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(duì)以前建筑的認(rèn)識(shí)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。本文主要闡述鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的問題及鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)，供大家參考。 　　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(guó)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(shí)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(guó)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(shí)，就會(huì)進(jìn)入彈塑性變形階段，會(huì)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(jí)高時(shí)延性高的地震力小，延性差的地震力大，從抗高等級(jí)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(shí)應(yīng)慎重： 　　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(jí)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(guó)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(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，國(guó)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(duì)節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分思考和確定。必須避免最終設(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(chǎng)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(shí)，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(dòng)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(shí)，強(qiáng)度將降為原來的一半，達(dá)到600攝氏度時(shí)，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(guó)的規(guī)范對(duì)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(guó)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)最為關(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。
　　
　　2.1、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)算的設(shè)計(jì)
　　
　　鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要十分準(zhǔn)確的計(jì)算估計(jì)。以國(guó)家大劇院為例，國(guó)家大劇院由法國(guó)建筑師保羅?安德魯主持設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司。國(guó)家大劇院建筑屋面呈半橢圓形，其結(jié)構(gòu)：‘212m×143m，跨度>100m，結(jié)構(gòu)方案選屋蓋空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼。但在上機(jī)前，結(jié)構(gòu)師把結(jié)構(gòu)的截面高度選得太大，用鋼量高達(dá)292kg/m2。根據(jù)1963年美國(guó)教授史密斯（SminlM.C）對(duì)166個(gè)已建大跨度屋蓋進(jìn)行的回歸分析，這種跨度的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)用鋼量不超過80kg/m2。故而在采取建設(shè)的時(shí)候，需對(duì)其精確核實(shí)才能避免錯(cuò)誤產(chǎn)生。 　　2.2、鋼結(jié)構(gòu)建筑整體與局部精細(xì)設(shè)計(jì) 　　建筑的設(shè)計(jì)不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協(xié)調(diào)能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊性的同時(shí)也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結(jié)構(gòu)特個(gè)性設(shè)計(jì)的同時(shí)，也必須滿足一般建筑的共性。由于鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，通常在建造鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)節(jié)部位出現(xiàn)偏差或者裸露在外。因而在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結(jié)合的同時(shí)，設(shè)計(jì)復(fù)雜化和工程精細(xì)化也更加嚴(yán)苛。
　　
　　2.3、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)
　　
　　鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，盡管針對(duì)設(shè)計(jì)而言他并不是需要考慮的前置條件，但是卻是日后維護(hù)的重中之重，故而在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)也是著重的對(duì)象。鋼結(jié)構(gòu)建筑的失穩(wěn)分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。整體失穩(wěn)是通過對(duì)整體框架構(gòu)建的穩(wěn)定作為探討的，在計(jì)算時(shí)可以通過長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)帶人進(jìn)行驗(yàn)證；而局部失穩(wěn)則是框架構(gòu)建內(nèi)部的某一部零件產(chǎn)生的，他間接影響著整體穩(wěn)定性。因此鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求來予以設(shè)計(jì)。
　　
　　2.4、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)需注意的問題：
　　
　　2.4.1、目前的鋼結(jié)構(gòu)建筑多用于跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定維持一個(gè)相對(duì)的狀態(tài)，桿件牽涉整體設(shè)計(jì)時(shí)，需從整體穩(wěn)定人手。
　　
　　2.4.2、對(duì)于日常其他設(shè)計(jì)，除須考慮結(jié)構(gòu)的整體性，還需要考慮其他的設(shè)計(jì)點(diǎn)。因?yàn)槟壳暗脑O(shè)計(jì)分析穩(wěn)定性的時(shí)候，多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)引用的某一個(gè)范圍區(qū)間作為其結(jié)構(gòu)參數(shù)、負(fù)荷的計(jì)算點(diǎn)。而在實(shí)際操作過程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不穩(wěn)定性，造成結(jié)構(gòu)具有相對(duì)誤差性。
　　
　　2.4.3、考慮建筑的穩(wěn)定新的時(shí)候，還需考慮鋼結(jié)構(gòu)材料的彈性、贏利疊加等多方面因素。通常建筑使用的混凝土的計(jì)算公式在此時(shí)將不能運(yùn)用。因?yàn)閷?duì)于鋼結(jié)構(gòu)材料而言，其應(yīng)力疊加應(yīng)滿足這兩個(gè)條件即材料服從虎克定律應(yīng)變成正比和結(jié)構(gòu)的變形很小。
　　
　　隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)被越來越廣泛的重視和應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)工程在我國(guó)將得到前所未有的發(fā)展。作為鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員，面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的大量涌現(xiàn)，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)工程的專業(yè)知識(shí)與管理內(nèi)容，特別對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方面的一些問題應(yīng)認(rèn)真細(xì)致的分析，不出現(xiàn)絲毫紕漏，從而確保我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

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