【摘 要】隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑已逐漸成為一種較為普遍的建筑結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)、民用建筑中都得到了較廣泛的運(yùn)用，設(shè)計與施工的好壞直接決定著建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，本文主要從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟與過程方面，探尋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的技巧與關(guān)鍵所在。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；步驟

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國民對居住生活環(huán)境的要求越來越高，對于與人們居住生活相關(guān)的建筑業(yè)就要與時俱進(jìn)，不斷更新?lián)Q代、推陳出新，從各個方面滿足人們的居住需求。近年來，在我國鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅速，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的受到人們的青睞，主要有質(zhì)輕高強(qiáng)、抗震性能優(yōu)越、施工周期短、綜合效益高、與計算力學(xué)假定基本相似、塑性和韌性好、氣密性和水密性好、工業(yè)化程度高、屬于綠色環(huán)保建筑等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)主要是不耐銹蝕和耐熱不耐火及工程造價高等方面。目前，鋼結(jié)構(gòu)建筑已逐漸成為一種較為普遍的建筑結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)、民用建筑中都得到了較廣泛的運(yùn)用。

1、鋼結(jié)構(gòu)選型與布置

結(jié)構(gòu)選型是設(shè)計的首選環(huán)節(jié)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，對于后續(xù)的設(shè)計及整個結(jié)構(gòu)的成功與否至關(guān)重要，常用的鋼結(jié)構(gòu)類型有：輕鋼、網(wǎng)架、框架、桁架、索膜及塔桅等。到底選擇哪一種結(jié)構(gòu)類型，需要根據(jù)實(shí)際情況和上述結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)綜合考慮。如果是懸掛或移動荷載較大的輕鋼廠房，最好選用網(wǎng)架形式；如果工程是在我國東北地區(qū)，還要考慮到冬季積雪荷載，宜選用網(wǎng)殼形式；如果是在南方夏季多雨地區(qū)建房，要考慮到雨水荷載，優(yōu)先選用網(wǎng)殼形式；如果是在高層建筑中使用鋼結(jié)構(gòu)，考慮到地震烈度，可采用周邊支柱，核心筒體形式；如果是體育場或展覽館等跨度較大的建筑，宜選擇索膜形式。

對于鋼結(jié)構(gòu)的布置，要根據(jù)建筑的荷載分布、使用性質(zhì)、體型特征等綜合權(quán)衡，要以最直接的途徑把荷載傳遞到基礎(chǔ)為原則來布置。概念設(shè)計對整個的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計來講非同小可，需要重視鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計。做好概念設(shè)計，既對整體設(shè)計進(jìn)行了控制和規(guī)劃，又能節(jié)省計算量，可以說是不可或缺的設(shè)計流程。比如說門式剛架，根據(jù)剛架跨度和檐口高度l/h 之比，科學(xué)的進(jìn)行柱腳形式剛接或鉸接的選取和假設(shè)，對風(fēng)荷載進(jìn)行選取，需要參考建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范還是門剛規(guī)程；依據(jù)有無吊車荷載和地震烈度情況，科學(xué)進(jìn)行柱頂側(cè)移的控制，需要參考鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范還是門剛規(guī)程；同時，對于構(gòu)件的驗(yàn)算規(guī)范，要與荷載選取情況相一致，綜合比較后選擇出最為經(jīng)濟(jì)合理的構(gòu)件截面。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟分析

2.1 估算截面

在結(jié)構(gòu)選型和布置完成后，就要進(jìn)行截面的估算工作，通常首先要假設(shè)梁柱及支撐的截面和尺寸，再來估算構(gòu)件的截面，依據(jù)設(shè)計規(guī)范確定構(gòu)件截面類型，例如H型鋼、圓管及方管等，鋼材材質(zhì)不同，計算要求各異，需要弄清是普通鋼還是輕鋼。根據(jù)筆者設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，在符合規(guī)范的基礎(chǔ)上，權(quán)衡經(jīng)濟(jì)和安全因素，盡可能的選用既經(jīng)濟(jì)又美觀的截面形式。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

伴隨著計算機(jī)及科技的發(fā)展，我們也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線性部分的分析，這樣以來，使得分析會更加的準(zhǔn)確。通常在設(shè)計實(shí)際中，較易的機(jī)構(gòu)可以用手算，稍微復(fù)雜一些的結(jié)構(gòu)，需要用分析軟件進(jìn)行分析，再就是對于一些較為典型的結(jié)構(gòu)，也就是說我們常用的結(jié)構(gòu)，我們可以查詢相關(guān)書籍及文獻(xiàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來取值直接分析即可。

2.3 工程判斷

使用軟件時常常會有一些計算假定條件來模擬實(shí)際工程結(jié)構(gòu)形式，這些條件無疑與實(shí)際工程存有誤差，有時候誤差還不小，這樣以來，分析結(jié)果會有不精確性和理論化，為了盡可能使分析結(jié)果與現(xiàn)實(shí)相符，對于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在做出分析結(jié)果的同時，還要對結(jié)果進(jìn)行“工程判斷”，據(jù)評判結(jié)果，需要修正的及時進(jìn)行修正或修改，以期分析數(shù)據(jù)精確化、現(xiàn)實(shí)化和可行化。對于本環(huán)節(jié)，熟悉常用分析軟件的使用條件和范圍很重要，對于較好的處理分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理選型和數(shù)據(jù)判斷都至關(guān)重要。

2.4 構(gòu)件設(shè)計

構(gòu)件設(shè)計的第一步是鋼材的選用。鋼結(jié)構(gòu)建筑中的所用鋼材，應(yīng)當(dāng)符合屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎、冷拉、和硫、磷含量的基本保證；此外，對于焊接類結(jié)構(gòu)，還應(yīng)具有合格的含碳量。對于地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)房屋，鋼材除了上述要求外，還有具有良好的沖擊韌性，符合抗震設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，規(guī)范里面對鋼材的各項(xiàng)物理和力學(xué)指標(biāo)都進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。一般來講，鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要受力構(gòu)件，要優(yōu)先選用Q235B及以上等級的碳素鋼，或者是Q345B及以上等級的低合金高強(qiáng)鋼，原因是Q235A鋼材不能保證焊接要求的含碳量規(guī)定。

在使用設(shè)計軟件進(jìn)行計算時，設(shè)計人員不要太依賴于設(shè)計軟件而忽略了概念設(shè)計，有時候軟件也有誤差，設(shè)計人員在重視概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要重視軟件設(shè)計結(jié)果的復(fù)核工作，及時糾正偏差。例如SFCAD 網(wǎng)架計算軟件中節(jié)點(diǎn)系數(shù)值的選取會直接影響計算結(jié)果及工程量，必須反復(fù)驗(yàn)算及復(fù)核至滿足要求為止；再如PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中STS 模塊計算門式剛架的參數(shù)設(shè)置中默認(rèn)構(gòu)件凈截面系數(shù)是0.85，設(shè)計人員也可以自行修改，3D3S 空間結(jié)構(gòu)計算軟件中此項(xiàng)默認(rèn)為1，此時就要了解如何復(fù)核、對比不同計算軟件的計算結(jié)果，熟悉針對不同的強(qiáng)度計算類別選擇使用毛截面模量或凈截面模量進(jìn)行計算。

2.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計

節(jié)點(diǎn)設(shè)計也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要一環(huán)，需要加強(qiáng)這方面的工作。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接主要有3種，分別是剛接、鉸接和半剛接。剛接要考慮彎矩和轉(zhuǎn)動情況，避免只符合彎矩或只符合轉(zhuǎn)動而忽視另一種情況的出現(xiàn)，否則會產(chǎn)生較大的變形，出現(xiàn)劣質(zhì)工程。節(jié)點(diǎn)常用的設(shè)計方法是等強(qiáng)設(shè)計，節(jié)點(diǎn)連接形式主要是焊接、螺栓連接以及鉚釘連接等，現(xiàn)在主要是前兩種，鉚釘連接已經(jīng)不太常用，具體連接需要查閱相關(guān)設(shè)計規(guī)范。另外，設(shè)計人員一定要嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計，還要考慮施工安裝等要求，合理科學(xué)的對承載力折減系數(shù)進(jìn)行取值，力爭在節(jié)點(diǎn)設(shè)計環(huán)節(jié)精益求精。

2.6 構(gòu)件防腐

鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一就是不耐腐蝕，因此，防腐問題對鋼結(jié)構(gòu)而言，顯得異常關(guān)鍵。目前，鋼結(jié)構(gòu)防腐主要是以鍍鋅或涂抹防腐油漆為主，對于無防火要求的建筑，防腐說明要注明除銹方法及防腐等級等；對于有防火要求的建筑，要注明構(gòu)件不同的耐火極限要求，并說明如所用防火涂料不起防銹作用，還應(yīng)涂刷防銹底漆，有的建筑對外觀效果要求較高，還要在防火涂料外表面涂刷面漆，此時選用油漆時就應(yīng)考慮到它勿與防火涂料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)問題，以期結(jié)合牢靠。防腐對于鋼結(jié)構(gòu)而言，顯得甚是關(guān)鍵，對于以后工程的耐久性有著直接聯(lián)系，因此，設(shè)計人員需要高度重視該環(huán)節(jié)的設(shè)計。

3、結(jié)束語

本文從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計選型入手，分析研究了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要步驟，主要包括估算截面、結(jié)構(gòu)分析、工程判斷、構(gòu)件設(shè)計、節(jié)點(diǎn)設(shè)計、構(gòu)件防腐等，由于篇幅有限，還不甚全面，希望通過本文的研究能為提高我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平提供理論參考，也希望為研究本課題的同仁起到拋磚引玉的作用。

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作者簡介：

劉巖（1984－），男，漢族，遼寧朝陽人，濟(jì)南鮑德鋼結(jié)構(gòu)有限公司助理工程師，主要從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工方向研究。