钢结构设计中的重点问题研究

贺雅丽

摘要：伴随着我国现代化经济与科技的不断发展与进步，现如今采用传统的混凝土结构已经无法满足建筑结构的多元化需求，钢结构作为一种特殊的建筑结构之一，不仅能够弥补传统混凝土结构的种种弊端，还具有结构构件较轻、施工周期较短、布置灵活方便等优势，因此，在建筑工程中得到了广泛的推广和应用。下面具体就钢结构设计方面的常见问题及其应对措施进行简要分析。

关键词：钢结构设计 重点 问题

中图分类号：TU973+.13文献标识码：A

案例：大唐韩城第二发电有限责任公司一期2×600MW机组脱硝改造工程。

此钢支架是为支撑脱硝反应器的。脱硝反应器本体加催化剂总重1000吨左右。为了和电厂锅炉烟道配合，反应器本体放在高度38.6米。支架总高度52.6米。在17米高度支撑通往除尘器的烟道。此种荷载大、高度高的支架如果不合理设置垂直支撑和水平支撑，梁、柱会很大而且整体稳定性也会有问题，用钢量更是大。还有在材料选择中也须根据荷载和高度、风载及地震烈度做合理选择。支撑因为受稳定性控制，选Q235的材料合理。梁、柱由于荷载大高度高，如果用Q235材料钢材用量很大，反而会增加自重。这样会引起一系列恶性循环。比如会增加土建费用、增加制作成本和安装成本、增加起吊重量、构件大增加安装难度等等。但是如果选择过于高强的钢材也会存在不合理因素。比如构件断面小了虽然满足强度要求了但又不满足规范长细比要求，影响结构稳定性，所以要加大截面。这样材料的高强性能得不到充分利用也是一种设计不合理的表现。

1.钢结构设计过程

1）判别是否适合钢结构。在做设计时要结合钢结构的特点以及工程造价，看项目工程是否适合钢结构。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

2）结构选型与结构布置。

钢结构通常有框架、平面（桁）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。结构选型时，针对不同建筑的特点，选择合理经济的结构方式。结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。

3）截面的选择。结构布置完成后，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设预定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。

4）结构分析。结构分析可以采用多种方法：简单结构通过手算进行分析；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；复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。

5）构件设计。材料是构件设计的基础，材料的选择对于构件设计非常重要。比较常用的是Q235和Q345，通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面，当强度起控制作用时，可选择Q345，刚度控制时，宜使用Q235。

6）节点设计。节点设计师钢结构设计的重点，在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定，按传力的特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。

7）防锈蚀与防火。钢结构因其自身的特点对锈蚀和高温（火焰）具有敏感性，因此对于周围环境存在这两种情况的时候，必须做好钢结构的防锈蚀与防火。

8）图纸编制。①图纸的编制是工程施工的重要依据，在设计图中，对于设计依据、荷载资料、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。②施工详图。深度须能满足车间直接制造加工，不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详的材料表。

2.盲目照搬国外钢结构设计方案

许多不合理的设计方案，虽然多采用的是国外优秀设计方案，但由于钢结构设计人员在制定结构设计方案时不够科学，用钢量过大，因而导致钢材用量过大，脱离了实际钢结构工程的成本控制目标和建设实际，没有做到与实际工程项目的积极适应。此外，对于国外设计师而言，由于其对我国的地震及风荷载等许多实际情况并未深入了解，因而不可避免地造成设计过程中的许多方面不合理。

应对措施：应当对我国的地震及风荷载等各方面特殊情况进行研究和掌握，在进行钢结构的设计过程中，应以我国具体情况为依据，对设计进行不断完善，优化抗震设计，确保维持原建筑地质风貌的同时，减少钢材料的使用量，从而实现成本的大幅降低。

3.设计过程中未对施工荷载及可行性进行充分考虑

对于许多钢结构设计人员而言，由于其多数终日埋首于办公室中，并未经常深入施工现场参与钢结构的具体施工过程，因此导致许多设计人员并不了解钢结构的具体施工过程，对现场施工荷载等考虑得不全面甚至遗漏，而导致设计数据不准确甚至是错误，与实际需要相差较大，埋下了结构上的安全隐患，同时设计出来的施工图可行性也较差，增加了施工的复杂性，导致施工造价的大幅度提高。

应对措施：对于设计相关人员而言，应深入到钢结构具体施工过程中，这样才能对施工过程中可能遇到的不利条件了然于胸，设计过程中也才能够有效避免此类问题的发生，确保结构构件的可靠性及施工的可行性。

4.设计过于保守或超前

由于我国钢结构设计的发展历史相对较短，因此钢结构设计人员的综合素质相对较低，仍然存在很多亟待改善的环节。很多钢结构设计人员由于缺乏设计经验，因而导致设计过程中不恰当地进行设计标准的提高，或任意进行所设计安全等级的降低，导致在钢结构设计时或太过保守，或过于超前。这些都不利于钢结构的设计以及结构的整体可靠性。

应对措施：必须注意定期进行相关设计技术水平的培训，及时掌握新规范、新标准和新的结构计算方法及计算模型。尤其是对复杂钢结构的设计，必须深刻理解规范规程中的设计参数及其安全等级要求，以便从根本上确保结构方案的科学性与合理性。

5.钢结构设计深度远远不够

许多单位的钢结构的设计者水平相对较低，所承接项目的设计人员多数是刚毕业缺乏实践经验的新手，因此导致设计过程中一味照搬程序，忽视了关键节点的设计和校核，所设计的构件布置图往往仅为一些单一的线条图，忽视了十分重要的“节点设计”，只简单地采用一律全焊接节点，对于节点形式及构造是否合理、应力计算是否符合要求欠缺考虑，甚至掌握不清，造成安全隐患。由于缺乏专业知识，因而导致给加工厂的施工图设计要求不够明确，最终往往会导致较为严重的质量事故发生。

应对措施：严格规范钢结构施工图的设计程序及计算内容，提高所设计项目施工图应具备足够的计算深度要求，细化关键节点设计，对于设计深度不够的不予审核发图，落实各部门的设计职责及设计人的责任制，从源头上狠抓设计深度的要求。

6.项目层层转包导致钢结构质量的大幅下降

由于钢结构的设计项目经过了层层的转包，各设计院设计任务繁重，钢结构部分，不仅设计困难，但且费时费力，收费却较低，因此很多设计人员不愿进行此方面设计任务的承接。有些人员对于钢结构设计而言经验相对较少，且设计市场较为混乱，因此会转包给市场其他无资质设计部门，因此导致不少因钢结构设计质量不足而出现的多起倒塌事故的发生。

应对措施：相关部门应对钢结构设计项目给予足够的重视，应对市场进行进一步的规范，严格资质的管理工作，杜绝钢结构设计项目的层层转包，同时，应加大钢结构的设计投入，加强监督管理工作，从而确保钢结构的设计质量。

7.结语

钢结构因其强度较高、自重较轻，且工业化程度较高等一系列优点而在各大工程中得到了广泛的应用，设计过程中应当充分考虑材料等各方面因素，加强钢结构整体及局部的稳定性，确保钢结构的设计质量，从而推动钢结构在建筑等多个领域的不断发展和应用。同时，要重视对钢结构设计中常见问题的分析，及时采取有针对性的应对措施，促进我国钢结构行业的可持续发展。

参考文献：

[1] 高志勇. 门式刚架轻钢结构设计常见问题[J]. 价值工程. 2010(08)

[2] 石玮. 钢结构房屋设计中常见问题分析[J]. 中国新技术新产品. 2011(15)