钢结构房屋结构设计中的常见问题探析

张忠林

摘 要：随着社会主义现代化建设步伐的不断更新和改进，国内经济生产能力的不断调整和变革，我国的国民经济和生活景象呈现一篇繁荣富强的新格局，由于突飞猛进的社会经济导致现阶段人们对物质文化需求的日益提高，在住房方面的要求也出现了个性化、多样化、集约化、整体化、安全稳定化的局面，同时也对钢结构房屋提出了更高的要求。因此需要更加注重钢结构设计方面的问题，花费足够的时间和精力积极探讨在设计中出现的问题，找寻及时有效的解决方案，寻求最优的、最安全、最可靠、最节约的房屋结构设计方案，这样不仅可以大大提高人们的物质文化需求水平，也极大的改善现有的房屋结构设计模式，为以后建筑事业的发展提供更加有力的建筑经验、建筑技巧。

关键词：钢结构；房屋；结构设计；问题

1 钢结构房屋发展的前景和优势

1.1 发展前景

①将钢结构体系用于房屋建筑可以充分发挥钢结构延性好、塑性变形能力强、具有优良抗震性能等优点，从而大大地提高住宅的安全可靠性。近年来的地震灾害，尤其是台湾大地震调查结果证明了钢结构在地震中的良好表现。②钢结构房屋比传统建筑更好地满足建筑上大开间、灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板提高使用面积率。

1.2 钢结构房屋的优势

①有利于构件标准化，有利于降低成本，实现房屋建筑技术集成化、产业化；钢结构房屋体系工业化程度高，现场湿作业少，符合环保建筑施工的要求。 ②钢结构房屋体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以减少基础造价；钢结构住宅体系施工周期短，比传统住宅体系至少可以缩短三分之一，可以大大提高投資效益，加快资金周转。 ③钢结构房屋所用的材料主要是绿色、可回收或易降解的材料，在建筑物拆除时它的大部分材料可再利用，废弃物产生少，因此符合可持续发展的要求。

2 钢结构在房屋结构设计中的常见问题分析

2.1 钢结构的稳定性问题

结构工程师对房屋结构设计的过程中一般只注意设计结构的强度和变形的问题，而结构的稳定性是常常被忽略的突出问题，无论是火电厂厂房建设还是居民住宅房屋建设都会遇见一系列问题。然而，在对房屋设计中，钢结构的稳定性对于房屋使用的持久性起着至关重要的作用，如果在建设过程中由于钢结构稳定性差而产生事故，不仅会对建筑投资商造成严重的经济损失而且也会影响人们的生命安全。

在钢结构的稳定性方面，稳定性已经成为钢结构的重要设计环节。结构工程师在对房屋钢结构的分析计算过程中根据数据建立房屋结构的基本模型，但是这一基本模型与实际建设过程中房屋结构存在一定差距，其数据往往会有很大的波动，这样就会造成运用理论知识产生的数据与实际情况存在偏差，进一步导致房屋建设过程中钢结构稳定性差。

2.2 钢材质量等级与焊接质量等级的选用问题

在国家颁布的关于钢结构设计标准书中规定，对于钢材的质量等级必须要有正确的标识，并且要符合焊接质量等级标准。然而，在实际情况下对选用的材料的质量等级没有提供明确的标准。

因此，在针对钢材材料和焊接的质量等级上要进行正确的选用。一方面，在钢结构房屋建设中选用的钢材材料必须具有抗压力、可伸长性、负重性好以及能够承受一定强度的冷热冲击。一般而言钢材材料的选用要使用Q级以上的碳结构钢和低合金高强度结构钢，使用此等级质量的钢材可以保证钢结构的韧性和延展性；另一方面，钢材的焊接应具有标准的碳含量证书。钢材的焊接质量等级要高于二级。

2.3 钢结构的防护性问题

钢材的腐蚀和隔热是进行钢材料防护的两个重要方面。在实际情况中，结构工程师只注重了钢材的硬度、抗拉压强度的问题，却忽略了钢材在使用过程中的抗腐蚀效果和隔热效果，在建筑设计文件中钢结构的抗腐蚀度和最高隔热数值也没有明确标明，这就导致了房屋在使用过程中由于雨水、风力作用等外部环境的侵蚀，减少了房屋使用寿命。因此，一方面，在钢结构的设计文件中需要标注钢材的抗腐蚀性，钢结构在埋入地下部分要进行包装，受到腐蚀的部位禁止埋入地下；另一方面，在生产钢材的过程中要对其进行不同程度的耐火测试，从而实现在不同温度情况下采用对应的防护措施。

3 钢结构房屋设计要点

3.1 整体优化和局部优化

任何一个项目的设计都应具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

3.2 结构同建筑的协调优化

在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同建筑平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼梯或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，更应该注重截面的选取。整体建筑在布局方面应保证重心与刚心尽量重合，预防出现扭转情况。

3.3 偶然荷载设计

在进行结构受力分析时，要充分考虑偶然荷载作用，本文主要考虑地震作用。地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用，属于动力作用，通过达朗伯尔原理建立微分方程。它的大小既与结构的固有振动特性有关，又与地面运动的特性有关。大跨度房屋钢结构受地震影响大，在房屋结构设计时，要保证屋盖结构和支撑结构刚度分布均匀，有明确的传力路线，这样在地震作用下，就能够使结构受到的荷载作用通过支座向下传递，避免钢结构出现较大扭转或者其他变形，保证结构的安全。而且要针对房屋薄弱部分进行抗震分析，并进行加强，确保其受力符合要求，与整个结构协调。由于大跨度结构的平面投影尺寸较大，尚应考虑竖向地震力效应。故对于大跨度空间结构来说，设置一定的防震缝是一种较好的方式，根据具体的工程规模和抗震要求，进行抗震验算，并在合适的位置设置防震缝。

3.4 注重计算分析

在对结构进行分析计算时，要重视上部、下部结构的协同工作，并计入多向地震作用的效应。在进行设计时，要充分利用现有的一些结构分析软件和先进的分析方法，对关键部位进行详细设计，并针对具体情况，加强结构的稳定性。经过计算实践表明，对于大跨钢结构来说，可以采用以下几种方法进行分析：多向地震反应谱法、时程分析法、多向随机振动分析方法等。当然，要针对具体的工程项目选择合适的方法，保证结构分析计算的可靠性。

4 结束语

综上所述，钢结构是建筑未来的一个重要发展方向，让建筑受力更合理、布置更美观、更节能环保，解决建筑超高、超限、超大跨度的问题。为了保证钢结构的快速发展，就要首先从结构设计入手，为建筑提供合理的结构设计方案，为建筑质量提供坚实的保障，进而促进钢结构产业的持续健康发展。

参考文献：

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