鋼結構工程設計中的問(wèn)題分析

　　自工業(yè)***和信息***以來(lái)，現代科學(xué)的空間思維也融人到鋼結構建筑里面，從根本上改變了人們對以前建筑的認識和創(chuàng )造方式，以鋼結構為主的新產(chǎn)業(yè)新技術(shù)新工藝也逐漸增多。本文主要闡述鋼結構工程設計中的問(wèn)題及鋼結構建筑的設計，供大家參考。

　　鋼結構工程設計院

　　鋼結構建筑其實(shí)很早就出現在了歷史上，舉世聞名的法國埃菲爾鐵塔就是采用鋼結構建造而成的。只是在當時(shí)的情況下，鋼鐵產(chǎn)量尚不高，鋼鐵冶煉技術(shù)也不是很成熟，不能應用普及到眾多的日常建筑里面。所以在其初期，鋼結構的應用多是以建筑零件諸如部分配件，部件，連接件等，早在十九世紀初期人們就已經(jīng)開(kāi)始使用熟鐵建造房屋和橋梁，其發(fā)展歷史更比鋼筋混凝土悠久，一直到二十世紀六十年代鋼結構建筑理論飛速發(fā)展與創(chuàng )新，才產(chǎn)生了現代鋼結構工藝的建筑。

　　1、鋼結構工程設計問(wèn)題分析

　　1.1、設計方法方面

　　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。由于鋼結構達到極限狀態(tài)時(shí)，就會(huì )進(jìn)入彈塑性變形階段，會(huì )造成結構內力的重分布，按現在的方法設計，不能保證構件承載力可靠度的一致性。

　　1.2、鋼結構體系方面

　　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(shí)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(lái)說(shuō)，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(shí)應慎重：

　　鋼結構工程設計圖紙

　　1.3、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。

　　1.4、鋼結構抗震設計方面

　　1.4.1、設計反應譜問(wèn)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(shí)，而建設部人為調整的譜曲線(xiàn)來(lái)保證鋼結構安全性的抗震設計，可靠性需進(jìn)一步驗證

　　1.4.2、彈塑性地震反應計算問(wèn)題

　　目前我國沒(méi)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。1.4.3、鋼一砼結構高跨設計問(wèn)題

　　我國是一個(gè)多地震國家，國際上沒(méi)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。

　　1.5、鋼結構節點(diǎn)和支撐構造方面

　　1.5.1、節點(diǎn)設計

　　鋼結構設計中重要的內容是連接節點(diǎn)的設計，應該在結構分析前對節點(diǎn)的形式進(jìn)行充分思考和確定。必須避免*終設計的節點(diǎn)與結構分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外，節點(diǎn)設計還必須考慮安裝螺栓、現場(chǎng)焊接等的施工空間及構件吊裝順序。

　　1.5.2、焊接

　　焊縫的尺寸及形式應嚴格遵守規范：選用的焊條應與金屬材質(zhì)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。

　　1.5.3、梁腹板

　　栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應進(jìn)行驗算。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

　　1.5.4、拼接

　　柱應通過(guò)小懸臂與梁拼接，梁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(shí)，腹板要考慮彎矩。

　　1.5.5、厚度

　　用外加勁肋和內隔板進(jìn)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。

　　1.6、鋼結構選型方面

　　應根據鋼結構不同的特點(diǎn)考慮結構選型。例如，在輕型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房中，當有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載，就采用網(wǎng)架結構。雪壓較大的地區，屋面曲線(xiàn)應有利于積雪的滑落。降雨量大的地區可以與雪壓較大的地區一樣考慮。

　　1.7、鋼結構抗火設計方面

　　鋼結構在溫度超過(guò)400攝氏度時(shí)，強度將降為原來(lái)的一半，達到600攝氏度時(shí)，將喪失全部強度。高層鋼結構火源較多，很容易失火，因此，高層鋼結構抗火方面的設計尤為重要。設計方面容易出現缺陷的方面：沒(méi)考慮溫度變形和應力的影響;沒(méi)有考慮高溫狀態(tài)下鋼結構內力的重分布;沒(méi)有考慮鋼結構構件相互作用的影響;

　　1.8、設計指標方面

　　1.8.1、鋼結構高寬比限值問(wèn)題。

　　現在我國的規范對地震多發(fā)區高層鋼結構的高度比為：鋼一砼結構為5，純的鋼結構為6?，F行規范的高寬比***主要根據低于150m的高層砼結構提出的，能否適用于超高層的鋼結構，還需要深入研究。

　　1.8.2、鋼結構層間變形***問(wèn)題。

　　現在我國很多鋼結構實(shí)際計算層間很難滿(mǎn)足規范的要求，因此，目前鋼結構設計標準的層間變形是不是合理，需要更進(jìn)一步的解決。另外，很多高層鋼一砼混合結構的層間變形也亟待解決。

　　2、鋼結構建筑的設計

　　鋼結構建筑的設計是鋼結構成功地運用實(shí)例。為保證鋼結構建筑合理有效的產(chǎn)生，良好精確的設計是***關(guān)重要的?，F代鋼結構設計*為關(guān)鍵的兩大步驟是正確選擇結構方案和正確計算結構的截面高度。

　　2.1、鋼結構預算的設計

　　鋼結構的設計需要十分準確的計算估計。以國家大劇院為例，國家大劇院由法國建筑師保羅?安德魯主持設計，設計方為法國巴黎機場(chǎng)公司。國家大劇院建筑屋面呈半橢圓形，其結構：‘212m×143m，跨度>100m，結構方案選屋蓋空間結構網(wǎng)殼。但在上機前，結構師把結構的截面高度選得太大，用鋼量高達292kg/m2。根據1963年美國教授史密斯(SminlM.C)對166個(gè)已建大跨度屋蓋進(jìn)行的回歸分析，這種跨度的網(wǎng)殼結構用鋼量不超過(guò)80kg/m2。故而在采取建設的時(shí)候，需對其精確核實(shí)才能避免錯誤產(chǎn)生。 　　2.2、鋼結構建筑整體與局部精細設計

　　鋼結構工程施工圖紙

　　建筑的設計不僅僅在于外觀(guān)上的美感，還在于建筑間的互相協(xié)調能力。鋼結構建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結構建筑特殊性的同時(shí)也具有普通建筑的一般性。所以在滿(mǎn)足鋼結構特個(gè)性設計的同時(shí)，也必須滿(mǎn)足一般建筑的共性。由于鋼結構的特殊性，通常在建造鋼結構建筑的時(shí)候，會(huì )導致部分細節部位出現偏差或者裸露在外。因而在設計鋼結構建筑的時(shí)候，為力求建筑形象和建筑功能的**結合的同時(shí)，設計復雜化和工程精細化也更加嚴苛。

　　2.3、鋼結構的穩定設計

　　鋼結構建筑的穩定性是鋼結構建筑設計的重難點(diǎn)，盡管針對設計而言他并不是需要考慮的前置條件，但是卻是日后維護的重中之重，故而在建筑設計時(shí)，對其穩定性的設計也是著(zhù)重的對象。鋼結構建筑的失穩分為整體失穩和局部失穩。整體失穩是通過(guò)對整體框架構建的穩定作為探討的，在計算時(shí)可以通過(guò)長(cháng)細比穩定系數帶人進(jìn)行驗證;而局部失穩則是框架構建內部的某一部零件產(chǎn)生的，他間接影響著(zhù)整體穩定性。因此鋼結構建筑的整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩定性要求來(lái)予以設計。

　　2.4、鋼結構穩定性設計需注意的問(wèn)題：

　　2.4.1、目前的鋼結構建筑多用于跨度較大的建筑結構，整體穩定和局部穩定維持一個(gè)相對的狀態(tài)，桿件牽涉整體設計時(shí)，需從整體穩定人手。

　　2.4.2、對于日常其他設計，除須考慮結構的整體性，還需要考慮其他的設計點(diǎn)。因為目前的設計分析穩定性的時(shí)候，多采用經(jīng)驗數據引用的某一個(gè)范圍區間作為其結構參數、負荷的計算點(diǎn)。而在實(shí)際操作過(guò)程中，由于結構參數的不穩定性，造成結構具有相對誤差性。

　　2.4.3、考慮建筑的穩定新的時(shí)候，還需考慮鋼結構材料的彈性、贏(yíng)利疊加等多方面因素。通常建筑使用的混凝土的計算公式在此時(shí)將不能運用。因為對于鋼結構材料而言，其應力疊加應滿(mǎn)足這兩個(gè)條件即材料服從虎克定律應變成正比和結構的變形很小。

　　隨著(zhù)國內經(jīng)濟突飛猛進(jìn)地發(fā)展，鋼結構在建筑業(yè)被越來(lái)越廣泛的重視和應用，鋼結構工程在我國將得到***的發(fā)展。作為鋼結構工程設計人員，面對鋼結構建筑的大量涌現，應與時(shí)俱進(jìn)，加強學(xué)習有關(guān)鋼結構工程的**知識與管理內容，特別對鋼結構工程設計方面的一些問(wèn)題應認真細致的分析，不出現絲毫紕漏，從而確保我國高層鋼結構工程的經(jīng)濟性和安全性。

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