有關鋼結構設計工作中需注意的問題探索研究

1、<p>　　有關鋼結構設計工作中需注意的問題探索研究</p><p>　　【摘 要】由于鋼材具有較高的強度、較好的延性及加工性能而被廣泛應用于建筑領域，本文首先對鋼結構設計工作中應予關注的問題進行了分析，然后提出了解決問題的指導思想及方法，以期對鋼結構設計工作起到參考作用。 </p><p>　　【關鍵詞】結構布置；邊界假定；安全儲備 </p><p>&

2、lt;b>　　前言 </b></p><p>　　近年來，鋼結構的應用范圍越來越廣，技術越來越成熟，國家相應出臺了不少規(guī)則、手冊、圖集來規(guī)范設計、施工行業(yè)。但畢竟結構體系千變萬化，設計、施工人員在應用過程中還是會產生諸多的問題。比如在設計階段，由于項目工期緊、任務重，施工圖設計采用程序自動生產或套用圖集，未能深刻理解設計內容的關聯性，特別對施工經驗不足的人員來說，常會造成鋼結構安裝過程中產生問題

3、。此外，設計人員水平參差不齊，在材料選用、節(jié)點做法等各方面沒有深刻領會，也常會造成材料采購、鋼結構加工、運輸、安裝等方面的困難，鋼結構設計是一項系統(tǒng)性的工作，不僅要牢固的結構等相關專業(yè)知識，還要在設計工作中不斷的積累經驗，完善自身的知識體系，關注本文所述的各項問題，設計中要對結構的安全性、適用性、經濟性、美觀性以及制作安裝等多方面的因素同時考慮，理論聯系實際，腳踏實地一步一步提高自身的設計水平。 </p><p>

4、;　　一、結構布置問題分析 </p><p>　　進行結構計算之前，應首先從結構整體的穩(wěn)定性，傳力途徑的明確性，結構布置的規(guī)則性，剛度分布的均勻性，抗震能力的優(yōu)劣性等幾方面入手確定結構布置方案，并本著布置方案與結構形式必須同時考慮的指導思想，初步選定幾個方案。然后根據以往的設計經驗或相關資料對各種方案進行結構和經濟方面的分析和比較，最后選定一個綜合最佳的結構布置方案進入下一步工作。結構布置的好壞直接關系到設計成果

5、的優(yōu)劣，以門式剛架為例，在滿足建筑使用功能的前提下，應首先考慮結構體系的合理性和經濟性，必要時還要對主次結構進行測算，在選擇布置方案的過程中應避免片面的追求壓低主結構或次結構的用鋼量而忽略了整體用鋼量的概念。優(yōu)選方案的最終目的是保證安全度的前提下，達到結構整體用鋼量最低的目標。 </p><p>　　二、計算模型簡化及構件協同工作分析 </p><p>　　能否正確的對各種結構簡化成能夠用

6、于計算的模型是結構設計工作成敗的關鍵。結構設計中必須做到計算模型與最終實際結構相一致。例如進行剛架或桁架的平面內計算時，需要假定其平面外的計算長度，這個計算長度需要通過在結構的平面外設置支撐類等構件來實現，如果無法設置或采取措施保證，就須改變計算長度假定。再比如計算抗風柱時未考慮柱頂承受豎向荷載，而節(jié)點設計時卻沒有切斷屋面梁與抗風柱的傳力途徑，既與計算假設不符，又很可能造成安全隱患。當計算中遇到某幾個構件驗算不滿足規(guī)范要求時，可以直接調

7、整相應構件，也可以從構件整體協同工作的角度分析原因。例如門式剛架計算中，會因為梁抗彎剛度的改變而影響到柱的驗算結果，反之亦然。再如網架計算中也會遇到需要將個別桿件截面加的很大的情況下計算才能通過，這時候就要考慮整個結構協同工作時的力流問題，很有可能因為被加大桿件的存在而干擾了桿件內力的合理流向。故結構設計過程中適時地改變“頭痛醫(yī)頭”，”“腳痛醫(yī)腳”的做法會得到很多意想不到的收獲。 </p><p>　　三、邊界條

8、件假定問題分析 </p><p>　　結構邊界條件 （或稱支座） 的假定關乎計算的結果是否能反映結構真實的受力狀態(tài)。典型的例子如兩端鉸接的柱面雙層網殼，在單獨計算上述結構時，當假設兩端的支座固定時，網殼更多的表現拱的特性，當釋放一端支座的平面內水平位移約束時，網殼可能表現出曲梁的特性，即支座的側移剛度假定會對計算結果產生較大影響，所以正確的設置結構的邊界條件至關重要。比較妥當的做法是將下部結構同上部結構一起建模，

9、賦予相關特性后進行整體分析、計算，以得到接近結構真實承載狀態(tài)的結果。 </p><p>　　四、節(jié)點設計問題分析 </p><p>　　節(jié)點設計是結構設計過程中的重要一環(huán)，因為節(jié)點構造不合理導工程出現問題的事例很多。節(jié)點設計須從滿足結構、構造、制作以及施工等方面的要求進行。首先結構的要求在門規(guī)、鋼規(guī)、抗規(guī)中已有詳細規(guī)定，這里不再贅述。其次構造的要求需要注意，比如在工作溫度等于或低于零下20

10、 攝氏度時，構件連接宜計成螺栓連接，不宜采用焊接；采用高強螺栓連接的節(jié)點，高強螺栓的數目不宜少于2 個。再次制作的要求也要考慮，節(jié)點過于復雜既增加了加工難度又因為質量難以保證而影響節(jié)點的力學性能。常見的不合理節(jié)點如門架牛腿處的加勁板間距離過近，導致相鄰的加勁板有一側沒有施焊空間?？蚣芙Y構中的小直徑圓管柱與框架梁連接位置柱內加勁板與管口距離較大導致無法施焊。最后是施工的需要，比如螺栓的安裝空間預留不足，導致螺栓無法安裝或雖安裝上了，卻沒有

11、擰緊扳手的操作空間。再如只設置一個臨時固定用的安裝螺，導致構件吊裝時沒有輔助就位孔，浪費人工及機械費用。 </p><p>　　五、結構安全儲備問題分析 </p><p>　　結構安全是整體安全，個別桿件的承載能力提高對提高整個結構的承載能力作用不大，對特定的結構而言還有可能起到相反的作用。很多人經常拿平米用鋼量來衡量結構優(yōu)化設計的好壞，卻忽略了相同平米用鋼量的結構安全儲備卻不一定相同。優(yōu)

12、化應首先考慮變化方案，簡化結構傳力模式和傳力途徑，做到大處節(jié)省，具體到桿件節(jié)點則要放寬。如果原結構各構件安全儲備相差嚴重時，可以選擇一個合適的安全儲備標準來調整各構件型號，該加大的加大，該減小的減小，以達到結構中各構件的安全儲備處于基本相同的水準為目的。有的設計人員為了節(jié)省鋼材，在設計匯總將構件的應力指標用得很滿，非常接近規(guī)范允許的限值。這種做法有兩個弊端：一是犧牲了結構的安全儲備，二是將功能限制得太死，適用范圍太小。建筑的功能將因為省

13、掉的有限造價而大大折扣，綜合經濟效益降低，得不償失。條件允許的情況下，盡量將結構做成具有多道設防的超靜定結構，超靜定次數越多，結構的安全儲備就越大。靜定結構中單個構件在承載中失效，整個結構也隨之失效。而超靜定結構在承受荷載作用而失效的過程中，在結構成為可變體系之前，由于超靜定次數逐漸減少時，結構會出現一系列的破壞征兆，便于被人們發(fā)現，從而延長</p><p>　　六、地域行業(yè)發(fā)展水平分析 </p>

14、<p>　　任何先進的設計方法都無法超越實際的制作安裝水平來實現，設計要符合所在地域的行業(yè)發(fā)展水平，設計人員不能不考慮這個因素，應從設計角度調整相應的標準或要求以適應地區(qū)的行業(yè)發(fā)展水平。要注意設計圖紙的深度，詳細可參考《鋼結構設計制圖深度及表示方法》。2008 年，某鋼結構工程的施工工地上，重鋼格構柱不慎傾倒后摔得七零八落的事故發(fā)生后，對其鑒定為“不滿足設計要求”不應該是作為設計人員考慮的唯一問題。 </p>&

15、lt;p><b>　　七、結語 </b></p><p>　　由于我國的鋼結構產業(yè)的相對發(fā)展時間比較短，鋼結構設計從業(yè)人員的水平良莠不齊，致使因設計疏漏或失誤引起鋼結構質量問題的事例屢見不鮮。對于工程的結構設計來說，除“保證安全”這一最低要求外，還有其他許多內涵豐富的要求。本文根據自己多年參加鋼結構設計工作的經驗，就鋼結構設計工作中應關注的一些問題在這里提出一些淺顯的看法以供參考。鋼結

16、構雖然相對簡單，但設計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優(yōu)秀作品。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]中華人民共和國建設部.鋼結構設計規(guī)范（G B50017-2003）北京：中國計劃出版社，2003. </p><p>　　[2]中國建筑標