關于鋼結構設計及加固方法的探討

張 莉

（吉林省城鄉規劃設計研究院，吉林 長春 130000）

關于鋼結構設計及加固方法的探討

張 莉

（吉林省城鄉規劃設計研究院，吉林 長春 130000）

伴隨著我國在國際舞臺地位的不斷提升，要求我們全面完善各個領域的綜合素質，以適應經濟發展的需要。土木工程為人們的生產和生活提供了重要的前提和保證，為了跟上時代發展的步伐，土木工程的相關設計需要引進先進的技術作為支撐，鋼結構設計作為土木工程的重要環節，也在不斷進行技術改進。本文就鋼結構設計及加固方法進行探討。

土木工程；鋼結構設計；加固

引言

隨著經濟的迅猛發展，人們的生活水平不斷提高，人們對生活水平的質量提出了更高的要求。傳統的鋼結構設計已經不能滿足人們的需求，因此必須結合時代的發展方向，引進先進的技術手段和理念，改善我國現有的鋼結構設計思路，使其朝著更高的層次發展，更好地服務于經濟建設的事業當中。以下主要針對鋼結構設計和加固方法的相關問題進行敘述。

1 鋼結構選型與結構布置

在每項工作實施之前，需要根據工作的實際狀態制定合理有效的施工方案，這是任何一項工作正常運行的前提和保證。鋼結構的設計是一個技術含量很高的工作，需要先進的技術手段作為支持，沒有完整的施工方案，施工的進行就是空談。鋼結構首先要有安全性和穩定性作為基礎，如果由于材料的合理性而影響鋼結構的安全性，就會為之后的施工工作埋下安全隱患。因此，在進行鋼結構選型過程中，負責操作的技術人員必須具備合格的專業技能，擁有認真負責的工作態度，仔細考慮在選型過程中的每一個問題，確保鋼結構選型的準確性。有了鋼結構的穩定性，就可以很好地預防一些地質災害的出現，減少水土流失、泥石流、地震等損害，降低經濟損失和人員傷亡。

在施工進行中，要保持統籌兼顧部分和整體的理念，不因為某一個環節的不重要性而忽視該環節的工作。我們要根據局部力學的原理，做好局部的施工方案，進而將所有局部聯系在一起，綜合考慮，確保施工工作的順暢進行。傳統的鋼結構設計理念必然會存在一定的借鑒價值，我們應該總結前人的成功經驗，和現有的設計方案進行比較，找到不足的地方，及時發現問題及時解決，爭取呈現出最佳方案指導施工的進行。

完善的施工方案不僅需要先進的技術作為支持，嚴格的監督管理體系也是不可缺少的。施工人員必須認真按照管理規定規范自己的行為，以認真負責的態度去對待每項工作，不因自身的情緒或者操作問題影響施工的進程。相關管理部分需要根據工作人員的具體工作情況，有目的性對每位工作人員進行技術培訓，使工作人員掌握扎實的專業技能，擁有健康的心態，不斷提高工作效率，縮短施工的時間。監督部門要長期或者定期地對施工進程進行監督，及時發現問題及時解決，減少安全事故的出現，不延誤施工進程。

為了保證施工的快速進行，必須做好經濟成本計算。根據設計方案，全面考慮每一個環節的花費。首先，要明確整個施工過程中所用材料的種類和數量，了解材料的性能和價格，做好材料經濟預算。另外，施工方案中需要考慮到可能出現的安全問題，針對這些潛在的問題，給予合理的資金投入，避免由于資金短缺延誤施工時間。在滿足上述要求的前提下，結構的布置要根據鋼結構的選型采取操作，這個過程中要求綜合考慮結構材料的力學性能和承載能力，全面考慮氣候和天氣變化對結構布置的影響和損害，制定具有針對性的結構布置方案。

只有將鋼結構選型和結構的布置結合起來考慮，才能形成一個完整的施工理念，才能經受各種因素的干擾，最終順利地完成鋼結構設計的工作。

2 預估截面

結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、工字鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/50～1/20之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。柱截面按長細比預估，通常50<λ<150，簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。

3 鋼結構分析

目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P-Δ、p-δ。新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結構提供了條件，并不是所有的結構都需要使用軟件。典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形，簡單結構通過手算進行分析，復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。

4 節點設計

鋼結構體系當中，節點的設計和構件的設計具有同等的重要性，因此必須給予充分的重視。鋼結構的節點設計包括梁－柱節點、梁－梁節點、柱－柱節點、柱腳節點、柱帽節點等。設計時應確保節點的安全可靠，并盡量采用簡捷、穩定、可靠的施工工藝，減少或避免現場的焊縫連接。鋼節點的形式按傳力特性大體可以分為三類：鉸節點、半剛性節點、剛性節點。剛性、鉸接節點的受力性能、施工工藝研究的比較成熟，因此在工程中取得了廣泛的應用。

5 鋼結構加固方法

鋼結構加固的主要方法有：減輕荷載、改變結構計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經驗時，亦可采用其他加固方法。

5.1 改變結構計算圖形

荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件等因素都會影響結構計算圖形的加固性能，因此在改進過程中可以針對以上方面進行加固改進，增加穩定性。目前，對加固改造一般采用增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施。下面主要介紹改變結構計算圖形的一般加固方法：

5.1.1 對結構可采用增加結構或構件剛度的方法進行加固

增加支撐形成空間結構、加設支撐增加結構剛度、增設支撐或輔助桿件靈活地調節結構的穩定性以及在塔架等結構中設置拉桿或適度張緊的拉索都可以達到增加結構或構件剛度的目的，我們在實際操作過程中可以綜合地考慮這些主要因素，做好結構加固工作。

5.1.2 對受彎桿件可采用改變其截面內力的方法進行加固

改變荷載的分布，例如將一個集中荷載轉化為多個集中荷載；改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結；增加中間支座或將簡支結構端部連接成為連續結構；調整連續結構的支座位置，將結構變為撐桿式結構，施加預應力。

在施工進行中，比較常見對受彎桿件的加固是通過改變其截面內力的方法實現的，合理地調整受彎桿件的截面內力可以改變荷載的分布，利用剛結的操作方法改變端部的支撐能力，采用整體連續的結構設計增加端部結構的穩定性，利用撐桿的獨特受力情況，及時調節受彎桿件的預應力。

5.1.3 對桁架可采取改變其桿件內力的方法進行加固

我們知道撐桿式結構可以增加結構的承受能力，更好地將整體受體壓力進行分散，達到桁架加固的目的。為了進一步改變桁架桿件的內力加設預應力拉桿，使預應力拉桿和撐桿式結構聯合起來，共同完成桁架的加固任務。

5.2 加大構件截面的加固

構件截面由于長期暴露在空氣中，容易受到氣候和天氣因素的影響，會大大降低其本身的使用性能，不利于更好地發揮作用。在施工過程中，我們首先要認真找到在構件截面中出現的問題，根據加固技術方案的要求，分析已經出現問題的嚴重性，制定及時的補救措施。在彌補已經存在問題和缺陷的同時，還需要使用先進的儀器設施增加加固技術的使用性和適應性，在加大構件截面穩定性的前提下，使構件截面和其他結構聯系起來，共同完成加固改進。

5.3 連接的加固與加固件的連接

焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法是最常使用的鋼結構連接方法，在連接加固的過程中需要根據不同種類的連接方法，設計具有針對性的加固方案。綜合考慮減輕荷載、改變結構計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等技術要求，認真分析需要連接加固部位的作用和實際受力能力，進行加固件的連接，提高各結構承受外力的能力，提高其抵抗外界環境和其他因素干擾的能力。

5.4 裂紋的修復與加固

鋼結構可能受到材料的材質、設計思路和施工人員的操作準確性等因素的影響，在長期的使用過程中，會出現擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷的問題。為了確保鋼結構的安全性，必須對產生的裂紋進行修復和加固。在修復前，需要做好相關的準備工作，明確裂紋出現的部位、裂紋產生的原因以及裂紋是否有修復的可能性，在了解這些信息后，采取有效的修復操作，盡早完成修復的工作，減少安全隱患的出現。有些結構如果裂紋的程度很嚴重，修復的價值不大，我們需要對其進行加固，確保其不會造成坍塌等事故。

6 結語

一個國家的快速穩定發展離不開各項事業的支持，土木工程作為國家重要的支柱產業，其作用不容忽視。鋼結構是土木工程中非常重要的一個組成部分，為土木工程的順利進行提供了堅實的基礎。隨著人們對生活質量的高要求，鋼結構設計必須順應時代發展的方向，及時調整設計理念，使其更快地滿足人們的生產和生活需要，為人們的住房條件提供良好的保障。現在的鋼結構設計要求在確保安全性的前提下，功能服務性更加完善，要兼顧美觀、實用、經濟、環境保護等多方面的需要，進而達到加固改進的目的，促進經濟和社會的和諧發展。

TU318

A

1671-3362（2013）07-0030-02