1、浅述钢结构设计中的问题摘要：本文主要对钢结构设计中常见的问题进行了分析，并且做出了相应的解决措施，针对钢结构稳定性也做了阐述，以供以后钢结构设计的参考。 关键词：钢结构；设计探讨；分析 中图分类号：TU391 文献标识码： A 文章编号： 引言 随着现代建筑的发展，钢材在建筑中越来越得到广泛的应用。很多大跨度场馆、高层建筑、构筑物以及中小型建筑都采用了钢结构。钢结构有很多优越条件，但是钢结构还存在着缺陷和隐患。 在采用钢结构时，要时刻警惕，采取合理措施保证钢结构安全、持久的工作。 1 钢结构设计选型及布置 钢结构通常有框架、平面析架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。其理论与技术大都成熟
2、。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。结构选型时，应考虑它们不同的特点。高层钢结构设计中，常采用钢-混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型 SRC 柱，核心为支撑框架的结构体系。结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受 1/
3、4 的总水平力。框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 2 钢结构设计中的常见问题 2.1 正确选用钢材材质 在钢结构设计文件中，应当注明钢结构所采用材料的质量等级(包括相适应的焊接材料)。钢结构房屋所使用的钢材应当具有抗拉强度，屈服强度，伸长率，冷弯试验和硫含量的合格保证。对于焊接钢结构，尚应具有含硫量的合格保证。对于地震区，尚应有特殊的要求：强屈比不小于 1.2%，应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于 20
4、%，并应有良好的可焊性和合格的冲击韧性，主要是保证结构具有必要的安全储备和足够的塑性变形能力，都应写入设计文件中。 2.2 焊缝的设计 在现代钢结构中，焊接连接已成为钢结构连接的最基本方法，焊缝质量的好坏直接影响到结构安全，所以应当根据结构或构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况，确定焊缝的质量等级。一般来说板材的对接焊缝，承受动力荷载构件的较重要的焊缝，需做疲劳验算的焊缝，以及与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝其焊缝质量等级不得低于 2 级。其他部位的焊缝，一般均可采用角焊缝，其由于应力集中现象严重，内部探伤也很困难，其焊缝质量等级一般只能为 3 级，对于某些重要的角焊缝可允许要求其外观缺陷符合
5、 2 级的要求。不恰当的提高焊缝的质量等级将提高工程造价且难以做到。 2.3 螺栓的设计 连接对钢结构中高强度螺栓的认识，不少人的固有观念就是摩擦型和承压型高强度螺栓 2 种形式，因而必然涉及到摩擦面的处理和张拉力的控制问题。这种概念在有较大剪力的连接中是合理的，但不是所有节点均须为此处理，为此，在实际工程中，当节点承受较小剪力时，设计者应将一般轻钢刚架梁柱节点的螺栓按受弯节点的受拉螺栓应有摩擦面和张拉力控制的要求设计。另外，有的设计人员往往将剪力较小的受弯节点的受拉螺栓按性能指标很高的摩擦型螺栓进行设计，这也造成了施工检测中的难度和浪费。 2.4 稳定设计 2.4.1 钢结构稳定设计的基本概
6、念 稳定问题它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。 2.4.2 钢结构稳定设计的特点 (1)失稳和整体刚度：结构的稳定承载能力和它的刚度密切相关，而结构的刚度是它的整体组成所决定的。故稳定是构件整体的问题。 (2)稳定性的整体分析：构件能否保持稳定牵涉到结构的整体，在处理稳定问题时，必须具有整体观点，钢结构构件细部的变形，也会对内力分布产生影响。整体缺陷促使截面局部弱化，
7、局部弱化反过来又影响整体承载能力。 (3)结构稳定问题也具有相关性：在结构整体布置中，必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。应考虑结构布置方案是否能够对桁架节点提供平面外约束，这是确定桁架等杆件出平面稳定时应该十分注意的。 (4)稳定设计的其它特点：分析结构的稳定问题要考虑到结构变形后的位移和变形对外力效应(二阶效应)的影响，这对柔性杆件尤为重要。结构变形可能促使其内部的较柔杆件、板件失稳，即变形激发失稳，变形对结构承载力起到不可忽视的作用。故稳定问题原则上都应该用二阶分析。其次，应力迭加原理在稳定计算中不能应用。 (5)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图应该相一致，这对结构的稳定计算
8、十分重要。设计中的实用计算方法，往往是依据一定的简化假设得出的，当计算的对象和实用方法的简图有出入时，设计者应对简图差异造成的后果进行分析，尽量设法减少事故隐患。 (6)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。当涉及稳定性能时，构造上常有不同于强度的要求或特殊考虑。2.4.3 钢结构稳定性研究中存在的问题 (1)目前在网壳结构稳定性的研究中，梁、柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁、柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁一柱单元进行过修正。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。 (2)大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探
9、讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。 (3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。 (4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。 2.5 节点设计 连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。连接的不同对结构影响甚大。在结构分析前，就应该对节
10、点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。 3 钢结构防护问题 3.1 防腐 在钢结构构件表面涂刷非金属涂料防锈，是目前各国钢结构防止锈蚀的最常用方法，这种方法效果好，价格低廉，涂料品种较多，选择范围广，适应性强，不受构件形状和大小的限制。但非金属涂料的耐久性较差，须定期进行维护。 3.2 防火 钢结构构件的防火保护层厚度应根据建筑物的耐火等级和构件的不同的耐火极限进行设计，受高温作用的结构，应根据不同情况采取相应的隔热防护措施。要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法。但无论采取何种方法，其原理是一致的。 4 结语 本文综合性地对钢结构在设计过程中存在的普遍问题进行了探讨，以供钢结构相关设计人员进行参考。钢结构的稳定设计问题及钢结构的防护，在设计过程中应该引起设计人员特别重视。
