1、钢结构设计中的常见问题分析与应对【摘要】随着我国改革开放的不断深入，经济水平不断提高，钢结构发展迅速，广泛应用在工业建筑和民用建筑等各个建筑领域中，本文分析了钢结构设计中的常见问题的原因，探讨了应对措施。 【关键词】钢结构 设计 问题 中图分类号：TU391 文献标识码： A 前言 随着建筑物越来越向着大跨度、大空间方向发展，传统的钢筋混凝土结构已不能完全满足建筑结构的多样化，钢结构弥补了混凝土结构的种种不足之处，且受到广泛的重视。 一、钢结构的基本概念 1、钢结构是什么 钢结构是通过特殊工艺（热扎、冷弯或焊接等）方式，将各个铸件连接在一起的一种形式，它具有规模化、产业化、环保性、可回收、强度
2、高等特点综合优势材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。钢结构今后应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；此外要轧制新品种的型钢，例如 H 型钢（又称宽翼缘型钢）和 T 形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。 2、钢结构的优势 钢结构住宅与钢筋混凝土住宅，具有显著特点：钢结构住宅建筑具有环保性、可持续发展性；钢结构相比于粘土砖自重轻，抗震性能好；现场施工速度快，有利于文明施工；钢结构配件制作工厂化和机械化程度高，商品化程度高。 二、钢结构
3、的特点 1、结构构件自重轻 钢结构与钢筋混凝土结构相比要轻 30% 50%，结构构件自重轻，因此相应的基础、地基处理费用也较低。此外，在相同地震烈度下结构的地震反应较小。 2、结构布置灵活 钢材结构组织均匀，而且强度、弹性模量高，可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便。如单层工业厂房，传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为 6 m，而钢结构的围护体系可采用金属压型板，所以柱网不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和经济合理的原则考虑。 3、施工周期短 钢结构的主要构件和配件多为工厂制作，易于保证质量，除基础施工外，基本没有湿作业; 构件之间的连接多采用高强度螺
4、栓连接，安装迅速，施工周期短。 4、经济效益高 钢结构构件采用先进自动化设备制造，运输方便，因此工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。 三、钢结构设计的常见问题原因分析 1、自主设计能力较差 由于我国钢结构设计行业起步较晚，经验较少，技术较为生疏，所以在一些大型项目上还是主要依赖于国外的设计方案。但是由于地域不同，对建筑环境了解也不近完全，造成许多设计方案不合理，既造成了材料的浪费，而又达不到设计要求。所以要加强自主设计能力的培养和提高。 2、设计方案与实际情况有差距 有些设计人员只顾埋头设计，只照着自己的想法想怎么做就怎么做，不考虑施工难度，并且不去现场考察实际情况，不了解施工情况，理论
5、脱离实际，施工难度增大，造成设计缺陷，不能有效节约资源。设计者有时候过分追求高标准，造成设计过分保守，安全系数过高，但实际情况却用不到那么高，这就造成了各方面资源的浪费。所以说要做好设计师的实事求是的意识培养，既不要冒进超前，也不要封闭保守，要切合实际情况。 3、设计规范法律与当前设计需要逐渐脱节 随着时间不断发展，钢结构设计需要面临许多新的问题，而相关法律法规却停滞不前，不能满足需求，造成了二者的逐步脱节。一旦而这差距过大，就会有钻法规漏洞的情况出现，对设计结果会产生不利影响。所以，在大力发展设计理论技术的时候，相关法规的修改工作也应该做到位，要做到二者保持共同步伐发展，避免脱节。 钢结构设
6、计问题的具体控制措施 1、节点设计 钢结构体系当中, 节点的设计和构件的设计具有同等重要性, 因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁- 柱节点、梁- 梁节点、柱- 柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠, 并尽量采用简单、稳定、可靠的施工工艺, 减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为 3 类: 铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟, 因此在工程中取得了广泛的应用。图 1 中采用的几种梁- 柱节点连接形式。由结构布置分析, 考虑工程实际情况, 在设计时, 多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面。由于焊接
7、工字形截面腹板比较薄, 故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接, 而强轴方向则采用刚接形式 。从图中不难发现, 铰节点形式简单, 施工方便, 但它使得梁跨中弯矩加大, 增加用钢量, 不经济; 刚性节点构造复杂, 但其有效地降低了跨中弯矩, 节约了用钢, 有较好的经济效应; 而半刚性节点应用比较少, 主要是其受力特性比较复杂, 往往通过试验来取得较为准确的设计数据。 图 1 梁柱连接节点图 2、卫生间、厨房设计 卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱,而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方, 所以这两处的防水处理十分重要。在其它建筑体系中, 防水有两种方法
8、: 结构防水和材料防水。在钢结构中, 结构防水的效果比较好。正如前文指出, 框架- 核心筒结构体系把卫生间和厨房放在核心筒内, 具有良好的防水性能。对于其它结构体系要根据工程实际情况而定。 4、楼 梯 对其它类型钢结构建筑的楼梯大都采用钢楼梯, 而住宅体系中则基本不用, 原因是钢楼梯的传音效果较好。故钢结构住宅中常常采用混凝土楼梯或者压型钢板混凝土组合楼梯。在设计时要注意楼梯梁的放置位置和处理, 因为通常情况下, 这里会出现梁- 梁连接, 这种连接会使得被连接梁承受集中荷载,这样该梁比较容易发生局部失稳。钢楼梯采用 6 mm 钢折板做踏板 , 上面浇注混凝土 , 踏板两端用 L50 6 角钢与
9、楼梯梁( 槽钢) 通过 M12 螺栓连接。这种做法利用 40 mm 混凝土克服了一般钢梯传音强的问题, 同时槽钢上翼缘可以焊接合金楼梯扶手, 施工简便, 值得推广。 图 2 一种值得推广的楼梯做法 4、楼盖体系 多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性, 当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板, 再浇注 100 mm 左右的钢筋混凝土板, 即形成压型钢板组合楼板。楼盖梁一般采用简支等高连接, 有时也可做成不等高连接, 如采用压型钢板组合楼板时, 为了便于铺设压型钢板, 主次梁顶面需相差压型钢板厚度, 同时还可以增大建筑净层高。在设计过程中, 要考虑钢梁和楼板的组合作用, 这样会显著提
10、高梁的承载力和整体稳定性, 并有效降低梁高, 节约用钢, 降低工程造价 。压型钢板组合混凝土楼板, 除了按计算( 并满足构造要求) 在钢梁上焊接栓钉外, 为了保证混凝土和压型钢板共同工作, 它们之间应有连接措, 其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼, 也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋, 如图3。 图 3 组合楼板构造措施 结论 随着国内经济突飞猛进地发展，钢结构在建筑业被越来越广泛的重视和应用，钢结构工程在我国将得到前所未有的发展。作为钢结构工程设计人员，面对钢结构建筑的大量涌现，应与时俱进，加强学习有关钢结构工程的专业知识与管理内容，特别对钢结构工程设计方面的一些问题应认真细致的分析，不出现丝毫纰漏，从而确保我国高层钢结构工程的经济性和安全性。 【参考文献】 1 邵大卫 建筑钢结构设计思路及其规范J 建设科技，2010( 19) : 90 2 胡珍 钢结构设计与制作的质量控制J 中华建设，2010( 8) : 64-65
