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摘要：鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑方面的應(yīng)用越來越廣泛，由于鋼結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)多樣的造型及功能需求，所以備受關(guān)注。但是，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中也存在著許多問題，本文針對鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案，以為鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)的發(fā)展提供一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題分析；改進(jìn)措施

1.鋼結(jié)構(gòu)概述

鋼結(jié)構(gòu)主要是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)類型，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。鋼結(jié)構(gòu)主要由型鋼、鋼板等形式制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間通常采用焊接、螺栓、鉚釘連接。鋼結(jié)構(gòu)包括輕鋼結(jié)構(gòu)和重鋼結(jié)構(gòu)兩類。其中，倉庫、辦公樓等跨度較小的建筑中多采用輕鋼結(jié)構(gòu)，而大跨度建筑中多采用重鋼結(jié)構(gòu)。與鋼筋混凝土不同的是，鋼結(jié)構(gòu)具有自重較輕的特點，在達(dá)到相同強度負(fù)載的情況下，鋼結(jié)構(gòu)的重量只有鋼筋混凝土的1/3。且鋼結(jié)構(gòu)施工方便、建筑工期短、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，故在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用較多。特別是在2008年奧運會的推動下，出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑熱潮，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、橋梁和住宅等方面，對建筑業(yè)的發(fā)展起到了十分積極的影響。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析、安全評估及穩(wěn)定性判斷，設(shè)計人員通過掌握企業(yè)的相關(guān)資料，判斷鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的必要性，并根據(jù)建筑進(jìn)行力學(xué)分析，確定鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)的施工要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估。

2 鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計中的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量下降。由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的范圍較廣且設(shè)計任務(wù)要求多，所需費用高，再加上設(shè)計市場秩序混亂缺乏相關(guān)法律統(tǒng)一的監(jiān)督管理，一定程度上導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量無法達(dá)標(biāo)。另外，有些單位對于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗不足，承接項目的設(shè)計人員設(shè)計水平相對較低，導(dǎo)致在設(shè)計過程中一味生搬硬套公式、程序，并沒有結(jié)合工程實際去進(jìn)行設(shè)計計算，理論脫離實際。

（2）中外規(guī)范的銜接存在差異。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的發(fā)展使得我國企業(yè)與國外市場聯(lián)系日趨緊密。國外項目的增多，必然導(dǎo)致了面對各國不同的行業(yè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)體系如何銜接的問題。設(shè)計人員對國外經(jīng)驗盲目吸取，將國外的設(shè)計方案照搬照抄，忽視國內(nèi)實際情況，由于標(biāo)準(zhǔn)體系的不同，國產(chǎn)材料和國外的要求不匹配，導(dǎo)致設(shè)計方案并不完全適用我國情況。不同鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系之間的銜接是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計必須亟待解決的問題。

（3）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計深度不夠。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案無法達(dá)到預(yù)期深度，甚至無法滿足設(shè)計的原始要求。忽視了最重要的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接設(shè)計和校核，往往在圖紙上只是一味單一的標(biāo)注采用全焊接節(jié)點或其他形式節(jié)點。對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，應(yīng)該“強節(jié)點、弱構(gòu)件”。節(jié)點形式的合理采用與否對于結(jié)構(gòu)安全起著至關(guān)重要的作用。由于設(shè)計質(zhì)量深度不夠，往往導(dǎo)致較為嚴(yán)重的安全質(zhì)量事故。比如在進(jìn)行柱腳設(shè)計時，錯誤地對柱腳進(jìn)行選擇，居民住宅中多應(yīng)用外露式柱腳，柱腳的剛度由底板的彈性及塑性確定，如果設(shè)計人員在設(shè)計時沒有對位移角的限度值進(jìn)行預(yù)留，在發(fā)生地震等自然災(zāi)害時，會造成柱腳的破壞，帶來嚴(yán)重后果。

3 鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的改進(jìn)措施

3.1加強對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范管理

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計需要設(shè)計單位具備相關(guān)資質(zhì)，能夠確保鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量、制作及安裝達(dá)到資質(zhì)要求，滿足建筑需要。規(guī)范設(shè)計市場，建立健全的監(jiān)管體系，確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的正常穩(wěn)定發(fā)展。

3.2根據(jù)實際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國與國外的國情不同，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要將經(jīng)濟(jì)因素考慮在內(nèi)。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在對建筑的安全性、實用性及舒適性進(jìn)行保證的同時，還要考慮到經(jīng)濟(jì)效益問題，減少成本，不能追求高標(biāo)準(zhǔn)造成設(shè)計過分保守，安全系數(shù)較高，更不能對國外的設(shè)計方案進(jìn)行盲目搬抄。比如說，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計時，偶遇鋼結(jié)構(gòu)易受溫度的影響，當(dāng)溫度達(dá)到100℃～250℃范圍內(nèi)時，會降低鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強度，增大其塑性，而當(dāng)溫度達(dá)到250℃時，又會降低鋼結(jié)構(gòu)的塑性，超過250℃時會發(fā)生徐變現(xiàn)象，超出500℃時，鋼結(jié)構(gòu)的強度會大大降低，產(chǎn)生塌落，帶來經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員傷亡，所以說鋼結(jié)構(gòu)的防火能力極其有限。因此，設(shè)計人員需要加強鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱設(shè)計的重視程度，根據(jù)建筑的防火等級和相關(guān)規(guī)范，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火設(shè)計，避免在火災(zāi)發(fā)生時，出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的變形及塌落等問題。現(xiàn)階段對鋼結(jié)構(gòu)防火處理掉方法多是在鋼結(jié)構(gòu)表面上涂抹防火材料，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力。

3.3加強鋼結(jié)構(gòu)深度設(shè)計

（1）鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，節(jié)點設(shè)計是其中的關(guān)鍵部分。對于抗震要求較高的結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)往往要求強節(jié)點、弱構(gòu)件。如果節(jié)點設(shè)計的不科學(xué)，結(jié)構(gòu)在外力作用下就很容易發(fā)生變形或?qū)е滤銐模虼嗽阡摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，節(jié)點設(shè)計應(yīng)本著“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計原則。對于國外項目的鋼節(jié)點設(shè)計，應(yīng)在其標(biāo)準(zhǔn)體系上對其設(shè)計方法和構(gòu)造進(jìn)行研究，按其設(shè)計方法結(jié)合國內(nèi)實際情況進(jìn)行節(jié)點形式設(shè)計。

（2）防腐設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)容易受到腐蝕。當(dāng)其在空氣中長時間暴露時，容易受到侵蝕性物質(zhì)的侵蝕，尤其是在潮濕的空氣中，更容易加快腐蝕的進(jìn)度。腐蝕會減小鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，產(chǎn)生銹坑，縮短鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。所以說，設(shè)計人員需要根據(jù)實際情況，重視防腐問題的處理，延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。目前對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理的方法與防火處理類似，也是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防腐材料，以對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。防腐材料具有高電阻、強附著力、強致密疏水性等特點，能夠阻礙腐蝕性氣體的腐蝕，達(dá)到防腐作用。

表1 鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境與涂料厚度要求對比

所處環(huán)境涂料層厚度

室內(nèi)環(huán)境不少于100μm

露天環(huán)境不少于150μm

地面以下的鋼柱柱腳不少于50μm

特別注意的是，如果鋼結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境為酸性環(huán)境，那么應(yīng)當(dāng)使用特殊的防腐涂料進(jìn)行處理保護(hù)，比如使用氯磺化防酸漆等。

（3）抗震設(shè)計

我國處于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶兩大地震帶之間，屬于地震多發(fā)國，所以在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時也需要進(jìn)行抗震設(shè)計。進(jìn)行抗震設(shè)計是保證人們生命財產(chǎn)安全的重要前提，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)確保鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)正、勻稱，在連接時要選擇合適的連接方法，確保連接節(jié)點的穩(wěn)定，提高建筑的抗震性能，保證建筑物的安全可靠性。設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)考慮支撐形式、位置等對建筑物抗震能力的影響。

表2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鉚釘連接的強度

鉚釘鋼號和構(gòu)件鋼材排號抗拉抗剪承壓

Ⅰ類孔Ⅱ類孔Ⅰ類孔Ⅱ類孔

鉚釘BL2或BL3120185155--

構(gòu)件Q235鋼---450365

Q245鋼---565460

Q390鋼---590480

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮著越來越重要的作用，因此也需要對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計給予足夠的重視。設(shè)計方案的選擇是否合理，對于提高鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠性以及提高經(jīng)濟(jì)效益都有十分重要的影響。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)不斷加強對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，提高專業(yè)技能，做好鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不斷提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

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