建筑鋼結構工程設計中的要點分析

曾宇斌

摘要：近些年來，隨著我國建筑行業的不斷發展，為鋼結構的設計與應用提供了較好的發展機遇，使鋼結構設計成為當前研究的熱點問題。作為一種通過鋼材進行加工制作的結構，鋼結構一直以來都是建筑結構中十分重要的類型之一。文章重點從鋼結構的設計入手，對設計要點進行分析，希望能為鋼結構的設計提供指導和借鑒。

關鍵詞：建筑鋼結構；結構設計

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—163—02

前言

隨著我國建筑的不斷發展，采用傳統的混凝土結構已經無法滿足建筑結構的多元化需求，鋼結構作為一種特殊的建筑結構之一，不僅能夠彌補傳統混凝土結構的種種弊端，還具有結構構件較輕、施工周期較短、布置靈活方便等優勢，因此，在建筑工程中得到了廣泛的推廣和應用。

1鋼結構設計規定及設計所涉及的規范，規程設計規定

1.1設計中要標明鋼材的強度等級、高強度螺栓連接摩擦面的要求

一般來說Q235和Q345B等級是比較通用的鋼材，大多數時候考慮到工程現場管理方便，在主結構上會采用一種鋼材等級，但是從經濟的角度來考慮，有的截面組合形式應該采用不同強度等級的鋼材，如格構柱的肢件可采用Q345B的H型鋼，綴條、綴板可采用Q235的鋼板或型鋼。在連接摩擦面的高強度螺栓經過表面處理后，需要符合以下標準，第一，連接摩擦面需要保持清潔干燥，并且不能有毛刺飛邊、焊接飛濺物，以及焊疤、氧化鐵皮和污垢等不良情況；第二，需要在表面處理過程中，采取一定的保護措施，來保護處理后的連接摩擦面，并且不能在連接摩擦面上，標注任何標記；第三，如果需要對連接摩擦面進行生銹處理，那么需要在安裝前，采用細鋼絲刷，在垂直于構件的方向，正確刷除表面上的浮銹。

1.2設計中構件的計算

鋼梁的抗剪強度應按彈性設計；鋼梁的撓度計算時采用荷載標準值，可不考慮螺栓孔引起的截面削弱；鋼梁腹板應采用加勁肋來加強它的局部穩定性。一般情況下，通過限制制板件的寬厚比，可以確保鋼梁翼緣的局部穩定性。一旦在受壓翼緣長度L與其寬度B的比值，超過了標準所規范的限值，就需驗算鋼梁的整體穩定性，使其滿足構件寬厚比以及高厚比的要求。尤其是需要在設計中，考量截面塑性的發展，以及在塑性設計時，按照更嚴格的要求進行；在計算單角鋼受壓構件長細比時，需要利用到角鋼的最小回轉半徑，而不是單純的借助角鋼平行軸的回轉半徑數據；例如鋼柱等軸心受壓構件設計，需根據要求的規范標準，計算出其剪力多少：在設計桁架時，桁架腹桿的平面內、外的計算長度，不能隨意取其幾何長度，應按規范要求來全方位的考量。

1.3設計中構件間的連接

在連接的構件中，針對普通螺栓等構件，都有相應的防松動要求，需要采用有防松動裝置的雙螺母或者彈簧墊圈等，也可以采用人工方法，將螺栓外露絲扣鑿毛或將螺母與外露螺栓點焊；根據鋼結構的規范標準，在抗震要求方面，需要采用摩擦型的高強螺栓，而在連接極限承載力計算時，需要考慮螺桿與孔壁的接觸情況：建議在構件直接承受動力荷載之時，不要使用承壓型高強螺栓：如果是鋼柱和鋼梁的剛性連接，需要進行鋼柱腹板在鋼梁翼緣范圍內的節點域計算；節點連接板在拉力和剪力的作用下，需要驗算其強度；與此同時，鋼梁端支座處的底板厚度也需要計算，鋼柱底部與柱底板的角焊縫也需要進行計算，為構件連接帶來安全性保障。

2鋼結構穩定設計時應注意的問題

2.1構件的布置，需要考量整個鋼結構體系及局部的穩定性要求。目前，鋼結構設計一般要按照平面體系進行設計，例如門式剛架，以及框架等。為了確保平面結構不出現平面外失穩問題，建議從結構整體布置設計，來解決問題，如增加支撐構件等。

2.2在設計單層或多層框架結構之時，一般不需要進行框架穩定性的分析，只需要計算框架柱的穩定性即可。在柱的平面外計算長度系數，需要借助框架整體穩定性進行分析，使柱的穩定計算與框架穩定計算等效。

2.3設計結構的細部構造與構件穩定計算應保證一致，這也是鋼結構設計中需要注意的問題。節點連接處要求能傳遞彎距時，應有足夠的剛度和柔度：設計桁架節點時應盡量減少桿件的偏心；在涉及結構穩定性能時，設計構造方面需要滿足不同強度的要求以及特殊要求，例如簡支梁的抗彎強度等。不動鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內轉動，但這不能確保梁整體的穩定性情況，所以不動鉸支座，還需要能夠阻止梁繞縱軸扭轉，并允許梁在平面內轉動和梁端截面自由翹曲，以符合穩定分析的條件。

3鋼結構建筑的設計要點分析

3.1鋼結構建筑節點設計要點分析

鋼結構建筑結構體系與傳統建筑結構體系最大的區別在于節點設計，鋼結構建筑節點設計直接關系到建筑設計的成敗。鋼結構建筑的許多節點都是露明的，露明的節點與中國傳統木結構建筑的榫卯結構相似。通過對鋼結構建筑的節點進行合理的設計，能夠顯示鋼結構建筑特有的結構美感。為了滿足鋼結構建筑的防火需求，一些設計時在進行節點設計時輔以一定的防火設計，例如用防火板材封閉節點或者涂抹防火涂料等，防火板材將鋼結構特有的節點封閉起來，會影響鋼結構節點結構美的體現，涂抹防火涂料既能夠體現鋼結構節點的美感，又能夠起到防火的作用，并且還能夠保持鋼格連接節點的特點，應該進一步的推廣和應用。

3.2預估截面設計要點分析

鋼結構布置完成之后，應該對截面進行預先估算，主要根據是梁柱斷面狀況以及梁柱的大小，根據截面進行仔細的設計。首先，鋼結構的梁通常采用H型鋼、軋鋼、槽鋼的截面，通過分析支座與荷載，截面的大小介于跨度的2—5之間；其次，鋼結構的柱截面應該按照長細比進行預估，通常狀況下，其范圍應該控制在50—150單位之間，在初步選值時應該將其控制在100單位左右，柱截面的大小應該根據受力狀況確定，選擇合適的軋鋼或者槽鋼；再者，輕型鋼結構與普通鋼結構設計之間存在很大的差別，為了保證每一個構件能夠充分的發揮性能，應該根據具體狀況設計輕型鋼結構，同時利用高科技作業，保持強弱軸方向的正確性，以此降低鋼結構的受力和變形。

3.3地基結構設計要點分析

地基結構設計時鋼結構建筑結構設計的重點，鋼結構過程中應該注意以下要點：在進行地基結構設計之前，應該對施工現場的水文地質條件、分布狀況、荷載大小、建筑物體型等狀況進行調查，并根據施工現場的實際狀況，設計基礎形式；在進行框架結構設計時，為了增加基礎結構的整體性，應該采用交叉梁條地基結構。

3.4網架結構設計要點分析

鋼結構建筑經常遇到網架結構，建筑設計師需要將下部結構與網架結構分開計算和分開設計。首先，假設網架支座剛度無限大，支座剛度相同，然后計算支座反力，然后再傳遞至下部結構。通常狀況下，下部結構為梁、柱等，不僅剛度大，而且差別相對較大，和計算建設剛度無限大相違背，計算的網架內力、支座反力與實際狀況存在很大的差異，因為網架內力與反力分配和剛度大小存在密切的關系，網架與下部結構分開計算，導致結果存在較大的誤差。但是，在現實應用的過程中并沒有出現工程事故，原因是鋼網架結構為高次超靜定空間結構，并且鋼材具有良好的彈塑性，不會導致桿件破壞或者斷裂，不至于出現工程事故。

3.5鋼材焊接要點

鋼材焊接施工是鋼結構的重點，如果焊接施工出現問題，將會影響鋼結構施工質量。因此，在進行鋼材焊接施工時，應該將焊接部位徹底清理干凈，按照焊接施工相關規定保管和存放鋼材，高度重視氣孔部位施工，避免在焊接施工的過程中出現裂縫。

3.6鋼結構構件設計要點

鋼結構構件設計要點主要包括以下幾個方面：首先，做好材料選購工作，需要創建一套健全的材料采購監督體系，以此保證設計材料的質量；其次，為了防止在施工的過程中出現技術問題、質量問題，應該選聘綜合素質高的技術人員和施工人員，并加強對設計人員和施工人員的培訓和再教育，為鋼結構構件施工質量奠定可靠的技術保障。

4結語

現代鋼結構設計是一個復雜的系統工程，在設計的過程中應該嚴格控制各個設計要點，并不斷的改進和創新設計方法，提高設計水平和效率。同時，鋼結構建筑設計師應該在實踐的過程中不斷的探索和積累經驗，以此保證鋼結構建筑設計的科學化、規范化以及標準化，實現現代鋼結構建筑行業的健康、穩定、可持續發展。