鋼結構在建筑結構設計中存在的問題分析

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摘要：鋼結構在現代建筑方面的應用越來越廣泛，由于鋼結構能夠適應多樣的造型及功能需求，所以備受關注。但是，鋼結構在建筑結構設計中也存在著許多問題，本文針對鋼結構在建筑結構設計中存在的問題進行分析，并提出相應的改進方案，以為鋼結構在建筑行業的發展提供一些借鑒和參考。

關鍵詞：鋼結構；建筑結構設計；問題分析；改進措施

1.鋼結構概述

鋼結構主要是由鋼制材料組成的結構類型，是主要的建筑結構類型之一。鋼結構主要由型鋼、鋼板等形式制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件之間通常采用焊接、螺栓、鉚釘連接。鋼結構包括輕鋼結構和重鋼結構兩類。其中，倉庫、辦公樓等跨度較小的建筑中多采用輕鋼結構，而大跨度建筑中多采用重鋼結構。與鋼筋混凝土不同的是，鋼結構具有自重較輕的特點，在達到相同強度負載的情況下，鋼結構的重量只有鋼筋混凝土的1/3。且鋼結構施工方便、建筑工期短、工業化程度高等優點，故在建筑領域中應用較多。特別是在2008年奧運會的推動下，出現了鋼結構建筑熱潮，鋼結構被廣泛應用于建筑、鐵路、橋梁和住宅等方面，對建筑業的發展起到了十分積極的影響。

鋼結構設計時主要需要進行結構的內力分析、安全評估及穩定性判斷，設計人員通過掌握企業的相關資料，判斷鋼結構應用的必要性，并根據建筑進行力學分析，確定鋼結構的參數，對鋼結構的施工要求標準進行評估。

2 鋼結構在建筑結構設計中的問題

鋼結構在設計中的問題主要表現在以下幾個方面：

（1）鋼結構設計質量下降。由于鋼結構設計所涉及的范圍較廣且設計任務要求多，所需費用高，再加上設計市場秩序混亂缺乏相關法律統一的監督管理，一定程度上導致鋼結構的設計質量無法達標。另外，有些單位對于鋼結構的設計經驗不足，承接項目的設計人員設計水平相對較低，導致在設計過程中一味生搬硬套公式、程序，并沒有結合工程實際去進行設計計算，理論脫離實際。

（2）中外規范的銜接存在差異。隨著全球經濟一體化進程的發展使得我國企業與國外市場聯系日趨緊密。國外項目的增多，必然導致了面對各國不同的行業規范及標準體系如何銜接的問題。設計人員對國外經驗盲目吸取，將國外的設計方案照搬照抄，忽視國內實際情況，由于標準體系的不同，國產材料和國外的要求不匹配，導致設計方案并不完全適用我國情況。不同鋼結構設計標準體系之間的銜接是鋼結構設計必須亟待解決的問題。

（3）鋼結構設計深度不夠。鋼結構的設計方案無法達到預期深度，甚至無法滿足設計的原始要求。忽視了最重要的鋼結構節點連接設計和校核，往往在圖紙上只是一味單一的標注采用全焊接節點或其他形式節點。對于鋼結構設計而言，應該“強節點、弱構件”。節點形式的合理采用與否對于結構安全起著至關重要的作用。由于設計質量深度不夠，往往導致較為嚴重的安全質量事故。比如在進行柱腳設計時，錯誤地對柱腳進行選擇，居民住宅中多應用外露式柱腳，柱腳的剛度由底板的彈性及塑性確定，如果設計人員在設計時沒有對位移角的限度值進行預留，在發生地震等自然災害時，會造成柱腳的破壞，帶來嚴重后果。

3 鋼結構在建筑結構設計中的改進措施

3.1加強對鋼結構設計的規范管理

鋼結構設計需要設計單位具備相關資質，能夠確保鋼結構構件的質量、制作及安裝達到資質要求，滿足建筑需要。規范設計市場，建立健全的監管體系，確保鋼結構設計的正常穩定發展。

3.2根據實際情況進行鋼結構設計

我國與國外的國情不同，在進行鋼結構設計時，一定要將經濟因素考慮在內。設計人員應當在對建筑的安全性、實用性及舒適性進行保證的同時，還要考慮到經濟效益問題，減少成本，不能追求高標準造成設計過分保守，安全系數較高，更不能對國外的設計方案進行盲目搬抄。比如說，在進行鋼結構防火設計時，偶遇鋼結構易受溫度的影響，當溫度達到100℃～250℃范圍內時，會降低鋼結構的抗拉強度，增大其塑性，而當溫度達到250℃時，又會降低鋼結構的塑性，超過250℃時會發生徐變現象，超出500℃時，鋼結構的強度會大大降低，產生塌落，帶來經濟損失甚至是人員傷亡，所以說鋼結構的防火能力極其有限。因此，設計人員需要加強鋼結構防火隔熱設計的重視程度，根據建筑的防火等級和相關規范，對鋼結構進行防火設計，避免在火災發生時，出現鋼結構的變形及塌落等問題。現階段對鋼結構防火處理掉方法多是在鋼結構表面上涂抹防火材料，提高鋼結構的耐火能力。

3.3加強鋼結構深度設計

（1）鋼結構節點設計

鋼結構設計過程中，節點設計是其中的關鍵部分。對于抗震要求較高的結構而言，鋼結構往往要求強節點、弱構件。如果節點設計的不科學，結構在外力作用下就很容易發生變形或導致算壞，因此在鋼結構設計中，節點設計應本著“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計原則。對于國外項目的鋼節點設計，應在其標準體系上對其設計方法和構造進行研究，按其設計方法結合國內實際情況進行節點形式設計。

（2）防腐設計

鋼結構容易受到腐蝕。當其在空氣中長時間暴露時，容易受到侵蝕性物質的侵蝕，尤其是在潮濕的空氣中，更容易加快腐蝕的進度。腐蝕會減小鋼結構構件截面，產生銹坑，縮短鋼結構的使用壽命。所以說，設計人員需要根據實際情況，重視防腐問題的處理，延長鋼結構的使用壽命。目前對鋼結構進行防腐處理的方法與防火處理類似，也是在鋼結構表面涂抹防腐材料，以對鋼結構進行保護。防腐材料具有高電阻、強附著力、強致密疏水性等特點，能夠阻礙腐蝕性氣體的腐蝕，達到防腐作用。

表1 鋼結構所處環境與涂料厚度要求對比

所處環境涂料層厚度

室內環境不少于100μm

露天環境不少于150μm

地面以下的鋼柱柱腳不少于50μm

特別注意的是，如果鋼結構所處的環境為酸性環境，那么應當使用特殊的防腐涂料進行處理保護，比如使用氯磺化防酸漆等。

（3）抗震設計

我國處于環太平洋地震帶與歐亞地震帶兩大地震帶之間，屬于地震多發國，所以在進行鋼結構設計時也需要進行抗震設計。進行抗震設計是保證人們生命財產安全的重要前提，設計人員應當確保鋼結構的規正、勻稱，在連接時要選擇合適的連接方法，確保連接節點的穩定，提高建筑的抗震性能，保證建筑物的安全可靠性。設計人員還應當考慮支撐形式、位置等對建筑物抗震能力的影響。

表2 鋼結構設計鉚釘連接的強度

鉚釘鋼號和構件鋼材排號抗拉抗剪承壓

Ⅰ類孔Ⅱ類孔Ⅰ類孔Ⅱ類孔

鉚釘BL2或BL3120185155--

構件Q235鋼---450365

Q245鋼---565460

Q390鋼---590480

4 結語

鋼結構在現代建筑中發揮著越來越重要的作用，因此也需要對鋼結構的設計給予足夠的重視。設計方案的選擇是否合理，對于提高鋼結構的安全可靠性以及提高經濟效益都有十分重要的影響。設計人員應當不斷加強對專業知識的學習，提高專業技能，做好鋼結構的設計，不斷提高鋼結構設計質量。

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