探析鋼結構設計與應用難點

摘 要：在我國社會主義市場經濟高速發展的今天，建筑事業在我國社會建設中所起到的作用越來越突出，其不僅僅能夠為人們提供更舒適、更方便、更安逸的生活環境，同時本身也是我國經濟發展的重要增長點之一。在現今建筑事業中，鋼結構的應用越來越普遍。鋼結構具有空間跨度大、造價低、結構性能突出、安裝便利等優勢，這使得其在建筑行業內得到了眾多企業的青睞。本文就梳理了鋼結構的設計與應用難點，對其做了較為系統的分析。

關鍵詞：鋼結構；建筑工程；設計；難點

自改革開放以來，我國建筑行業的發展速度明顯加快，究其原因，一方面是城市經濟的全面發展，城市建設速度加快，城市人口快速增加，對各種建筑的需求量激增。社會需求的增加使建筑行業相關經濟快速發展起來。另一方面是通過改革開放，我國加強了與西方發達國家之間的交流，建筑技術以及經驗得到了前所未有的增加，這也在一定程度上促進了建筑事業的快速發展。鋼結構技術就是我國近年來發展起來的建筑技術之一，相比于西方發達國家而言，我國建筑行業在鋼結構技術應用方面還存在著很多不足。

1 鋼結構工程的優點

相比于傳統的磚混結構來說，鋼結構建筑的優勢十分明顯。①鋼結構建筑的施工速度快，施工時間短。就房地產市場而言，現在很多業主所買的都是期房，對交房時間看得很重。如果采用大量磚混結構的建筑的施工時間是三年，那么采用鋼結構的建筑的施工時間至少可以減半。這在很大程度上大大地提前了房地產開發商的交房時間，也能夠讓業主早日遷入新房。②鋼結構建筑物的格局比較個性化，造型相對更豐富。鋼結構建筑的內部空間，除了住宅類建筑內的衛生間以及廚房是固定的以外，其余空間格局都可以隨意進行改變，而傳統磚混結構的建筑卻不具備此功能。③建筑物室內面積的利用率高。鋼結構建筑的室內格局比較靈活，不會像磚混結構那般有諸多限制，因此業主可以對室內空間隨意進行設計，最大限度的提升室內空間的利用率。④鋼結構建筑的抗震性能比磚混結構建筑更為突出。如日本等地震頻發國家多是采用的鋼結構建筑，其抗震效果極佳。⑤鋼結構建筑能夠起到較好的節能環保作用。在傳統磚混結構建筑施工建設中，所使用的建筑材料以及輔助材料會消耗很多的自然資源，造成資源浪費。而使用鋼結構建筑，則可以免去支模施工等工序，同時還可以節約極多的邊角料，在節能的同時還能最大限度地降低建筑工程施工建設中對環境的影響和破壞。

2 鋼結構的設計難點以及應用難點分析

2.1 鋼結構的設計難點

（1）判斷鋼結構的適用性。現今建筑行業中，鋼結構多是用于跨度和荷載較大、體型復雜的高層建筑中。要求其能夠承受較高的溫度、方便拆卸、能夠承受大幅度的振動、密封嚴實，因此在鋼結構設計之前必須要對這些方面進行全面的分析，考慮所設計的鋼結構是否適用、能否滿足要求。

（2）鋼材的選擇。對于鋼結構設計來說，選材是一項極為重要且難度較大的工作。究其原因，一方面是我國鋼鐵工業迅速發展，鋼材的種類繁多，要從眾多的鋼材種類中選出適合某種建筑工程的鋼材是有難度的；另一方面是因為目前鋼結構建筑的種類也在不斷增加，不同建筑物對鋼結構的強度、變形度、疲勞應力等方面的要求也不一致，因此選擇合適的鋼材顯得至關重要，否則就不能發揮出鋼結構建筑的功用。

（3）加強對鋼結構受力體系以及細部節點的設計。在鋼結構方案確定以后，必須要立即對鋼結構的受力體系以及細部節點進行具體的計算和完善。首先，針對鋼結構受力體系設計而言，現今很多鋼結構都是采用的桿系結構，這種結構要求鋼材強度大、截面尺寸小；在生產的時候可以在現場組裝、構件之間的約束作用小。因此其設計的重點是保證構件節點之間的連接穩固性。其次，對于鋼結構建筑的細部節點設計而言，鋼結構建筑的設計要求細致且設計內容復雜，都需要對細部節點進行嚴格的設計。很多時候，細部節點的設計直接決定著鋼結構的整體質量。在細部節點設計中，除了要確保其滿足結構受力要求之外，還必須要充分考慮鋼結構安裝的便利性以及可行性。

2.2 鋼結構的應用難點

在鋼結構應用中，其工藝難點主要包括以下幾個方面：鋼網架平面的安裝、高空合攏以及鋼結構的防腐和防火處理。

（1）對于鋼網架平面的安裝來說，其主要步驟有放球、放置桿件、平面網架的拼裝和焊接等。先將已經驗收的焊接球放入安裝節點內，并調整好位置以及受力方向，此處需注意的是在放入焊接球時必須要按照其規格、編號放入。然后再放置桿件，在放置以前要檢查桿件的尺寸、規格、焊縫間隙以及坡口，將桿件放在兩球之間。平面網架的拼裝需從中心線開始，漸漸向四周展開。對于平面網架的焊接，在焊接前要選擇合理、科學的焊接工藝，并編制好焊接順序，防止焊接過程中的網架變形。

（2）高空合攏是一項極為重要、難度較大的施工作業步驟。在網架就位后，要對支座與網架的距離進行合理的調節，可以在網架上設置幾組倒鏈，以方便對其進行橫向調節。然后再對網架的標高進行檢測，確保其高低均勻。

（3）對于鋼結構的防腐和防火處理來說，因為鋼結構長期暴露于空氣中，易受到風雨的侵蝕使其生銹老化，從而導致承載力下降，美觀度也會受到影響。所以必須要采用新型防腐材料，對其進行防腐處理。火災對鋼結構的危害極大，雖然鋼材并非燃燒材料，但是其耐火能力卻遠遠不及磚混結構。當溫度達到400℃及以上時，鋼材的屈服強度就會急劇下降，致使建筑物結構受到極大程度的破壞。比如在911事件中，其大樓倒塌的直接原因并非飛機撞擊，而是因為撞擊引發的火災致使鋼結構軟化，最后才導致大樓倒塌。由此可見，防火也是鋼結構建筑施工環節中必須要重視的問題。目前主要的防火措施有兩種：一是使用進口的新型防火板；二是根據鋼結構的不同部位采用薄型或是厚型的防火涂料。

3 結束語

總而言之，鋼結構因其自重較輕、強度較高、抗震性較強，及隔音、保溫、舒適性較好等特點在當前的建筑工程中得到了廣泛的應用。而在其應用中為了保證建筑工程的質量，則必須要明確鋼結構設計以及應用中的難點，并采取有效的措施進行預防處理。

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作者簡介：盧俊澄（1980-），男，四川成都人，建筑工程師，研究方向為建筑安全、建筑結構、土木工程建設，主要從事土木工程結構設計/建設及煤礦地面建筑結構設計/建設等工作，有多年相關工作經驗。