載力可靠度的一致性。

1.2鋼結(jié)構(gòu)體系方面

鋼結(jié)構(gòu)工程低于6層的，可采用框架一支撐或框架體系，高于6層的采用框架一砼剪力墻或框架支撐體系;框架柱有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土柱。在6層以下鋼結(jié)構(gòu)工程中，組合柱要比H型鋼柱型要省鋼;鋼支撐比剪力墻的延性高，在地震等級高時(shí)延性高的地震力小，延性差的地震力大，從抗高等級地震的性能來說，鋼支撐比砼剪力墻好;鋼框架一混凝土剪力墻體系屬混合結(jié)構(gòu)，抗震性方面目前研究還不夠，選用時(shí)應(yīng)慎重。

1.3鋼結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計(jì)方面

樓板不僅承受豎向荷載并將其傳給框架，還將水平力傳到柱上，因此樓板的強(qiáng)度、承載力和整體性都十分重要。作為鋼結(jié)構(gòu)工程要求，樓板還應(yīng)考慮隔音要求;目前鋼結(jié)構(gòu)工程上，壓型鋼板組合樓板，現(xiàn)澆樓板等應(yīng)用較多;震級較高的震區(qū)或重要鋼結(jié)構(gòu)，在柱的設(shè)計(jì)方面，因考慮在柱子的周邊宜設(shè)置鋼箍筋，以免高水平力破壞樓板。

1.4鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面

1.4.1設(shè)計(jì)反應(yīng)譜問題

地震記錄儀構(gòu)造使得很多大于3秒的強(qiáng)震被削弱，因此計(jì)算的反應(yīng)譜不真實(shí)，而建設(shè)部人為調(diào)整的譜曲線來保證鋼結(jié)構(gòu)安全性的抗震設(shè)計(jì)，可靠性需進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.4.2彈塑性地震反應(yīng)計(jì)算問題

目前我國沒有高層鋼結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)計(jì)算程序，缺乏空間彈塑性地震反應(yīng)分析軟件。

1.4.3鋼一砼結(jié)構(gòu)高跨設(shè)計(jì)問題

我國是一個多地震國家，國際上沒有這方面的研究，需要解決抗震設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)方法。

1.5鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和支撐構(gòu)造方面

1.5.1節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容是連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)分析前對節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分思考和確定。必須避免最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序。

1.5.2焊接

焊縫的尺寸及形式應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范：選用的焊條應(yīng)與金屬材質(zhì)相適應(yīng)。焊接設(shè)計(jì)不得任意加大焊縫。焊縫與被連接構(gòu)件重心應(yīng)盡量接近。

1.5.3梁腹板

栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。

1.5.4拼接

柱應(yīng)通過小懸臂與梁拼接，梁拼接大部分采用翼緣焊接腹板拼接，也可采用全截面螺栓連接。拼接設(shè)計(jì)時(shí)，腹板要考慮彎矩。

1.5.5厚度

用外加勁肋和內(nèi)隔板進(jìn)行梁與鋼管混凝土柱的剛性連接，但鋼管壁板與隔板或環(huán)板的厚度應(yīng)相互匹配。

2.鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)成功地運(yùn)用實(shí)例。為保證鋼結(jié)構(gòu)建筑合理有效的產(chǎn)生，良好精確的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的?，F(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的兩大步驟是正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確計(jì)算結(jié)構(gòu)的截面高度。

2.1鋼結(jié)構(gòu)預(yù)算的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要十分準(zhǔn)確的計(jì)算估計(jì)。以國家大劇院為例，國家大劇院由法國建筑師保羅·安德魯主持設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方為法國巴黎機(jī)場公司。國家大劇院建筑屋面呈半橢圓形，其結(jié)構(gòu)：212m×143m，跨度>100m，結(jié)構(gòu)方案選屋蓋空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼。

2.2鋼結(jié)構(gòu)建筑整體與局部精細(xì)設(shè)計(jì)

建筑的設(shè)計(jì)不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協(xié)調(diào)能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊性的同時(shí)也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結(jié)構(gòu)特個性設(shè)計(jì)的同時(shí)，也必須滿足一般建筑的共性。因而在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結(jié)合的同時(shí)，設(shè)計(jì)復(fù)雜化和工程精細(xì)化也更加嚴(yán)苛。

2.3鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，盡管針對設(shè)計(jì)而言他并不是需要考慮的前置條件，但是卻是日后維護(hù)的重中之重，故而在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，對其穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)也是著重的對象。鋼結(jié)構(gòu)建筑的失穩(wěn)分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。

2.4鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)需注意的問題：

2.4.1、目前的鋼結(jié)構(gòu)建筑多用于跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定維持一個相對的狀態(tài)，桿件牽涉整體設(shè)計(jì)時(shí)，需從整體穩(wěn)定人手。

2.4.2對于日常其他設(shè)計(jì)，除須考慮結(jié)構(gòu)的整體性，還需要考慮其他的設(shè)計(jì)點(diǎn)。因?yàn)槟壳暗脑O(shè)計(jì)分析穩(wěn)定性的時(shí)候，多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)引用的某一個范圍區(qū)間作為其結(jié)構(gòu)參數(shù)、負(fù)荷的計(jì)算點(diǎn)。而在實(shí)際操作過程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不穩(wěn)定性，造成結(jié)構(gòu)具有相對誤差性。

2.4.3考慮建筑的穩(wěn)定新的時(shí)候，還需考慮鋼結(jié)構(gòu)材料的彈性、贏利疊加等多方面因素。通常建筑使用的混凝土的計(jì)算公式在此時(shí)將不能運(yùn)用。因?yàn)閷τ阡摻Y(jié)構(gòu)材料而言，其應(yīng)力疊加應(yīng)滿足這兩個條件即材料服從虎克定律應(yīng)變成正比和結(jié)構(gòu)的變形很小。

3.結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)工程是以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型。鋼結(jié)構(gòu)已愈來愈廣泛地被應(yīng)用在國內(nèi)外高層建筑及大跨度結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)將是未來結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流方向。然而，鋼結(jié)構(gòu)施工還存有不少問題亟待研究解決，如何做到設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)適用、施工安全將是留給廣大科研設(shè)計(jì)施工人員永遠(yuǎn)的問題。