鋼結(jié)構(gòu)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題分析

屈華靜

摘? ? 要：隨著近些年我國建筑事業(yè)的高速發(fā)展，不僅建筑規(guī)模、建筑數(shù)量得到大幅度提升，建筑類型也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑以其穩(wěn)定性強(qiáng)、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益高、可操作性強(qiáng)等特征得到廣泛運(yùn)用。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增多，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題愈發(fā)明顯，急需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其相關(guān)問題的研究，進(jìn)行處理，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性，確保鋼結(jié)構(gòu)建筑優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題

1? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

在當(dāng)今的建筑行業(yè)之中， 所謂鋼結(jié)構(gòu)， 通過將各類鋼板進(jìn)行科學(xué)焊接、熱軋等加工， 讓鋼板形成施工所需鋼型。建筑鋼結(jié)構(gòu)主要分為2種，分別是輕鋼與重鋼， 其中， 輕鋼的自重小，占地面積也特別小， 主要應(yīng)用在跨度比較小的建筑工程當(dāng)中。與輕鋼相比，重鋼自重較大，雖然重鋼自重比輕鋼大，但是，和常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較來說，其優(yōu)勢(shì)特別顯著，重點(diǎn)被應(yīng)用在跨度特別大的建筑工程項(xiàng)目當(dāng)中。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重， 不僅對(duì)建筑項(xiàng)目的質(zhì)量有影響， 而且影響著我國建筑行業(yè)的發(fā)展方向。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)緊密相連，故加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別關(guān)鍵。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來考慮， 該類設(shè)計(jì)不僅需要設(shè)計(jì)人員具備良好的空間想象能力， 而且其專業(yè)技能要過關(guān)。與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度比較大，設(shè)計(jì)者要具備多年工作經(jīng)驗(yàn)，遵守國家設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并結(jié)合建筑工程項(xiàng)目的具體施工工況，明確鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)， 在提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，減少鋼材損耗。

2? 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1? 設(shè)計(jì)同實(shí)際狀況統(tǒng)一

對(duì)于實(shí)際的建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)， 通常要對(duì)多種因素進(jìn)行充分的考慮， 如建筑性能、鋼結(jié)構(gòu)的搭配材料質(zhì)量、施工對(duì)施工水準(zhǔn)、施工環(huán)境、樓層高度以及抗震性等。如果要使鋼結(jié)構(gòu)具備良好的安全、穩(wěn)定性， 則需要充分考慮影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的這些因素， 從而科學(xué)的制定出一套經(jīng)濟(jì)合理、符合多種因素的最理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2.2? 鋼結(jié)構(gòu)形式多樣化

鋼結(jié)構(gòu)的形式呈現(xiàn)多樣化形式， 和普通鋼結(jié)構(gòu)的自重相比， 其自重較輕;預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的承載力明顯高于普通鋼結(jié)構(gòu)， 但鋼耗較低;與普通鋼結(jié)構(gòu)相比， 它更美觀， 節(jié)省了大量鋼材;與普通鋼結(jié)構(gòu)相比， 鋼結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和塑性韌性有了較大的提高， 鋼耗降低， 目前鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用等。不同的建筑物會(huì)應(yīng)用不同的鋼結(jié)構(gòu)， 具有各自的優(yōu)點(diǎn)， 在對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際需要選擇最佳的使用。不管何種鋼結(jié)構(gòu)， 都必須考慮其穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)的重量、塑性、強(qiáng)度、韌性和工業(yè)化程度都很好，然而， 剛度保證了低穩(wěn)定性， 這通常需要驗(yàn)算。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性包括局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性。

2.3? 局部連接安全影響鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

許多構(gòu)件通過各種施工技術(shù)組裝成鋼結(jié)構(gòu)。構(gòu)件連接的穩(wěn)定性影響著局部結(jié)構(gòu)的安全， 因此， 它威脅到整體安全， 只有處理好細(xì)節(jié)， 才能充分保證結(jié)構(gòu)的整體安全。在進(jìn)行實(shí)際施工時(shí)， 需要安全評(píng)估部件連接處的施工工藝，從而選擇出最佳的方案開展施工，另外，要詳細(xì)記錄施工細(xì)節(jié)，從而為后期查驗(yàn)和復(fù)核奠定基礎(chǔ)，為了防止返工問題的發(fā)生，鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和安全性必須統(tǒng)一。

3? 鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)因素分析

想要判斷相關(guān)建筑工程的質(zhì)量和安全， 需要以鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性作為評(píng)判的關(guān)鍵性指標(biāo)。然而， 站在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工角度， 鋼結(jié)構(gòu)具備多樣性特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)， 鋼結(jié)構(gòu)可以采用多種連接方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 包括節(jié)點(diǎn)承載力、梁柱承載力、拱承載力等， 還需要考慮更多影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。站在實(shí)踐視角， 鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生失穩(wěn)的具體原因一共有四點(diǎn)， 如下文：（1）極值點(diǎn)失穩(wěn)。對(duì)于建筑鋼材制作的偏心受壓構(gòu)件， 極限點(diǎn)到達(dá)到一定程度后將失去穩(wěn)定性， 這是極限點(diǎn)失穩(wěn)最常見的現(xiàn)象。偏心受壓現(xiàn)象在實(shí)際工程施工中普遍存在， 特別是在非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或特殊形狀荷載的設(shè)計(jì)中， 或如果在以后的建筑使用中引入高質(zhì)量的配件等， 因設(shè)計(jì)和應(yīng)用之間的不匹配， 從而產(chǎn)生不穩(wěn)定情況。（2）分支點(diǎn)失穩(wěn)。這種情況主要是由于分支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致局部失穩(wěn)。完善直桿軸心時(shí)與平板受壓面的屈曲等現(xiàn)象也包含在上述分支點(diǎn)的失穩(wěn)中。（3） 躍越失穩(wěn)。此種類型和前兩種理性不同， 其既不是極值點(diǎn)又不是平衡分支點(diǎn)，是從平穩(wěn)喪失后又想另個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)跳躍的狀態(tài)。簡(jiǎn)單來說就是這種失穩(wěn)使以以上兩種失穩(wěn)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的一次性發(fā)展的結(jié)果，從而使總體結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，會(huì)嚴(yán)重的威脅到建筑的安全性。如果實(shí)際工程項(xiàng)目中有跳躍失穩(wěn)狀況產(chǎn)生時(shí)， 需要立即進(jìn)行加固處理并適時(shí)調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)特性，只有當(dāng)總體穩(wěn)定性評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)要求相符合后方可再進(jìn)行應(yīng)用。（4）其他失穩(wěn)。刨除上面說的三種主要類型，在鋼結(jié)構(gòu)中， 若某些連接件發(fā)生變形、腐蝕， 或鋼結(jié)構(gòu)某些主要部件在如外力作用和溫度條件下遭受到損壞，也會(huì)使得整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，其也就成了失穩(wěn)的關(guān)鍵性因素。

4? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

4.1? 提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

為了保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性得到雙重提升， 設(shè)計(jì)者要嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定與條例進(jìn)行設(shè)計(jì)， 避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模失穩(wěn)現(xiàn)象。例如，在平面結(jié)構(gòu)當(dāng)中， 設(shè)計(jì)人員要提前進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)平面穩(wěn)定性計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)布置更為合理，并適當(dāng)增加構(gòu)件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的穩(wěn)定性控制，保證結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖更為科學(xué)。在進(jìn)行框架柱穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)者需要選取合理的穩(wěn)定參數(shù)。穩(wěn)定參數(shù)選取完畢后， 經(jīng)過全面的計(jì)算，方可確定最終的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)， 一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)， 建筑工程的穩(wěn)定性會(huì)立即下降， 對(duì)工程項(xiàng)目中的其他構(gòu)件安裝產(chǎn)生較大影響。所以， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力情況、結(jié)構(gòu)特征， 在滿足國家相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

4.2? 綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程之中， 設(shè)計(jì)者要綜合考慮到鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題， 鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能差， 設(shè)計(jì)者需要真正認(rèn)識(shí)到這一問題的嚴(yán)重性。想要進(jìn)一步提升建筑項(xiàng)目外觀質(zhì)量， 一般對(duì)外部的鋼結(jié)構(gòu)采取噴鋅處理， 也可以采用噴鋁處理方法。但是， 因?yàn)殇\和鋁比較容易與外界空氣發(fā)生氧化反應(yīng)， 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的腐蝕， 因此， 在實(shí)際噴抹的過程當(dāng)中， 施工人員需要提前在鋼結(jié)構(gòu)表層涂抹防腐蝕保護(hù)層， 避免鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕。通過綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題， 能夠降低鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕的概率。

4.3? 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來講，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮結(jié)構(gòu)的防火性能，做好鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)工作，特別注意以下問題：首先，明確鋼結(jié)構(gòu)的位置，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的具體分布位置，選擇相應(yīng)的防護(hù)材料。其次，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施防護(hù)處理之后，鋼結(jié)構(gòu)重量會(huì)增加，占用空間也不斷增加，故設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑工程進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)。最后，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工的難易情況，從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行考慮，現(xiàn)階段，比較常用的鋼結(jié)構(gòu)防火措施主要為：在鋼結(jié)構(gòu)表層涂防火料，加強(qiáng)混凝土防火保護(hù)、在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行通水冷卻等等。

5? 結(jié)論

綜上所述，雖然鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中被廣泛地使用，但是在設(shè)計(jì)過程中的問題不能夠輕視。想要提升鋼結(jié)構(gòu)建筑的工程質(zhì)量，還是要從設(shè)計(jì)的層面就消除隱患。相關(guān)的工作人員，要結(jié)合現(xiàn)階段建筑物鋼結(jié)構(gòu)使用的情況，從不同的方面去找尋鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的原因。綜合分析實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，充分掌握建筑鋼結(jié)構(gòu)體系，從根本上保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳晟，劉磊，王福亮.多層民用鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（31）：60.