建筑工程鋼結構設計中應注意的問題解析

王嵩

摘要：伴著國家的經濟實力不斷增長，以鋼為材料的房屋越來越受人們的青睞，大量出現在工業或民用的建筑中。筆者根據經驗總結出幾點關于鋼結構設計中應注意的問題。僅供大家參考。

關鍵詞：鋼結構結構設計 問題解析

中圖分類號：TU391文獻標識碼： A

前言

鋼結構的發展非常迅速，鋼結構的種類也在不斷的更新。綜合國力的增強促進了建筑業的發展，鋼結構日益增多，鋼網架，立體鋼桁架，多層的鋼框架等漸漸的成為常用的結構形式，鋼結構在設計的變革中也出現了一些問題。本文主要就鋼結構設計出現的一些問題進行簡要分析，并提出合理化建議。

1、鋼結構設計中應該注意哪些問題

設計深度不夠。對于緊急的設計任務，設計院往往采取的做法是外包給加工企業，從而造成設計質量得不到保證另外，鋼結構設計院承擔設計任務的人員一般為畢業不久的研究生他們往往缺乏設計經驗，對于結構復雜的構件，通常是按照模板設計、照搬規范要求，對于某些特殊結構不進行必要的檢驗從一定意義上說，他們進行的是“構件布置圖”設計設計圖紙往往顯得簡單粗糙，節點處經常采用“全焊接節點”或“全鑄鋼節點”，通常忽略了該連接方法的實用性和安全性加工企業在接到這些施工圖之后，由于其缺乏相應的鋼結構設計專業人員、對原始設計意圖又不了解，通常生產出來的構件不符合原始設計要求，有些甚至存在嚴重安全隱患，這些做法無疑是鋼結構設計過程中需要完全消除的。

鋼結構設計中構件的選擇尤為重要。邊、角柱地震作用效應放大問題。根據建筑抗震設計規范的規定，進行結構的水平地震作用計算，只有在不進行扭轉耦聯計算時，才對邊、角柱的地震作用效應乘以增大系數，其實就是對不作耦聯計算采取的補充措施?，F在很多人計算時既考慮扭轉耦聯，又對邊、角柱的地震作用效應放大，這樣做顯然是不經濟的，而且存在設計概念上的錯誤。

2、鋼結構穩定性設計應注意的問題

隨著計算機技術的飛速發展，鋼結構設計中已大量運用計算機輔助設計，市面上針對鋼結構設計的商用軟件也涌現了很多鋼結構設計人員通過軟件對荷載進行布置，結構穩定性計算、強度計算則交由計算機自動完成在進行穩定性計算的時候，為簡化計算，通常的做法是將結構的標高按一定規范轉化相應荷載進行設計，其余部分計算也是交由計算機完成。目前，隨著科技的發展，鋼結構穩定性研究有了較大進展，但是仍然存在一些問題。

目前，在網殼結構穩定性的研究中，用的最廣泛的工具為梁一柱單元理論，但該理論難以表現軸力的大小跟彎矩的禍合效應為此，有學者致力于該理論的修正工作。在進行大跨度結構設計時，通常采取的做法是把整體穩定和局部穩定統一考慮，取穩定安全系數在這一做法中，沒有反應整體穩定和局部穩定的內在聯系設計者不能知其然而不知其所以然，對于這些影響鋼結構穩定性的因素要搞清來源，要了解其分類。物理、幾何不確定性包括極限應力、材料的彈性模量、切變模量等；構件的長寬比、截面形狀、受力狀態、截面面積和尺寸。

統計的不確定性統計原理基于大量的數據支撐，從而建立相應的數據函數模型由于工程中數據的獲得存在一定難度，就會導致統計信息的缺乏，產生不確定性。模型的不確定性在進行結構的分析之前，需要在相應的假設基礎上，利用邊界條件等條件建立數學模型由于前提假設的缺陷和人類現階段理論的不完整性，往往造成所建立的模型存在不確定性。

以上所述都是影響鋼結構穩定性的隨機因素，鋼結構設計理論的發展離不開我們對這些因素的研究。次的，構件的耐火極限要求也是基于建筑防火設計規范的要求確定的。因此有必要基于建筑物的整體安全目標確定鋼結構的抗火設計要求，對鋼結構進行基于性能目標要求的抗火設計。網架結構的計算，實際工作中，設計人員通常將網架和下部結構分開計算#計算時，假定網架支座剛度為無窮大，因此所有支座剛度相同，算出支座反力后再加到下部結構上。鋼結構房屋的抗震設計鋼結構房屋抗震設計時，應根據設防烈度$結構類型和房屋高度，采用不同的地震作用效應調整系數，并采取不同的抗震構造措施。

3、鋼結構穩定性設計經驗

受彎鋼構件的板件局部穩定，可以通過幾種方式實現:限制板件寬厚比，在發生屈曲破壞前使構件達到極限承載力；使板件在構件發生破壞前發生屈曲破壞，在利用其屈曲后的狀態來提高整個構件的承載能力；對量的局部失穩情況，通過設置加筋肋加以解決軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定的控制方式翼緣尺寸和腹板高度要做好計算，以此控制軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定；若遇到圓管截面的受壓構件，則可以通過控制外徑與壁厚之比來實現。

鋼結構計算長度系數的確定。對于一些大跨空間結構桿件的計算長度系數取值，目前研究領域沒有明確規定，更缺乏計算方法的支持因而在實際工程中，鋼結構計算長度系數往往較難計算筆者在實際工作中發現，反推法和反彎點法可以較準確地確定計算長度系數，使設計工作便捷具體方法如下，反彎點法。豎向荷載為主時，在框架分析得到的彎矩圖里，框架柱腳彎矩和柱頂的彎矩方向是相反的，一正一負經過零，零點位置叫反彎點，反彎點都位于柱中點附近反彎點法是一種手工計算的簡化近似計算方法之一種，適用于規則框架就是利用這個c反彎點都位于柱中點附近特性，設每層柱子中點彎矩為零，把多層框架截成每層的計算簡圖來計算由于約束條件是多種多樣的。

如果未經計算分析，結構主構件的截面不能隨意代換。在設計過程中或在鋼結構加工過程中，由于現有型材規格與原設計往往有出入，或者是設計人員單純為了提高/安全儲備，經常提出以大代小的要求，而且許多設計人員也認為，只要構件截面比原來的大， 就更安全，都可以代換，無需驗算。這么做，對代換構件本身來講，有時可能沒有問題，但考慮到對結構的周邊影響，則存在設計概念上的錯誤。在結構抗震設計中，特別強調的一點就是強柱弱梁的設計原則，如果將梁用更大的截面代換，尤其是進行大規模代換，就有可能變成弱柱強梁，使結構變得不安全。同時，把某個構件代換成較大截面，還會引起臨近構件剛度比的變化，發生內力重分布，也可能使其它原本安全的構件變得不安全。規范規定的剪力墻墻段不能過長的要求也是這個道理。過長的墻段會使整體結構的剛度及內力的分布很不合理，也降低結構的延性，對結構抗震是非常不利的。柱、梁連接節點的設計。這是多高層鋼結構設計中最重要的連接節點。有些觀點認為連接應該與梁截面等強，這樣做并沒有安全問題，但會使構造和加工制作很復雜，同時也不是必須的。

結束語：

通過幾年的實踐，有以下幾點體會:通過對技術規范、力學知識、結構原理的學習，建立清晰的結構概念，這樣才能正確處理實際工程中遇到的各種非常規性問題。了解施工方法、材料供應、市場價格等各種相關知識，提高設計人員的綜合素質和設計水平，使結構設計不僅從技術上切實可行，還應爭取在經濟效益上達到最優，這樣才能促進輕鋼結構設計的健康發展。

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