代麗霞 田利君 李銀標

【摘要】本文從鋼結構建筑的設計基本原則入手，分析了其在建筑結構設計中存在的問題，并以此進行了相應的設計探討，希望以此來提高鋼結構住宅建筑的可靠性，以此來實現(xiàn)我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標。

【關鍵詞】鋼結構；基本原則；高層建筑；問題；建議

1、鋼結構在高層建筑結構設計基本原則

高層建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結構合理，安全可靠：

1.1注重鋼結構體系適用性，鋼結構僅僅是建筑物中的承重部分，起到為建筑本身服務的作用， 因此在設計時首要考慮的原則，是遵循建筑物設計的一般規(guī)律，發(fā)揮鋼結構自身的優(yōu)勢， 滿足用戶的使用需要， 而不是為了彰顯鋼結構特色， 犧牲建筑的實用性、舒適性和安全性，這樣的設計必然會失去其市場地位，所做結構設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，有良好的耐久性；

1.2注重鋼結構經(jīng)濟性，“鋼結構經(jīng)濟性”原則應從總體上加以分析，不能僅從某一方面孤立地去考察。對門式剛架輕型鋼結構房屋，全面評價結構體系的合理性應綜合考慮用鋼量、加工制作費、安裝費、施工周期及基礎費用等，所設計結構應盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時間，應便于運輸、便于維護，減少成本；

1.3盡量注意美觀，對于外露結構有一定建筑美學要求。

2、鋼結構在高層建筑結構設計中存在的問題

2.1缺乏相關設計標準與規(guī)范、對國外設計方案不加變通， 盲目照搬

鋼結構在高層建筑行業(yè)中的應用日趨廣泛，但是在建筑主管部門現(xiàn)階段出臺的相關設計標準與規(guī)范中，尚存在很多不完善之處。例如：輕鋼結構在國內尚處于技術空白，而現(xiàn)行的設計標準與規(guī)范則主要是針對鋼筋混凝土、磚混等結構體系，從而導致設計中缺少可供參考的標準與規(guī)范，而在設計方案的審核中，相關部門也多是依靠經(jīng)驗進行審核，無法準確評估設計方案的安全性、合理性與技術性。此外，部分設計人員過于追求國外設計方案的新穎創(chuàng)意， 而忽視成本問題。國外方案的奇特和新穎之下，可能由于設計師自身的創(chuàng)意或者商業(yè)目的，出現(xiàn)一些承重體系復雜怪異， 節(jié)點連接個性化，安裝制造手工化，結構體系不合理的不利方案，而我國鋼結構設計方案首要考慮的問題是經(jīng)濟效益，因此我國的設計人員照搬外國的設計方案是不符合實際情況的。 有些設計人員盲目追求設計的新穎而沒有考慮成本問題，選取失誤時， 將可能引起鋼結構的構件驗算出現(xiàn)偏差， 導致基礎設計本身出現(xiàn)失誤，最終導致設計方案不合理。

2.2設計圖紙深度不足

在鋼結構設計工作中，部分設計單位的專業(yè)水平較低，對于一些關鍵技術與問題缺乏深入的研究，往往只是繪制出構件布置圖就算完成任務，如：整體計算中結構的阻尼比選取不當，阻尼比選取不當，將嚴重影響到設計結果；柱腳設計失誤，柱腳常見的設計類型包括外露式、外包式及埋人式三種， 民用住宅設計中， 多為外露式， 此時柱腳剛度取決于底板的塑性或彈性變形， 因此鋼結構自身及底板的變形將引起鋼結構本身的整體變形， 如果在設計過程中， 對內力分析考慮不周，未預留較大的層間位移角限度數(shù)值， 或未考慮底層的柱頂彎矩因鋼柱彎矩的反彎點向下移動而增大， 那么當建筑遇到超過一定強度的地震等自然災害時，容易超出柱腳節(jié)點的抗彎極限承載力，使柱腳節(jié)點過早遭到破壞，引起建筑物的損毀。對輕型鋼結構的概念偏差，目前部分設計人員傾向于采用輕型鋼結構的方式來解決非主要建筑結構或建筑的附屬設施， 忽視了全面分析主體結構效應，從而使建筑荷載載體標準下降。實際上，所謂輕型鋼結構，是指結構荷載相對承受較輕， 而在建筑的整體設計上， 不應當因選擇了鋼結構而減少荷載標準， 因此無論設計方案中采用鋼結構還是傳統(tǒng)的混凝土結構， 在效應分析上都不應當有所不同。

2.3專業(yè)設計人才缺少，鋼結構設計質量不高

在國內高等院校的建筑專業(yè)教學中，涉及鋼結構體系的教學內容相對較少。在工程設計單位現(xiàn)有的技術人員中，對于鋼結構相關知識、理論，以及設計原則、方法的了解也比較少，實踐經(jīng)驗的缺乏也嚴重影響了設計方案的總體質量。加上鋼結構設計的任務相對繁重，而且相關項目的設計費用較高，在一定程度上增加了鋼結構設計的難度，所以很多設計人員都不愿意接這類工作。另外，在鋼結構設計中，各種專業(yè)軟件得到了廣泛的應用，但是設計人員缺少對于設計協(xié)調性與合理性的考慮，難以保證施工工藝與設計的實際應用效果。

3、針對鋼結構設計的一些合理化建議

3.1 規(guī)范設計管理制度， 強化監(jiān)督機制

鋼結構設計具有其特殊性， 建設主管部門應嚴格審查參與鋼結構設計及承包的企業(yè)資質。例如審查期結構件的制作能力及水平、施工安裝能力等，確保承接工程的企業(yè)具備設計安裝資質，能夠嚴格遵守規(guī)定，滿足鋼結構設計及建設的需要

3.2 重視鋼結構設計深度

首先判斷是否適宜使用鋼結構設計。通常情況下，鋼結構適用于跨度大、多高層、體型復雜、可能出現(xiàn)大幅振動、高溫密封場所、需要經(jīng)常拆裝的建筑結構，例如大廈、住宅、廠房、劇院、展館、臨時建筑等， 在設計之初，應首先考慮設計項目是否符合鋼結構的自身特點，是否能夠發(fā)揮出鋼結構的自身優(yōu)勢。

其次，連接節(jié)點的設計是整個設計過程中極其重要的環(huán)節(jié)，節(jié)點設計得當與否，對保證結構的整體性、可靠度以及建設周期和成本有著直接影響。在進行結構設計時，在結構分析過程中就應該想好用哪種節(jié)點形式，根據(jù)結構構件的選用，傳力特性不同判斷是選用剛節(jié)點、鉸節(jié)點還是半剛節(jié)點。

再次， 重點進行結構分析。在實際設計過程中，應做精確的結構分析，通常采用線彈性分析的方法， 可以通過查閱力學手冊等方法明確結構的變形及內力數(shù)據(jù)， 或者使用軟件更為精確地分析型材鋼板的彈塑性能、結構的非線性因素等。

最后，重視鋼結構的防腐設計和抗震設計，鋼結構不能長時間暴露在空氣中，因為鋼結構在空氣中暴露太久容易被腐蝕， 被腐蝕的鋼結構不僅縮小了構建截面，而且導致鋼結構的表層出現(xiàn)銹坑，在很大程度上減少了鋼結構的使用壽命。當前，鋼結構的防腐設計通常都是將防腐防銹涂料涂在鋼結構表面，從而達到保護鋼結構的目的。而在鋼結構的抗震設計方面，由于我國屬于地震多發(fā)國，設計人員要盡可能提高鋼結構的抗震性能，確保鋼結構的連接方法要選擇得當、柱子和屋架之間以及屋面板和屋架之間的連接穩(wěn)定牢固，確保地震發(fā)生時節(jié)點的穩(wěn)定等。

3.3截面優(yōu)化和安裝設計

在進行截面優(yōu)化時，必須綜合考慮以下幾點：（ 1） 構件強度、穩(wěn)定驗算。截面尺寸的優(yōu)化必須滿足強度、穩(wěn)定性的要求，從而滿足結構設計的安全性要求。（2） 剛度要求。截面尺寸在優(yōu)化時，結構的整體剛度必須滿足有關規(guī)范規(guī)定的變形控制要求，即橫梁的最大撓度、柱頂?shù)淖畲笏轿灰啤⒌踯囓夗斕幹淖畲笏轿灰票仨殱M足有關規(guī)范規(guī)定的變形限值。（3） 構造要求。優(yōu)化截面尺寸必須滿足有關規(guī)范的構造要求及使用要求。如柱翼緣的寬厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必須滿足有關規(guī)定。（4） 制作、安裝控制條件。優(yōu)化構件截面尺寸必須滿足常規(guī)的制作、安裝要求。

4、結束語

目前，鋼結構設計在我國得到廣泛的應用，但在應用過程中還是存在很多問題，設計師要正視問題，針對鋼結構在建筑結構設計中存在的不足，積極尋求改進措施，才能更好的促進鋼結構設計的完善。

參考文獻：

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