關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考

1、關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考    摘要：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然有章可循，但設(shè)計(jì)中仍有很多需要注意的問題，我們必須熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又合格的建筑作品。本文提出了當(dāng)前我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，分析了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)問題 Abstract: Although the building steel structure design rules to follow, but there are still many problems that need attention inthe design, we m

2、ust skillfully master the specification, and has a good structure of the concept, to design a safe andqualified architectural works. This paper presents the currentproblems in China's steel structure design and analysis ofsteel structure design points.Keywords: steel structure, the design featur

3、es of the problem 中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)多多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強(qiáng)度高，抗震性能好，施工時(shí)可以在廠房進(jìn)行加工再到現(xiàn)場裝配，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進(jìn)度縮短工期。同時(shí)它還被稱為“綠色建筑”，基礎(chǔ)造價(jià)低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設(shè)部列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。由于煉鋼技術(shù)與成型制造工藝日趨發(fā)展，這就給運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)工程帶來新的生機(jī)，工程建設(shè)也不斷的增加，因此，也就不斷完善了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方面的技術(shù)。 一、當(dāng)前我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的

4、問題 1、設(shè)計(jì)質(zhì)量下降 當(dāng)前設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)任務(wù)相當(dāng)繁重，所承攬的工藝及綜合專業(yè)部分設(shè)計(jì)收費(fèi)較高，而鋼結(jié)構(gòu)部分卻是難啃的硬骨頭，費(fèi)工費(fèi)力收費(fèi)低，不愿意承接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，或者缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，故往往將鋼結(jié)構(gòu)部分分包給另一單位。一些無資質(zhì)的單位，拿到工程后，用買來的圖標(biāo)搞設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)質(zhì)量存在重大隱患。當(dāng)前設(shè)計(jì)市場比較混亂，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量缺乏法制管理，缺乏嚴(yán)格的檢查和監(jiān)督，所出現(xiàn)多項(xiàng)倒塌事故無不與設(shè)計(jì)資質(zhì)有關(guān)。如不規(guī)范市場，嚴(yán)格資質(zhì)管理，會(huì)造成嚴(yán)重后果。 2、設(shè)計(jì)深度不夠 設(shè)計(jì)院將自己的設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)駕給加工企業(yè)，造成質(zhì)量下降。不少設(shè)計(jì)單位，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平比較低，承擔(dān)工程的設(shè)計(jì)者多為剛畢業(yè)不久的學(xué)生，缺

5、乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)知識(shí)，盲目照搬規(guī)范，套程序，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)不進(jìn)行研究，對(duì)所設(shè)計(jì)的成果心中沒底，設(shè)計(jì)院只做到了“方案設(shè)計(jì)”或初步設(shè)計(jì)的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計(jì)算軟件，又將施工圖任務(wù)轉(zhuǎn)包出去，由于這些分包單位缺乏專業(yè)配套知識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)總體要求不明確，往往所做出的圖紙不符合原設(shè)計(jì)要求，存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。有的加工廠為了節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，盲目進(jìn)行鋼材優(yōu)化，結(jié)果造成工程質(zhì)量事故。 3、盲目照搬設(shè)計(jì)方案 由于國外結(jié)構(gòu)工程師對(duì)我國地震和風(fēng)荷載的特殊情況了解得不深，故設(shè)計(jì)方案在抗震設(shè)計(jì)方面很不合理，如“鳥巢”，采用了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋和砼看臺(tái)完全脫開方案，幾萬噸的巨大鋼桁架所產(chǎn)生的地震荷載由鋼

6、結(jié)構(gòu)柱傳至柱底，而數(shù)千噸的巨大柱底水平力由與看臺(tái)基礎(chǔ)脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結(jié)果造成用鋼量達(dá)到五萬噸，相當(dāng)同類體育場用鋼量的四倍，這是抗地震設(shè)計(jì)極不合理的方案，如將數(shù)萬噸的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震力傳給砼看臺(tái)，可以減少大量的鋼材，在保持原建筑風(fēng)貌不變的情況下，可使龐大笨重的鋼結(jié)構(gòu)減少鋼材用量兩萬多噸。 4、設(shè)計(jì)未充分考慮施工 一些設(shè)計(jì)人員出于經(jīng)濟(jì)利益，整天埋在辦公室的圖紙堆里，理論脫離實(shí)際，不深入現(xiàn)場，不了解施工。嚴(yán)重者會(huì)給施工帶來極大困難，總的造價(jià)大量增加。如×工程設(shè)計(jì)要求屋蓋最后合攏的溫度為14 度±4 度，但本工程合攏時(shí)正值盛夏，中午時(shí)鋼材表面溫度達(dá)到55 度，為滿足14度合攏

7、要求，曾提出“深挖井、添冰塊、噴冰水”的區(qū)域降溫的方案。 5、“設(shè)計(jì)規(guī)范”不能滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)的需要 隨著我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的迅速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已研制開發(fā)出優(yōu)質(zhì)中厚鋼板，目前可大量供應(yīng)工程應(yīng)用，并于2000 年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB4104- 2000，這種牌號(hào)的Q235GJ、Q345GJ 優(yōu)質(zhì)厚鋼板有著良好的綜合性能，如低厚板效應(yīng)、良好的延性和沖擊韌性、焊接性能和抗撕裂性能，能滿足抗震設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)用厚板的各種需要，其性能已優(yōu)于日本SN50鋼、美國A572- 50 級(jí)鋼。新的國標(biāo)GB/T19879- 2005新增加了390MPa、420MPa、460MPa 三個(gè)強(qiáng)度級(jí)別，當(dāng)前的“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”都一直未對(duì)上

8、述鋼材新標(biāo)準(zhǔn)變化做出積極的反應(yīng)，也為提出任何修改補(bǔ)充條文。致使設(shè)計(jì)與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出，許多設(shè)計(jì)人員不敢采用新品種鋼材，建議立即著手修訂有關(guān)規(guī)范以滿足設(shè)計(jì)急需。 二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析 1、構(gòu)件設(shè)計(jì) 構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇, 比較常用的是Q235( 類似A3) 和Q345( 類似16Mn) 。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮, 也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí), 可選擇Q345; 穩(wěn)定控制時(shí), 宜使用Q235。 構(gòu)件設(shè)計(jì)中, 現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗(yàn)算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件, 都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由

9、于程序技術(shù)的進(jìn)步, 一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件, 從給定的截面庫里選擇加大一級(jí)。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算, 直至通過, 如sap2000 等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。 2、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前, 就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,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, 這必須避免。 按傳力特性不同, 節(jié)點(diǎn)分剛接, 鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書有豐富的推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式。 連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大。比如, 有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒有問

10、題, 但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng), 不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定。 3、具體設(shè)計(jì) 具體設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容: （1）焊接: 對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等, 規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定, 應(yīng)嚴(yán)格遵守, 焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。E43 對(duì)應(yīng)Q235, E50 對(duì)應(yīng)Q345, Q235 與Q345 連接時(shí), 應(yīng)該選擇低強(qiáng)度的E43, 而不是E50。焊接設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近。其他詳細(xì)內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。 （2）栓接:鉚接形式, 在建筑工程中, 現(xiàn)已很少采用, 通螺栓抗剪性能差, 可在次要結(jié)構(gòu)部位使用, 高強(qiáng)螺栓, 使用日益廣泛。常用8.8s 和10.9s 兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)

11、。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型。兩者計(jì)算方法不同, 高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12。常用M16M30。超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定, 設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國外在低層墻板式住宅中, 也常用于主結(jié)構(gòu)的連接。 （3）連接板: 可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm。然后驗(yàn)算凈截面抗剪等。 （4）梁腹板: 應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。 （5）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場無法安裝是初學(xué)者長犯的錯(cuò)誤。此外, 還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場定位與臨時(shí)固定。 （6）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平

12、。比如鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成。 4、圖紙編制 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段, 設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供, 施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制, 有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾, 有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。 （1）設(shè)計(jì)圖: 是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余, 在設(shè)計(jì)圖中, 對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料( 包括地震作用) 、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求( 包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的等級(jí)、涂裝及運(yùn)輸?shù)? 、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚, 以利于施工詳圖的順利編制, 并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。主要材料應(yīng)列表表示。 （2）施工詳圖: 又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá), 并應(yīng)附有詳盡的材料表, 設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制, 目前比較混亂, 各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。 參考文獻(xiàn)： 1 徐冠彤.鋼結(jié)構(gòu)廠房工程施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)和措施J.山西建筑,2007(18). 2