鋼結構設計中的變形問題

文/ 陳磊 國家林業局林產工業規劃設計院 北京 100010

鋼結構設計中的變形問題

文/ 陳磊 國家林業局林產工業規劃設計院 北京 100010

鋼結構在許多工程結構中都普遍被采納，主要由于其結構穩定性高，加工難度小，材料易于獲取等特點。在工程質量要求越來越高的今天，鋼結構的設計和使用都受到了較高的關注，需要對工程中的實際問題進行合理分析，才能夠設計出符合工程需求的鋼結構。本文將通過簡要分析鋼結構變形的影響因素，探討鋼結構設計中的改進措施。

鋼結構；設計；變形；措施

一、前言

中國經濟的發展推動了我國工程建設的發展，隨著工程建設規模和數量的逐年攀升，新技術和新材料被更加廣泛的引入到工程應用中，為工程建設水平的提高和企業經濟利益的擴大產生了很大的推動力。其中鋼結構的引入也是由于工程技術的發展而被寄予重望的新型材料，具有突出的結構穩定性、結構密度低、易于施工等優勢，被越來越多的項目選用。

二、鋼結構設計的主要內容

鋼結構的高超性能離不開科學的結構設計工作，因此需要對設計工作予以重視，避免發生變形導致的結構穩定性喪失，才能夠保證結構質量和工程質量。

1.對不同層面的應力設計

鋼結構設計時需要充分考慮材料的不同性能，需要對鋼結構的不同層面應力強度進行計算，并根據行業標準選擇合適的尺寸進行結構設計工作，這一工作的開展多數依靠先進的計算機技術來實現。這一步驟是保障鋼結構強度的基礎。另外在結構參數的選擇時，設計師還應該結合工程實際情況，充分考慮地理環境和氣候的影響，將這些因素增加鋼結構的承載能力要求必須作為設計的依據之一。

2.設計中考慮剪切力的分布

現代化的工程項目中不再是傳統的橫平豎直結構，很多彎曲面的設計或者斜柱的設計已經更加廣泛的沖擊著人們對工程項目外觀的認識。從結構設計的角度來講，這樣的結構需要承受與傳統結構不同的剪切應力，那么在設計時就應該結合結構外形特點，進行合理的受力分布，取得更好的結構穩定性，防止鋼結構變形帶來質量安全問題。

3.適當分配柱體和梁結構受力

鋼結構設計需要通過總體結構考量受力設計，不能簡單將受力集中設計在結構某個位置，對于柱體和梁的受力更應該進行平衡，主要考慮水平載荷出現突然增加而導致的鋼結構變形失效，那么對與受力設計時就應該提前將這種極端情況考慮到設計要求中，不能將受力集中在鋼結構的柱體上，還應該加強梁在橫向剪切應力的承受能力。這樣就能夠在不同方向受力時加強鋼結構的抗變形能力，尤其在出現地震等危險的情況時，鋼結構還能夠保持良好的穩定性，這樣才能夠保證工程項目的結構穩定性。

三、目前鋼結構設計中存在的問題

雖然鋼結構在工程中的已經得到了很多應用，但是還有很大的提升空間，對于建筑結構的影響還存在一些需要改變的問題。在鋼結構的設計上還存在一些實踐性問題。實際上鋼結構的強度受到材料和力學性能以及初始輸入量即安裝的受力影響，這些都會導致鋼結構變形量的變化。而現在的鋼結構設計有很多參數的輸入和選擇都只能根據現有的工程施工設計經驗，并沒有更加科學和準確的理論推倒，那么一旦結合了工程實際情況的不同，偏差量就會增大，嚴重影響了鋼結構穩定性的保持，經常會導致實際工程中的鋼結構強度無法長期滿足工程設計參照的要求。這種實際工程的經驗參數給鋼結構設計工作帶來的偏差問題還體現在其它方面，工程施工過程中還面臨一種關于大跨度的施工內容，這樣對整體結構的和局部結構之間如何形成總體穩定性能十分困難，那么設計依據工程經驗的話必然造成穩定性系數降低。還有一點就是鋼結構中柱體承力和梁承力的平衡關系，這兩個部分是更結構的主體，因此兩者的承力情況直接關系到鋼結構的穩定性，需要在設計中加強。

四、鋼結構設計中避免變形的有效途徑

1.根據安全設計原則選擇合適的基礎

為了避免鋼結構的變形那么在鋼結構設計時就要有一個扎實的基礎，因為任何工程項目除了結構是安全的保障，地基將是保證質量安全的基礎。鋼結構設計需要結合地基的特點再進行鋼結構主體設計，這樣當建筑結構設計時應該是讓地基結構跟鋼結構之間相互配合，共同達到較高的工程穩定性效果。這樣的設計前提是地基從設計到施工能夠有完善的質量保證，這也是鋼結構穩定性發揮的基礎。

工程基礎的設計依據工程項目的規模，這里項目高度、承重都是重要的影響，此外在科學選擇工程基礎類型時，還需要結合工程所處位置的地理條件，對施工進行合理安排，防止由于施工技術影響工程基礎的施工質量，對于有些工程的地下設施結構會對整體結構強度有很大的影響，那么在進行基礎設計時就應該對地下室隔間進行科學合理的設計以提高工程穩定性。

2.進行多手段的優化設計

實際上現有的工程項目中鋼結構的應用還利用了很多經驗參數，主要源于我國的鋼結構設計理論發展的落后，現代化計算機技術的發展給予設計人員更多的支持和幫助，提高了鋼結構設計的效率和精度，但是在實際的項目實施過程中，難免遇到工程變更，這些與設計方案之間的差異性必須能夠繼續保障鋼結構穩定性能，那么設計時就應該將這種可能的變更考慮到計算中，即使發生了參數的調整，可以對整體結構的性能不會產生破壞性影響，或者能夠通過其它不關鍵參數的改變而實現。

3.關注結構材料的選擇

鋼結構在防火方面還應該通過與其它材料配合才能夠實現較好的效果，這也說明了鋼結構材料的選擇對其性能會產生很大影響。因此在不同結構組成的部件中對材料參數和加工技術都區別要求，這樣才能夠實現較好的結構強度，在進行計算機軟件設計時也應該有所區分達到更高精度的計算效果。

結束語：

通過本文的分析可以看出，在我國經濟發展推動下的工程建設發展對鋼結構有著巨大需求，鋼結構作為一種安全質量水平較高的新型材料成為工程設計界的新寵，為了鋼結構更長遠的發展，需要加強對結構強度的設計能力，其中較為關鍵的變形問題需要設計中進行充分的考慮，為鋼結構在工程中的應用奠定更加扎實的基礎，使我國建筑結構建設水平提升一個新高度。

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