钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析邓云芳

钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析邓云芳

邓云芳

中建安装工程有限公司江苏南京210046

摘要：钢结构在现代建筑方面的应用越来越广泛，由于钢结构能够适应多样的造型及功能需求，所以备受关注。但是，钢结构在建筑结构设计中也存在着许多问题，本文针对钢结构在建筑结构设计中存在的问题进行分析，并提出相应的改进方案，以为钢结构在建筑行业的发展提供一些借鉴和参考。

关键词：钢结构；建筑结构设计；问题分析；改进措施

1.钢结构概述

钢结构主要是由钢制材料组成的结构类型，是主要的建筑结构类型之一。钢结构主要由型钢、钢板等形式制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件之间通常采用焊接、螺栓、铆钉连接。钢结构包括轻钢结构和重钢结构两类。其中，仓库、办公楼等跨度较小的建筑中多采用轻钢结构，而大跨度建筑中多采用重钢结构。与钢筋混凝土不同的是，钢结构具有自重较轻的特点，在达到相同强度负载的情况下，钢结构的重量只有钢筋混凝土的1/3。且钢结构施工方便、建筑工期短、工业化程度高等优点，故在建筑领域中应用较多。特别是在2008年奥运会的推动下，出现了钢结构建筑热潮，钢结构被广泛应用于建筑、铁路、桥梁和住宅等方面，对建筑业的发展起到了十分积极的影响。

钢结构设计时主要需要进行结构的内力分析、安全评估及稳定性判断，设计人员通过掌握企业的相关资料，判断钢结构应用的必要性，并根据建筑进行力学分析，确定钢结构的参数，对钢结构的施工要求标准进行评估。

2钢结构在建筑结构设计中的问题

钢结构在设计中的问题主要表现在以下几个方面：

（1）钢结构设计质量下降。由于钢结构设计所涉及的范围较广且设计任务要求多，所需费用高，再加上设计市场秩序混乱缺乏相关法律统一的监督管理，一定程度上导致钢结构的设计质量无法达标。另外，有些单位对于钢结构的设计经验不足，承接项目的设计人员设计水平相对较低，导致在设计过程中一味生搬硬套公式、程序，并没有结合工程实际去进行设计计算，理论脱离实际。

（2）中外规范的衔接存在差异。随着全球经济一体化进程的发展使得我国企业与国外市场联系日趋紧密。国外项目的增多，必然导致了面对各国不同的行业规范及标准体系如何衔接的问题。设计人员对国外经验盲目吸取，将国外的设计方案照搬照抄，忽视国内实际情况，由于标准体系的不同，国产材料和国外的要求不匹配，导致设计方案并不完全适用我国情况。不同钢结构设计标准体系之间的衔接是钢结构设计必须亟待解决的问题。

（3）钢结构设计深度不够。钢结构的设计方案无法达到预期深度，甚至无法满足设计的原始要求。忽视了最重要的钢结构节点连接设计和校核，往往在图纸上只是一味单一的标注采用全焊接节点或其他形式节点。对于钢结构设计而言，应该“强节点、弱构件”。节点形式的合理采用与否对于结构安全起着至关重要的作用。由于设计质量深度不够，往往导致较为严重的安全质量事故。比如在进行柱脚设计时，错误地对柱脚进行选择，居民住宅中多应用外露式柱脚，柱脚的刚度由底板的弹性及塑性确定，如果设计人员在设计时没有对位移角的限度值进行预留，在发生地震等自然灾害时，会造成柱脚的破坏，带来严重后果。

3钢结构在建筑结构设计中的改进措施

3.1加强对钢结构设计的规范管理

钢结构设计需要设计单位具备相关资质，能够确保钢结构构件的质量、制作及安装达到资质要求，满足建筑需要。规范设计市场，建立健全的监管体系，确保钢结构设计的正常稳定发展。

3.2根据实际情况进行钢结构设计

我国与国外的国情不同，在进行钢结构设计时，一定要将经济因素考虑在内。设计人员应当在对建筑的安全性、实用性及舒适性进行保证的同时，还要考虑到经济效益问题，减少成本，不能追求高标准造成设计过分保守，安全系数较高，更不能对国外的设计方案进行盲目搬抄。比如说，在进行钢结构防火设计时，偶遇钢结构易受温度的影响，当温度达到100℃~250℃范围内时，会降低钢结构的抗拉强度，增大其塑性，而当温度达到250℃时，又会降低钢结构的塑性，超过250℃时会发生徐变现象，超出500℃时，钢结构的强度会大大降低，产生塌落，带来经济损失甚至是人员伤亡，所以说钢结构的防火能力极其有限。因此，设计人员需要加强钢结构防火隔热设计的重视程度，根据建筑的防火等级和相关规范，对钢结构进行防火设计，避免在火灾发生时，出现钢结构的变形及塌落等问题。现阶段对钢结构防火处理掉方法多是在钢结构表面上涂抹防火材料，提高钢结构的耐火能力。

3.3加强钢结构深度设计

（1）钢结构节点设计

钢结构设计过程中，节点设计是其中的关键部分。对于抗震要求较高的结构而言，钢结构往往要求强节点、弱构件。如果节点设计的不科学，结构在外力作用下就很容易发生变形或导致算坏，因此在钢结构设计中，节点设计应本着“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。对于国外项目的钢节点设计，应在其标准体系上对其设计方法和构造进行研究，按其设计方法结合国内实际情况进行节点形式设计。

（2）防腐设计

钢结构容易受到腐蚀。当其在空气中长时间暴露时，容易受到侵蚀性物质的侵蚀，尤其是在潮湿的空气中，更容易加快腐蚀的进度。腐蚀会减小钢结构构件截面，产生锈坑，缩短钢结构的使用寿命。所以说，设计人员需要根据实际情况，重视防腐问题的处理，延长钢结构的使用寿命。目前对钢结构进行防腐处理的方法与防火处理类似，也是在钢结构表面涂抹防腐材料，以对钢结构进行保护。防腐材料具有高电阻、强附着力、强致密疏水性等特点，能够阻碍腐蚀性气体的腐蚀，达到防腐作用。

表1钢结构所处环境与涂料厚度要求对比

所处环境涂料层厚度室内环境不少于100μm露天环境不少于150μm地面以下的钢柱柱脚不少于50μm

地面以下的钢柱柱脚不少于50μm

特别注意的是，如果钢结构所处的环境为酸性环境，那么应当使用特殊的防腐涂料进行处理保护，比如使用氯磺化防酸漆等。

（3）抗震设计

我国处于环太平洋地震带与欧亚地震带两大地震带之间，属于地震多发国，所以在进行钢结构设计时也需要进行抗震设计。进行抗震设计是保证人们生命财产安全的重要前提，设计人员应当确保钢结构的规正、匀称，在连接时要选择合适的连接方法，确保连接节点的稳定，提高建筑的抗震性能，保证建筑物的安全可靠性。设计人员还应当考虑支撑形式、位置等对建筑物抗震能力的影响。

表2钢结构设计铆钉连接的强度

铆钉钢号和构件钢材排号抗拉抗剪承压Ⅰ类孔Ⅱ类孔Ⅰ类孔Ⅱ类孔铆钉BL2或BL3120185155--构件Q235钢---450365Q245钢---565460Q390钢---590480

4结语

钢结构在现代建筑中发挥着越来越重要的作用，因此也需要对钢结构的设计给予足够的重视。设计方案的选择是否合理，对于提高钢结构的安全可靠性以及提高经济效益都有十分重要的影响。设计人员应当不断加强对专业知识的学习，提高专业技能，做好钢结构的设计，不断提高钢结构设计质量。

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