淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計方法及其設(shè)計要點

王楊 甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計方法及其設(shè)計要點

王楊 甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于鋼結(jié)構(gòu)工程具有空間跨度大、造價低、結(jié)構(gòu)性能突出、安裝便利等特征，使得鋼結(jié)構(gòu)工程在現(xiàn)代高層建筑工程建設(shè)中應(yīng)用越來越普遍，因此為了保障其安全使用，必須加強對其設(shè)計進(jìn)行分析。本文闡述了建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計要求，對建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計方法及其設(shè)計要點進(jìn)行了探討分析。

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程 設(shè)計要求 設(shè)計方法 設(shè)計要點

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計要求的分析

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的要求主要表現(xiàn)為：

1.伸縮縫設(shè)計要求分析。溫度會引發(fā)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程形變，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此需要設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的設(shè)置有兩種：一種是橫向設(shè)置溫度縫，另一種是縱向設(shè)置溫度縫，選擇哪一種設(shè)置則根據(jù)具體建筑設(shè)計情況而定。

2.保溫隔熱與防火設(shè)計要求分析。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的導(dǎo)熱性能特別好，當(dāng)其處于不同溫度的環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強度和塑性都會有所變化，大致分為四個層次：一是受熱溫度在100℃以上；二是受熱溫度在100～250℃之間；三是受熱溫度在250～500℃之間；四是受熱溫度在500℃以上，并且在這四個溫度區(qū)間鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強度和塑性會發(fā)生不同的變化，隨之對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。鋼結(jié)構(gòu)防火方法：設(shè)置防火墻、防火門；設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)；獨立水幕；設(shè)置防火帶。

3.防腐設(shè)計要求分析。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的鋼材主要組成部分是鐵、氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵以及其他化合物，其中有些物質(zhì)暴露在空氣中時就會被空氣氧化還原發(fā)生質(zhì)變。所以當(dāng)空氣中有腐蝕性介質(zhì)或者鋼構(gòu)件處在潮濕環(huán)境下而未對鋼結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)保護(hù)措施時，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的銹蝕就會愈加明顯，嚴(yán)重時甚至使鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)發(fā)生大的形變。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程常用的設(shè)計方法

常用的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計方法主要有：

1.容許應(yīng)力法。其設(shè)計原則表現(xiàn)為：其結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力應(yīng)小于結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計所規(guī)定的容許應(yīng)力。對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算應(yīng)力要按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)荷載，計算是以一階彈性理論而得到，是以一個去除材料并大于1的安全系數(shù)的極限應(yīng)力或是屈服應(yīng)力而確定。

2.極限狀態(tài)法。其主要是為了克服塑性設(shè)計法和容許應(yīng)力法所存在的缺陷，這種方法主要是采用荷載分項系數(shù)和抗力來替代單一安全系數(shù)。目前，極限狀態(tài)法以是我國最常用的設(shè)計方法。其結(jié)構(gòu)由于荷載的作用，可在一定的周期內(nèi)達(dá)到兩種極限狀態(tài)，第一種是正常使用極限狀態(tài)，第二種是承載能力極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)所對應(yīng)的是結(jié)構(gòu)的安全性，主要是指構(gòu)件的塑性變形、斷裂等造成的結(jié)構(gòu)破壞。

3.塑性設(shè)計法。其主要是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性性質(zhì)和強度要高于標(biāo)準(zhǔn)荷載的構(gòu)建乘以安全系數(shù)，在構(gòu)建內(nèi)力結(jié)構(gòu)分析中一般采用鋼塑性分析法或是一階塑性分析法。塑性設(shè)計法的主要優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性后允許進(jìn)行內(nèi)力的重分布，但必須要求其構(gòu)件和結(jié)構(gòu)能有足夠的延性。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計要點的分析

（一）某建筑鋼結(jié)構(gòu)工程概況

某工程為高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓，地下1層，地上13層，高度42m。負(fù)一層為停車場，層高4.5m；第一層為商鋪，層高3.8m；頂層為電梯機房。采用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。

（二）結(jié)構(gòu)平面的合理布置及地下室與基礎(chǔ)設(shè)計分析

該建筑鋼結(jié)構(gòu)工程平面布置比較規(guī)則，核心筒布置居中，以確保結(jié)構(gòu)有足夠的剛度。為了解決首層核心筒抗剪承載力不足問題，減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的作用，在首層的上部斜桿支撐位置設(shè)置一道剪力墻，厚度為250mm。地下室和基礎(chǔ)設(shè)計結(jié)合本工程的特征，由于項目地質(zhì)條件優(yōu)越，因此淺基礎(chǔ)持力層為建筑室內(nèi)地面以下2m左右，而深基礎(chǔ)的土層埋深為建筑室內(nèi)地面以下8m左右。

（三）構(gòu)件設(shè)計要點分析

主要表現(xiàn)為：

1.樓面體系。對于高層住宅鋼結(jié)構(gòu)樓板而言，可以采用兩種樓蓋，即壓型鋼板組合樓蓋和普通鋼筋混凝土樓蓋。本工程樓板采用100、120mm厚鋼筋混凝土，樓板通過鋼梁與抗剪栓釘?shù)倪B接，組成住宅鋼結(jié)構(gòu)樓蓋。地下室頂板采用鋼筋混凝土樓板，厚度為180mm，其框架梁采用鋼骨混凝土梁、次梁采用鋼筋混凝土梁。屋面梁采用軋制H型鋼。

2.鋼管混凝土框架柱?；诒咀≌瑯遣捎娩摽蚣?混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)優(yōu)選鋼管混凝土柱，其具有對外圍鋼管起到一定的約束作用，并使混凝土處于受壓狀態(tài)，這樣不僅提高了混凝土抗壓強度，而且使得混凝土的破壞特征具有一定的塑性，混凝土發(fā)揮了鋼材的強度，對外圍鋼管的局部屈曲起到了限制。本工程采用Q345B鋼管混凝土柱，其鋼管型號有350×10，350×8兩種；強度等級為C40。

3.鋼骨混凝土剪力墻。結(jié)合建筑整體計算，本住宅樓每幢1～4層的鋼筋混凝土樓面鋼梁與核心筒交接處以及核心筒四角應(yīng)設(shè)置鋼骨混凝土柱。而按照構(gòu)造要求，5～13層鋼梁與核心筒交接處應(yīng)設(shè)置鋼骨混凝土柱。

（四）鋼結(jié)構(gòu)工程節(jié)點設(shè)計要點分析

主要表現(xiàn)為：

1.柱腳節(jié)點設(shè)計要點分析。鋼管混凝土柱采用外包式柱腳，且確保外包鋼筋混凝土高度與地下室層高保持一致。通過抗剪栓釘將一部分鋼管柱軸壓力傳遞給外包鋼筋混凝土，通過柱腳底板將一部分傳遞到基礎(chǔ)底面。2.框架梁、柱節(jié)點設(shè)計要點分析。對于本工程受力較大的框架梁、柱節(jié)點而言，應(yīng)采用帶懸臂梁段的節(jié)點形式，并確保懸臂梁段長度是梁高的兩倍。而對于未支撐次梁的框架梁的翼緣采用對接焊縫連接，框架梁、柱節(jié)點處及梁翼緣上下500mm的范圍內(nèi)的焊縫都采用對接焊縫方式。

四、結(jié)語

綜上所述，目前鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用范圍日益廣泛，其不僅用于輕鋼結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)，更多的應(yīng)用于高層建筑中，與混凝土相比，其具有自重輕、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的優(yōu)點，因此其設(shè)計進(jìn)行分析具有重要意義。

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[3]葛玉芹.探究建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].中國科技博覽，2015（25）.