趙桂祥

摘要：隨著我國經濟的快速增長，促進了建筑業(yè)的發(fā)展，鋼網架、多層鋼框架、立體鋼析架等逐漸成為常用的結構形式。本文先簡要分析了鋼結構的優(yōu)點和特點，再對鋼結構設計中幾個常見問題進行7分析。

關鍵詞：鋼結構設計；優(yōu)點；抗震

前言

隨著我國建筑的不斷發(fā)展，采用傳統(tǒng)的混凝土結構已經無法滿足建筑結構的多元化需求，鋼結構作為一種特殊的建筑結構之一，不僅能夠彌補傳統(tǒng)混凝土結構的種種弊端，還具有結構構件較輕、施工周期較短、布置靈活方便等優(yōu)勢，因此，在建筑工程中得到了廣泛的推廣和應用。

1鋼結構的優(yōu)點分析

鋼結構與鋼筋混凝土結構相比具有以下優(yōu)點，首先是鋼結構可工廠化制作，減少現場施工的工作量，施工周期短；其次是由于鋼結構自重輕、結構荷載小，減少了地基處理的工作量量和費用；鋼結構利于抗震，給投資方帶來較好的經濟效益和社會效益；鋼結構由于其材料本身的性能好，強調度，與鋼筋混凝土結構相比結構斷面較小，在廠房布置中可以節(jié)省一空間，更容易滿足工藝靈活布置的要求。

2鋼結構的特點分析

2.1功能優(yōu)越

在鋼結構建筑中，結構成為形象構成的重要因素，結構的形體、構件、節(jié)點從很大程度上導致并制約著建筑的形象。建筑與結構的設計與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化以便隨后的各個設計環(huán)節(jié)進行下去，創(chuàng)造出技術與藝術融為一體的鋼結構建筑。如中國建筑設計研究院場館方案外觀即為建筑的結構，形象完美純凈，功能與結構達到了完美的統(tǒng)一；還有日本株式會社建筑事務所設計的折疊式方案，屋頂由懸臂的鋼架結構支承，可在30分鐘內完成開閉的動作，確保全年比賽及活動不受天氣影響。

2.2生態(tài)環(huán)保

發(fā)展鋼結構對于資源，能源都非常短缺的我國意義尤為重大，因為中國是世界上最大的磚砌體建筑與混凝土建筑大國。鋼材是一種高強度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價值，邊角料也有價值，不需要制模施工。目前國際上引人矚目的新型住宅產品已引人我國，其環(huán)保節(jié)能的特點主要體現在兩個方面。該類型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng)，溫度變化小，熱損失低。不論冬夏，都具有舒適當居住環(huán)境。室外0攝氏度時，室內仍可以保持17攝氏度以上；在室外溫度達到30攝氏度的情況下，室內溫度僅為21攝氏度左右。

3鋼結構設計中的問題分析

我國鋼結構建筑的設計步驟主要是：依據彈性方法計算鋼結構各構件內力；依據彈塑性方法驗算鋼結構構件的極限承載力。

3.1選擇合理的結構構件

在鋼結構設計中除了體系穩(wěn)定外還需要考慮單個鋼構件的變形限制值和自身穩(wěn)定。鋼結構因其材料強度高，塑性和韌性好，構件截面一般肢寬壁薄，屬于長細構件，在設計中，鋼結構截面尺寸往往不是由材料的計算強度控制，而是由變形、穩(wěn)定、或疲勞應力來控制。這一認識在鋼結構設計中必須要建立。在地震區(qū)、沿海風作用大的地區(qū)、大跨度索一網、長懸臂結構、高大剛架和拱架、及有較大起重量吊車的鋼結構工程設計時尤其要注意構件的穩(wěn)定問題。

鋼結構工程低于6層的，可采用框架一支撐或框架體系，高于6層的采用框架一砼剪力墻或框架支撐體系；框架柱有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土柱。在6層以下鋼結構工程中，組合柱要比H型鋼柱型要省鋼；鋼支撐比剪力墻的延性高，在地震等級高時延性高的地震力小，延性差的地震力大，從抗高等級地震的性能來說，鋼支撐比砼剪力墻好；鋼框架一混凝土剪力墻體系屬混合結構，抗震性方面目前研究還不夠，選用時應慎重。

3.2建立完善的結構受力體系

結構方案確定之后，建立完善的結構受力體系是結構設計的首要工作。這在鋼結構工程設計中尤為重要。鋼結構多為桿系結構，因鋼材強度高，構件截面尺寸較小、剛度較差，且可工廠化生產，現場組裝，構件間相互約束作用也較小，因此要求支撐布置完善，節(jié)點連接構造可靠，才能保證整個結構受力體系的穩(wěn)定。

我國鋼鐵工業(yè)與建筑鋼結構的應用都有迅速的發(fā)展，我國的年鋼產量已居世界首位。但在我們設計人員中間不清楚如何合理選用鋼材的問題還是很普遍的，不少人對鋼號的差別及質量等級的含義、脫氧方法及鋼材厚度不同的影響、結構選材。因此，盡量按規(guī)范推薦的鋼號及材質選用鋼材，并在設計說明中明確注明所用鋼材的鋼號、質量等級、脫氧方法及附加性能要求。

3.3加強鋼結構的穩(wěn)定設計

穩(wěn)定性是鋼結構設計中的一個突出問題，在各種類型的鋼結構設計中，都會遇到穩(wěn)定問題。鋼結構中的穩(wěn)定問題也是鋼結構設計中函待解決的主要問題，一旦出現鋼結構的失穩(wěn)事故，不但對經濟造成嚴重的損失，甚至會造成人員的傷亡，這方面的教訓也很多。所以我們在鋼結構設計中，一定要把好這一關。目前，鋼結構中出現的失穩(wěn)事故大多是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩(wěn)定性能不夠清楚，對如何保證結構穩(wěn)定缺少明確的認識，造成結構設計中出現不應有的薄弱部位。因此，在設計中應該明確鋼結構穩(wěn)定的一些基本概念，才能更好地處理鋼結構的穩(wěn)定問題。

3.4鋼結構樓板設計方面

樓板不僅承受豎向荷載并將其傳給框架，還將水平力傳到柱上，因此樓板的強度、承載力和整體性都十分重要。作為鋼結構工程要求，樓板還應考慮隔音要求目前鋼結構工程上，壓型鋼板組合樓板，現澆樓板等應用較多；震級較高的震區(qū)或重要鋼結構，在柱的設計方面，因考慮在柱子的周邊宜設置鋼箍筋，以免高水平力破壞樓板。

3.5鋼結構抗震設計方面

（1）設計反應譜問題：地震記錄儀構造使得很多大于3秒的強震被削弱，因此計算的反應譜不真實，而建設部人為調整的譜曲線來保證鋼結構安全性的抗震設計，可靠性需進一步驗證；（2）彈塑性地震反應計算問題：目前我國沒有高層鋼結構彈塑性地震反應計算程序，缺乏空間彈塑性地震反應分析軟件；（3）鋼一砼結構搞垮設計問題：我國是一個多地震國家，國際上沒有這方面的研究，需要解決抗震設計原則、設計指標和設計方法。

3.6鋼結構節(jié)點和支撐構造方面

（1）鋼結構設計中重要的內容是連接節(jié)點的設計，應該在結構分析前對節(jié)點的形式進行充分思考和確定。必須避免最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外，節(jié)點設計還必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序。（2）焊接：焊縫的尺寸及形式應嚴格遵守規(guī)范。選用的焊條應與金屬材質相適應。焊接設計不得任意加大焊縫。焊縫與被連接構件重心應盡量接近。（3）粱腹板：栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應進行驗算。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。（4）柱應通過小懸臂與梁拼接，粱拼接大部分采用翼緣焊接腹板拼接，也可采用全截面螺栓連接。拼接設計時，腹板要考慮彎矩。（5）用外加勁肋和內隔板進行梁與鋼管混凝土柱的剛性連接，但鋼管壁板與隔板或環(huán)板的厚度應相互匹配。（6）高層鋼結構工程的框架一支撐體系，框架梁柱應剛性連接。（7）為防止管壁開裂，支撐與鋼管混凝土連接，不應將節(jié)點板焊在鋼管管壁上。（8）為滿足鋼結構工程的抗震要求，不應在鋼管支撐內灌注混凝土。

4結語

我國鋼結構發(fā)展前景光明，目前應大力加強和提高各級設計人員的設計水平，做到理論與實踐相結合，盡可能多地關注鋼結構行業(yè)的新動向，學習新的設計理念和設計方法，了解和掌握現有的施工經驗和技術，提高設計工作水平和效率，促進鋼結構的發(fā)展。