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)計與應(yīng)用提供了較好的發(fā)展機遇，使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計成為當前研究的熱點問題。作為一種通過鋼材進行加工制作的結(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。文章重點從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計入手，對設(shè)計要點進行分析，希望能為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供指導(dǎo)和借鑒。

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

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：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，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)計規(guī)定及設(shè)計所涉及的規(guī)范，規(guī)程設(shè)計規(guī)定

1.1設(shè)計中要標明鋼材的強度等級、高強度螺栓連接摩擦面的要求

一般來說Q235和Q345B等級是比較通用的鋼材，大多數(shù)時候考慮到工程現(xiàn)場管理方便，在主結(jié)構(gòu)上會采用一種鋼材等級，但是從經(jīng)濟的角度來考慮，有的截面組合形式應(yīng)該采用不同強度等級的鋼材，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度螺栓經(jīng)過表面處理后，需要符合以下標準，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，采取一定的保護措施，來保護處理后的連接摩擦面，并且不能在連接摩擦面上，標注任何標記；第三，如果需要對連接摩擦面進行生銹處理，那么需要在安裝前，采用細鋼絲刷，在垂直于構(gòu)件的方向，正確刷除表面上的浮銹。

1.2設(shè)計中構(gòu)件的計算

鋼梁的抗剪強度應(yīng)按彈性設(shè)計；鋼梁的撓度計算時采用荷載標準值，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，超過了標準所規(guī)范的限值，就需驗算鋼梁的整體穩(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)計中，考量截面塑性的發(fā)展，以及在塑性設(shè)計時，按照更嚴格的要求進行；在計算單角鋼受壓構(gòu)件長細比時，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，需根據(jù)要求的規(guī)范標準，計算出其剪力多少：在設(shè)計桁架時，桁架腹桿的平面內(nèi)、外的計算長度，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)計中構(gòu)件間的連接

在連接的構(gòu)件中，針對普通螺栓等構(gòu)件，都有相應(yīng)的防松動要求，需要采用有防松動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外露螺栓點焊；根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范標準，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高強螺栓，而在連接極限承載力計算時，需要考慮螺桿與孔壁的接觸情況：建議在構(gòu)件直接承受動力荷載之時，不要使用承壓型高強螺栓：如果是鋼柱和鋼梁的剛性連接，需要進行鋼柱腹板在鋼梁翼緣范圍內(nèi)的節(jié)點域計算；節(jié)點連接板在拉力和剪力的作用下，需要驗算其強度；與此同時，鋼梁端支座處的底板厚度也需要計算，鋼柱底部與柱底板的角焊縫也需要進行計算，為構(gòu)件連接帶來安全性保障。

2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計時應(yīng)注意的問題

2.1構(gòu)件的布置，需要考量整個鋼結(jié)構(gòu)體系及局部的穩(wěn)定性要求。目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一般要按照平面體系進行設(shè)計，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，來解決問題，如增加支撐構(gòu)件等。

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

2.3設(shè)計結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件穩(wěn)定計算應(yīng)保證一致，這也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題。節(jié)點連接處要求能傳遞彎距時，應(yīng)有足夠的剛度和柔度：設(shè)計桁架節(jié)點時應(yīng)盡量減少桿件的偏心；在涉及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時，設(shè)計構(gòu)造方面需要滿足不同強度的要求以及特殊要求，例如簡支梁的抗彎強度等。不動鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，但這不能確保梁整體的穩(wěn)定性情況，所以不動鉸支座，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)計要點分析

3.1鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點設(shè)計要點分析

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)點設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點設(shè)計直接關(guān)系到建筑設(shè)計的成敗。鋼結(jié)構(gòu)建筑的許多節(jié)點都是露明的，露明的節(jié)點與中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的榫卯結(jié)構(gòu)相似。通過對鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點進行合理的設(shè)計，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)計時在進行節(jié)點設(shè)計時輔以一定的防火設(shè)計，例如用防火板材封閉節(jié)點或者涂抹防火涂料等，防火板材將鋼結(jié)構(gòu)特有的節(jié)點封閉起來，會影響鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點結(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)點的特點，應(yīng)該進一步的推廣和應(yīng)用。

3.2預(yù)估截面設(shè)計要點分析

鋼結(jié)構(gòu)布置完成之后，應(yīng)該對截面進行預(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)截面進行仔細的設(shè)計。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)該按照長細比進行預(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)計之間存在很大的差別，為了保證每一個構(gòu)件能夠充分的發(fā)揮性能，應(yīng)該根據(jù)具體狀況設(shè)計輕型鋼結(jié)構(gòu)，同時利用高科技作業(yè)，保持強弱軸方向的正確性，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)計要點分析

地基結(jié)構(gòu)設(shè)計時鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，鋼結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該注意以下要點：在進行地基結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，應(yīng)該對施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件、分布狀況、荷載大小、建筑物體型等狀況進行調(diào)查，并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際狀況，設(shè)計基礎(chǔ)形式；在進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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)計要點分析

鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)常遇到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計師需要將下部結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分開計算和分開設(shè)計。首先，假設(shè)網(wǎng)架支座剛度無限大，支座剛度相同，然后計算支座反力，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，而且差別相對較大，和計算建設(shè)剛度無限大相違背，計算的網(wǎng)架內(nèi)力、支座反力與實際狀況存在很大的差異，因為網(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)分開計算，導(dǎo)致結(jié)果存在較大的誤差。但是，在現(xiàn)實應(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

鋼材焊接施工是鋼結(jié)構(gòu)的重點，如果焊接施工出現(xiàn)問題，將會影響鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。因此，在進行鋼材焊接施工時，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)計要點

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計要點主要包括以下幾個方面：首先，做好材料選購工作，需要創(chuàng)建一套健全的材料采購監(jiān)督體系，以此保證設(shè)計材料的質(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，并加強對設(shè)計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)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計的過程中應(yīng)該嚴格控制各個設(shè)計要點，并不斷的改進和創(chuàng)新設(shè)計方法，提高設(shè)計水平和效率。同時，鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計師應(yīng)該在實踐的過程中不斷的探索和積累經(jīng)驗，以此保證鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的科學(xué)化、規(guī)范化以及標準化，實現(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。