探析現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

孫毅

摘要：基于鋼結(jié)構(gòu)工程具有空間跨度大、造價低、結(jié)構(gòu)性能突出以及安裝便利等特征，使得鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代高層建筑工程建設(shè)中應(yīng)用越來越普遍，因此需要對其進行合理設(shè)計，基于此，本文闡述了現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中的常用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及其要求，對現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進行了探討分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑工程建設(shè)；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；方法；要求；要點

一、現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中常用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

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)定的標準荷載，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)和強度要高于標準荷載的構(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)進入塑性后允許進行內(nèi)力的重分布，但必須要求其構(gòu)件和結(jié)構(gòu)能有足夠延性。

二、現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求

1、保溫隔熱與防火設(shè)計要求分析?，F(xiàn)代建筑鋼結(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。

2、防腐設(shè)計要求分析?，F(xiàn)代建筑鋼結(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)保護措施時，現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的銹蝕就會愈加明顯，嚴重時甚至使鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)發(fā)生大的形變。

3、伸縮縫設(shè)計要求分析。溫度會引發(fā)現(xiàn)代建筑鋼結(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。

三、現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

1、某現(xiàn)代建筑鋼結(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。負一層為停車場，層高4.5m；第一層為商鋪，層高3.8m；2～12為住宅層，層高3m，頂層為電梯機房。采用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。

2、合理選擇鋼結(jié)構(gòu)體系。該高層建筑工程采用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好以及構(gòu)件尺寸小等特征，從而在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用較為廣泛。其中鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)還具有居住舒適、電梯間防火性能較好、安全疏散效果顯著等優(yōu)勢；其既可以滿足住宅居住的功能要求，又可以在底部樓層設(shè)置大空間的商場，達到了合理利用建筑空間的目的。

3、結(jié)構(gòu)平面布置以及地下室與基礎(chǔ)設(shè)計要點分析。該現(xiàn)代建筑鋼結(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。

4、構(gòu)件設(shè)計要點分析。主要表現(xiàn)為：

4.1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。

4.2鋼管混凝土框架柱，基于本住宅樓采用鋼框架-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。鋼管混凝土柱解決了建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面尺寸大、整體剛度低、局部穩(wěn)定性差等問題。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。

5、 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計分析。主要表現(xiàn)為：

5.1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。

5.2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。

5.3主、次梁節(jié)點設(shè)計要點分析。主、次梁節(jié)點設(shè)計時，通常采用鉸接進行連接。主梁和次梁的連接節(jié)點采用剛結(jié)點形式連接，主梁主次梁翼緣采用對接焊縫連接，并在次梁上翼緣加蓋板，以傳遞其拉應(yīng)力。

四、結(jié)束語

綜上所述，目前鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)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等優(yōu)點，因此為了保障現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量及其經(jīng)濟效益，必須加強對其進行合理設(shè)計。

參考文獻：

[1]劉楠.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用研究[J].中國標準化，2017（03）.

[2]賈樹軍.建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計及其注意事項[J].住宅與房地產(chǎn)，2017（01）.

[3]王瑞亮.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計策略分析[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2018（09）.

（作者單位：沈陽新大陸建筑設(shè)計有限公司）