冶金评职论文发表浅析建筑钢结构设计要点
摘要：随着国家经济水平的不断提高，钢结构房屋越来越多，广泛应用于工业和民用建筑中。笔者通过总结多年的设计心得，对钢结构设计中应注意的要点进行简要的分析和讨论，供设计同行参考。
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在我国钢铁工业快速发展的背景下，钢材产量明显提高，应用钢材作为建筑的主体结构已经成为必然趋势。特别是近年来，国内的用钢政策有了较大的转变，钢材生产也向社会化、商品化、通用化、专业化、标准化的方向发展，为钢结构设计提供了有利的条件。在钢结构设计中，要注重结构受力合理，尽量压低成本，并且保证设计方案新颖性与实用性的有机结合。针对国内钢结构设计的现状，在今后的工作中要加强设计体制、设计理念的改进与完善，并且提高设计人员的专业素质，进而才能保证设计方案的整体质量。
一、建筑钢结构的特点
建筑钢结构与钢筋混凝土结构相比具有以下优点: 一是钢结构可工厂化制作, 减少现场施工的工作量, 施工周期短; 二是由于钢结构自重轻、结构荷载小, 减少了地基处理的工作量和费用; 三是钢结构利于抗震, 给投资方带来较好的经济效益和社会效益; 四是钢结构由于其材料本身的性能好, 强度高, 与钢筋混凝土结构相比结构断面小, 在厂房布置中可以节省一部分空间, 更容易满足工艺灵活布置的要求。
根据现行《钢结构设计规范》GB 50017—2003 的规定, 承重结构应进行承载能力极限和正常使用极限状态的设计。一般设计人员比较注重结构的强度与变形问题, 对结构稳定问题的关注程度远远不够。笔者认为一个成功的钢结构设计必须解决好其稳定设计及构造措施的问题, 且在使用规范过程中还应避免孤立或片面地对规范条文进行理解。
二、建筑钢结构的稳定设计
稳定性是钢结构设计中的一个突出问题, 在各种类型的钢结构设计中, 都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中亟待解决的主要问题, 一旦出现钢结构的失稳事故, 不但对经济造成严重的损失, 甚至会造成人员的伤亡, 这方面的教训也很多。所以我们在钢结构设计中, 一定要把好这一关。目前, 钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足, 对结构及构件的稳定性能不够清楚, 对如何保证结构稳定缺少明确的认识, 造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此, 在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念, 才能更好地处理钢结构的稳定问题。
1.强度与稳定的区别
强度问题是一个应力问题。稳定问题则与强度问题不同, 它实质上是一个变形问题。如轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。
2.钢结构稳定设计的原则
钢结构稳定设计应遵循以下3 项基本原则:
(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求。目前, 结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架、框架都是如此。保证这些平面结构不出现平面失稳, 需要从结构整体布置来考虑, 即必须设置必要的支撑构件。也就是说, 结构构件的平面内和平面外的稳定计算必须和结构布置相一致。
(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致。目前设计单层和多层框架结构时, 经常不进行框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数应通过框架整体稳定分析得出, 这样才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而, 实际框架多种多样, 而设计中为了简化计算工作, 需要设定一些典型条件。按照这些假定, 框架各柱的稳定参数及杆件稳定计算的常用方法, 往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的, 设计者必须明确所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。
(3)结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者具有一致性。结构计算和构造设计相符合, 一直是结构设计中大家都十分关注的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋予它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心, 这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如, 简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移, 同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了, 支座还必须能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。
三、建筑钢结构设计要点
1.正确选用钢材与焊缝质量等级
按照国内现行的相关规范要求，在钢结构的设计方案中，应明确标注钢材与焊缝质量等级。在国内现阶段的钢结构设计中，对于焊缝质量等级的要求缺乏明确性，部分项目甚至并没有提及。一般情况下，钢结构建筑使用的钢材要具有屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及硫、磷、碳含量检测合格等特点。在抗震要求较高钢结构建筑的设计时，钢板的厚度应≥40mm，在承受沿板厚方向的较大拉力时，要保证板厚方向的截面收缩率。在钢结构设计中，焊接连接是基本的钢结构连接方法，焊缝质量的优劣直接影响到结构的整体安全，所以，必须根据结构、构件的重要性与受力性能等，合理确定焊缝的质量等级。
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