建筑結構設計及鋼結構設計的重要性

【摘要】隨著城市化進程的逐漸加快，建筑行業快速發展，結構設計成為項目管理的關鍵。其中鋼結構設計的專業水平會直接影響建筑主體結構的穩定性。進而影響整個建筑的質量。當前，鋼結構在建筑行業的應用非常廣泛，這是由于它強度高、制作相對簡單、工期短等優勢，但由于鋼結構設計的過程中仍有很多不足，需要不斷的改進、完善鋼結構設計。本文從鋼結構設計的重要性著手，分析了目前鋼結構設計策略，以期能夠為鋼結構設計的優化提供一些參考與借鑒。

【關鍵詞】建筑結構設計；鋼結構設計；策略

1引言

鋼結構擁有著磚混結構和混凝土結構在建筑上的應用優勢，這主要和上文所描述的它獨特的特征決定的。鋼結構的較輕的自重，良好的延性使得建筑物擁有著良好的抗震性，這是因為地震力效應在建筑質量較小的情況下會變得相應小一些，地震效應還會因為延性的良好性一定程度上收到緩沖。除此之外，在傳統的建造中想要建造較大開間就需要較為大跨度和復雜的結構，而如今有了輕質高強的鋼結構，在創造開放式住宅的時候就更為方便了。

2建筑結構設計中鋼結構設計的重要性

建筑行業中，鋼結構指的是通過對鋼板進行焊接、熱軋、冷彎等加工使鋼板形成需要的鋼型。鋼結構可以分為輕鋼、重鋼兩種類型，輕鋼自重與占用的面積都比較小，廣泛應用于跨度小的建筑項目中；重鋼的自重比輕鋼肯定要重，但與鋼筋混凝土比，優勢還是很明顯的，廣泛應用于跨度較大的建筑物中[1]。建筑結構設計的重要組成之一就是鋼結構設計。鋼結構設計包括將設計規劃：鋼結構設計藍圖變成實體：鋼結構產品的整個演變過程。鋼結構設計一方面影響著建筑物的整體質量，進而影響建筑業的發展；另一方面鋼結構設計還影響著現代鋼結構制造業的發展，所以鋼結構設計至關重要。

3建筑鋼結構設計策略

設計人員應該在開著工作之前，要求項目主辦方的負責人上傳響應的質量證書，通過向承包單位提供的鋼結構施工設計的職業工作資質證明，來保證工作開展的規范性。此外，設計人員在設計時選擇材料上，要加強安全可靠、滿足使用、經濟可靠的原則意識。在設計過程中，在考慮荷載性質、應力狀態、連接方法及工作環境的因素下，進行大膽發揮。對于材料不可避免的缺陷，要盡可能放大其優點，去減少其缺陷，如對于強度低的初彎曲較大的桿件，應盡量避免長細比過長，提高施工精度等。對于材料的缺陷，如焊接的影響，焊接的殘余應力會降低結構的剛度且對疲勞強度有不利的影響，在設計時要合理布置焊接的位置，設計適當的焊縫尺寸，焊縫不宜過分集中，應盡量避免三向焊接相交，還應考慮鋼板的分層問題[2]。設計時，根據實際項目的特點和要求，要考慮合理的方案，應具有相應的可行性和安全性，避免給施工人員造成不必要的麻煩，如標注要清晰，都要符合相應的基本設計規范。

4實例分析建筑鋼結構設計方法

某工業園廠房鋼結構工程為熱處理車間、機加工車間2個單體，長382m，寬153m，總建筑面積約6萬m2。熱處理車間為單脊單坡，跨度29.5m+28.5m，邊柱柱頂高11.8m，柱距以7m為主，長138m，寬58m。機加工車間為雙脊四坡，跨度12m+6×21m=138m，邊柱柱頂高8.2m，柱距以7.5m為主，長304.5m，寬138m。屋面采用雙層彩板+保溫棉；墻體為雙層彩板+保溫棉。屋面檁條采用Z型連續型式，墻面檁條采用C型型式，結構如圖1所示。

4.1廠房結構布置是結構計算方法
根據該工程特點，經過多種結構體系比較、計算、分析，得出結論如下：①熱處理車間采用門式剛架體系，邊柱柱腳采用剛接，中柱柱腳采用鉸接。屋面支撐采用4道橫向支撐，保證結構的空間整體作用；邊柱采用4道交叉支撐，中柱采用4道門式支撐，保證廠房的縱向剛度。②機加工車間采用橫向門式剛架+縱向剛架體系，縱橫柱腳均采用鉸接，橫向剛架中柱上端除M軸為剛接外，其余均采用鉸接。32、32a軸線處設有伸縮縫，滿足規范對縱向溫度區段的要求。屋面支撐采用9道橫向支撐，4道縱向支撐，保證結構的空間整體作用。③由于該工程采用壓型鋼板等輕型材料，故門剛的屋面柔性很大而剛性很差，不具有剛性屋面的性質。該工程工藝不允許在縱向設置柱間支撐，其縱向按平面框架設計。④剛架間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關，經過計算發現，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，但當柱距增大到一定數值后，剛架用鋼量隨著柱距增大而下降的幅度趨于平緩，而其他構件如檁條、墻梁的用鋼量卻逐步上升[3]。該工程跨度為21～29.5m，采用7～7.5m柱距較為合理。

4.2鋼結構節點設計
機加工車間由于考慮橫向門式鋼架搖擺柱不宜多于3個，故M軸中柱上端與鋼梁考慮為剛接節點，鋼柱截面形式考慮為十字柱。該十字柱不僅要驗算強度和穩定性要求，還要滿足焊接工藝的要求。因為十字柱制作是由工字形+2個T字形截面組成，T形截面需要手工焊接，若手工焊接的操作空間過小，則影響焊接質量。在設計過程中，通過與車間員工充分溝通后，最終確定十字柱的截面為十450×320。為了滿足考慮廠房的工藝要求，提高廠房的使用空間，橫向門式剛架與縱向剛架連接節點采用平接，而非橫向門式剛架架在縱向剛架上。在計算縱向剛架時，托梁拼接位置影響計算結果，經過比較發現，計算模型中不能考慮拼接節點，否則計算結果中平面外穩定應力不準確。在施工圖時，再根據安裝方向，運輸設備進行托梁拼接位置的設計。

4.3柱間支撐設計
柱間支撐所在跨的基礎之間應設鋼筋混凝土壓梁，以加強基礎剛度，抵抗水平地震作用。為了提高廠房縱向剛度，經計算：邊柱均采用十字交叉角鋼支撐，熱處理車間中柱采用門式角鋼支撐；機加工車間中柱采用縱向剛架傳遞廠房縱向力，并對邊柱柱間支撐加強。

4.4梁柱連接節點
門式剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。端板豎放適用于局部等截面柱。當豎向荷載起控制作用時，將端板橫放可減少節點的設計剪力，同時充分利用柱的壓力對節點受力的有力作用。如果節點彎矩很大，可采用端板斜放形式，加長抗彎連接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接連接形式有外伸式和平齊式兩種情況，端板外伸式節點受力合理，承載力高于平齊式節點，因此應盡量采取外伸式端板連接，同時應在結點板外伸部分設置加勁肋，使靠近受拉翼緣兩側的螺栓受力均勻，接近一致，提高節點的抗剪能力，有效減少節點板的變形。

5結束語

隨著鋼結構的不斷發展，結構工程師對于鋼結構設計方面的經驗也逐漸豐富，但在當今復雜項目設計過程中，需要對規范條文有更充分的理解，切不可盲目追求結構設計的經濟性，犧牲結構最基本的穩定性要求。對結構進行屈曲分析，已成為結構穩定性計算中一項非常重要的內容。鋼結構既有“強大的”一面，也有“脆弱的”一面，只有保證了結構自身的穩定性，才能盡可能避免因失穩引起的重大工程事故。

參考文獻
[1]王紅濤，徐珂，田立強.某體育場罩棚鋼結構設計[J].鋼結構，2012，27（6）：32~36.
[2]張良蘭.無錫大劇院屋頂鋼結構設計[J].建筑鋼結構進展，2014，16（5）：44~51.
[3]王承麗，馬芳.淺談鋼結構設計中的幾個問題[J].山西建筑，2011，37（11）：47~48.