论文部分内容阅读
摘 要：随着我国经济的飞速发展，新型钢材在各行各业中得到了普遍应用。其中，钢结构的设计要考虑多种因素，使其发挥更大的性能和作用。钢结构设计要标准化、专业化、智能化，从而符合建筑行业可持续发展的要求。本文主要从设计的层面入手，论述钢结构设计的一些要点，希望可以给同行朋友提供一些有用的帮助。
关键词：钢结构；设计；要点
中图分类号： TU973 文献标识码： A 文章编号：1671-3362（2013）03-0019-01
我国钢结构设计正處在初期阶段，还有很多不合理的地方，需要设计者不断去完善。设计阶段存在问题，就必然导致施工过程出现漏洞，使整个工程项目的质量达不到规定的要求。因此，在钢结构的设计阶段就要注重性能，使科学的设计方案更好地服务于建设。笔者根据多年的钢结构设计经验，有一些粗浅的看法，下面就来谈一谈设计需要注意的事项。
1 钢结构设计的原则
1.1 全面考虑各种因素
为了拓宽现代城市居民的生活空间，体现钢结构的优势，比如大柱网，就要合理改变设计的布局，使钢结构更加科学合理，经久耐用。有一些多层的钢结构会对建筑的布局有特殊性的要求，这需要根据实际情况而定，分析好各种有利和不利因素。这些因素只是相对的，在合理的设计中就会发挥出应有的作用，使钢结构设计更加合理、更加经济。
1.2 结构选型要有针对性
钢结构的选择要考虑自身的特点。在允许的范围内，结构框架的支撑要选择性能较高的节点框架，发挥节点的功能。在一些占地面积较大的建筑中，可以采用悬索式或者索寞式的结构，以便于更好地覆盖整个跨度。在高层钢结构的设计中，比较适合采用钢筋混凝土的结构，有利于更好地防震、防风。比如高层建筑结构一般比较复杂，没有规律性，不能单纯地为了追求经济效益而选择抗震性较差的外框式结构，宜选择SRC支撑结构。
1.3 结构的布局要遵循力学特征
钢结构的荷载能力和性质等要进行细致考虑。在通常情况下，钢结构布局要有相应的力学模型，使设计的刚度匀称分布，最大限度地保持荷载量的稳定，减小其负面效应。比如使布局以最直接的方式传递线路。此外，梁柱的支撑点也要合理分布，它们的形心要距离风震作用线较近，否则就会扭曲钢结构。总的布局要设有多道防线，保障结构的抗侧可以有效工作，比如设计合理的支撑结构，其梁柱至少可以分担1/5的压力。
2 钢结构的规范设计
衔接节点是钢结构设计的核心环节，在彻底分析钢结构之前，要对节点的形式及特征做必要的研究和思考，使钢结构的质量更加优良。钢结构的节点务必要考虑其安全性，使后续施工过程更加可靠，可以采用先进的设计流程，对节点进行有效分类，避免衔接过程出现失误。钢结构节点按受力情况可以分为三种形式，即刚性节点、半刚性节点以及铰节点。其中，刚性节点和铰节点的承重性能比较强，施工的工艺也比较精湛，因此受到了普遍的关注和认可。
2.1 节点设计的常用方法
根据强度要求和实际受力情况，可以总结出多种灵活的方法。设计规范手册经常提到焊缝或者是螺栓连接的方式，以供设计者做参考使用。规范的设计比较方便快捷，在结构软件的后续部分会进行自动处理。节点设计的具体内容有：焊接、栓接、连接板以及梁腹板的设计。
第一，焊接的形式及尺寸等要符合标准，按照一定的施工规则分层进行设计，对于一些强制性的规定，也必须考虑在内。焊条的选择要和所要镶嵌的金属材料相匹配，比如E43搭配Q235，E50搭配Q345等等。焊接设计过程中也不可以随意改变焊缝的大小，其重心要和所要连接的构件重心相一致。
第二，栓接应采用较新的形式。在以往的工程项目中，钢结构的栓接多采用铆接的方式，其抗剪性很差，不能和普通的螺栓相适应，使有些次要钢结构部位不合理。而新型的栓接方式可以加强螺栓的使用性能，且便于操作，施工方式也比较灵活，适应环境的能力很强。常用的栓接模式会有两个等级的强度—8.8s和10.9s，要根据不同的受力情况，选用适宜的等级，从而分担钢结构的摩擦及压力。这两个等级的计算方法不同于常规计算，两者的最小规为M12，长规为M16到M30之间。值得一提的是，超大型的螺栓性能很不稳定，因此在钢结构的设计中要慎重考虑。
第三，连接板的设计可以方便取其厚度的4mm，在此基础上检验净截面抗拉、抗击的性能。此外，自攻螺丝要在薄壁型钢和板材之间的接缝处合理使用。
第四，对于钢结构的梁腹板设计，要在检验连接板的前提下，待抗拉、抗击性能符合标准规定时，方可进行施工。它还需要检验孔壁的局部受压情况，并兼顾安装的各个流程，比如净空尺寸的大小，就位时间等因素。
2.2 预估截面的设计
钢结构的布置完毕以后，还需要对截面进行预先的估算。主要依据的是支撑体系及梁柱的断面状况和大小，根据这些对截面进行仔细的设计。
首先，钢结构的梁可以采用槽钢、轧钢甚至是H型钢的截面。通过对荷载以及支座的分析，截面的大小会处于跨度的2%—5%之间。翼缘的高度也要按照梁的侧向支撑点间距确定。当其处于极限状态时，这种方式会符合钢结构梁对稳定性的需求。在确立截面大小和翼缘高度之后，钢结构板件的厚度就应该按照有关规范进行整体性的预估。
其次，钢结构的柱截面要按长细比进行预估。一般来说，它的范围在50到150单位之间，并且初步的选值应该控制在100上下。柱的截面大小也要考虑截面的不同受力情况，选择适合的槽钢或者是轧钢。
最后，普通钢结构的设计与轻型钢结构的设计会存在较大的差距。轻型钢结构的处理要根据具体的情况合理设计，让每一个构件都可以有效发挥性能。除了人为控制之外，还要利用高科技作业使强弱轴的方向保持正确，从而使钢结构变形和受力减少。
3总结
总而言之，钢结构设计是否合理在很大程度上决定着工程总质量的好坏。我们要注意设计中的各种因素，并不断创新设计的方法，使施工更加高质高效。相信经过工作人员的探索与实践，建筑钢结构的设计一定会更加规范化与科学化，从而为整个工程作出突出的贡献。
参考文献
[1]关方涛.论钢结构设计工作中应关注的问题[J].中国房地产业（理论版），2012，（02）.
[2]王振 王兰芹.门式刚架轻型钢结构设计中存在的若干问题探讨[J].居业，2012，（05）.
[3]赵延春 马宗伟.钢结构设计等级与施工质量标准的差异及应用[J].中国科技纵横，2012，（14）.
[4]董杰.大跨空间钢结构设计方案选优综合评价指标体系的研究[J].价值工程，2012，（22）.
作者简介：徐东海（1976-），男，江苏常州，2007年毕业于江南大学工程管理专业，工程师，研究方向：项目管理。
关键词：钢结构；设计；要点
中图分类号： TU973 文献标识码： A 文章编号：1671-3362（2013）03-0019-01
我国钢结构设计正處在初期阶段，还有很多不合理的地方，需要设计者不断去完善。设计阶段存在问题，就必然导致施工过程出现漏洞，使整个工程项目的质量达不到规定的要求。因此，在钢结构的设计阶段就要注重性能，使科学的设计方案更好地服务于建设。笔者根据多年的钢结构设计经验，有一些粗浅的看法，下面就来谈一谈设计需要注意的事项。
1 钢结构设计的原则
1.1 全面考虑各种因素
为了拓宽现代城市居民的生活空间，体现钢结构的优势，比如大柱网，就要合理改变设计的布局，使钢结构更加科学合理，经久耐用。有一些多层的钢结构会对建筑的布局有特殊性的要求，这需要根据实际情况而定，分析好各种有利和不利因素。这些因素只是相对的，在合理的设计中就会发挥出应有的作用，使钢结构设计更加合理、更加经济。
1.2 结构选型要有针对性
钢结构的选择要考虑自身的特点。在允许的范围内，结构框架的支撑要选择性能较高的节点框架，发挥节点的功能。在一些占地面积较大的建筑中，可以采用悬索式或者索寞式的结构，以便于更好地覆盖整个跨度。在高层钢结构的设计中，比较适合采用钢筋混凝土的结构，有利于更好地防震、防风。比如高层建筑结构一般比较复杂，没有规律性，不能单纯地为了追求经济效益而选择抗震性较差的外框式结构，宜选择SRC支撑结构。
1.3 结构的布局要遵循力学特征
钢结构的荷载能力和性质等要进行细致考虑。在通常情况下，钢结构布局要有相应的力学模型，使设计的刚度匀称分布，最大限度地保持荷载量的稳定，减小其负面效应。比如使布局以最直接的方式传递线路。此外，梁柱的支撑点也要合理分布，它们的形心要距离风震作用线较近，否则就会扭曲钢结构。总的布局要设有多道防线，保障结构的抗侧可以有效工作，比如设计合理的支撑结构，其梁柱至少可以分担1/5的压力。
2 钢结构的规范设计
衔接节点是钢结构设计的核心环节，在彻底分析钢结构之前，要对节点的形式及特征做必要的研究和思考，使钢结构的质量更加优良。钢结构的节点务必要考虑其安全性，使后续施工过程更加可靠，可以采用先进的设计流程，对节点进行有效分类，避免衔接过程出现失误。钢结构节点按受力情况可以分为三种形式，即刚性节点、半刚性节点以及铰节点。其中，刚性节点和铰节点的承重性能比较强，施工的工艺也比较精湛，因此受到了普遍的关注和认可。
2.1 节点设计的常用方法
根据强度要求和实际受力情况，可以总结出多种灵活的方法。设计规范手册经常提到焊缝或者是螺栓连接的方式，以供设计者做参考使用。规范的设计比较方便快捷，在结构软件的后续部分会进行自动处理。节点设计的具体内容有：焊接、栓接、连接板以及梁腹板的设计。
第一，焊接的形式及尺寸等要符合标准，按照一定的施工规则分层进行设计，对于一些强制性的规定，也必须考虑在内。焊条的选择要和所要镶嵌的金属材料相匹配，比如E43搭配Q235，E50搭配Q345等等。焊接设计过程中也不可以随意改变焊缝的大小，其重心要和所要连接的构件重心相一致。
第二，栓接应采用较新的形式。在以往的工程项目中，钢结构的栓接多采用铆接的方式，其抗剪性很差，不能和普通的螺栓相适应，使有些次要钢结构部位不合理。而新型的栓接方式可以加强螺栓的使用性能，且便于操作，施工方式也比较灵活，适应环境的能力很强。常用的栓接模式会有两个等级的强度—8.8s和10.9s，要根据不同的受力情况，选用适宜的等级，从而分担钢结构的摩擦及压力。这两个等级的计算方法不同于常规计算，两者的最小规为M12，长规为M16到M30之间。值得一提的是，超大型的螺栓性能很不稳定，因此在钢结构的设计中要慎重考虑。
第三，连接板的设计可以方便取其厚度的4mm，在此基础上检验净截面抗拉、抗击的性能。此外，自攻螺丝要在薄壁型钢和板材之间的接缝处合理使用。
第四，对于钢结构的梁腹板设计，要在检验连接板的前提下，待抗拉、抗击性能符合标准规定时，方可进行施工。它还需要检验孔壁的局部受压情况，并兼顾安装的各个流程，比如净空尺寸的大小，就位时间等因素。
2.2 预估截面的设计
钢结构的布置完毕以后，还需要对截面进行预先的估算。主要依据的是支撑体系及梁柱的断面状况和大小，根据这些对截面进行仔细的设计。
首先，钢结构的梁可以采用槽钢、轧钢甚至是H型钢的截面。通过对荷载以及支座的分析，截面的大小会处于跨度的2%—5%之间。翼缘的高度也要按照梁的侧向支撑点间距确定。当其处于极限状态时，这种方式会符合钢结构梁对稳定性的需求。在确立截面大小和翼缘高度之后，钢结构板件的厚度就应该按照有关规范进行整体性的预估。
其次，钢结构的柱截面要按长细比进行预估。一般来说，它的范围在50到150单位之间，并且初步的选值应该控制在100上下。柱的截面大小也要考虑截面的不同受力情况，选择适合的槽钢或者是轧钢。
最后，普通钢结构的设计与轻型钢结构的设计会存在较大的差距。轻型钢结构的处理要根据具体的情况合理设计，让每一个构件都可以有效发挥性能。除了人为控制之外，还要利用高科技作业使强弱轴的方向保持正确，从而使钢结构变形和受力减少。
3总结
总而言之，钢结构设计是否合理在很大程度上决定着工程总质量的好坏。我们要注意设计中的各种因素，并不断创新设计的方法，使施工更加高质高效。相信经过工作人员的探索与实践，建筑钢结构的设计一定会更加规范化与科学化，从而为整个工程作出突出的贡献。
参考文献
[1]关方涛.论钢结构设计工作中应关注的问题[J].中国房地产业（理论版），2012，（02）.
[2]王振 王兰芹.门式刚架轻型钢结构设计中存在的若干问题探讨[J].居业，2012，（05）.
[3]赵延春 马宗伟.钢结构设计等级与施工质量标准的差异及应用[J].中国科技纵横，2012，（14）.
[4]董杰.大跨空间钢结构设计方案选优综合评价指标体系的研究[J].价值工程，2012，（22）.
作者简介：徐东海（1976-），男，江苏常州，2007年毕业于江南大学工程管理专业，工程师，研究方向：项目管理。