摘要：文章指出了建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，針對建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：建筑；鋼結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；設(shè)計(jì)

1.選擇建筑鋼結(jié)構(gòu)的意義

一般來說，材料的特性是推出新型建筑形式的出發(fā)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的。和其它材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有如下一些特點(diǎn)。

1.1材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質(zhì)量可以得到嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動(dòng)的范圍小。

1.2材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強(qiáng)度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。鋼材還具有塑性和韌性好的特點(diǎn)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結(jié)構(gòu)對動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)。良好的吸能能力和延性還使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強(qiáng)度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時(shí)需要滿足穩(wěn)定的要求，強(qiáng)度有時(shí)不能充分發(fā)揮。

1.3鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結(jié)構(gòu)卻比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕，原因是鋼材的強(qiáng)度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過鋼筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對于需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，如建造在交通不便的山區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的工程，重量輕也是一個(gè)重要的有利條件。

1.4鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，并能使用機(jī)械操作，因此，大量的鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠做成構(gòu)件，精確度較高。構(gòu)件在工地拼裝，可以采用安設(shè)簡便的普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓，有時(shí)還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對已建成的鋼結(jié)構(gòu)也比較容易進(jìn)行改建和加固，用螺栓連接的結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)需要進(jìn)行拆遷。

當(dāng)然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)時(shí)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過在沒有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題也并不嚴(yán)重。近年來出現(xiàn)的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果。鋼材長期經(jīng)受100℃輻射熱時(shí)，強(qiáng)度沒有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達(dá)150℃以上時(shí)，就須用隔熱層加以保護(hù)。鋼材不耐火，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴涂層或石膏板等加以防護(hù)。

2.建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

2.1設(shè)計(jì)制造周期短，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借助于計(jì)算機(jī)和專業(yè)化結(jié)構(gòu)分析軟件，使得設(shè)計(jì)周期大大縮短，設(shè)計(jì)中的修改和調(diào)整非常方便。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)具有工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的特點(diǎn)，可以將前期設(shè)計(jì)和現(xiàn)業(yè)的生產(chǎn)手段相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員在工作室中完成設(shè)計(jì)后，即由工廠的生產(chǎn)線完成產(chǎn)品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項(xiàng)目建設(shè)周期。

2.2承載強(qiáng)度高，抗震性能優(yōu)越相同的荷載，鋼結(jié)構(gòu)截面最小，相同的截面，鋼結(jié)構(gòu)承載力最大。在抗震設(shè)防區(qū)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)有許多不足之處，而鋼結(jié)構(gòu)重量輕，六層輕鋼住宅的重量僅相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高。

2.3能夠合理布置功能區(qū)間。在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無豎向結(jié)構(gòu)的空間，這樣，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活隔斷，使室內(nèi)布置呈多樣化。傳統(tǒng)住宅由于所用材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。

2.4綜合造價(jià)低鋼結(jié)構(gòu)承載力高，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的大開間布置，構(gòu)件截面小，與砼結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎(chǔ)型式。由于基礎(chǔ)在工程造價(jià)中占有比重比較大，上部結(jié)構(gòu)重量輕可以降低基礎(chǔ)的造價(jià)，從而減少整個(gè)項(xiàng)目的投資。鋼結(jié)構(gòu)施工機(jī)械化高的特點(diǎn)，從另一方面減少了人工費(fèi)用和模板等其它輔助材料費(fèi)用。

3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)

3.1繪制結(jié)構(gòu)平面圖

在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖前要不要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模，是一個(gè)重要問題。當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時(shí)（建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外），根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，是可以不用進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算但應(yīng)符合有關(guān)的抗震措施要求。如果時(shí)間不是很緊張的話建議還是輸入建模較好，有一個(gè)便利就是可以利用軟件來進(jìn)行荷載導(dǎo)算。另外當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為7度及以上時(shí)我的觀點(diǎn)是必須要輸入軟件建模計(jì)算的，繪制結(jié)構(gòu)平面圖時(shí)如果沒有建模的話就可以直接在建筑的條件圖上來繪制結(jié)構(gòu)圖了。

3.2具體實(shí)施

3.2.1超設(shè)計(jì)的處理。某些高層建筑房屋高度超過最大適用高度或高寬比超出規(guī)定限值，甚至個(gè)別建筑高度和高寬比均超出規(guī)定限值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對于房屋高度、高寬比和體型復(fù)雜程度超過現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑，應(yīng)按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)中，同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。諸如帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等，均屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)抗震對高層建筑規(guī)則性的要求，高層結(jié)構(gòu)不宜同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

3.2.2異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題。近年來，在我國的住宅建設(shè)中，特別是高層或小高層住宅，有些采用了異形柱結(jié)構(gòu)。目前在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題很多，也比較突出，主要表現(xiàn)在異形柱結(jié)構(gòu)房屋的高度超高、體型不規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置不合理、抗震構(gòu)造措施不當(dāng)?shù)确矫?。在這種情況下，設(shè)計(jì)異形柱結(jié)構(gòu)時(shí)，對房屋高度、結(jié)構(gòu)規(guī)則性及抗震措施等方面宜從嚴(yán)掌握。

3.2.3結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要.對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。

3.2.4關(guān)鍵問題。一是結(jié)構(gòu)分析。目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析，新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。二是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定，常常出現(xiàn)的一種情況是，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，這必須避免.按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。三是構(gòu)件設(shè)計(jì)。構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗(yàn)算截面，這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。

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