关于钢结构设计及加固方法的探讨

张 莉

（吉林省城乡规划设计研究院，吉林 长春 130000）

关于钢结构设计及加固方法的探讨

张 莉

（吉林省城乡规划设计研究院，吉林 长春 130000）

伴随着我国在国际舞台地位的不断提升，要求我们全面完善各个领域的综合素质，以适应经济发展的需要。土木工程为人们的生产和生活提供了重要的前提和保证，为了跟上时代发展的步伐，土木工程的相关设计需要引进先进的技术作为支撑，钢结构设计作为土木工程的重要环节，也在不断进行技术改进。本文就钢结构设计及加固方法进行探讨。

土木工程；钢结构设计；加固

引言

随着经济的迅猛发展，人们的生活水平不断提高，人们对生活水平的质量提出了更高的要求。传统的钢结构设计已经不能满足人们的需求，因此必须结合时代的发展方向，引进先进的技术手段和理念，改善我国现有的钢结构设计思路，使其朝着更高的层次发展，更好地服务于经济建设的事业当中。以下主要针对钢结构设计和加固方法的相关问题进行叙述。

1 钢结构选型与结构布置

在每项工作实施之前，需要根据工作的实际状态制定合理有效的施工方案，这是任何一项工作正常运行的前提和保证。钢结构的设计是一个技术含量很高的工作，需要先进的技术手段作为支持，没有完整的施工方案，施工的进行就是空谈。钢结构首先要有安全性和稳定性作为基础，如果由于材料的合理性而影响钢结构的安全性，就会为之后的施工工作埋下安全隐患。因此，在进行钢结构选型过程中，负责操作的技术人员必须具备合格的专业技能，拥有认真负责的工作态度，仔细考虑在选型过程中的每一个问题，确保钢结构选型的准确性。有了钢结构的稳定性，就可以很好地预防一些地质灾害的出现，减少水土流失、泥石流、地震等损害，降低经济损失和人员伤亡。

在施工进行中，要保持统筹兼顾部分和整体的理念，不因为某一个环节的不重要性而忽视该环节的工作。我们要根据局部力学的原理，做好局部的施工方案，进而将所有局部联系在一起，综合考虑，确保施工工作的顺畅进行。传统的钢结构设计理念必然会存在一定的借鉴价值，我们应该总结前人的成功经验，和现有的设计方案进行比较，找到不足的地方，及时发现问题及时解决，争取呈现出最佳方案指导施工的进行。

完善的施工方案不仅需要先进的技术作为支持，严格的监督管理体系也是不可缺少的。施工人员必须认真按照管理规定规范自己的行为，以认真负责的态度去对待每项工作，不因自身的情绪或者操作问题影响施工的进程。相关管理部分需要根据工作人员的具体工作情况，有目的性对每位工作人员进行技术培训，使工作人员掌握扎实的专业技能，拥有健康的心态，不断提高工作效率，缩短施工的时间。监督部门要长期或者定期地对施工进程进行监督，及时发现问题及时解决，减少安全事故的出现，不延误施工进程。

为了保证施工的快速进行，必须做好经济成本计算。根据设计方案，全面考虑每一个环节的花费。首先，要明确整个施工过程中所用材料的种类和数量，了解材料的性能和价格，做好材料经济预算。另外，施工方案中需要考虑到可能出现的安全问题，针对这些潜在的问题，给予合理的资金投入，避免由于资金短缺延误施工时间。在满足上述要求的前提下，结构的布置要根据钢结构的选型采取操作，这个过程中要求综合考虑结构材料的力学性能和承载能力，全面考虑气候和天气变化对结构布置的影响和损害，制定具有针对性的结构布置方案。

只有将钢结构选型和结构的布置结合起来考虑，才能形成一个完整的施工理念，才能经受各种因素的干扰，最终顺利地完成钢结构设计的工作。

2 预估截面

结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、工字钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/50～1/20之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估，通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。

3 钢结构分析

目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ、p-δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件，并不是所有的结构都需要使用软件。典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形，简单结构通过手算进行分析，复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。

4 节点设计

钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁－柱节点、梁－梁节点、柱－柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺，减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类：铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究的比较成熟，因此在工程中取得了广泛的应用。

5 钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其他加固方法。

5.1 改变结构计算图形

荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件等因素都会影响结构计算图形的加固性能，因此在改进过程中可以针对以上方面进行加固改进，增加稳定性。目前，对加固改造一般采用增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施。下面主要介绍改变结构计算图形的一般加固方法：

5.1.1 对结构可采用增加结构或构件刚度的方法进行加固

增加支撑形成空间结构、加设支撑增加结构刚度、增设支撑或辅助杆件灵活地调节结构的稳定性以及在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索都可以达到增加结构或构件刚度的目的，我们在实际操作过程中可以综合地考虑这些主要因素，做好结构加固工作。

5.1.2 对受弯杆件可采用改变其截面内力的方法进行加固

改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载；改变端部支承情况，例如变铰接为刚结；增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构；调整连续结构的支座位置，将结构变为撑杆式结构，施加预应力。

在施工进行中，比较常见对受弯杆件的加固是通过改变其截面内力的方法实现的，合理地调整受弯杆件的截面内力可以改变荷载的分布，利用刚结的操作方法改变端部的支撑能力，采用整体连续的结构设计增加端部结构的稳定性，利用撑杆的独特受力情况，及时调节受弯杆件的预应力。

5.1.3 对桁架可采取改变其杆件内力的方法进行加固

我们知道撑杆式结构可以增加结构的承受能力，更好地将整体受体压力进行分散，达到桁架加固的目的。为了进一步改变桁架杆件的内力加设预应力拉杆，使预应力拉杆和撑杆式结构联合起来，共同完成桁架的加固任务。

5.2 加大构件截面的加固

构件截面由于长期暴露在空气中，容易受到气候和天气因素的影响，会大大降低其本身的使用性能，不利于更好地发挥作用。在施工过程中，我们首先要认真找到在构件截面中出现的问题，根据加固技术方案的要求，分析已经出现问题的严重性，制定及时的补救措施。在弥补已经存在问题和缺陷的同时，还需要使用先进的仪器设施增加加固技术的使用性和适应性，在加大构件截面稳定性的前提下，使构件截面和其他结构联系起来，共同完成加固改进。

5.3 连接的加固与加固件的连接

焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法是最常使用的钢结构连接方法，在连接加固的过程中需要根据不同种类的连接方法，设计具有针对性的加固方案。综合考虑减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等技术要求，认真分析需要连接加固部位的作用和实际受力能力，进行加固件的连接，提高各结构承受外力的能力，提高其抵抗外界环境和其他因素干扰的能力。

5.4 裂纹的修复与加固

钢结构可能受到材料的材质、设计思路和施工人员的操作准确性等因素的影响，在长期的使用过程中，会出现扩展性或脆断倾向性裂纹损伤的问题。为了确保钢结构的安全性，必须对产生的裂纹进行修复和加固。在修复前，需要做好相关的准备工作，明确裂纹出现的部位、裂纹产生的原因以及裂纹是否有修复的可能性，在了解这些信息后，采取有效的修复操作，尽早完成修复的工作，减少安全隐患的出现。有些结构如果裂纹的程度很严重，修复的价值不大，我们需要对其进行加固，确保其不会造成坍塌等事故。

6 结语

一个国家的快速稳定发展离不开各项事业的支持，土木工程作为国家重要的支柱产业，其作用不容忽视。钢结构是土木工程中非常重要的一个组成部分，为土木工程的顺利进行提供了坚实的基础。随着人们对生活质量的高要求，钢结构设计必须顺应时代发展的方向，及时调整设计理念，使其更快地满足人们的生产和生活需要，为人们的住房条件提供良好的保障。现在的钢结构设计要求在确保安全性的前提下，功能服务性更加完善，要兼顾美观、实用、经济、环境保护等多方面的需要，进而达到加固改进的目的，促进经济和社会的和谐发展。

TU318

A

1671-3362（2013）07-0030-02