秦峻英 秦 泉

（桂林市建筑設計研究院 廣西桂林市 541002）

鋼結構在建筑結構設計中存在的問題研究

秦峻英 秦 泉

（桂林市建筑設計研究院 廣西桂林市 541002）

隨著建筑行業(yè)在我國的不斷興起，鋼結構在建筑等相關行業(yè)中得到了廣泛應用。同時多樣化的建筑功能和造型的不斷變化，也推高了對鋼結構設計的要求。但縱觀鋼結構在建筑結構設計應用中的問題還是很多的，有些問題還比較突出，本文著重從三個方面論述了工程鋼結構的優(yōu)點、存在的問題及解決措施，給讀者以有益參考。

鋼結構；建筑結構設計；問題研究

前言

鋼結構是我國建筑工程鋼結構體系中的一種，具有很多優(yōu)勢，所以鋼結構的設計應該選擇最佳的設計方案，才能有效得利用鋼結構的優(yōu)勢并且確保設計的合理性。對于鋼結構節(jié)點的設計決定了工業(yè)建筑的安全性，所以節(jié)點設計的合理性需要充分考慮。此外，在建筑設計中，設計人員還需要不斷學習專業(yè)知識，提高自身的專業(yè)技能，為鋼結構設計質量的提高奠定堅實的技術基礎。

1 鋼結構的優(yōu)點和特性

1.1 功能優(yōu)越

鋼結構的外觀形態(tài)、鋼結構設計布置、以及鋼結構尺寸對于建筑的整體外觀有著關鍵性的影響，因此，在設計中，只有將鋼結構特性進行很好的把握，將鋼結構的性能與建筑完美的結合，體現實用性與美觀性的雙重結合。

1.2 生態(tài)環(huán)保

對于建筑長久的發(fā)展來看，環(huán)保節(jié)能的可持續(xù)才是必經之路，鋼結構的應用在我國建筑中非常廣泛，作為建筑施工設計的重要環(huán)節(jié)，在能源和資源利用領域，鋼結構是生態(tài)環(huán)保的，鋼材的反復利用能力強、效能高、強度大，邊角材料也有很高的利用價值，從多方面分析可以看出，鋼結構的在生態(tài)環(huán)保方面表現優(yōu)異。

1.3 優(yōu)于鋼筋混凝土結構

鋼結構優(yōu)于鋼筋混凝土結構的原因有：①鋼結構比起鋼筋混凝土，更加有利于工廠生產，可以減少施工人力，縮短生產周期。②鋼材料凈重輕、自身結構負荷小、可以減少地基上面的開銷；而且鋼結構穩(wěn)定性強，抗震能力好，強度高，結構不易出現斷面，為建筑質量鋪墊基礎，同時可以創(chuàng)造更好的經濟和社會效益。

1.4 成本較低，安裝便捷

鋼結構還有一個比較明顯的優(yōu)勢就是經濟性好，相比混凝土建筑，其耗材較少，建筑的成本也相對較低，而且鋼結構的使用性能較好，各種結構組合更加靈活和簡單，安裝過程方便快捷，工期也僅僅是混凝土工期的一半，成本明顯降低，如果采用大規(guī)模集約化生產加工工藝，其成本還會進一步得到降低，給建筑施工企業(yè)節(jié)省了成本、獲取了利潤、提高了效益。同時，鋼結構的施工還不會受外界環(huán)境和施工季節(jié)的影響。

2 鋼結構在建筑結構設計中存在的問題

2.1 設計質量下降

鋼結構部門專業(yè)綜合項目及工藝的計劃費用較高且設計任務比較繁重，再加上其費用低花費人力大所以鋼結構設計起來就顯得十分困難，所以設計院對這一類的任務不太善于接受。有的設計單位嫌麻煩和復雜，就將此類設計外包出去，目前市場上設計單位魚目混雜，如果外包單位資質不夠，就會給鋼結構的設計帶來非常大的影響。此外，如果沒有好的監(jiān)督機制也是不行的，就很容易一些非規(guī)范的、不合理的建筑鋼結構出現，極易引發(fā)事故，其后果的產生是非常嚴重的。

2.2 參與建設人員的素質相對不高

不但設計人員鋼結構設計工程中的技術水平參差不齊，現場的施工人員和監(jiān)理人員的專業(yè)素質和職業(yè)道德，跟民用建筑鋼結構的發(fā)展水平相比也有差距。從業(yè)人員就不能適時的適應民建鋼結構的發(fā)展需求原因是缺乏專業(yè)的知識作為支撐。例如有些專業(yè)技術，對于非專業(yè)的工作人員來說是難以達到的障礙，而技術人員則必須要下苦工才能完全掌握其技巧，所以鋼結構建筑中，施工人員及監(jiān)理人員的相關專業(yè)知識和素養(yǎng)都有待于提高。

2.3 鋼結構的設計方案存在問題

由于鋼結構設計在資金上存在問題，往往由承接單位和設計單位分包進行設計，這在很大程度上降低了鋼結構設計的深度。在有些設計方面不能滿足原來設計的要求，存在錯誤的柱腳設計問題。柱腳設計的類型有三種，分別是埋入式設計、外包式設計和外露式設計，其中在民宅設計中使用的設計類型是外露式設計。

2.4 不切實的盲目模仿

關于鋼結構設計方案，各家有各家的不同和側重點，國內和國外的國情也不一樣，比如國內比較側重于考慮經濟效益的問題，而國外則不一樣，具備較好的經濟基礎，不太注重經濟效益，因此有時一味的模仿國外的方案而不考慮本單位的實際是不明智和不合理的。

3 解決措施

3.1 設計人員要盡力合理設計

對于設計人員來說，鋼結構住宅設計是要充分考慮實際情況進行精密計算的，但在實際情況中，會出現很多突發(fā)性問題，此時設計人員就應該具體問題具體分析了。只有設計者把設計工作滲透到日常的鋼結構設計中，才能提高設計能力從而有效的提高工程質量。同時，要充分考慮鋼結構部分設計對整體影響和建筑材料的選取。要根據樓層的高度來選擇合適的建筑體系，對于選取材料方面也要根據每個設計環(huán)節(jié)的特點進行選擇。

3.2 貼合建筑使用要求，從實際出發(fā)設計

雖然在建筑中大量采用鋼結構是大勢所趨，但特別關注的是，鋼結構是建筑承重的重要部分，因此在設計時，不可喧賓奪主，首要的還是要考慮其鋼結構的自身優(yōu)勢，從實用性、安全性的角度著重考慮其應用。千萬不可只考慮其結構特色，一味的追求結構上的花哨，這樣的設計最后也必然是沒有市場的。

3.3 加強設計中的監(jiān)督機制

由于鋼結構設計存在特殊性，所以在進行設計之前需要對承包商和設計單位的設計資質進行審查，檢查鋼結構的構件質量和相關單位對于鋼結構結構制作的能力，還要對施工安裝能力進行檢查。此外，鋼結構設計有熱屬性，工程主管部門應該加強管理嚴格進行審查，幫助建筑單位做好一切準備工作。

3.4 進行鋼結構的深度設計

所謂深度設計就是要追求精細的工作態(tài)度，對于已經列入鋼結構施工質量驗收規(guī)范的內容要一項不拉的驗收過去，如果設計的圖紙未加說明，驗收和施工就缺乏最基本的遵循和依據，造成盲目施工和無法驗的后果，以下三個方面就是深度設計的重要部分：

（1）柱腳的抗震設計是深度設計的一部分，鋼結構柱腳分為埋入式柱腳、外包式柱腳和外露式柱腳3種：埋入式柱腳是指將鋼柱固定在混凝土的基礎梁上，外包式柱腳是指鋼柱腳被鋼筋混凝土包住，外露式柱腳是指混凝土基礎表面固定鋼柱腳。埋入式柱腳需要考慮的關鍵因素就是埋入深度，對于輕型工字型柱來說，埋深與柱截面高度比不得低于2，對于H形柱和箱型柱來說，其比值不得低于3。外包式柱腳設計時，外包層的高度與柱截面寬度之比應不低于2.5，從而保證柱腳具有足夠的剛度和承載力。另外，柱腳的箍筋需要滿足相關設計要求避免外包層出現斜裂縫。外露式柱腳的力學特性研究目前還不是很充分，端點的約束對上部框架的結構整體影響的程度還不是特別清楚。當柱剪切荷載較大而抗震要求不高時，可以選用外露式柱腳，如果抗震要求高，則不采用該柱腳形式。

（2）防腐設計也應該被重視，通常是采用涂抹防腐涂料的措施。對于鋼結構構件也有不同的要求，例如有的構件在出廠前需要涂刷一層底漆。在鋼材上涂抹防腐涂料就目前來看是最為有效的防腐措施。但是這樣做只是基礎性的防腐，因而為了提高鋼結構的防腐效果，就必須選用耐候鋼作為鋼結構建筑的首選材料，并利用熱浸鍍鋅技術對其進行處理，利用鍍層，達到保護鋼結構不被腐蝕，尤其是應加強有機涂料配套技術的應用，以及陰極保護技術的應用，才能更好地確保其防腐性能得到有效的提升。

（3）防火性能的設計也是非常重要的，鋼結構建筑在防火性能上要弱于鋼筋混凝土結構建筑，通常在鋼結構建筑設計中采用的防火措施有以下兩種：第一種，采用保全板，將其合理設置在鋼結構建筑中，以此起到防火作用；第二種，在鋼結構的不同部位涂抹厚薄不均的防火涂料，并采用裝飾漆涂抹露明部位。

4 建筑鋼結構設計的思路步驟和發(fā)展方向

4.1 思路步驟

為了確保鋼結構設計的科學合理，要求設計者嚴格按照既定的設計步驟進行操作，還要注重細節(jié)工作落實。

（1）鋼結構的布置。鋼結構主要有平面架、框架、索膜、網架、輕鋼和塔桅等形式。他們每個形式有每個形式的特點，在設計人員設計選材時要根據他們本身的特點，雖然鋼結構施工沒有標準和固定規(guī)律可以遵循，但設計人員需要對建筑施工的周邊環(huán)境和實際情況進行客觀分析、綜合考量，最終確定最優(yōu)選方案。

（2）圖紙的編制。圖紙是建筑施工的藍本，因此，為了保證鋼結構施工建設的質量，設計工作人員必須對圖紙進行科學的設計，并對圖紙進行繁復的操作性判斷，組織專業(yè)素質好，工作經驗豐富的設計團隊進行全體的圖紙最終確定。

4.2 發(fā)展方向

（1）高效性能鋼材的應用研發(fā)。何為高效性能鋼材？就是指鋼材強度、塑性和韌性比較高，耐火性能較好，性價比比較高的鋼材。這里面當然也包括由這些高效性能鋼材生產出來的高性能的型材（如圖1），這些高性能的鋼材應用到建筑上，就可以有效提高建筑承載能力，有效降低造價。

圖1 高性能的鋼材和型材應用到建筑

（2）革新結構形式。就是要充分發(fā)揮各種結構型材的優(yōu)點和特色，促進形式的不斷創(chuàng)新發(fā)展，形成雜交結構、組合結構、預應力結構等一些新型的結構形式，更好的節(jié)約材料、降低成本和造價，這是今后發(fā)展鋼結構建筑著重研究的課題。

（3）計算方法手段的改進提高。對于結構設計優(yōu)化理論的應用，研究人員均已經做了較深的研究，但加強設計計算手段和方法的改進，還要進一步加強改進和研究。比如在設計計算中可以引入編制專用或通用的軟件，計算機輔助繪圖設計，改進計算方法手段，從而更好的提高設計計算的效率和準確度。

（4）輕型鋼結構建筑的深度發(fā)展。所謂輕型鋼結構建筑，就是以輕質維護材料和輕型高效鋼材組裝而成的多層和低層鋼材料建筑，相比其他鋼結構，優(yōu)點十分突出，也是建筑體系中綠色環(huán)保的內容之一。

5 結束語

隨著鋼結構在建筑施工中的廣泛應用，鋼結構在設計中的有些問題需要引起重視。只有在鋼結構設計中消除那些存在的問題隱患，才能整體上提高鋼結構的工程質量。解決鋼結構設計中遇到的難題，堅持國家對建筑業(yè)材質要求的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高城市化建筑水平，起到了積極的促進作用。

[1]陳科.淺析鋼結構設計中存在問題[J].商品與質量（建筑與發(fā)展），2014，05.[2]徐貴偉.淺談鋼結構設計中常見的問題與措施[J].商品與質量（建筑與發(fā)展），2014，10.

TU391

A

1673-0038（2015）45-0102-02

收稿日期：2015-6-25

秦峻英（1981-），女，中級，大學本科，主要從事結構設計工作。

秦泉（1984-），女，中級，本科，主要從事建筑結構設計工作。