矩形钢管结构设计浅谈

张海斌 徐树全

摘 要：矩形钢管结构由于具有造型丰富、受力明确、用钢量省、施工方便等特点而被广泛地应用在建筑设施中。然而我国截至目前尚未形成独立的矩形钢管结构的设计规范和章程，一般在设计中都是以国内相关设计规范及设计经验参考进行的。本文从矩形钢管结构的概念入手，着重阐述了其有关设计方面的一些要点。

关键词：矩形钢管；结构设计；承载力

中图分类号：TU392.3 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0032-01

钢管结构以其承载能力强、延性和抗震性能高优势被广泛的应用在现代化各类工程项目中，尤其是在土木工程领域，这一结构应用更为广泛、地位尤为突出。然而就我国目前的钢管结构应用而言，其应用范围很广，特别是在一些高层、大跨度以及复杂结构中更为常见，作用也更加的明显。但是就矩形钢管结构体系这一概念而言，其尚未形成一个系统的设计流程。因此，在今后的工作中我们有必要就其设计环节深入分析，提出可靠的设计理论。

1 矩形钢管结构概述

近年来，随着科学技术的进步，国内建材市场也呈现出水涨船高之势，各种新材料、新设备不断的涌现了出来，为建筑事业的发展打下了坚实可靠的市场基础，也为节能、环保建筑理念的落实提供了科学的指导思想。钢管结构作为现代化工程项目中研究最多的结构体系之一，其伴随人们生活水平的提升也呈现出各种不同的发展力度和要求。矩形钢管结构便是基于这种时代背景下产生的一种结构形式，它的应用有效的解决了建筑结构呆板与缺乏变通问题。

1.1 矩形钢管

矩形钢管也统称为矩形管，是一种中间空、呈长条形或方形的一种钢管材料，它也被广泛的称之为扁管、方扁管等。在当今社会发展中，它被大量地用于建筑工程领域，当作主要的结构施工材料采用，同时也用于输送流体的管道，更有甚者被广泛的应用在机械生产制造领域。在目前的建筑工程领域，钢管材料主要可以分为热加工管和冷成型管两部分。

1.2 钢管结构

所谓的钢管结构主要指的是由圆管、矩形管、方管制作加工而形成的一种结构，这类结构在目前的建筑工程项目中可以当作独立的梁、柱构件，也可以结合其他的辅材等共同组成空间结构受力体系，如钢管桁架结构、网架结构。钢管结构体系节点连接形式多样，实际工程中主要采用管管相贯节点与球节点。钢管结构体系具有结构形式灵活、自身刚度大，用钢量小，施工方便，适用于复杂多变的建筑形式等特点，备受建筑师青睐。矩形钢管结构就是以矩形管为基本构件单元形成的钢管结构受力体系。

2 矩形钢管结构设计要点

美国、英国、日本等发达国家在目前的建筑结构设计中，对于矩形钢管结构的研究极为深入，也是整个结构设计规范最为明确的国家之一。在这些国家工作中，通过对其组合规范设计标准进行逐个分类，根据矩形钢管的设计条款、形状特征以及应用部位进行严格控制。事实上，在矩形钢管结构设计当中，不少条例中明确的规定出在工作开展之前提前做好相关的控制和管理工作，尤其是图纸设计与管理更为严格。特别是在住宅建筑结构中，因为住宅建筑结构本身存在的特殊性和与人们生活的密切性，这使得设计工作要更加严格，以保证住宅结构整体质量。矩形钢管结构便是在这种基础下形成的，它在住宅建筑结构设计中发挥着显著的优越性。国内很多学者结合国外先进技术和国内工程现状有针对性的对矩形钢管结构设计要点进行了研究，结合最新的科研成果，我国正在不断完善有关矩形钢管的结构设计规范与规程，这必然会给工程设计和施工提供扎实的理论参考和指导。

2.1 节点构造设计

与普通的钢桁架相比较，矩形钢管结构设计节点存在着显著的特殊性。一般而言，在设计工作中需要从节点的造型入手，做到间隙节点、部分搭接节点、全搭接节点的合理控制，保证施工要点。但是在设计中设计原则和方法与普通的钢结构设计基本相同，同时应当遵循《钢结构设计规范》，以该设计规范中所提出的相关要求为基准科学地进行设计，从而保证设计与施工的顺利开展。

2.2 构件稳定性设计

在目前的矩形钢管结构设计工作中，通常规定矩形管的最大外缘尺寸与壁厚之比不应超过。对轴心受力构件主要计算其强度和稳定性，强度计算时，应采用构件的有效截面积，对受压构件应采用构件的有效净截面积。对实腹式双轴对称闭口截面的压弯构件，主要计算其平面外的稳定性以及最大刚度平面（通常是弯矩平面）的强度和稳定性。对实腹式双向弯曲的双轴对称闭口截面的压弯构件，应验算任意平面内的强度和稳定性，并均应采用构件的有效净截面积和有效的净截面抵抗矩，对欧拉力的计算采用构件的毛面积。

2.3 矩形管桁架设计

在矩形管桁架设计工作中，通常情况下都是选择常规计算方法来进行计算，是以节点最少、布置最为简单、方案最为经济的方法将其节点应力转化成为等效荷载，按照交接无偏心的方式来确定杆件的轴力，从而达到合理设计目的。

2.4 焊缝设计

一般来说，在工程项目中，焊缝节点在确定的时候应当提前计算出焊缝承载能力，除了在某些搭接点部位需要制定出K、N等特殊形式的节点之外，同时还应当对对接焊缝、角焊缝或二者相结合所产生的焊缝进行控制。一般在焊缝控制中其承载力不能小于支管承载力强度要求。在焊缝设计中，一般都是选择绕支管边长最小尺寸进行控制。钢结构设计规范在焊缝设计中给出了一些通用的保守计算方法，它是通过腹杆沿着其四周焊接，这样可以利用规范中的相应条款来计算出焊缝的应力与焊缝长度。

3 结语

总之，随着矩形钢管结构的广泛应用与发展，矩形钢管结构体系在建筑领域所起到的作用必然得到工程界的认可，矩形钢管结构设计工作也会受到社会各界人士的重视，同时有关设计规范的更新与颁布更是为其发展打下了扎实的理论基础。因此，我们可以预计在未来建筑发展中，矩形钢管结构必然会迎来更大的发展空间，其应用也必然更加广泛。

参考文献

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[2] 金哲敏，赵俊林，范懋达.越南国家中央体育场工程中钢管相贯节点的施工[J].工程建设与设计，2005（02）.