鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的應(yīng)用分析

李建華

（河南省中原石化工程有限公司 河南省濮陽市 457000）

前言

鋼結(jié)構(gòu)本身比混凝土結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)等具有良好的優(yōu)勢，它的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在材料的性能方面，還體現(xiàn)在力學性能方面。從目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展來看，它的功能不再限于是一種結(jié)構(gòu)工具，而是成為一種中介，在一定的性能系數(shù)下可以在建筑中發(fā)揮出獨特的作用，為優(yōu)化建筑的質(zhì)量提供保證。因此，加強鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的應(yīng)用分析顯得十分重要。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計概論

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要從物理特性和經(jīng)濟性方面進行判斷：①經(jīng)濟方面，把鋼結(jié)構(gòu)運用到施工建設(shè)中，可以在很大程度上節(jié)約施工的成本。②物理特性，為了保證鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，質(zhì)量和施工質(zhì)量，要盡量提高其物理承受力，結(jié)合其體系特點、荷載性質(zhì)和分布特征來進行綜合性分析。通常情況下，不僅要保證力學模型的清晰度以及剛度的均勻程度，還要保證柱間扛側(cè)支撐的分布均勻。

鋼結(jié)構(gòu)之所以在建材市場占據(jù)較大的比例，受到很多施工單位的重視，主要有以下三個方面的原因：①鋼材質(zhì)地均勻。一定應(yīng)力條件下，鋼結(jié)構(gòu)由于受力而產(chǎn)生的實際彈性和力學計算中的理想數(shù)據(jù)最為接近，無論是材質(zhì)還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)都很穩(wěn)定。②鋼材強度比較大。和一般的建筑材料相比，鋼材的強度大，抗震性好，如表1所示。另外，鋼材的體積比較小，在建筑施工時，可用面積大。鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，自身重量小，遇到突發(fā)的自然災(zāi)害時能夠減輕建筑物的重量，還能使整個工程造價降低。③鋼材和其它的鋼筋材料不同，它的可塑性很強，不會因為載重問題出現(xiàn)折斷的情況，這也和鋼材內(nèi)部對外來作用力的合理分配和對應(yīng)力平衡的把握有關(guān)。

表1 鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震等級

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的優(yōu)勢

2.1 優(yōu)良的塑性和韌性

剛結(jié)構(gòu)優(yōu)良的塑性和韌性具體表現(xiàn)在：建筑在出現(xiàn)超載嚴重或者負載的情況下，鋼結(jié)構(gòu)能夠重新分配作用力，減少建筑的應(yīng)力變化幅度，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。這一性質(zhì)也使得鋼結(jié)構(gòu)建筑在抗震方面表現(xiàn)出良好的優(yōu)勢。在地震發(fā)生時，鋼結(jié)構(gòu)建筑可以通過本身發(fā)生的彈性和塑性形變，吸收一定程度的地震破壞力，從而達到抗震目的。和多種建筑材料相比之下，鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震性優(yōu)勢最為明顯，效果最好。

2.2 鋼材料質(zhì)地均勻

鋼材料自身的材料性能和其在力學計算方面的假定符合度很高。另外一方面，鋼材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和各項同性最為接近，材料自身波動范圍很小，其彈性在所有的建筑材料中是最為理想的，與此同時，其在一定受力范圍內(nèi)，屬于完全彈性材料，實際受力和工程力學的計算結(jié)果符合度高，所以優(yōu)勢很明顯。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑中造價低

當前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計也逐漸應(yīng)用到高層建筑中，其推廣應(yīng)用不僅降低了投入成本，而且提高建筑的可靠性和安全性，有利于提高收益。相比于鋼筋混凝土用在高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的總成本更低，并且其質(zhì)量也比鋼筋混凝土要輕很多，因此運輸費用就相對較低。鋼結(jié)構(gòu)的使用在一定程度上也可以縮短工程時間，減少人工費和其他因為工期而支付的費用。所以，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑中具有良好的造價優(yōu)勢。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)建筑所需的施工時間更短

顯然，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和其他類型的建筑工程相比，其受氣候和環(huán)境等外界條件的影響比較小。鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)加工是在工廠內(nèi)部完成的，加工完后直接送到建筑場所組裝即可完工。這就意味著其施工周期比其它類型的建筑施工周期短，對施工場所的周圍環(huán)境影響也小，完全符合國家關(guān)于文明施工的要求。并且，鋼結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)屬于自動化，這在很大程度上降低了人工成本，為企業(yè)經(jīng)濟效益的提高做出很大貢獻。

3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑中的缺點

3.1 質(zhì)量問題

鋼結(jié)構(gòu)在專業(yè)的綜合項目設(shè)計中存在較多的設(shè)計任務(wù)，因此它的設(shè)計費用比較高，相對來說在人力資源方面開銷也比較大。另外受很多因素影響，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程比較麻煩，完成度不高。某些設(shè)計單位甚至不愿意接受鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，甚至會出現(xiàn)一些單位把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作承包出去的情況。進行設(shè)計的單位，由于缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計出的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量不高，導(dǎo)致建筑行業(yè)設(shè)計市場出現(xiàn)混亂的狀況。另外，我國建筑行業(yè)并沒有對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)制定出對應(yīng)的法律規(guī)范和監(jiān)督機構(gòu)，使得鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量問題頻發(fā)。

3.2 設(shè)計方案不夠完善

鋼結(jié)構(gòu)本身由于設(shè)計成本比較高，所以其設(shè)計和承接往往是分包進行的，這就意味著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的深度在一定程度上降低了。一些設(shè)計不能符合原來的設(shè)計要求，柱角設(shè)計出現(xiàn)錯誤。通常來說，柱腳的設(shè)計類型分為三種：埋入式、外露式和外包式。民宅設(shè)計中通常使用外露式的設(shè)計。底板的塑性變形和彈性往往決定了柱腳的剛度，設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)會隨著地板的變形而發(fā)生形變，設(shè)計人員要對這些問題充分進行考慮，并對結(jié)構(gòu)內(nèi)力進行分析，否則會使柱腳節(jié)點受到破壞，從而使整個建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞。

3.3 實際施工中防腐防銹處理不當

眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)最大的缺點便是易銹蝕。因此，在對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時要進行防腐防銹設(shè)計，并設(shè)計出具體的施工方案。但是，在實際施工中，某些施工單位為了降低防腐防蝕的投入成本，不按設(shè)計的要求對鋼結(jié)構(gòu)進行防腐防銹處理，甚至出現(xiàn)偷工減料的情況，使得鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過早銹蝕的問題，需要反復(fù)維修，造成實際成本的提高。或者由于沒有對鋼結(jié)構(gòu)及時進行防銹處理保護，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)使用壽命減短。

4 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的特點

把鋼結(jié)構(gòu)用于建筑施工中可以提高整體建筑的質(zhì)量水平。特別是針對目前的城鎮(zhèn)化建設(shè)，要對施工的每一個環(huán)節(jié)進行重視，從而提高整個建筑行業(yè)的施工水平。前面已經(jīng)提到，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑施工中的應(yīng)用體現(xiàn)出很多優(yōu)勢。從設(shè)計思想方面來講，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)以及磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大不同，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計主要體現(xiàn)出設(shè)計者的創(chuàng)意性，是柔性設(shè)計思維的體現(xiàn)，因此鋼結(jié)構(gòu)在形變方面要求很高，這也體現(xiàn)出其設(shè)計特色。

另一方面，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑結(jié)構(gòu)中荷載的反應(yīng)要求高，因此需要對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中所用到的材料選擇進行重視。高強度、輕質(zhì)量的材料，對于整個建筑質(zhì)量的減輕起到至關(guān)重要的作用。還要對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑的荷重進行控制，對比各種施工材料的強度，鋼結(jié)構(gòu)的強度最大，同種荷載條件下，鋼結(jié)構(gòu)的截面是最小的。

5 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點

對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點，要從以下兩個方面分析：①現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計施工過程中對細節(jié)的重視程度。②現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在施工前期的充分規(guī)劃。以下是詳細的分析和闡述：

（1）現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計施工中對細節(jié)十分重視。鋼結(jié)構(gòu)最主要的特點就是把各種各樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過一定的力學方式連接起來，這就使得施工過程中存在較多的結(jié)構(gòu)件的連接點。任何一個設(shè)計的品質(zhì)都取決于細節(jié)的設(shè)計，當然鋼結(jié)構(gòu)也一樣。所以要想保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量和品質(zhì)，需要專業(yè)的設(shè)計人員從細節(jié)入手，把連接點的這些小細節(jié)設(shè)計到位，同時還要保證整個結(jié)構(gòu)件的功能和穩(wěn)定。

（2）現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計前期就已經(jīng)進行了充分的規(guī)劃。在對建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，一定要充分考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工的實用性。不僅要考慮到鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，還要對結(jié)構(gòu)施工的可行性方面進行充分策劃。雖然說在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，藝術(shù)性占據(jù)很重要的位置。但要認清，剛結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性才是保證整個工程的重中之重。在設(shè)計過程中要嚴格遵守建筑工程的設(shè)計標準和設(shè)計原則。

6 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)因其自身良好的特性在我國建筑行業(yè)中得到越來越廣泛的推廣應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)不但能夠使建筑周期減短、降低施工成本，還具有良好的環(huán)保性和抗震能力，這些性質(zhì)不僅符合國家可持續(xù)發(fā)展的要求，也充分保證了整個建筑工程的安全性和可靠性，有助于企業(yè)的未來發(fā)展。不難看出，鋼結(jié)構(gòu)在未來的建筑領(lǐng)域?qū)紦?jù)很大市場，要加大對鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的推廣，從而促進我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展。

[1]黃首贊.鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中存在的問題分析[J].低碳世界，2015（08）：189～190.

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