王建群

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330031）

現(xiàn)如今，建筑工程施工中，鋼結(jié)構(gòu)的運用越發(fā)普遍，不但在一些道路橋梁等公共基礎(chǔ)設(shè)施中得到廣泛運用，部分民用建筑中也經(jīng)常出現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)因其自身的優(yōu)勢特點，慢慢地對磚混房屋建筑結(jié)構(gòu)進行了代替，給建筑行業(yè)的良好發(fā)展提供了新的契機。伴隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的逐漸增多，鋼結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用也漸漸變得更加寬廣，然而鋼結(jié)構(gòu)實際運用中存在眾多不足，這在一定程度上影響了建筑工程施工。對此，有關(guān)工作人員針對鋼結(jié)構(gòu)建筑實施設(shè)計的過程中，需要從整體層面出發(fā)，力爭能夠在第一時間內(nèi)發(fā)展問題，確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計良好的質(zhì)量，從而為建筑施工提供良好保障。

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和特征

同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)具備如下優(yōu)勢：大幅減少了地基處理過程中成本投入，自身重量相對較輕。鋼結(jié)構(gòu)可以在工廠中進行預(yù)加工處理，明顯減短工程施工周期，減少了工程實際施工量[1]。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的抗震效果，鋼結(jié)構(gòu)本身具備足夠的強度，可以對空間進行更為靈活的布設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)形式包含多種，具體如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)型式

設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)建筑的過程中，結(jié)構(gòu)是建筑形象的主要組成因素，結(jié)構(gòu)型式、構(gòu)件截面型式和連接節(jié)點等都會在一定程度上影響建筑物的效果。唯有保證結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能之間的統(tǒng)一性，方能保證建筑具有功能化特點，同時給今后建筑的設(shè)計奠定良好基礎(chǔ)，方能設(shè)計出技術(shù)和藝術(shù)之間統(tǒng)一的鋼結(jié)構(gòu)建筑。當(dāng)前，我國是全球范圍內(nèi)最大的磚砌體和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑國家，這之于目前能源緊張的形勢而言，具有十分重要的現(xiàn)實意義。鋼材不但具備足夠的強度，同時實際生產(chǎn)加工中產(chǎn)生的一些角料都具有一定價值，可以進行回收利用。

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中常見問題分析

2.1 鋼材材質(zhì)的選擇

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，一些相關(guān)資料中都對焊接材料的質(zhì)量等級和所運用的材料做出了明文規(guī)定。鋼材應(yīng)具有足夠的抗拉伸強度、硫含量以及屈服強度等。針對一些容易發(fā)生地震的地帶對鋼材的一些性能做出了特別的規(guī)定，如伸長率需要保證在20%之上，屈強比需要保證在1.2%之上，鋼材需要存在比較顯著的屈服臺階。另外，鋼材也應(yīng)具有一定的可焊性和沖擊韌性，并且保證鋼結(jié)構(gòu)具備較強的塑性變形。通常情況下可以采用Q355B或是Q235B之上碳素鋼便可以達(dá)到實際要求，無需采用Z級或是C級之上的鋼材，盡量縮減經(jīng)濟成本投入。

2.2 溫度區(qū)域中需要設(shè)計相對獨立的空間穩(wěn)定支撐體系

以門式鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，其支撐體系的設(shè)計通常存在如下問題：柱間支撐中，橫向水平支撐設(shè)計在各個不同的跨區(qū)內(nèi)，如此便構(gòu)成了相對獨立的支撐體系，不僅會對廠房的抗震性能產(chǎn)生一定影響，也會給工程現(xiàn)場施工制造一定困難；在第二個開間位置設(shè)計橫向水平支撐，但末端跨對應(yīng)的位置并未設(shè)置剛性縱向系桿，造成山墻的水平載荷不能正常傳遞；屋脊或是柱頂?shù)葯M向水平支撐位置并未根據(jù)對應(yīng)的剛性系桿加以考量，在采用檁條兼做形式的過程中，沒有對檁條實際所能夠承受的剛度和承載能力進行驗證[2]。除卻屋脊設(shè)計的雙檁，與結(jié)合檁條跨度在彼此之間連接的多于兩點的剛性連接件可以具有剛性系桿的作用之外，柱頂?shù)绕渌恢梦唇?jīng)過加強處理的檁條都無法起到剛性系桿的重要作用，主要是因為一般所運用的C冷彎薄壁型鋼檁條不具有足夠的側(cè)向剛度。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計

近年來，國內(nèi)在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計方面獲取了一定發(fā)展，然而依然存在眾多不足需要做出改善。具體包含如下問題：現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼模型中，柱和梁的單元是主要的研究對象，然而很多業(yè)內(nèi)人士對于此問題依然抱有懷疑的態(tài)度，主要是由于不能確定這些單元可否更加真實地對網(wǎng)殼的實際受力情況加以反映，當(dāng)前存在的最主要問題是不知怎樣對軸力與彎矩之間的耦合效應(yīng)作出反映；建筑行業(yè)中并不存在健全的理論對預(yù)張拉體系進行分析，這一方面的理論依然處于空白狀態(tài)；針對大跨度結(jié)構(gòu)怎樣對整體與局部穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)進行分析亦是一個比較困難的問題，很難真實地對二者之間的問題做出反映；鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中存在眾多無法確定的因素，當(dāng)前業(yè)內(nèi)人士的影響分析主要集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)和隨機載荷較小的范圍中[3]。事實上，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)具有一定隨機性，結(jié)構(gòu)響應(yīng)亦會出現(xiàn)較大變化，所以大力關(guān)注隨機參數(shù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、跳躍性失穩(wěn)和干擾性屈曲等方面的研究。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房常見問題解決策略

3.1 防火問題的解決策略

鋼材是鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，針對鋼材物理性質(zhì)實施分析我們能夠得知，鋼材具有十分良好的導(dǎo)熱性能，在鋼結(jié)構(gòu)表層溫度超過100度時，其所具有的抗拉性會明顯下降，但彈塑性會變大；在鋼結(jié)構(gòu)表層溫度超過250度時，其所具有的彈塑性會大幅降低，這樣便會產(chǎn)生藍(lán)脆現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時，還會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)斷裂和坍塌的現(xiàn)象。所以，實際設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房的過程中，防火問題是首要考慮的問題。例如，若是廠房溫度存在超過150度的可能，便需要對隔熱防火方面的問題加以考量。目前，比較常用的防火策略是將硬質(zhì)防火板或是防火磚安裝在鋼結(jié)構(gòu)表層，針對那些具有特殊用途的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)在其表層涂上一層相對較厚的防火材料，涂抹的實際厚度應(yīng)嚴(yán)加遵照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，針對一些重要位置需要進行反復(fù)涂抹。若是鋼結(jié)構(gòu)廠房低于7m，需要在那些容易發(fā)生火情的位置設(shè)計自動噴水系統(tǒng)，這樣在發(fā)生火情的過程中，可以在第一時間內(nèi)執(zhí)行噴水降溫操作，有效規(guī)避火情蔓延情況的發(fā)生。

3.2 支撐系統(tǒng)問題的解決策略

支撐系統(tǒng)有利于提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)受力均勻、合理及提高結(jié)構(gòu)的整體性，能有效保證廠房整體結(jié)構(gòu)和單個構(gòu)件的穩(wěn)定性、傳遞水平作用至基礎(chǔ)。具體設(shè)計過程中，對于有振動的設(shè)備操作鋼結(jié)構(gòu)平臺，通過合理布置支撐系統(tǒng)調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象。鋼結(jié)構(gòu)廠房的支撐系統(tǒng)設(shè)計主要包含柱間支撐以及屋蓋水平支撐兩個方面。

3.2.1 柱間支撐

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)廠房，其柱間支撐會在每個溫度區(qū)域中均勻分布，并且屋蓋的橫向支撐會對其造成一定影響。柱間支撐的具體位置與鋼結(jié)構(gòu)的縱向變形之間存在密切關(guān)聯(lián)，所以，針對實際跨度相對偏大的廠房而言，在縱向端頭位置設(shè)計柱間支撐并不合理，因為若是在這一位置設(shè)計縱向支撐結(jié)構(gòu)在廠房溫度發(fā)生改變時無法向兩側(cè)位置伸縮。

3.2.2 屋蓋支撐

關(guān)于屋蓋支撐系統(tǒng)，其主要包含橫向、縱向支撐以及連接桿件等基本構(gòu)成部分。具體針對屋蓋支撐系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，應(yīng)對如表2所示幾個方面的因素加以考慮。

表2 屋蓋支撐系統(tǒng)設(shè)計考慮因素

因為屋面支撐系統(tǒng)會依附在柱間支撐系統(tǒng)，所以應(yīng)對柱間支撐結(jié)構(gòu)和屋面結(jié)構(gòu)相互之間力的傳遞加以考量，確保鋼結(jié)構(gòu)廠房具有更大的剛度。

3.3 溫度伸縮問題的解決策略

伴隨著溫度的變化，鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，即所謂的溫度伸縮問題。廠房整體的大小與柱剛度和吊車軌頂?shù)母叨鹊雀鞣矫嬉蛩孛芮邢嚓P(guān)，面積相對較大的鋼結(jié)構(gòu)廠房所承受的溫度應(yīng)力也較大，鋼結(jié)構(gòu)就更有可能出現(xiàn)變形的情況。要想有效規(guī)避鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)變形問題，可以在廠房中設(shè)計溫度伸縮縫。關(guān)于溫度伸縮縫，橫向與縱向是兩種比較常見的溫度伸縮縫種類。實際中需要采用何種形式的溫度伸縮縫，應(yīng)根據(jù)廠房的具體情況做出決定[4]。溫度伸縮縫設(shè)計過程中，需要將廠房整體分為幾個不同的溫度區(qū)域，溫度區(qū)域的實際長度應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范內(nèi)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。針對橫向溫度收縮縫實施處理的過程中，需要在鋼結(jié)構(gòu)廠房行條和框架梁連接的地方設(shè)計橢圓孔滑動支座；針對縱向溫度收縮縫實施處理的過程中，通常運用雙柱設(shè)計的方式，在屋架支座的地方設(shè)計一個能夠自由滾動的滑行支座。

3.4 抗震問題的解決策略

雖然發(fā)生地震的概率相對較低，但近些年的一些大地震引起了人們對此問題的高度重視，盡管地震的發(fā)生只是在一瞬間，然而卻會給建筑物帶來毀滅性的打擊。所以，實際設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房的過程中應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)抗震方面的問題加以考量。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性性能，即使鋼結(jié)構(gòu)在很大的變形下仍不致倒塌，從而保證鋼結(jié)構(gòu)的抗震安全性。然而若是結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠科學(xué)，其所具有的抗震性也不能得以充分發(fā)揮。實際設(shè)計過程中，應(yīng)嚴(yán)加遵照建筑物抗震性能方面的規(guī)定，針對工藝結(jié)構(gòu)要求相對偏高的生產(chǎn)加工車間，應(yīng)采用更為完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證鋼結(jié)構(gòu)在承受強烈的震動中依然能夠具有良好的穩(wěn)定性。對于鋼結(jié)構(gòu)整體的布置，應(yīng)根據(jù)鋼材所具有抗震性針對剛度進行均勻分布，確保鋼結(jié)構(gòu)廠房受力更加均勻，以規(guī)避局部結(jié)構(gòu)變形情況的發(fā)生。在地震作用下，可能發(fā)生桿件的失穩(wěn)或連接節(jié)點破壞導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體喪失抗震能力，造成災(zāi)難性后果，所以應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點和桿件的設(shè)計予以高度重視，確保各節(jié)點具有更加良好的抗震承載力，不會輕易出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今，國家的經(jīng)濟正處于高速發(fā)展中，科學(xué)技術(shù)也得到了快速進步。鋼結(jié)構(gòu)建筑這種新型建筑形式，其在建筑行業(yè)中的運用越發(fā)受到人們的關(guān)注，為建筑行業(yè)的良好發(fā)展提供了助力，建筑工程施工單位也能夠從中收獲更多經(jīng)濟和社會效益。然而鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中依然存在眾多不足，給鋼結(jié)構(gòu)建筑整體施工質(zhì)量造成了一定不良影響。因此，有關(guān)的工作人員需要努力提高自身專業(yè)能力，在實際設(shè)計中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提高自身設(shè)計水平，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計，促進我國建筑行業(yè)的良好發(fā)展。