有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中需注意的問題探索研究

1、<p>　　有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中需注意的問題探索研究</p><p>　　【摘 要】由于鋼材具有較高的強(qiáng)度、較好的延性及加工性能而被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，本文首先對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)予關(guān)注的問題進(jìn)行了分析，然后提出了解決問題的指導(dǎo)思想及方法，以期對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作起到參考作用。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)布置；邊界假定；安全儲(chǔ)備 </p><p>&

2、lt;b>　　前言 </b></p><p>　　近年來，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來越廣，技術(shù)越來越成熟，國(guó)家相應(yīng)出臺(tái)了不少規(guī)則、手冊(cè)、圖集來規(guī)范設(shè)計(jì)、施工行業(yè)。但畢竟結(jié)構(gòu)體系千變?nèi)f化，設(shè)計(jì)、施工人員在應(yīng)用過程中還是會(huì)產(chǎn)生諸多的問題。比如在設(shè)計(jì)階段，由于項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，施工圖設(shè)計(jì)采用程序自動(dòng)生產(chǎn)或套用圖集，未能深刻理解設(shè)計(jì)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，特別對(duì)施工經(jīng)驗(yàn)不足的人員來說，常會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中產(chǎn)生問題

3、。此外，設(shè)計(jì)人員水平參差不齊，在材料選用、節(jié)點(diǎn)做法等各方面沒有深刻領(lǐng)會(huì)，也常會(huì)造成材料采購、鋼結(jié)構(gòu)加工、運(yùn)輸、安裝等方面的困難，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，不僅要牢固的結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，還要在設(shè)計(jì)工作中不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，完善自身的知識(shí)體系，關(guān)注本文所述的各項(xiàng)問題，設(shè)計(jì)中要對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性以及制作安裝等多方面的因素同時(shí)考慮，理論聯(lián)系實(shí)際，腳踏實(shí)地一步一步提高自身的設(shè)計(jì)水平。 </p><p>

4、;　　一、結(jié)構(gòu)布置問題分析 </p><p>　　進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算之前，應(yīng)首先從結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，傳力途徑的明確性，結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性，剛度分布的均勻性，抗震能力的優(yōu)劣性等幾方面入手確定結(jié)構(gòu)布置方案，并本著布置方案與結(jié)構(gòu)形式必須同時(shí)考慮的指導(dǎo)思想，初步選定幾個(gè)方案。然后根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)資料對(duì)各種方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)方面的分析和比較，最后選定一個(gè)綜合最佳的結(jié)構(gòu)布置方案進(jìn)入下一步工作。結(jié)構(gòu)布置的好壞直接關(guān)系到設(shè)計(jì)成果

5、的優(yōu)劣，以門式剛架為例，在滿足建筑使用功能的前提下，應(yīng)首先考慮結(jié)構(gòu)體系的合理性和經(jīng)濟(jì)性，必要時(shí)還要對(duì)主次結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)算，在選擇布置方案的過程中應(yīng)避免片面的追求壓低主結(jié)構(gòu)或次結(jié)構(gòu)的用鋼量而忽略了整體用鋼量的概念。優(yōu)選方案的最終目的是保證安全度的前提下，達(dá)到結(jié)構(gòu)整體用鋼量最低的目標(biāo)。 </p><p>　　二、計(jì)算模型簡(jiǎn)化及構(gòu)件協(xié)同工作分析 </p><p>　　能否正確的對(duì)各種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成能夠用

6、于計(jì)算的模型是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作成敗的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須做到計(jì)算模型與最終實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致。例如進(jìn)行剛架或桁架的平面內(nèi)計(jì)算時(shí)，需要假定其平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，這個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度需要通過在結(jié)構(gòu)的平面外設(shè)置支撐類等構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)，如果無法設(shè)置或采取措施保證，就須改變計(jì)算長(zhǎng)度假定。再比如計(jì)算抗風(fēng)柱時(shí)未考慮柱頂承受豎向荷載，而節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)卻沒有切斷屋面梁與抗風(fēng)柱的傳力途徑，既與計(jì)算假設(shè)不符，又很可能造成安全隱患。當(dāng)計(jì)算中遇到某幾個(gè)構(gòu)件驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求時(shí)，可以直接調(diào)

7、整相應(yīng)構(gòu)件，也可以從構(gòu)件整體協(xié)同工作的角度分析原因。例如門式剛架計(jì)算中，會(huì)因?yàn)榱嚎箯潉偠鹊母淖兌绊懙街尿?yàn)算結(jié)果，反之亦然。再如網(wǎng)架計(jì)算中也會(huì)遇到需要將個(gè)別桿件截面加的很大的情況下計(jì)算才能通過，這時(shí)候就要考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作時(shí)的力流問題，很有可能因?yàn)楸患哟髼U件的存在而干擾了桿件內(nèi)力的合理流向。故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中適時(shí)地改變“頭痛醫(yī)頭”，”“腳痛醫(yī)腳”的做法會(huì)得到很多意想不到的收獲。 </p><p>　　三、邊界條

8、件假定問題分析 </p><p>　　結(jié)構(gòu)邊界條件 （或稱支座） 的假定關(guān)乎計(jì)算的結(jié)果是否能反映結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力狀態(tài)。典型的例子如兩端鉸接的柱面雙層網(wǎng)殼，在單獨(dú)計(jì)算上述結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)假設(shè)兩端的支座固定時(shí)，網(wǎng)殼更多的表現(xiàn)拱的特性，當(dāng)釋放一端支座的平面內(nèi)水平位移約束時(shí)，網(wǎng)殼可能表現(xiàn)出曲梁的特性，即支座的側(cè)移剛度假定會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，所以正確的設(shè)置結(jié)構(gòu)的邊界條件至關(guān)重要。比較妥當(dāng)?shù)淖龇ㄊ菍⑾虏拷Y(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)一起建模，

9、賦予相關(guān)特性后進(jìn)行整體分析、計(jì)算，以得到接近結(jié)構(gòu)真實(shí)承載狀態(tài)的結(jié)果。 </p><p>　　四、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)問題分析 </p><p>　　節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的重要一環(huán)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理導(dǎo)工程出現(xiàn)問題的事例很多。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)須從滿足結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、制作以及施工等方面的要求進(jìn)行。首先結(jié)構(gòu)的要求在門規(guī)、鋼規(guī)、抗規(guī)中已有詳細(xì)規(guī)定，這里不再贅述。其次構(gòu)造的要求需要注意，比如在工作溫度等于或低于零下20

10、 攝氏度時(shí)，構(gòu)件連接宜計(jì)成螺栓連接，不宜采用焊接；采用高強(qiáng)螺栓連接的節(jié)點(diǎn)，高強(qiáng)螺栓的數(shù)目不宜少于2 個(gè)。再次制作的要求也要考慮，節(jié)點(diǎn)過于復(fù)雜既增加了加工難度又因?yàn)橘|(zhì)量難以保證而影響節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。常見的不合理節(jié)點(diǎn)如門架牛腿處的加勁板間距離過近，導(dǎo)致相鄰的加勁板有一側(cè)沒有施焊空間?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的小直徑圓管柱與框架梁連接位置柱內(nèi)加勁板與管口距離較大導(dǎo)致無法施焊。最后是施工的需要，比如螺栓的安裝空間預(yù)留不足，導(dǎo)致螺栓無法安裝或雖安裝上了，卻沒有

11、擰緊扳手的操作空間。再如只設(shè)置一個(gè)臨時(shí)固定用的安裝螺，導(dǎo)致構(gòu)件吊裝時(shí)沒有輔助就位孔，浪費(fèi)人工及機(jī)械費(fèi)用。 </p><p>　　五、結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備問題分析 </p><p>　　結(jié)構(gòu)安全是整體安全，個(gè)別桿件的承載能力提高對(duì)提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力作用不大，對(duì)特定的結(jié)構(gòu)而言還有可能起到相反的作用。很多人經(jīng)常拿平米用鋼量來衡量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的好壞，卻忽略了相同平米用鋼量的結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備卻不一定相同。優(yōu)

12、化應(yīng)首先考慮變化方案，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)傳力模式和傳力途徑，做到大處節(jié)省，具體到桿件節(jié)點(diǎn)則要放寬。如果原結(jié)構(gòu)各構(gòu)件安全儲(chǔ)備相差嚴(yán)重時(shí)，可以選擇一個(gè)合適的安全儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整各構(gòu)件型號(hào)，該加大的加大，該減小的減小，以達(dá)到結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的安全儲(chǔ)備處于基本相同的水準(zhǔn)為目的。有的設(shè)計(jì)人員為了節(jié)省鋼材，在設(shè)計(jì)匯總將構(gòu)件的應(yīng)力指標(biāo)用得很滿，非常接近規(guī)范允許的限值。這種做法有兩個(gè)弊端：一是犧牲了結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，二是將功能限制得太死，適用范圍太小。建筑的功能將因?yàn)槭?/p>

13、掉的有限造價(jià)而大大折扣，綜合經(jīng)濟(jì)效益降低，得不償失。條件允許的情況下，盡量將結(jié)構(gòu)做成具有多道設(shè)防的超靜定結(jié)構(gòu)，超靜定次數(shù)越多，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備就越大。靜定結(jié)構(gòu)中單個(gè)構(gòu)件在承載中失效，整個(gè)結(jié)構(gòu)也隨之失效。而超靜定結(jié)構(gòu)在承受荷載作用而失效的過程中，在結(jié)構(gòu)成為可變體系之前，由于超靜定次數(shù)逐漸減少時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一系列的破壞征兆，便于被人們發(fā)現(xiàn)，從而延長(zhǎng)</p><p>　　六、地域行業(yè)發(fā)展水平分析 </p>

14、<p>　　任何先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法都無法超越實(shí)際的制作安裝水平來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)要符合所在地域的行業(yè)發(fā)展水平，設(shè)計(jì)人員不能不考慮這個(gè)因素，應(yīng)從設(shè)計(jì)角度調(diào)整相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或要求以適應(yīng)地區(qū)的行業(yè)發(fā)展水平。要注意設(shè)計(jì)圖紙的深度，詳細(xì)可參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制圖深度及表示方法》。2008 年，某鋼結(jié)構(gòu)工程的施工工地上，重鋼格構(gòu)柱不慎傾倒后摔得七零八落的事故發(fā)生后，對(duì)其鑒定為“不滿足設(shè)計(jì)要求”不應(yīng)該是作為設(shè)計(jì)人員考慮的唯一問題。 </p>&

15、lt;p><b>　　七、結(jié)語 </b></p><p>　　由于我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的相對(duì)發(fā)展時(shí)間比較短，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從業(yè)人員的水平良莠不齊，致使因設(shè)計(jì)疏漏或失誤引起鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的事例屢見不鮮。對(duì)于工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，除“保證安全”這一最低要求外，還有其他許多內(nèi)涵豐富的要求。本文根據(jù)自己多年參加鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)，就鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)關(guān)注的一些問題在這里提出一些淺顯的看法以供參考。鋼結(jié)

16、構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（G B50017-2003）北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003. </p><p>　　[2]中國(guó)建筑標(biāo)