探析钢结构设计与应用难点

探析钢结构设计与应用难点

摘要：随着我国工业与民用建筑设计水平和施工水平的提高，建筑用钢材的多样化，钢结构工程得到了广泛的应用。很多大跨度场馆、高层建筑、构筑物以及中小型建筑都采用了钢结构。钢结构具有空间跨度大、造价低、结构性能突出、安装便利等优势，这使得其在建筑行业内得到了众多企业的青睐。本文就将对钢结构设计与应用的相关问题进行分析探讨。

关键词：钢结构；设计；应用

我们知道，钢结构有很多优越的工程条件，如钢材的结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好。适于承受冲击和地震荷载、钢材的密度与强度之比较小、钢结构与钢筋混凝土结构相比要轻30%--50%，而且钢结构便于机械化生产。但是钢结构也存在着很多缺陷和隐患。因此，在采用钢结构时，要时刻谨慎，只有对其进行合理科学的设计才能保证钢结构安全、持久的工作。

1、钢结构工程的优点

相比于传统的砖混结构来说，钢结构建筑的优势十分明显。钢结构建筑的施工速度快，施工时间短。就房地产市场而言，如果采用砖混结构建筑的施工时间是三年，那么采用钢结构建筑的施工时间至少可以减半。这在很大程度上大大地提前了房地产开发商的交房时间，也能够让业主早日迁入新房。钢结构建筑的内部空间，除了住宅类建筑内的卫生间以及厨房是固定的以外，其余空间格局都可以随意进行改变，而传统砖混结构的建筑却不具备此功能。钢结构建筑的室内格局比较灵话，不会像砖混结构那般有诸多限制，因此业主可以对室内空间随意进行设计，最大限度的提升室内空间的利用率。钢结构建筑的抗震性能比砖混结构建筑更为突出。比如日本等地震频发国家多是采用的钢结构建筑，其抗震效果极佳。钢结构建筑能够起到较好的节能环保作用。在传统砖混结构建筑施工中，所使用的建筑材料以及辅助材料会消耗很多的自然资源，造成资源浪费，而使用钢结构建筑，则可以免去支模施工等工序，同时还可以节约极多的边角料，在节能的同时还能最大限度降低工程对环境的影响和破坏。

2、钢结构工程的节点及稳定设计

2.1、钢节点设计

钢节点设计作为钢构件传递力的介质，其在钢结构设计起着相当关键作用。采用精确设计法进行钢结构节点设计时，腹板抗弯很难满足要求，必须较大程度地加厚腹板。显然采取加厚腹板的做法很不经济，所以工程中大多采用常用设计法，这种计算模型力学关系明确，但在设计中一定要注意采取抗震加强措施，如采用使塑性铰外移的梁端增强式连接或在离梁端不远处削弱梁上下翼缘的犬骨式连接。如果不加强梁端翼缘，而是只考虑腹板连接螺栓承担剪力，则弯矩全部由翼缘焊缝承担，这时翼缘焊缝的抗弯能力只有梁抗弯能力的80%左右，再按规定乘以折减系数0.9，则其连接的抗弯承载力只有梁抗弯承载力的70%～75%。

显然这种节点比等强连接还要低30%～25%，不符合强节点的设计理念。

2.2、稳定设计

要想保证钢结构的稳定性，首先，在钢结构稳定性计算前，就要考虑结构方案布置和构造设计相配合，保持协调一致。另外，工程的实际情况和结构计算简图的一致性也是设计过程中要充分考虑的问题，在此基础上的稳定性分析和计算相结合，才能有效的保证钢结构建筑的稳定性。在进行钢结构整体稳定性设计计算的过程中，局部的计算也是不可缺少的。每一个结构构件部分在整体中都要进行考虑和计算，这是钢结构设计的基本原则。其中对于受弯钢构件的板件局部稳定可以通过：限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；允许钢板件在钢构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。对于轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。

3、钢结构的设计与应用难点

3.1钢结构的设计难点

3.1.1、判断钢结构的适用性

现今建筑工程中，钢结构多是用于跨度和荷载较大、体型复杂的高层建筑中。要求其能够承受较大的荷载、方便拆卸、能够承受大幅度的振动、密封严实，因此在钢结构设计之前必须要对这些方面进行全面的分析，考虑所设计的钢结构是否适用、能否满足要求。

3.1.2、钢材的选择

对于钢结构设计来说，选材是一项极为重要且难度较大的工作。究其原因，一方面是我国钢铁工业迅速发展，钢材的种类繁多，要从众多的钢材种类中选出适合某种建筑工程的钢材是有难度的；另一方面是因为目前钢结构建筑的种类也在不断增加，不同建筑物对钢结构的强度、变形度、疲劳应力等方面的要求也不一致，因此选择合适的钢材显得至关重要，否则就不能完全发挥出钢结构建筑的优势。

3.1.3、加强对钢结构受力体系以及细部节点的设计

在钢结构方案确定以后，必须要立即对钢结构的受力体系以及细部节点进行具体的计算和完善。首先，针对钢结构受力体系设计而言，现今很多钢结构都是采用的杆系结构，这种结构要求钢材强度大、截面尺寸小；在生产的时候可以在现场组装、构件之间的约束作用小。因此其设计的重点是保证构件节点之间的连接稳固性。其次，对于钢结构建筑的细部节点设计而言，钢结构建筑的节点设计

要求细致且设计内容复杂，都需要对细部节点进行严格的设计。很多时候，细部节点的设计直接决定着钢结构的整体质量。在细部节点设计中，除了要确保其满足结构受力要求之外，还必须要充分考虑钢结构安装的便利性以及可行性。

3.2钢结构的应用难点

3.2.1、对于钢网架工程来说，其钢网架结构的制作和安装较为复杂。其主要步骤有放球、放置杆件、平面网架的拼装和焊接等。先将已经验收的焊接球放入安装节点内，并调整好位置以及受力方向，此处需注意的是在放入焊接球时必须要按照其规格、编号放入。然后再放置杆件，在放置以前要检查杆件的尺寸、规格、焊缝间隙以及坡口，将杆件放在两球之间。平面网架的拼装需从中心线开始，渐渐向四周展开。对于平面网架的焊接，在焊接前要选择合理、科学的焊接工艺，并编制好焊接顺序，防止焊接过程中的网架变形。

3.2.2、高空合拢是一项极为重要、难度较大的施工作业步骤。在网架就位后，要对支座与网架的距离进行合理的调节，可以在网架上设置几组倒链，以方便对其进行横向调节。然后再对网架的标高进行检测，确保其高低均匀。

3.2.3、对于钢结构的防腐和防火处理来说，因为钢结构长期暴露于空气中，易受到风雨的侵蚀使其生锈老化，从而导致承载力下降，美观度也会受到影响。所以必须要采用新型防腐材料，对其进行防腐处理。火灾对钢结构的危害极大，虽然钢材并非燃烧材料，但是其耐火能力却远远不及砖混结构。当温度达到400℃及以上时，钢材的屈服强度就会急剧下降，致使建筑物结构受到极大程度的破坏，因此钢结构工程的防火处理也很重要。

总而言之，钢结构因其自重较轻、强度较高、抗震性较强，及隔音、保温、舒适性较好等特点在当前的建筑工程中得到了广泛的应用。而在其应用中为了保证建筑工程的质量，我们就必须要在具体的工作中明确钢结构设计以及应用中的难点，并采取有效的措施进行预防处理，促进整个工作的有效开展。

参考文献

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