鋼結構工程設計中的問題分析

自工業(yè)革命和信息革命以來，現代科學的空間思維也融人到鋼結構建筑里面，從根本上改變了人們對以前建筑的認識和創(chuàng)造方式，以鋼結構為主的新產業(yè)新技術新工藝也逐漸增多。

鋼結構工程設計院

鋼結構建筑其實很早就出現在了歷史上，舉世聞名的法國埃菲爾鐵塔就是采用鋼結構建造而成的。只是在當時的情況下，鋼鐵產量尚不高，鋼鐵冶煉技術也不是很成熟，不能應用普及到眾多的日常建筑里面。所以在其初期，鋼結構的應用多是以建筑零件諸如部分配件，部件，連接件等，早在十九世紀初期人們就已經開始使用熟鐵建造房屋和橋梁，其發(fā)展歷史更比鋼筋混凝土悠久，一直到二十世紀六十年代鋼結構建筑理論飛速發(fā)展與創(chuàng)新，才產生了現代鋼結構工藝的建筑。

1、鋼結構工程設計問題分析

1.1、設計方法方面

我國鋼結構建筑的設計步驟主要是：依據彈性方法計算鋼結構各構件內力；依據彈塑性方法驗算鋼結構構件的極限承載力。由于鋼結構達到極限狀態(tài)時，就會進入彈塑性變形階段，會造成結構內力的重分布，按現在的方法設計，不能保證構件承載力可靠度的一致性。

1.2、鋼結構體系方面

鋼結構工程低于6層的，可采用框架一支撐或框架體系，高于6層的采用框架一砼剪力墻或框架支撐體系；框架柱有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土柱。在6層以下鋼結構工程中，組合柱要比H型鋼柱型要省鋼；鋼支撐比剪力墻的延性高，在地震等級高時延性高的地震力小，延性差的地震力大，從抗高等級地震的性能來說，鋼支撐比砼剪力墻好；鋼框架一混凝土剪力墻體系屬混合結構，抗震性方面目前研究還不夠，選用時應慎重：

鋼結構工程設計圖紙

1.3、鋼結構樓板設計方面

樓板不僅承受豎向荷載并將其傳給框架，還將水平力傳到柱上，因此樓板的強度、承載力和整體性都十分重要。作為鋼結構工程要求，樓板還應考慮隔音要求；目前鋼結構工程上，壓型鋼板組合樓板，現澆樓板等應用較多；震級較高的震區(qū)或重要鋼結構，在柱的設計方面，因考慮在柱子的周邊宜設置鋼箍筋，以免高水平力破壞樓板。

1.4、鋼結構抗震設計方面

1.4.1、設計反應譜問題

地震記錄儀構造使得很多大于3秒的強震被削弱，因此計算的反應譜不真實，而建設部人為調整的譜曲線來保證鋼結構安全性的抗震設計，可靠性需進一步驗證

1.4.2、彈塑性地震反應計算問題

目前我國沒有高層鋼結構彈塑性地震反應計算程序，缺乏空間彈塑性地震反應分析軟件。

1.4.3、鋼一砼結構高跨設計問題

我國是一個多地震國家，國際上沒有這方面的研究，需要解決抗震設計原則、設計指標和設計方法。

1.5、鋼結構節(jié)點和支撐構造方面

1.5.1、節(jié)點設計

鋼結構設計中重要的內容是連接節(jié)點的設計，應該在結構分析前對節(jié)點的形式進行充分思考和確定。必須避免終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外，節(jié)點設計還必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序。

1.5.2、焊接

焊縫的尺寸及形式應嚴格遵守規(guī)范：選用的焊條應與金屬材質相適應。焊接設計不得任意加大焊縫。焊縫與被連接構件重心應盡量接近。

1.5.3、梁腹板

栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應進行驗算。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

1.5.4、拼接

柱應通過小懸臂與梁拼接，梁拼接大部分采用翼緣焊接腹板拼接，也可采用全截面螺栓連接。拼接設計時，腹板要考慮彎矩。

1.5.5、厚度

用外加勁肋和內隔板進行梁與鋼管混凝土柱的剛性連接，但鋼管壁板與隔板或環(huán)板的厚度應相互匹配。

1.6、鋼結構選型方面

應根據鋼結構不同的特點考慮結構選型。例如，在輕型鋼結構工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就采用網架結構。雪壓較大的地區(qū)，屋面曲線應有利于積雪的滑落。降雨量大的地區(qū)可以與雪壓較大的地區(qū)一樣考慮。

1.7、鋼結構抗火設計方面

鋼結構在溫度超過400攝氏度時，強度將降為原來的一半，達到600攝氏度時，將喪失全部強度。高層鋼結構火源較多，很容易失火，因此，高層鋼結構抗火方面的設計尤為重要。設計方面容易出現缺陷的方面：沒考慮溫度變形和應力的影響；沒有考慮高溫狀態(tài)下鋼結構內力的重分布；沒有考慮鋼結構構件相互作用的影響；

1.8、設計指標方面

1.8.1、鋼結構高寬比限值問題。

現在我國的規(guī)范對地震多發(fā)區(qū)高層鋼結構的高度比為：鋼一砼結構為5，純的鋼結構為6?，F行規(guī)范的高寬比限制主要根據低于150m的高層砼結構提出的，能否適用于超高層的鋼結構，還需要深入研究。

1.8.2、鋼結構層間變形限制問題。

現在我國很多鋼結構實際計算層間很難滿足規(guī)范的要求，因此，目前鋼結構設計標準的層間變形是不是合理，需要更進一步的解決。另外，很多高層鋼一砼混合結構的層間變形也亟待解決。

2、鋼結構建筑的設計

鋼結構建筑的設計是鋼結構成功地運用實例。為保證鋼結構建筑合理有效的產生，良好精確的設計是至關重要的?，F代鋼結構設計為關鍵的兩大步驟是正確選擇結構方案和正確計算結構的截面高度。