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【摘 要】 随着我国城市的发展,多层建筑与高层建筑施工项目越来越多,其中钢结构的应用也是日趋广泛。钢结构具备许多优点,比如安装简便,强度高、塑性好、自重轻等,具有很好的结构性能,能够满足现代建筑多样化的需求。本文中结合个人工作实践,对当前多高层建筑中钢结构的应用情况进行探讨,以促进钢结构设计的进一步完善。
【关键词】 钢结构;设计;问题;改进措施
多高层钢结构虽然在建筑中得到了广泛的应用,但是在设计中却存在着很多问题,比如结构设计质量、设计人员因素、钢结构设计方案缺乏深度,不能满足原设计的要求。这些问题都严重制约了钢结构的发展和应用。
1 多高层钢结构概述
近年来,经济的快速发展带动了建筑业的发展,在建筑中钢结构的应用有很多。由于钢结构具备轻质高强的特点,在同等荷载作用下,构件的截面尺寸相对于混凝土结构要小的多,同时,钢梁的腹板易于开孔,建筑中的管线穿孔通过,这样可以很好的节约建筑的层高及使用空间。相对于混凝土结构,钢结构的抗震性能优越,现场安装速度也要快的多,对环境污染小。所以钢结构在多高层结构中得到广泛。例如办公楼、超市、宾馆等。
2 钢结构设计的前期工作
钢结构设计的前期工作主要是充分了解业主提供的资料,根据建筑的使用功能要求,建立初步的力学模型,对结构进行合理化的分析,对各项技术参数进行评估,并与混凝土结构进行经济性,安全性的对比。
3 多高层钢结构设计中存在的问题
3.1钢结构设计质量不高。钢结构设计的任务相对繁重,不能仅依靠计算机辅助设计,重要的构件需要手工复核计算,如偏心支撑,耗能梁等,重要的节点需要做有限元分析,特殊的节点位置需要三维放样以便施工,所以在一定程度上增加了钢结构设计的难度。此外,有些设计单位缺乏钢结构设计的实践经验,往往将钢结构设计进行分包,而分包单位的设计质量更是参差不齐,就会给钢结构的设计带来安全隐患。
3.2盲目模仿外国设计方案。我国钢结构设计方案首要考虑的问题是经济效益,而外国的设计方案由于具备强大的经济实力的支持,往往不看重经济效益,因此我国的设计人员照搬外国的设计方案是不符合实际情况的。有些设计人员盲目追求设计的新颖而没有考虑成本问题,最终导致设计方案不合理。
3.3钢结构设计方案深度不够。承接单位和设计单位的分包,在很大程度上降低了设计的深度,甚至有些设计方案不能满足原设计的要求,例如柱脚设计的错误。埋入式、外包式、外露式是柱脚设计的主要类型,外露式主要在民宅中应用,底板的弹性和塑性变形决定了柱脚的刚度,所以底板出现变形就会造成钢结构的变形,设计人员如果不充分考虑这些问题,不进行内力分析,预留位移角限度值,一旦出现地震灾害时,就很容易破坏柱脚节点,损坏建筑物。
4 钢结构设计改进措施
4.1规范设计管理,加大監督力度。钢结构设计的特殊性,要求相关部门审查承包商和设计单位的资质,比如钢结构构件的质量、钢结构构件制作能力、施工安装能力等。承包单位一定要有钢结构设计的资质以及钢结构安装资质,并且能在相关规定下,满足建筑的要求。
4.2以实际为出发点进行钢结构设计。我国钢结构设计方案一定要重视经济效益问题,设计人员要充分考虑成本问题,不能盲目模仿外国的设计方案,一切从实际出发,充分考虑建筑的安全性、舒适性和实用性。例如钢结构的防火设计。钢结构的优点虽然有很多,但是也有一定的缺陷,主要体现在钢结构受温度的影响太大,因此其防火能力不强,远远不能满足人们的需要。钢结构受热在100~250℃时,当升高温度,会增大钢结构的塑性,同时降低钢结构的抗拉强度;当温度升高到250℃时,会降低钢结构的塑性,但是在一定程度上提高了钢结构的抗拉强度,导致蓝脆现象;温度在250℃以上时,就会造成徐变现象;一旦温度在500℃以上时,不仅大程度的降低钢结构的强度,而且会出现塌落的现象,造成一定的经济损失,情节严重的甚至会造成人员伤亡。因此,设计人员要重视钢结构的防火设计和隔热设计。在设计之前,设计人员要对建筑场地进行考察,确定建筑的防火等级,然后结合相关的规范要求进行防火设计,提高钢结构的防火能力。避免发生火灾时钢结构的变形及脱落。当前,提高钢结构的防火能力的主要方法是将防火涂料涂在钢结构的表面,使钢的构件的耐火能力得到有效的提高。主要注意的是,设计人员在做设计时,一定要考虑发生火灾时疏散人员问题,使安全出口和疏散通道的设计合理化。
4.3重视钢结构深度的设计
4.3.1钢结构的防腐设计。钢结构不能长时间暴露在空气中,因为钢结构在空气中暴露太久容易被腐蚀,如果钢结构存在侵蚀性物质,并且处在潮湿的环境,会加速钢结构的腐蚀程度。被腐蚀的钢结构不仅缩小了构建截面,而且导致钢结构的表层出现锈坑,在很大程度上减少了钢结构的使用寿命。因此,设计人员一定要重视钢结构的腐蚀问题,并且要结合实际的情况,想出最好的解决对策和最佳的设计方案,提高建筑的安全性。当前,钢结构的防腐设计通常都是将防腐防锈涂料涂在钢结构表面,从而达到保护钢结构的目的。这样的涂料的主要特点是电阻较大、附着力较好、致密疏水性较强,在很大程度上阻碍了氯离子、氧气和水蒸气的腐蚀,防腐作用效果较好。按照相关规定,室内的钢结构的涂料层的厚度至少达到100μm,而裸露在空气中的钢结构或者露天钢结构的涂料层的厚度至少达到150μm~200μm,而在地面或者地面以下的钢柱柱脚,最好采用C20混凝土将其包裹,同时涂料层的厚度至少在50μm以上。需要注意的是,如果钢结构处在酸环境中,则需要使用特殊的涂料如氯磺化防酸漆来保护钢结构。
4.3.2钢结构的抗震设计。近年来,地震灾害的发生率越来越高,我国属于地震多发国,为了确保建筑和人们生命的安全,建筑结构的设计应当重视抗震性能的设计,设计人员要尽可能提高钢结构的抗震性能,从而提高建筑物的安全性和稳定性。建筑钢结构的设计,一定要确保钢结构的规正、匀称和简洁,同时连接方法要选择得当。柱子和屋架之间以及屋面板和屋架之间的连接一定要稳定牢固,确保地震发生时节点的稳定。另外,位置的选择、支撑形式的选用是否合理都会影响建筑的抗震能力,因此设计人员要慎重考虑这些问题,同时要积极做好抗震措施。此外,墙和柱之间的拉结要加强,并将高宽比合理调整,使之有效抗震。
5 结束语
针对钢结构在建筑结构设计中存在的问题,改进措施有很多:①要规范设计管理,加大监督力度。相关部门要审查承包商和设计单位的资质,比如钢结构构件的质量、钢结构构件制作能力、施工安装能力等,并且在相关规定下能满足建设的要求。②要以实际为出发点进行钢结构设计,设计人员要充分考虑成本问题,不能满目模仿外国的设计方案,一切从实际出发,充分考虑建筑的安全性、舒适性和实用性。③要重视钢结构设计的深度。钢结构设计的改进措施不可能完美,需要设计人员和施工人员在不断的实践中总结经验,不断的改进,才能更好的促进钢结构设计的完善。
参考文献:
[1]屈俊峰.房屋建筑结构设计内容与存在问题分析[J].中小企业管理与科技:上旬刊,2011,7(4):957~958.
[2]葛文通,张太所.工业厂房钢结构工程的施工监理[J].安徽冶金科技职业学院学报,2012,4(3):347~348.
[3]郑先元.钢结构工程施工质量监督中的常见问题及应对措施[J].工程质量,2012,2(2):345~346.
【关键词】 钢结构;设计;问题;改进措施
多高层钢结构虽然在建筑中得到了广泛的应用,但是在设计中却存在着很多问题,比如结构设计质量、设计人员因素、钢结构设计方案缺乏深度,不能满足原设计的要求。这些问题都严重制约了钢结构的发展和应用。
1 多高层钢结构概述
近年来,经济的快速发展带动了建筑业的发展,在建筑中钢结构的应用有很多。由于钢结构具备轻质高强的特点,在同等荷载作用下,构件的截面尺寸相对于混凝土结构要小的多,同时,钢梁的腹板易于开孔,建筑中的管线穿孔通过,这样可以很好的节约建筑的层高及使用空间。相对于混凝土结构,钢结构的抗震性能优越,现场安装速度也要快的多,对环境污染小。所以钢结构在多高层结构中得到广泛。例如办公楼、超市、宾馆等。
2 钢结构设计的前期工作
钢结构设计的前期工作主要是充分了解业主提供的资料,根据建筑的使用功能要求,建立初步的力学模型,对结构进行合理化的分析,对各项技术参数进行评估,并与混凝土结构进行经济性,安全性的对比。
3 多高层钢结构设计中存在的问题
3.1钢结构设计质量不高。钢结构设计的任务相对繁重,不能仅依靠计算机辅助设计,重要的构件需要手工复核计算,如偏心支撑,耗能梁等,重要的节点需要做有限元分析,特殊的节点位置需要三维放样以便施工,所以在一定程度上增加了钢结构设计的难度。此外,有些设计单位缺乏钢结构设计的实践经验,往往将钢结构设计进行分包,而分包单位的设计质量更是参差不齐,就会给钢结构的设计带来安全隐患。
3.2盲目模仿外国设计方案。我国钢结构设计方案首要考虑的问题是经济效益,而外国的设计方案由于具备强大的经济实力的支持,往往不看重经济效益,因此我国的设计人员照搬外国的设计方案是不符合实际情况的。有些设计人员盲目追求设计的新颖而没有考虑成本问题,最终导致设计方案不合理。
3.3钢结构设计方案深度不够。承接单位和设计单位的分包,在很大程度上降低了设计的深度,甚至有些设计方案不能满足原设计的要求,例如柱脚设计的错误。埋入式、外包式、外露式是柱脚设计的主要类型,外露式主要在民宅中应用,底板的弹性和塑性变形决定了柱脚的刚度,所以底板出现变形就会造成钢结构的变形,设计人员如果不充分考虑这些问题,不进行内力分析,预留位移角限度值,一旦出现地震灾害时,就很容易破坏柱脚节点,损坏建筑物。
4 钢结构设计改进措施
4.1规范设计管理,加大監督力度。钢结构设计的特殊性,要求相关部门审查承包商和设计单位的资质,比如钢结构构件的质量、钢结构构件制作能力、施工安装能力等。承包单位一定要有钢结构设计的资质以及钢结构安装资质,并且能在相关规定下,满足建筑的要求。
4.2以实际为出发点进行钢结构设计。我国钢结构设计方案一定要重视经济效益问题,设计人员要充分考虑成本问题,不能盲目模仿外国的设计方案,一切从实际出发,充分考虑建筑的安全性、舒适性和实用性。例如钢结构的防火设计。钢结构的优点虽然有很多,但是也有一定的缺陷,主要体现在钢结构受温度的影响太大,因此其防火能力不强,远远不能满足人们的需要。钢结构受热在100~250℃时,当升高温度,会增大钢结构的塑性,同时降低钢结构的抗拉强度;当温度升高到250℃时,会降低钢结构的塑性,但是在一定程度上提高了钢结构的抗拉强度,导致蓝脆现象;温度在250℃以上时,就会造成徐变现象;一旦温度在500℃以上时,不仅大程度的降低钢结构的强度,而且会出现塌落的现象,造成一定的经济损失,情节严重的甚至会造成人员伤亡。因此,设计人员要重视钢结构的防火设计和隔热设计。在设计之前,设计人员要对建筑场地进行考察,确定建筑的防火等级,然后结合相关的规范要求进行防火设计,提高钢结构的防火能力。避免发生火灾时钢结构的变形及脱落。当前,提高钢结构的防火能力的主要方法是将防火涂料涂在钢结构的表面,使钢的构件的耐火能力得到有效的提高。主要注意的是,设计人员在做设计时,一定要考虑发生火灾时疏散人员问题,使安全出口和疏散通道的设计合理化。
4.3重视钢结构深度的设计
4.3.1钢结构的防腐设计。钢结构不能长时间暴露在空气中,因为钢结构在空气中暴露太久容易被腐蚀,如果钢结构存在侵蚀性物质,并且处在潮湿的环境,会加速钢结构的腐蚀程度。被腐蚀的钢结构不仅缩小了构建截面,而且导致钢结构的表层出现锈坑,在很大程度上减少了钢结构的使用寿命。因此,设计人员一定要重视钢结构的腐蚀问题,并且要结合实际的情况,想出最好的解决对策和最佳的设计方案,提高建筑的安全性。当前,钢结构的防腐设计通常都是将防腐防锈涂料涂在钢结构表面,从而达到保护钢结构的目的。这样的涂料的主要特点是电阻较大、附着力较好、致密疏水性较强,在很大程度上阻碍了氯离子、氧气和水蒸气的腐蚀,防腐作用效果较好。按照相关规定,室内的钢结构的涂料层的厚度至少达到100μm,而裸露在空气中的钢结构或者露天钢结构的涂料层的厚度至少达到150μm~200μm,而在地面或者地面以下的钢柱柱脚,最好采用C20混凝土将其包裹,同时涂料层的厚度至少在50μm以上。需要注意的是,如果钢结构处在酸环境中,则需要使用特殊的涂料如氯磺化防酸漆来保护钢结构。
4.3.2钢结构的抗震设计。近年来,地震灾害的发生率越来越高,我国属于地震多发国,为了确保建筑和人们生命的安全,建筑结构的设计应当重视抗震性能的设计,设计人员要尽可能提高钢结构的抗震性能,从而提高建筑物的安全性和稳定性。建筑钢结构的设计,一定要确保钢结构的规正、匀称和简洁,同时连接方法要选择得当。柱子和屋架之间以及屋面板和屋架之间的连接一定要稳定牢固,确保地震发生时节点的稳定。另外,位置的选择、支撑形式的选用是否合理都会影响建筑的抗震能力,因此设计人员要慎重考虑这些问题,同时要积极做好抗震措施。此外,墙和柱之间的拉结要加强,并将高宽比合理调整,使之有效抗震。
5 结束语
针对钢结构在建筑结构设计中存在的问题,改进措施有很多:①要规范设计管理,加大监督力度。相关部门要审查承包商和设计单位的资质,比如钢结构构件的质量、钢结构构件制作能力、施工安装能力等,并且在相关规定下能满足建设的要求。②要以实际为出发点进行钢结构设计,设计人员要充分考虑成本问题,不能满目模仿外国的设计方案,一切从实际出发,充分考虑建筑的安全性、舒适性和实用性。③要重视钢结构设计的深度。钢结构设计的改进措施不可能完美,需要设计人员和施工人员在不断的实践中总结经验,不断的改进,才能更好的促进钢结构设计的完善。
参考文献:
[1]屈俊峰.房屋建筑结构设计内容与存在问题分析[J].中小企业管理与科技:上旬刊,2011,7(4):957~958.
[2]葛文通,张太所.工业厂房钢结构工程的施工监理[J].安徽冶金科技职业学院学报,2012,4(3):347~348.
[3]郑先元.钢结构工程施工质量监督中的常见问题及应对措施[J].工程质量,2012,2(2):345~346.