鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的問題分析

自工業(yè)革命和信息革命以來，現(xiàn)代科學(xué)的空間思維也融人到鋼結(jié)構(gòu)建筑里面，從根本上改變了人們對以前建筑的認(rèn)識和創(chuàng)造方式，以鋼結(jié)構(gòu)為主的新產(chǎn)業(yè)新技術(shù)新工藝也逐漸增多。

鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)院

鋼結(jié)構(gòu)建筑其實(shí)很早就出現(xiàn)在了歷史上，舉世聞名的法國埃菲爾鐵塔就是采用鋼結(jié)構(gòu)建造而成的。只是在當(dāng)時的情況下，鋼鐵產(chǎn)量尚不高，鋼鐵冶煉技術(shù)也不是很成熟，不能應(yīng)用普及到眾多的日常建筑里面。所以在其初期，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(jì)初期人們就已經(jīng)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(jì)六十年代鋼結(jié)構(gòu)建筑理論飛速發(fā)展與創(chuàng)新，才產(chǎn)生了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工藝的建筑。

1、鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)問題分析

1.1、設(shè)計(jì)方法方面

我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)步驟主要是：依據(jù)彈性方法計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件內(nèi)力；依據(jù)彈塑性方法驗(yàn)算鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限承載力。由于鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時，就會進(jìn)入彈塑性變形階段，會造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布，按現(xiàn)在的方法設(shè)計(jì)，不能保證構(gòu)件承載力可靠度的一致性。

1.2、鋼結(jié)構(gòu)體系方面

鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，抗震性方面目前研究還不夠，選用時應(yīng)慎重：

鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)圖紙

1.3、鋼結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計(jì)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(qiáng)度、承載力和整體性都十分重要。作為鋼結(jié)構(gòu)工程要求，樓板還應(yīng)考慮隔音要求；目前鋼結(jié)構(gòu)工程上，壓型鋼板組合樓板，現(xiàn)澆樓板等應(yīng)用較多；震級較高的震區(qū)或重要鋼結(jié)構(gòu)，在柱的設(shè)計(jì)方面，因考慮在柱子的周邊宜設(shè)置鋼箍筋，以免高水平力破壞樓板。

1.4、鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面

1.4.1、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜問題

地震記錄儀構(gòu)造使得很多大于3秒的強(qiáng)震被削弱，因此計(jì)算的反應(yīng)譜不真實(shí)，而建設(shè)部人為調(diào)整的譜曲線來保證鋼結(jié)構(gòu)安全性的抗震設(shè)計(jì)，可靠性需進(jìn)一步驗(yàn)證

1.4.2、彈塑性地震反應(yīng)計(jì)算問題

目前我國沒有高層鋼結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)計(jì)算程序，缺乏空間彈塑性地震反應(yīng)分析軟件。

1.4.3、鋼一砼結(jié)構(gòu)高跨設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)方法。

1.5、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和支撐構(gòu)造方面

1.5.1、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容是連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)分析前對節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分思考和確定。必須避免終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致的情況。此外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序。

1.5.2、焊接

焊縫的尺寸及形式應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范：選用的焊條應(yīng)與金屬材質(zhì)相適應(yīng)。焊接設(shè)計(jì)不得任意加大焊縫。焊縫與被連接構(gòu)件重心應(yīng)盡量接近。

1.5.3、梁腹板

栓孔處腹板的凈截面抗剪性能應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。

1.5.4、拼接

柱應(yīng)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(shè)計(jì)時，腹板要考慮彎矩。

1.5.5、厚度

用外加勁肋和內(nèi)隔板進(jìn)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(yīng)相互匹配。

1.6、鋼結(jié)構(gòu)選型方面

應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)選型。例如，在輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或移動荷載，就采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。雪壓較大的地區(qū)，屋面曲線應(yīng)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(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方面

鋼結(jié)構(gòu)在溫度超過400攝氏度時，強(qiáng)度將降為原來的一半，達(dá)到600攝氏度時，將喪失全部強(qiáng)度。高層鋼結(jié)構(gòu)火源較多，很容易失火，因此，高層鋼結(jié)構(gòu)抗火方面的設(shè)計(jì)尤為重要。設(shè)計(jì)方面容易出現(xiàn)缺陷的方面：沒考慮溫度變形和應(yīng)力的影響；沒有考慮高溫狀態(tài)下鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布；沒有考慮鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互作用的影響；

1.8、設(shè)計(jì)指標(biāo)方面

1.8.1、鋼結(jié)構(gòu)高寬比限值問題。

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

1.8.2、鋼結(jié)構(gòu)層間變形限制問題。

現(xiàn)在我國很多鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際計(jì)算層間很難滿足規(guī)范的要求，因此，目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的層間變形是不是合理，需要更進(jìn)一步的解決。另外，很多高層鋼一砼混合結(jié)構(gòu)的層間變形也亟待解決。

2、鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)成功地運(yùn)用實(shí)例。為保證鋼結(jié)構(gòu)建筑合理有效的產(chǎn)生，良好精確的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為關(guān)鍵的兩大步驟是正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確計(jì)算結(jié)構(gòu)的截面高度。