淺談公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范比較

韋茂

【摘 要】本文主要對《鋼結構設計規范》（簡稱《鋼規》、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（簡稱《公橋鋼規》以及《鐵路橋梁鋼結構設計規范》（ 簡稱《鐵橋鋼規》） 中規定的建設施工鋼材料選型等方面的知識進行了闡述，結合建設領域的實際發展情況，對公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范進行了比較分析，旨在規范公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計，掌握建筑行業鋼結構設計規律與特性，提高建筑施工質量，促進我國建筑行業的發展。

【關鍵詞】公路 ?鐵路 ?房建行業 ?鋼結構設計

我國建筑行業的快速發展，對建設施工標準提出了更高的要求。在我國的建筑領域，關于鋼結構設計和鋼材料的規范設計方面有許多規定，明確指出了鋼材料型號、尺寸、計算、施工技術及檢驗標準等要求。為了使建筑施工及管理人員更好的掌握鋼結構的設計原則與標準，本文主要對公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范進行了比較分析，希望對相關研究領域提供幫助。

1 建筑施工中鋼材型號選擇

根據公路建設施工條件要求，公路鋼橋主體結構通常采用Q345鋼，無論哪種型號的鋼材，都要滿足公路橋梁設計施工標準。由于普通碳素結構鋼也比較適用于橋梁結構設計，因而也可以在建設施工中采用該型號的鋼材;《鐵橋鋼規》中明確指出，鐵路鋼橋的主體結構中應該使用質量等級是D、E級的Q345q、Q370q、Q420q 鋼，在鐵路橋梁的輔助結構或者是在橋梁的連接處，則需要使用Q235—B或Q（z）345c鋼;而房建行業對于鋼材型號的選擇則具有不同要求，在房屋建設中使用剛才的型號通常為Q235、Q390、Q420 等，房屋建設中鋼結構的質量標準要根據《低合鋼》、《碳鋼》中的要求來確定。從我國當前建筑行業的運行與發展情況來看，公路橋梁和鐵路鋼橋基本都是按照100年使用期限來進行設計與施工，而大部分的房屋建設則是按照50年的使用標準來設計，橋梁承受的重量多為動力載荷或者是沖擊載荷。由此可以看出，公路和鐵路設計施工中，鋼材的性能要明顯高于房屋建設中使用的鋼材性能，其主體結構需要應用高強度的鋼材。

2 鋼結構設計方法

目前，容許應力法與極限狀態法是工程建設領域中經常使用的結構設計方法。容許應力法從使用初期一直沿用至今，該方法主要是把建設材料看成是一種理想狀態的彈性體，構件中任何部位的應力都不能超出材料本身的容許應力。在20世紀50年代，我國公路橋梁設計施工中，主要借鑒國外先進的施工經驗，在施工中主要采用容許應力法。而且直到現在，我國鐵路建設施工中，還依然采用容許應力法進行設計。

發展到80年代以后，我國在建筑施工中開始逐漸使用極限狀態法，并且在鋼結構房屋建設中得到了廣泛應用，該計算方法把結構可靠度理論和概率理論作為了基礎，而且設計標準進行了多次修改，逐步得到完善。盡管容許應力法具有操作簡便、實用性較高等特點，但是也存在一定缺陷，該方法不能正確反映出材料的特性、構件抗力變異以及載荷效應，不能對材料的繼續承載力進行準確分析，因而導致結構設計過于保守。而極限狀態法則能夠有效彌補容許應力法的缺陷，通過對可靠度指標的詳細分析，使構件可靠度相互協調，并依托塑性理論，使材料的最大性能得到了發揮。當前，極限狀態法已經成為了國際鋼結構設計的主要方式，更好的滿足了現代化大規模鋼橋建設與發展的需要。

3 載荷設計

公路橋梁、鐵路橋梁設計中的荷載要選用荷載的標準值，而在房屋鋼結構的設計中，往往使用極限狀態法，在應用該方法時，設計荷載是由荷載標準值與荷載分項系數、結構重要性系數以及可變荷載組合系數的一個組合值。在房屋鋼結設計中，設計使用年限主要是由γ0（結構重要性系數）來反映，如果設計使用年限超過100年，或者安全等級是1級的鋼結構構件，通常γ0值都會≥1.1，而其他結構構件的γ0值可以小于1.1。一般情況下，公路、鐵路建設的使用設計年限都不小于100年，而房屋鋼結構設計的安全等級也都為1級，因而γ0值都不能小于1.1。表1主要對房屋、公路和鐵路鋼結構設計中的強度和穩定性計算方法進行對比。

通過對房屋、公路和鐵路鋼結構強度、整體穩定性計算方法進行分析，可以發現，房屋建設設計規范雖然與公路、鐵路設計之間存在差異，但是差異較小，計算公式基本相同。在房屋建設設計中，需要應用極限狀態的計算方法，因而對主平面內的受彎正應力強度進行計算時，需要認真分析塑性的發展系數γx與γy。而在公路和鐵路橋梁設計中，會使用容許應力法來進行設計，在對構件內力進行計算時，僅僅需要對材料彈性受力階段的性質進行分析，并可以發現，在計算公式中并沒有能夠反映出材料塑性的相關參數。在《鋼規》中，需要利用凈截面面積和毛截面面積分別對結構強度和穩定性進行驗算。《鋼規》把鋼結構的穩定性分成了整體穩定性與局部穩定性兩種類型，整體穩定系數φ都小于1.0，并通過其來對整體結構的承載能力進行判斷，通過對構件的高（寬） 厚比進行驗算，并設置加勁肋，從而避免局部出現不穩定的現象。而《公橋鋼規》《鐵橋鋼規》鋼構件的穩定性主要憑借容許應力折減系數的方法來進行控制，在計算局部穩定性時，采用的方法與《鋼規》中規定的方法相近，但是高（寬） 厚比卻存在一定差異。

4 結語

本文主要對公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范進行了比較分析，明確公路、鐵路和房屋鋼結構之間存在的差異，從而使建設施工人員能夠更好的掌握鋼結構的設計標準，同時為相關部門的管理者提供參考依據，從而提高工程項目的施工質量，促進我國建筑行業的發展。

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