建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)

劉錦華

（福建省榮德勝建設(shè)發(fā)展有限公司， 福建 南平 353000）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)帶來了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大幅度發(fā)展，隨著建筑市場(chǎng)的日益擴(kuò)張，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈。建筑鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑行業(yè)運(yùn)用較為廣泛的一種新型建筑模式，對(duì)于我國建筑工程的工作者來說，把握建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的各方面要點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)工業(yè)與工藝的技術(shù)融合、提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，對(duì)我國的建筑行業(yè)有著非常關(guān)鍵的積極意義。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)概述

1.1 什么是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)

在建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)指的是通過對(duì)鋼板材料進(jìn)行焊接、冷軋等工藝加工，使鋼板材料變成建筑施工所需要的鋼型。經(jīng)過加工的鋼結(jié)構(gòu)通常有重量較小、占用空間較小的輕型鋼結(jié)構(gòu)和自重較大、占用空間跨度大的重型鋼結(jié)構(gòu)兩種類型，但無論是哪一種鋼結(jié)構(gòu)建筑施工形式，其整體重量都遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。相對(duì)于較為傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，鋼結(jié)構(gòu)具有節(jié)省成本、施工難度降低、穩(wěn)定性較強(qiáng)、性能更好、節(jié)能環(huán)保等方面的特點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)現(xiàn)代建筑業(yè)和現(xiàn)代鋼材制造的發(fā)展都有著非常重大的影響[1]。

鋼結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)有著許多優(yōu)勢(shì)，但對(duì)建筑行業(yè)的科學(xué)技術(shù)含量上要求較高，尤其是在建筑工程設(shè)計(jì)和建筑施工方面，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃，并結(jié)合項(xiàng)目本身的實(shí)際情況，準(zhǔn)確把握工程要求，嚴(yán)格按照規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，以保證施工效率和建筑質(zhì)量。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)分析

一方面，鋼結(jié)構(gòu)建筑是由鋼板材料加工制造，由于鋼材料固有的使用性能較為優(yōu)異，可以通過焊接、冷/熱軋等方式拼接安裝，施工過程相對(duì)傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑更加方便簡(jiǎn)單，對(duì)原材料的損耗也得到大幅度降低，能夠大大地降低建筑企業(yè)在材料和施工方面的成本投入。甚至有些規(guī)模較大的工程企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)從原材料到建筑產(chǎn)品“一條龍”式的自主生產(chǎn)，這就大大節(jié)約了建筑工程的生產(chǎn)成本，使企業(yè)獲得更高的利潤(rùn)。

另一方面，鋼結(jié)構(gòu)建筑只要有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ淘O(shè)計(jì)，在實(shí)際施工過程中，材料、施工條件等方面受外界影響會(huì)降低到非常小的范圍，能夠大大提高施工效率。近年來我國提倡綠色環(huán)保工業(yè)，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，能夠較好地引入各種生態(tài)環(huán)保材料，鋼結(jié)構(gòu)建筑工程對(duì)環(huán)境的污染也相對(duì)較小，能夠較好地實(shí)現(xiàn)國家政策和科技發(fā)展的結(jié)合。

2 常見的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方法

2.1 容許應(yīng)力法

容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法是一種通過計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力，來對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃的方法[2]。在容許應(yīng)力法中，要求遵循計(jì)算應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中規(guī)定的容許應(yīng)力的原則，計(jì)算方法以一個(gè)去除材料并且大于 1的安全系數(shù)的極限應(yīng)力或者是屈服應(yīng)力確定。容許應(yīng)力法是一種較為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，較大程度依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，具有一定的缺陷，主要在于安全系數(shù)較為單一，不能有效地反映出荷載變異，同時(shí)也具有在結(jié)構(gòu)幾何的非線性影響方面存在不合理性的問題。

2.2 塑性設(shè)計(jì)法

建筑的塑性設(shè)計(jì)法相對(duì)于較為傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法，具有節(jié)省材料、降低造價(jià)、建筑結(jié)構(gòu)安全度計(jì)算更直觀等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)建筑工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性性質(zhì)和強(qiáng)度高于規(guī)定的安全范圍時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)更適合采用塑性設(shè)計(jì)，主要在于構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)入到塑性之后能夠允許進(jìn)行內(nèi)力的重分布。但塑性設(shè)計(jì)具有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性要求較高的特點(diǎn)，尤其對(duì)建筑原材料的比例、尺寸和變形程度有著極為嚴(yán)格的要求，無形中一定程度提高了施工難度。

2.3 極限狀態(tài)法

相較于容許應(yīng)力法和塑性設(shè)計(jì)法，極限狀態(tài)法彌補(bǔ)了兩者的缺陷，具有更強(qiáng)的綜合性和靈活度，能更好地提升工程設(shè)計(jì)的效果。極限狀態(tài)法采用荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力替代單一安全系數(shù)，能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在正常狀態(tài)下達(dá)到使用極限的情況和承載能力達(dá)到極限狀態(tài)的兩種情況進(jìn)行不同程度的調(diào)整。其在現(xiàn)代建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有較為廣泛的應(yīng)用性，是當(dāng)前建筑行業(yè)較為常用的一種工程設(shè)計(jì)方法。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

第一，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的前期工作中，鋼材的選料是非常重要的一環(huán)。可以說，鋼材質(zhì)量的好壞，將直接決定整個(gè)建筑工程的質(zhì)量。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，建筑材料的市場(chǎng)發(fā)展不斷壯大，也為建筑原材料是否符合施工條件帶來了隱患。由于工地環(huán)境、工程性質(zhì)、材料產(chǎn)地等方面的影響，使得鋼板原材料在強(qiáng)度、硬度、延展度、形變度等方面有著各種各樣的種類，如果前期采購人員沒有足夠?qū)I(yè)的技術(shù)能力和業(yè)務(wù)能力，很難從眾多種類的鋼材中挑選出適合建筑施工要求的材料，而一旦這些不符合要求的原材料進(jìn)入施工場(chǎng)地，必然為鋼結(jié)構(gòu)工程施工帶來風(fēng)險(xiǎn)和隱患。因此在前期的工程設(shè)計(jì)過程中，必須有足夠資深的工作人員參與到采購階段，以保證鋼材選料符合施工工程的要求。

第二，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的類型也有著非常嚴(yán)格的要求。設(shè)計(jì)人員務(wù)必親自勘探，在設(shè)計(jì)過程中考慮到建筑工程所處的環(huán)境、施工材料、施工條件等方面進(jìn)行綜合性的考慮，做到因地制宜、合理布置，避免出現(xiàn)偷工減料或是資源浪費(fèi)的情況。尤其需要考慮到建筑的抗性和強(qiáng)度，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定程度。

第三，需要對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。首先要保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其次需考慮到鋼結(jié)構(gòu)建筑整體的穩(wěn)定性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑整體進(jìn)行穩(wěn)定性程度的計(jì)算，以保證剛建構(gòu)建筑的剛度和強(qiáng)度達(dá)到要求。在具體設(shè)計(jì)過程中，需考慮到鋼結(jié)構(gòu)建筑的綜合性特點(diǎn)，遵循鋼結(jié)構(gòu)建筑在工藝性、功能性、建筑型式等方面的原則，做到工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約，并充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定程度和強(qiáng)度的極限問題，避免鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。

第四，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)整體方案擬定后，需考慮到細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)，尤其在鋼結(jié)構(gòu)受力體系和細(xì)部節(jié)點(diǎn)方面的設(shè)計(jì)，要進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算和完善[3]。當(dāng)前的建筑工業(yè)多采用桿系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)都有著較為復(fù)雜和嚴(yán)格的要求，通常要求鋼材截面尺寸大小偏小，鋼材材質(zhì)有著較大的密度和強(qiáng)度，對(duì)構(gòu)件與構(gòu)件之間的約束作用較小，可保證鋼結(jié)構(gòu)的組裝環(huán)境和條件要求較低，通常能直接到施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼材進(jìn)行拼裝，但也對(duì)構(gòu)建與構(gòu)建之間連接節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性有了較為嚴(yán)格的要求。

只有在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，從整體到細(xì)節(jié)、從工程前期到工程施工階段都進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)考慮和設(shè)計(jì)，才能保證鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的安全性和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

總結(jié)而言，鋼結(jié)構(gòu)是一種年輕的、全新的建筑施工方式。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)不斷發(fā)展創(chuàng)新，將鋼結(jié)構(gòu)這一新型建筑施工方式廣泛應(yīng)用到了各類建筑施工項(xiàng)目中去，可見這種新型施工方式具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展?jié)摿Γ覈阡摻Y(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方面尚處于發(fā)展階段，要使這一施工方法得到更加廣泛的應(yīng)用，還缺少足夠的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)能力，需要建筑行業(yè)的工作人員共同努力，進(jìn)行更進(jìn)一步的探索和實(shí)踐。

[1]秦智平.建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊,2016(2):88-88.

[2]丁紹文.建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的主要要點(diǎn)分析[J].科研,2016(9):227-227.

[3]關(guān)吉隆.關(guān)于建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)的探析[J].黑龍江科技信息,2017(8):234-234.