張國燦

【摘要】隨著社會的快速發(fā)展以及科技的不斷進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著的變化，高層建筑不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)要求也越來越高。本文通過對當(dāng)前建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的主要問題進(jìn)行分析，并針對性的提出了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略。

【關(guān)鍵詞】 建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計；鋼結(jié)構(gòu)

近些年來我國的綜合實力有了明顯的增強，在社會不斷發(fā)展的過程中建筑行業(yè)得到了快速的發(fā)展，加之科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的鋼材生產(chǎn)數(shù)量也在與日俱增。在這樣的情況下，鋼結(jié)構(gòu)不僅僅在工業(yè)廠房的建設(shè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，同時也得到了建筑工程師們的青睞，使其廣泛應(yīng)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。但是通過實際的情況來看，鋼結(jié)構(gòu)雖然在房屋結(jié)構(gòu)式設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用，但是在工程建設(shè)中，對于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用存在著很大的問題，要想充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用，這些問題亟需得到解決。

一、當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要問題

1.1短肢剪力墻

目前，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的問題較多，一些看來很小的問題甚至?xí)ㄖ镄纬芍率沟挠绊?，更會?yán)重?fù)p害建筑的結(jié)構(gòu)。在眾多問題當(dāng)中，短肢剪力墻的設(shè)置不合理就是非常典型的一個，此設(shè)置存在的不合理在很多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中普遍存在，設(shè)計人員通常都容易增設(shè)短肢剪力墻，這使得高層建筑的安全性與穩(wěn)定性受到了一定的影響，高層建筑甚至?xí)驗槎讨袅Χ档涂拐鹉芰Γ垢邔咏ㄖǔ珊箝L期處于不安全環(huán)境當(dāng)中，不利于長期使用。

1.2嵌固端

嵌固端同樣是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，嵌固端的設(shè)計通常分為下列幾點：第一，設(shè)計人員選擇嵌固端位置存在很多問題，特別是不少高層建筑的嵌固端都被設(shè)置在了人防頂板或者地下室，存在一定的安全問題，效果也難以實現(xiàn)。第二，嵌固端的上下層存在不合理的剛度比例設(shè)計。相對于合理的嵌固端設(shè)計來看，其上下層剛度比例是非常重要的一項指標(biāo)，就這個指標(biāo)而言，目前有很多高層建筑的嵌固端設(shè)計都存在計算失誤問題。第三，另一個突出問題是嵌固端設(shè)計與抗震縫隙的處理上有著一定的沖突與矛盾，缺乏平穩(wěn)性，導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性。

1.3超高

當(dāng)前，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在的問題就是所設(shè)計的建筑物超高。超高問題，指的是高層建筑單位未嚴(yán)格按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與制度規(guī)定將高層建筑的高度過度增加。雖然建筑物的高度增加會使經(jīng)濟(jì)利潤全面提升，但是超高問題確嚴(yán)重的影響著高層建筑的結(jié)構(gòu)。特別對高層建筑的穩(wěn)定性以及抗震能力都會帶來不良的影響，若遭遇到強風(fēng)或者地震等自然災(zāi)害會使高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂、倒塌等情況，將會給住戶的人身安全與財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計涵蓋的內(nèi)容很多，須注意的重點性能也是全方面的，高層建筑存在的問題通常表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的牢固性、抗震性、相應(yīng)的應(yīng)力處理等方面，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的設(shè)計位置計算的準(zhǔn)確性對于建筑的整體結(jié)構(gòu)也有著嚴(yán)重的影響，影響計算的準(zhǔn)確性的因素是多方面的，像計算公式選擇是否恰當(dāng)、資料是否健全、過程是否存在失誤等都會使計算結(jié)果出現(xiàn)一定的問題，并對整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計效果造成嚴(yán)重的影響。

二、建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

2.1結(jié)構(gòu)布置與選型

對于設(shè)有吊車的建筑，宜選用等截面焊接H型鋼柱。確定鋼柱與軸線定位關(guān)系時，應(yīng)以最大限度減少鋼牛腿外伸尺寸為原則。當(dāng)鋼柱截面較大或吊車噸位較大時，應(yīng)注意收縮牛腿以上柱截高度，以免影響吊車正常運行。當(dāng)建筑設(shè)有雙層吊車時，上下層吊車頂面高差應(yīng)滿足空載的上吊車主鉤與下層吊車頂面間最小安全距離。

1）柱距的確定，輕鋼建筑一般取6-9m，有專門的研究表明：取7.5m最為經(jīng)濟(jì)。重鋼建筑可取6-15m，值得注意的是，隨著柱距增大，吊車梁截面尺寸及其單位用鋼量會迅速增加。計算表明，當(dāng)柱距<7.5m時，主剛架與吊車梁用鋼量比約1：1；當(dāng)柱距>12m時，這個比例接近1：2。因此，工藝允許情況下，應(yīng)適當(dāng)選擇比較經(jīng)濟(jì)的柱距。柱距對屋次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有直接影響，當(dāng)柱距>9m時，屋面檁條的截面尺寸已超出常規(guī)范圍，極不經(jīng)濟(jì)。如在兩棍剛架之間設(shè)置支撐于鋼托架上的屋次梁以減少檁條跨度，可明顯降低屋面次結(jié)構(gòu)的用鋼量。

2）柱間支撐構(gòu)件選型，支撐形式可選用十字或人字撐，桿件軸線與水平支面夾角應(yīng)控制在35～55之間。對輕鋼建筑，與屋面梁可靠連接的鋼板內(nèi)天溝及屋脊雙擦可以作為剛性桿使用。支撐截面宜優(yōu)先選用雙拼角鋼和圓鋼管，不宜選槽鋼。如下表所示：

以弱軸為控制方向2L90x56雙拼角鋼比[18輕型槽鋼節(jié)省鋼材21%。當(dāng)采用圓鋼做支撐時，宜使用花籃螺栓施加拉力，以確保圓鋼處于張緊狀態(tài)。避免同一結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)形式。這是新抗震規(guī)范明確要求的。過去常見的一些做法已被禁止。例如：以磚墻為外維護(hù)墻的輕鋼建筑中，靠近山墻的軸線上不布置剛架，將端跨屋面檁條直接支撐在山墻上。正確的做法是：山墻僅作為自承重的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置山墻剛架支撐檁條。

3）合理布置屋面梁拼接位置。屋面梁拼接點可選擇在屋脊、梁柱連接節(jié)點、梁直線段與楔形段交接處及翼緣寬厚改變處?？紤]到運輸方便，一段梁長不要超過14m。另外，法蘭拼接板外伸可能與屋面檁條布置沖突，因此宜事先考慮二者相互避讓。

2.2構(gòu)件連接節(jié)點及柱腳設(shè)計

1）門規(guī)CECS102—202給出三種梁柱節(jié)點連接方式：垂直面、水平和斜面拼接?？蓞⒄障卤泶_定其適用性。當(dāng)采用斜面拼接時，應(yīng)注意梁柱外翼緣與拼接板間形成的銳角會縮小第一排高強螺栓安裝空間，要根據(jù)放樣調(diào)整孔位。

2）嚴(yán)格限制在梁柱翼緣上直接開孔栓接小構(gòu)件，（如雨蓬梁與邊柱連接）以避免構(gòu)件截面削弱。改變連接方式是解決問題的有效途徑。雨蓬梁可以通過焊接在柱上的短牛腿與柱連接。

3）錨栓埋人混凝土基礎(chǔ)的最小長度應(yīng)按照建筑基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GSB50007的規(guī)定計算。不要把這個埋人長度與混凝土規(guī)范中錨固長度混淆，它們是兩個概念。當(dāng)錨栓設(shè)有端錨板時，錨板外輪廓可能超出鋼柱底板范圍。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要提醒土建設(shè)計注意：混凝土基礎(chǔ)短柱截面尺寸不僅要大于鋼柱柱腳尺寸B1還要大于相應(yīng)的錨板外圍尺寸B2為便于鋼柱就位及精確校正，底板四角錨栓可設(shè)調(diào)整螺母并相應(yīng)延長絲扣長度。灌漿層應(yīng)使用專用灌漿料，不應(yīng)以細(xì)石混凝土或高標(biāo)號砂漿代替：

4）抗剪鍵可采用角鋼、槽鋼、工字鋼等型鋼，其設(shè)置方向應(yīng)使強軸垂直于剪力方向?？辜翩I長度取100-150mm以確保伸人混凝土柱頂抗剪槽內(nèi)。不得利用灌漿層抗剪。

2.3屋面檁條優(yōu)化設(shè)計

實際工程中，不合理的檁條構(gòu)造設(shè)計常導(dǎo)致檁條整體扭曲失。例如：檁條與W90型屋面板的連接一般采用自攻釘連接于波峰位置，這種構(gòu)造雖減少了屋面漏水的機會，但不能保證屋面板起到阻止檁條失穩(wěn)的作用。采用帶防水墊片的專用自攻釘將屋面板波谷與檁條直接連接，才能可靠地防止檁條失穩(wěn)。為了釋放溫度應(yīng)力，某些咬合式和暗扣式屋面板采用滑片和支架與檁條連接，這種構(gòu)造因屋面板與檁條間有相對滑動，也不能保證屋面板起到阻止檁條失穩(wěn)的作用，應(yīng)引起注意。擦間拉條的設(shè)置同樣需要考慮與檁條穩(wěn)定計算相協(xié)調(diào)。其設(shè)置位置不能一成不變地取在距檁條上翼緣1/3腹板高處。當(dāng)屋面板能控制住檁條上翼緣失穩(wěn)時，拉條位置應(yīng)取檁條下翼緣附近。極端情況下（屋面板不能控制住檁條上翼緣失穩(wěn)，且檁條下翼緣在負(fù)風(fēng)壓下也可能失穩(wěn)），宜設(shè)上下雙層拉條。

結(jié)束語：

綜上所述，我國城市化進(jìn)程逐步開始并不斷深入，社會對于房屋建筑的需求也逐漸凸顯，建筑鋼結(jié)構(gòu)也因其自重輕、強度高、性能強、工業(yè)化程度較高且使用簡便等特點而受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。在具體工程實踐中，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計仍存在許多未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的方面，影響著建筑的安全穩(wěn)定。需要我們從建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，分析存在的問題，并找出相應(yīng)的優(yōu)化策略，以促進(jìn)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]范秀美.淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量問題及控制措施[J].建材與裝飾.2016（07）

[2]閆立軍.目前促進(jìn)我國建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議[J].門窗.2016（04）

[3]秦峻英，秦泉.鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題研究[J].建材與裝飾.2015（45）

[4]易永會.對鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的分析探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2014（01）