張志宏
【摘要】建筑鋼結(jié)構(gòu)占有很多的優(yōu)勢,其具有較強(qiáng)的性能,重量相對較輕,強(qiáng)度較高,同時(shí)還具有一定的抗震能力。但是同時(shí)它也有不利的一面,像是鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成安全事故的發(fā)生,嚴(yán)重阻礙工程進(jìn)展,所以筆者將針對重要性進(jìn)行簡要分析,同時(shí)在將相關(guān)設(shè)計(jì)策略進(jìn)行深入探討。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);解決措施
隨著近些年我國建筑事業(yè)的高速發(fā)展,不僅建筑規(guī)模、建筑數(shù)量得到大幅度提升,建筑類型也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢。鋼結(jié)構(gòu)建筑以其穩(wěn)定性強(qiáng)、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益高、可操作性強(qiáng)等特征得到廣泛運(yùn)用。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增多,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題愈發(fā)明顯,急需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其相關(guān)問題的研究,進(jìn)行處理,提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性,確保鋼結(jié)構(gòu)建筑優(yōu)勢的有效發(fā)揮。
1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性
在整個(gè)工程中,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠直接的影響工程整體質(zhì)量,在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,作為專業(yè)的設(shè)計(jì)師需要做的就是能夠熟練掌握相關(guān)幾何的應(yīng)用以及要素,同時(shí)還要注重在此設(shè)計(jì)過程里,掌握相應(yīng)的技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對來說具有一定的難度,設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要嚴(yán)格的遵從相關(guān)圖紙的要求,同時(shí)將相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖作為參考,而且還要有效的結(jié)合施工實(shí)際情況,對其進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)思,在最大的限度上有效的提升整體鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的總體性能。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程里,具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,作為設(shè)計(jì)人員需要對鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)因素進(jìn)行準(zhǔn)確的了解,并且高度重視每個(gè)環(huán)節(jié)中有關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)的質(zhì)量,避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合格導(dǎo)致不良后果的發(fā)生,給建筑工程造成一定的危險(xiǎn)性,影響整個(gè)工程的進(jìn)展。
2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的常見問題
2.1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題
鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性缺陷問題主要分為兩大類,一是幾何缺陷;二是力學(xué)缺陷。幾何缺陷主要包括:鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始彎曲、初始偏心及板件的初始不平度等,幾何缺陷主要是以附加應(yīng)力的形式影響鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,使其剛度降低,承載力減弱。力學(xué)缺陷通常是指:初始應(yīng)力和力學(xué)參數(shù)的不均勻性,其中殘余應(yīng)力是影響最大的力學(xué)缺陷,殘余應(yīng)力在構(gòu)建截面是自相平衡的,但是殘余應(yīng)力的存在會導(dǎo)致部分構(gòu)件截面直接進(jìn)入屈服,失去剛度,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性降低。
2.2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防火問題
在鋼結(jié)構(gòu)建筑中,使用的建材主要以不易燃燒的鋼材為主,但是鋼材在溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),便會發(fā)生斷裂,將會影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性能,存在極大的安全隱患。所以鋼結(jié)構(gòu)中,火災(zāi)是最大的安全隱患。所以在鋼結(jié)構(gòu)作為建筑材料的使用中,要考慮到用輔助材料對于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性進(jìn)行加強(qiáng)。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)使根據(jù)火災(zāi)性能確定耐火等級,同時(shí)根據(jù)耐火等級確定鋼結(jié)構(gòu)材料的耐火極限和燃燒性能,最終根據(jù)耐火試驗(yàn)確定參數(shù),選擇鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)材料和構(gòu)造方法。目前根據(jù)最新的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)階段可以采用TS-TC耐火設(shè)計(jì)方法按照耐火等級確定耐火極限t,求出構(gòu)建臨界溫度Ts后,以t、Ts為控制條件求出構(gòu)件保護(hù)層厚度,進(jìn)行耐火涂料厚度設(shè)計(jì)。
2.3鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)性問題
金屬的腐蝕是材料防護(hù)的關(guān)鍵所在,實(shí)際使用過程中,工程師在注重建筑材料的結(jié)構(gòu)的時(shí)候,并不能考慮到建材在使用中的防腐蝕情況,在風(fēng)力、雨水的外部因素的侵蝕之下,就會影響鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命,從而影響到建筑物的使用壽命。有些鋼結(jié)構(gòu)要埋入土中,對于這些鋼材料不進(jìn)行合格的防侵蝕包裝,就會對鋼結(jié)構(gòu)的各種性能造成嚴(yán)重的影響。
3、鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體措施
3.1綜合實(shí)際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)有很多形式復(fù)雜、層數(shù)多、高度高、跨度大的建筑物,受溫度作用較高、受風(fēng)、震作用較大的情況。針對這類建筑進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)人員不能照搬照抄國外設(shè)計(jì)方案,要切實(shí)結(jié)合施工現(xiàn)場,結(jié)合建筑物的實(shí)際狀態(tài),并綜合考慮建筑的安全性和整個(gè)施工過程的經(jīng)濟(jì)性。
3.2加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)在穩(wěn)固性和經(jīng)濟(jì)性上雖然優(yōu)于其他建筑結(jié)構(gòu),但是鋼結(jié)構(gòu)如果長期暴露于空氣中非常容易受到潮濕環(huán)境的腐蝕,被腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面會因銹蝕減小,由此減小使鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。這就要求,設(shè)計(jì)者在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)注意防護(hù)設(shè)計(jì),防腐材料要能夠充分阻絕氧氣和水分對鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕,具有較強(qiáng)的附著力。室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防腐材料的厚度一般在100μm左右,暴露于空氣部分的鋼結(jié)構(gòu)防腐材料厚度一般在200μm左右,地面下鋼結(jié)構(gòu)材料需要特別采用混凝土進(jìn)行包裹,在腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境中,則需要適用專門的防酸漆防止腐蝕。
3.3防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)
對于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)而言,必然要選擇耐火性和防火等級較高材料。在當(dāng)前的建筑工程中,關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)要嚴(yán)格根據(jù)施工項(xiàng)目的防火等級、防護(hù)種類的要求以及防火的具體情況做出針對性的防火設(shè)計(jì)和材料選擇。尤其對防火材料的選擇,要求選擇較涂層厚并且粘結(jié)強(qiáng)度較大的材料,進(jìn)而確保鋼結(jié)構(gòu)的整體防火指數(shù)和防火功能。而在鋼結(jié)構(gòu)的防火材料選擇中,如果厚型的材料仍然不能達(dá)到防火標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)可以選擇薄型的耐火材料,尤其要做好吊頂設(shè)計(jì)中的壓板材料的防火處理和防銹處理。防火標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)等級是確定鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方案的兩大依據(jù),能夠確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對防火水平的提高。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以穩(wěn)定的對稱布置為好,減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn),以上下貫通方式保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛度連貫性和穩(wěn)定性。L型或T型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證鋼結(jié)構(gòu)有效發(fā)揮作用的兩種形式,鋼結(jié)構(gòu)最好位置是處于結(jié)構(gòu)外圍,這樣能更好地增強(qiáng)建筑構(gòu)造的抗扭曲和變形效果。
3.4構(gòu)件設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化,必須針對構(gòu)件截面優(yōu)化及驗(yàn)算,以縮減鋼結(jié)構(gòu)成本,對比較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu),需要做好各構(gòu)件截面的驗(yàn)算工作,特別是做好節(jié)點(diǎn)模塊的設(shè)計(jì)工作,這是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵點(diǎn)。在這個(gè)過程中,需要進(jìn)行等強(qiáng)設(shè)計(jì)及實(shí)際受力狀況的分析。在設(shè)計(jì)過程中,其主要的板塊包括焊接、梁腹板及翼緣等。節(jié)點(diǎn)施工過程中,需要做好現(xiàn)場焊接的施工及檢查工作,做好螺栓的安裝緊固工作,實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)安裝程序的協(xié)調(diào),嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖展開施工。
3.5加強(qiáng)對構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)
構(gòu)件截面設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié),需要準(zhǔn)確對截面進(jìn)行估算,包括支撐系統(tǒng)和梁柱的截面大小。通過板件寬厚比、高厚比預(yù)估鋼結(jié)構(gòu)截面,優(yōu)選截面延性等級較高的界面,并通過截面的受力狀態(tài)確定鋼柱的截面大小,同時(shí)確定選用槽鋼、H型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)的原材料。
結(jié)語:
鋼結(jié)構(gòu)由于其較好的性能和較低的造價(jià),目前已經(jīng)成為我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一種主流方式。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存著很多不完善的因素,這些問題主要是由于管理機(jī)制、監(jiān)督機(jī)制不完善以及設(shè)計(jì)能力較低造成的。在加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,我們應(yīng)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用方式、加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)深度、規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)件截面的設(shè)計(jì),從而提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性,確保建筑工程的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。
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