钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析（二）

谢振宇

【摘 要】钢结构具有很多优点，这些优点使得钢结构在建筑业备受欢迎。 随着建筑造型和功能的多样化，对钢结构设计提出更高的要求，但是钢结构却在建筑建构设计中出现了很多问题。 如何改进钢结构在建筑结构设计中存在的问题一直是业内人士重点研究的课题。

【关键词】钢结构；建筑结构；问题

引言

民用建筑和工业建筑是建筑的两大分类，若按照使用性质的不同来划分，则可以将工业建筑分为物流建筑、生产厂房、储存仓库等等。除了一些重型厂房需要承担较大的负荷量之外，轻型钢结构因为自身重量轻、强度高、简单装配和施工速度快的优点，在工业建筑得到了广泛的应用

一、我国建筑工程中，钢结构具有着重要意义

目前，我国民用建筑中已经普遍使用钢结构，不但使建筑物提高了抗震能力，还使建筑物绿色环保、可持续发展，不仅国内建筑如此，部分企业已实现商品化、规模化的钢结构建筑向国外出口，并且促进了钢结构的构件及产品的出口贸易，以及大批国外承包工程的增加，使钢材的附加值有大幅度的增加。

二、钢结构概述

近年来，经济的快速发展带动了建筑业的发展，在建筑中钢结构的应用有很多。钢结构指的是采用钢板进行焊接、热轧、冷弯等方法加工形成的钢型。轻钢结构和重钢结构是钢结构的两种类型。轻钢结构在跨度较小的建筑中应用较多，例如货场、仓库、体育馆场、办公楼等，主要特点是自重轻，而且占用的面积相对较小。重钢结构在跨度较大的建筑中应用较多，例如电子厂房。相对于钢筋混凝土来说，无论是轻钢结构还是重钢结构，其自重相对较小，在强度、负载、跨度等条件一样的情况下，钢筋混凝土比钢结构重3倍。钢结构虽然在建筑中得到广泛的应用，但是在施工过程中却出现了问题。

三、钢结构材料及构件的优点

1、强度高，重量轻

在建筑工程中，钢材能得到普遍应用的原因之一就是其本身的综合性能较好，这是其他建筑材料所难以企及的。尤其是在一些大跨结构，重型工业厂房，高层房屋建筑中得到了广泛的应用。由于钢材的强度较大，所以在建筑设计中可以较小的截面满足较大的承载力，特别是和混凝土结合使用的情况下可以在保证工程质量的前提下取得良好的经济效果。

2、质地均匀，各向同性

随着钢材的生产工艺越来越先进，钢材的各种性能都得到了良好的发展，尽管目前在钢结构设计中钢材的这个性质通常采取假定的形式，但是试验表明，在钢结构建筑中，钢材的实际性能和理论性能是非常接近的，这在一定程度上保证的计算的准确性，同时使得钢结构建筑的可靠度得到了极大保障。施工简易，工期较短。现代社会机械化发展的程度较高，钢构件一般都可以在专业厂家生产制造。通常在生产工厂加工成型后运至施工工地再进行现场安装。由于生产制造的一体化，极大程度上节约了资源，保护了环境，同时工业化的生产使得钢结构施工质量容易监控，也使工程质量得到了保证。

四、钢结构在建筑结构设计中存在的问题

1、钢结构设计质量不高

钢结构设计的任务相对繁重，而且相关项目的设计费用较高，在一定程度上增加了钢结构设计的难度，所以很多设计人员都不愿意接这类工作。此外，有些设计单位缺乏钢结构设计的实践经验，往往将钢结构设计进行分包，一旦分包单位设计资质欠缺，就会给钢结构的设计带来安全隐患。另外，当前的设计市场没有相关法律的约束，也没有相应的监督，导致严重的后果，如工程事故的发生。

2、盲目模仿外国设计方案

我国钢结构设计方案首要考虑的问题是经济效益，而外国的设计方案由于具备强大的经济实力的支持，往往不看重经济效益，因此我国的设计人员照搬外国的设计方案是不符合实际情况的。有些设计人员盲目追求设计的新颖而没有考虑成本问题，最终导致设计方案不合理。

3、钢结构设计方案缺乏深度

承接单位和设计单位的分包，在很大程度上降低了设计的深度，甚至有些设计方案不能满足原设计的要求，例如柱脚设计的错误。埋入式、外包式、外露式是柱脚设计的主要类型，外露式主要在民宅中应用，底板的弹性和塑性变形决定了柱脚的刚度，所以底板出现变形就会造成钢结构的变形，设计人员如果不充分考虑这些问题，不进行内力分析，预留位移角限度值，一旦出现地震灾害时，就很容易破坏柱脚节点，损坏建筑物。

五、针对钢结构设计的一些合理化建议

1、规范设计管理制度，强化监督机制

钢结构设计具有其特殊性，建设主管部门应严格审查参与钢结构设计及承包的企业资质。例如审查期结构件的制作能力及水平、施工安装能力等，确保承接工程的企业具备设计安装資质，能够严格遵守规定，满足钢结构设计及建设的需要。

2、钢结构设计应从实际出发，满足建筑使用要求

毋庸置疑，采用钢结构的建筑方式是大势所趋，但值得注意的是，钢结构仅仅是建筑物中的承重部分，起到为建筑本身服务的作用，因此在设计时首要考虑的原则，是遵循建筑物设计的一般规律，发挥钢结构自身的优势，满足用户的使用需要，而不是为了彰显钢结构特色，牺牲建筑的实用性、舒适性和安全性，这样的设计必然会失去其市场地位。

3、重视设计深度

（l）首先判断是否适宜使用钢结构设计。通常情况下，钢结构适用于跨度大、多高层、体型复杂、可能出现大幅振动、高温密封场所、需要经常拆装的建筑结构，例如大厦、住宅、厂房、剧院、展馆、临时建筑等，在设计之初，应首先考虑设计项目是否符合钢结构的自身特点，是否能够发挥出钢结构的自身优势。

（2）节点设计考量。在实践工作中，容易出现最终完成的节点设计与最初分析模型中的形式不一致之类的异常情况，这缘于没有在结构分析之前未充分考量节点形式。通常情况下，节点根据传力的特性可区分为半刚接、刚接和铰接三种形式，采用不同连接形式，对于结构的影响非常大，例如，部分刚接节点能够较好地承受钢柱弯矩，但是却可能出现较大的转动，与假定的结构分析不相吻合，导致在实际施工时，出现大于原设计计算的变形。因此在设计连接节点时，分为等强和实际受力两种设计方法，在没有绝对把握的情况下，建议使用等强设计。

（3）重点进行结构分析。在实际设计过程中，应做精确的结构分析，通常采用线弹性分析的方法，可以通过查阅力学手册等方法明确结构的变形及内力数据，或者使用软件更为精确地分析型材钢板的弹塑性能、结构的非线性因素等。

六、结束语

目前，钢结构设计在我国民用建筑领域正得到广泛的应用，在设计建造的过程中，难免会出现一些不足和缺陷，从业人员应正视问题，积极寻求解决之道，确保钢结构工程满足市场需要，立于不败之地。

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