鋼結構房屋結構設計中常見問題分析

張云梅

（中國中材國際工程有限責任公司（南京），江蘇 南京 211100）

1 鋼結構的優點及特性

與鋼混結構相比，鋼結構有以下的優點：鋼結構自重輕，自身荷載小，大大降低了地基處理的費用以及工作量；鋼結構能夠工作預制，縮短了施工周期，減少了現場施工工作量；鋼結構有很好的抗震效果；鋼結構自身有很好強度，能夠更加靈活的布置空間。

鋼結構建筑設計中，結構是建筑形象的重要構成因素，一般結構的節點、形體、構件都對建筑形象有著很大的影響。建筑結構的設計與功能只有做到統一，才可能滿足建筑的功能化并為以后的建筑設計打好基礎，只有將建筑與結構的功能和設計做到一體化，才能設計出藝術與技術相統一的鋼結構建筑。目前，中國是世界上最大的鋼混結構與磚砌體的建筑國家，因此對于我國能源以及資源人均水平都很匱乏的國家來說，使用鋼結構建筑在我國應用有很強的現實意義。鋼材不僅高效高強，而且具有很好的循環利用價值，鋼材的角料都有用。

2 鋼結構設計中選型及布置問題

通常情況下鋼結構建筑的結構形式有平面析架、網架、框架、輕鋼、塔桅、索膜等。我國大多數的鋼結構形式現在都是比較成熟的，但也有很多的問題有待解決，比如網殼的穩定問題，一套簡單實用設計理念。在鋼結構的高層中多數是鋼-混凝土組合形式，我國在很多地區為了經濟因素的考慮，鋼結構高層都是選擇核心筒加外框的結構形式，這在地震強度高或不規則高層中是不合理的，應當選擇核心為支撐框架，周邊為巨型SRC柱的結構形式。

鋼結構在布置時要綜合考慮荷載的分布狀況、性質或體系特征，一般要求做到剛度均勻，有比較清楚的力學模型，盡可能縮小移動荷載或大荷載的影響范圍，使荷載能夠以最直接簡單的線路傳遞到基礎上。柱子的抗側支撐也應該均勻分布，結構的形心應當與側風向作用線比較相近，否則要加上結構的扭轉影響。在考慮結構的抗側時應當設置多道防線，支撐框架結構的柱子應當至少分擔1/4的總體水平力。在框架上布置次梁時可以調整荷載傳遞方向來滿足不同要求。在設計中有時候為了減少截面的尺寸設計者會沿短邊布置次梁，這樣做就會導致主梁截面變大，樓層高度減少，頂邊邊柱也要承受很大的荷載，這時設計者可以選擇把次梁放置在比較短的主梁上，就能保住柱子和主梁。

3 鋼結構設計過程中常見的問題

3.1 合理選用鋼材的材質

在剛結構設計時，相應的文件中都要標注所用的材料以及焊接材料的質量等級。規范要求鋼結構房屋的鋼材都應該有合格的屈服強度、抗拉強度、冷彎性能、伸長量以及硫含量的合格的保證。對于地震區還應特別強調鋼材的屈強比≥1.2%，伸長率＞20%，鋼材應有明顯的屈服臺階，除此之外還有很好的沖擊韌性及可焊性，主要是要求結構應當有足夠的塑性變形能力和必需的安全儲備，都應該在文件中標注。筆者認為一般的鋼結構使用Q235B或Q345B及以上的碳素鋼就能滿足要求，不宜選用C級鋼或Z級以上的鋼材，這樣會造成經濟上的浪費。

3.2 房屋溫度區段應按照相應的規范設有獨立空間穩定支撐體系

筆者在多年的工作中總結對于門式鋼架結構有以下幾種支撐體系設置不合適的問題：屋面的橫向水平支撐于柱間的支撐布置不同的跨區內，這樣就形成不了獨立支撐體系，不但不利于抗震，對于現場施工也造成很大的麻煩；屋面橫向水平支撐設置在了第2個開間，然而末端跨相應位置沒有設置剛性縱向細桿，導致山墻的水平荷載如風荷載無法傳遞；屋面橫向水平支撐的直腹桿（如柱頂或屋脊）沒有按照相應的剛性細桿來考慮，當采取檁條兼做的方式時，又沒有驗算檁條的承載力及剛度。除了屋脊布置的雙檁，以及根據檁條的跨度在相互之間連接的不少于兩點的剛性連接件能有剛性系桿的作用外，其他的地方包括柱頂沒有經過加強的檁條都起不到剛性細桿的作用，這是由于通常采用的C冷彎薄壁型的鋼檁條的側向剛度都不是很好。

3.3 鋼結構穩定設計

我國這些年在鋼結構穩定設計中已經取得了很多進展，但是仍然有許多的問題有待改善，筆者總結有以下的幾點：現在的鋼結構網殼模型中，梁、柱的單元已成為主流的研究工具。但是許多專家對此還是存在懷疑的態度，因為沒法確認單元能否真實反映網殼的受力狀態，目前最大的問題就是不知道如何反映彎矩和軸力的耦合效應；目前建筑界還沒有一個很完善的理論能夠分析預張拉體系，這方面的理論一直欠缺；大跨結構設計如何分析局部穩定和整體穩定之間的關系也是一大難題，盡管現在建筑界已經在大跨結構去了一個相對保守的穩定系數，但不能真實反映局部與整體之間的關系；鋼結構系統穩定性研究有很多不確定的因素，現在的學術界隨機影響分析基本局限在隨機荷載以及結構參數這個小范圍內，實際上，因為結構參數隨機性，結構響應也會有很大的變化，因此應著眼隨機參數的干擾性屈曲、結構失穩、跳躍型失穩等研究。

4 結語

我國的鋼結構有很大的發展空間，本文只是部分敘述了目前國內鋼結構設計中常見的誤區以及難題進行了探討，因此筆者認為目前我國應該大力提高及加強設計人員的設計水平，并將理論應用到實際中去，盡可能關注行業新動向、新的設計理念及方法，促進鋼結構的發展。

[1]石瑋.鋼結構房屋設計中常見問題分析[J].中國新技術新產品，2011（15）.

[2]張林，吳繼勇.鋼結構房屋結構設計中常見問題分析[J].華章，2012（22）.