鋼結構設計工作中的心得及感悟

劉冠

摘 要：隨著國家經濟水平的不斷提高，鋼結構房屋越來越多，廣泛應用于工業和民用建筑中，如工業廠房、大型倉庫、體育場館及多、高層民用鋼框架房屋等。筆者通過近年來的設計心得，對鋼結構設計中應注意的幾點問題進行簡要的分析和討論，供鋼結構設計同行參考。

關鍵詞：鋼結構；結構設計

0.引言

隨著國家經濟水平的不斷提高，鋼結構房屋越來越多，廣泛應用于工業和民用建筑中，如工業廠房、大型倉庫、體育場館及多、高層民用鋼框架房屋等。筆者通過總結多年的設計心得，對鋼結構設計中應注意的幾點問題進行簡要的分析和討論，供設計同行參考。

1.設計時鋼材、焊縫質量等級的正確選用

在鋼結構設計文件中，應當注明所用鋼材的質量等級（包括相適應的焊接材料型號），并對焊縫質量提出質量等級要求。鋼結構房屋所使用的鋼材應當具有抗拉強度、屈服強度、伸長率、冷彎試驗和硫、磷含量的合格保證；對于焊接鋼結構，尚應具有含碳量的合格保證。在地震區，鋼結構所使用的鋼材，除了具有上述合格保證外，《建筑抗震設計規范》（GB5001l-2001）還要求它們具有沖擊韌性的合格保證。為保證結構有必要的安全儲備和足夠的塑性變形能力，《建筑抗震設計規范》（GB5001l-2001）還對鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值、伸長率的限值和良好的可焊性等物理力學指標做出了明確的規定，并要求寫入設計文件中。通常，鋼結構的主要受力構件宜采用Q235B 及以上等級的碳素結構鋼和Q345B 及以上等級的低合金高強度結構鋼。不建議使用質量等級為A 級的鋼材，原因是這種類型的鋼材不保證沖擊韌性和延性性能，Q235A級鋼材還不保證焊接要求的含碳量限值。在鋼結構中，焊接連接已成為鋼結構連接的最基本方法，焊縫質量的好壞直接影響到結構安全，所以應當根據結構或構件的重要性和受力性能及焊縫的受力情況，確定焊縫的質量等級。一般來說，板材的對接焊縫，承受動力荷載構件（如吊車梁）的較重要的焊縫，需作疲勞驗算的焊縫，以及須與鋼材等強的受拉、受彎對接焊縫（如框架梁、柱及其連接節點的對接焊縫，工字形截面與其端板的對接焊縫），其焊縫應采用坡口全熔透對接焊縫，其焊縫質量等級不得低于二級。其他部位的焊縫，一般均可采用角焊縫。角焊縫由于應力集中現象嚴重，內部探傷亦很困難.其焊縫質量等級一般只能是三級，其中某些重要角焊縫可允許要求其外觀缺陷符合二級的要求。

2.門式鋼架房屋的溫度區段內應按規范設置獨立的空間穩定支撐體系

（1）應將屋面橫向水平支撐和柱間支撐布置在同一跨間內，形成獨立的空間支撐體系，既利于抗震，又給施工安裝帶來方便。

（2）將屋面橫向水平支撐設在端部第二個開間的同時，應在端跨相應位置設置剛性縱向系桿，使山墻的風荷載等水平力能可靠傳遞。

（3）屋面支撐的布置應與山墻抗風柱的位置相協調，使抗風柱的柱頂反力能直接傳到屋面橫向支撐的節點上，使山墻處屋面系統受力簡單化，從而保證結構的安全。

（4）屋面橫向水平支撐的直腹桿（包括屋脊處和柱頂處）應按剛性系桿考慮。采用檁條兼做時，應對檁條的剛度和承載力進行驗算。否則，檁條很難起到剛性系桿作用，因為常用的Z 形或C 形冷彎薄擘型鋼檁條側向剛度很差，直接影響到房屋的縱向受力和傳力性能。當檁條無法起到剛性直腹桿的作用時，通常應在屋脊處、柱頂處以及屋面設置橫向水平支撐直腹桿，在剛架斜梁間設置鋼管、H 型鋼或其它截面形式的剛性桿件，以保證房屋縱向結構安全可靠地工作。在剛架轉角處（邊柱柱頂和屋脊，以及多跨房屋相應位置的中間柱柱頂）的剛性系桿應沿房屋全長設置。

（5）屋面支撐和柱間支撐當采用柔性圓鋼拉條時，宜設張緊裝置（如花蘭螺栓），當荷載較大時，柔性圓鋼拉條宜改為型鋼。

3.實腹式門式剛架應按規范設置隅撐

在檁條或墻梁與剛架的連接處，在斜梁下翼緣的受壓區或剛架柱內側翼緣的受壓區，至少每隔一根檁條或墻梁應設置按受壓構件設計的隅撐，將檁條或墻梁與翼緣受壓區直接連接起來。采用雙層屋面板時亦應設置隅撐。值得設計人員注意的是，隅撐雖小，但作用很大，它是用來保證斜梁下翼緣或剛架柱內側翼緣受壓穩定的重要措施。如果工程未按規范要求設置隅撐，或者設置得很少，或者設置得不當.這都將影響剛架的整體穩定性，危及結構的安全。

4.壓型鋼板輕型屋面拉條的合理設置

對于有檁體系的壓型鋼板輕型屋面，為了減少檁條在使用階段和施工過程中的側向變形和扭轉，通常在檁條間要設置拉條和撐桿作為檁條的側向支點，以保證檁條的側向穩定。拉條按拉桿設計，撐桿按壓桿設計。拉條和撐桿不大，但作用不小，設計人員必須十分重視。

5.樓面結構設計

（1）鋼結構房屋和混凝土結構房屋由于材料性質不同。溫度伸縮縫區段長度差別很大。例如現澆混凝土框架結構房屋。溫度伸縮縫區段長度最大為55m，鋼框架結構房屋。溫度伸縮縫區段長度約為120mm。為了防止或減輕混凝土樓板開裂.鋼框架結構房屋采用現澆混凝土樓板時，原則上仍應按混凝土結構的要求留設溫度伸縮縫。只有當采用設置施工后澆帶和其它減小混凝土溫度變化或收縮的可靠措施時，才可以適當增大溫度伸縮縫區段長度。

（2）壓型鋼板組合混凝土樓板，除了按計算（并滿足構造要求）在鋼梁上焊接栓釘外，為了保證混凝土和壓型鋼板共同工作，它們之間應有連接措施。其連接措施可以依靠壓型鋼板的縱向波槽或依靠壓型鋼板上的壓痕、開的小洞或沖成的不閉合孔眼，也可以依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋。由于產品規格的限制，目前國內帶縱向波槽的壓型鋼板和帶壓痕或開小洞的壓型鋼板不多。所以，當無法采用上述這兩種板型時，要實現壓型鋼板和混凝土的連接，可在壓型鋼板上焊接橫向鋼筋。

結語：

以上就是筆者從事鋼結構設計中的一些心得及感悟，把它講出來希望與同行們相互交流共同進步。