浅谈钢结构设计中的常见问题

孙海涛

(山西省第二建筑设计院 山西长治 046000)

浅谈钢结构设计中的常见问题

孙海涛

(山西省第二建筑设计院 山西长治 046000)

在本文中，笔者先分析了钢结构的相关布置，然后，就钢结构设计中存在的几点问题进行了相应阐述，文章认为，在设计钢结构的时候，还存在不少问题有待进一步深究，因而，在实际工程中，我们应该不断总结经验，同时动态的进行改善和提高，使得相关问题能够得到及时和有效的控制。希望通过本次研究，能够为相关理论探究及实际的结构设计提供参考力量。

钢结构；设计；问题；分析

最近几年，伴随着建筑物建筑技术要求的不断提高，原本普通的钢筋混凝土结构已经难以较好适应于现代多样化的建筑结构，因此钢结构应运而生。钢结构不仅自重相对较轻（因为和混凝土结构相比，钢结构有着相对较轻的自重，如此就有着相对较低的地基处理费用，同时也有着相对较小的地震反应），还有着相对灵活的结构布置（钢材结构有着相对均匀的组织，也有着相对较大的强度和弹性，因而可以进行相对较大的开间布置，如此就能更为合理的分隔建筑平面，故而相对方便也更加灵活），同时，使用钢结构还可以缩短施工周期（就钢结构而言，其基本都来源于工厂的制造，因而质量能够较好的得以保证，并且采用此种结构基本不会存在其他的保湿性操作，而安装钢结构的时候，和混凝土结构相比也相对简单，故而有着相对较短的工期），因此有很多的研究一致认为，采用钢结构有着相对较大的经济效益（制造钢结构的机器设备大多为自动化，因而相对简便，故而有着相对较短的工期，回报时间也就相应缩短，如此也就有着相对较大的经济效益），和钢筋混凝土结构相比，钢结构有着诸多优点。但是，因为钢结构本身的材质实际，其也难免伴随诸多问题，而较为突出的问题就是其结构的稳定性，因而，对其进行设计时，一定要采取合理的对策，鉴于此，笔者总结本文。

1.钢结构的相关布置

就钢结构而言，其结构体系囊括了多个结构，每个结构都有着各自的特殊性，因而在进行结构体系的选择工作时，需要结合这些结构的自身实际，比如，如果工业厂房选择的钢结构为轻型，如果伴随较大的悬挂负荷，就不要选择门式的结构，因为其最为合适的结构当属网架结构；若建筑设计相对成熟，也可以选择将支撑布置在框架里从而使得结构的刚度得以提高，如此，和简单刚性节点的连接框架相比，其有着相对较高的经济性。就具有相对较大跨度屋面覆盖的建筑而言，较为合适的结构则有两个，一个是悬索，另外一个则是索膜，其构件主要体现为受拉作用。而在设计高层钢结构的时候，为了避免钢结构自身存在的缺陷，一般将其和混凝土联合使用，从而使得其结构性能得以提高。

当布置钢结构的时候，要和结构体系的特点结合起来，并且要充分考虑建筑体分布的负荷实际，也不能忽视其他因素。大体来讲，布置结构的时候，要采取均匀的刚度和清晰的力学模型，这样一来，才可以较快的将负荷向基础进行传递。另外，布置结构的时候，还要结合实际随机应变。比如说，布置次梁的时候，大多数情况下，为了更好的控制截面，就沿着较短的一方进行次梁的布置，但如此，将会增加主梁的截面，这样一来，将无形使得楼层的净高被缩短。为了控制这一现象，就可以结合实际的需要对其负荷的传递方向进行灵活调整，从而使得其和设计实际需求对应起来。在这里，要注意的是，在结构的抗端，需要设置多个防线，比如采取框架支撑结构，这样就能使得框架柱分担25%的总体侧向负荷。

2.截面的相关设计措施

就构件而言，其截面的设计实际和结构安全息息相关，也影响着工程的造价和施工。如果确定了结构形式，就可以结合经验进行预期估算构件的截面。比如梁等构件截面应该采取何种形状以及多大尺寸等等。就普通的钢梁而言，选择的钢截面有多种，可以选槽钢，也可以选轧制钢。而考虑到负荷和支座实际，一般选择跨度为二十分之一到五十分之一的截面高度。进行翼缘宽度的设计时，一般参照国家规定的相关标准。就板件厚度而言，大多依据中局部的稳定来加以明确。估计柱截面的时候，要结合长细比以及受力实际，一般而言，大多选择钢管等形式。

设计钢结构的时候，要保证该结构的安全性，基于合理满足相关要求，采用最省的用钢量和最低的造价。故而，怎样进行合理截面钢件的选择？一定要在充分满足相关需求的基础上采用最小的用钢量才可以达到设计的最优目的。在优化截面的时候，我们一般需要考虑如下几点：

第一，要充分考虑构件的强度和稳定，从而保证结构设计的安全度；第二，要充分满足刚性需求，使得横梁等相关指标控制在标准范围内；第三，要充分考虑构造需求，进行截面优化的时候，相关尺寸要和对应规范符合起来；第四，在进行安装制作的时候，需要依据常规要求加以进行。

3.支撑的相关设计措施

就钢结构而言，要想有着比较好的稳定性，自然离不了支撑。较好的支撑体系可以将构件内力的分布进行合理的优化，进而使得整体刚度分布得以改善，使得结构的一些薄弱环节能够强化，才能有着较好的抵抗负荷作用。大体来说，进行支撑设计的时候，可以有如下原则：第一，将纵向负荷的传递及时准确；第二，就结构体系而言，其平面以外的稳定性需要保障好，从而更好的保障整体稳定；第三，要有着较为方便的结构安装；第四，需要及时满足相应的强度刚度，并且保证连接的可靠性。大多数情况下，就柱间支撑而言，采取的模式为十字式。如果柱间有着其他要求，诸如运输等，就可以将门架式和单斜式的支撑样式加入进来。除去这些，还有一些类似于人字形的支撑模式，就普通的支撑体系而言，如果钢量没有差别，这类支撑体系特别是在侧向刚度方面有着相对更好的支撑效果。

4.节点的相关设计措施

在设计的时候，在设计全程中扮演重要角色的环节就是节点的连接，节点设计的实际情况和结构的可靠性以及建设工期等有着密不可分的关系。所以，设计结构的时候，在分析的环节中就应该将合适的节点形式明确出来，结合选择的结构构件实际，确定采用哪种模式的节点，从而将它们的传力优势充分发挥出来。就焊接节点而言，其焊缝的相关形式以及尺寸一定要和国家规定对应起来。选用的焊条要采取相对应的连接金属材质强度。另外，进行焊接设计的时候，一定要充分考虑焊缝的重心，使得其尽可能的接近于被连接构件的重心。就栓接节点而言，因为常规螺栓有着相对较差的抗剪性能，因而仅仅可以应用于结构的次要位置。就高强螺栓而言，其有着相对广泛的应用面，一般来说，等级强度有俩个，一个是S8.8，另外一个是 S10.9，高强螺栓在进行连接的时候，结合受力特征，一般有两类，一类是承压型，另外一类是摩擦型，在进行设计的时候，要区分好它们的计算方法。就连接板而言，可以将它的厚度减去四毫米作为梁腹板的厚度，然后，依据我国的相应标准进行对应的验算。另外，进行节点设计的时候，要和制造厂的工艺实际等进行充分的结合，从而为工人进行现场定位等工作提供方便。

5.结语

除去上述阐述的几点，在设计钢结构的时候，还存在不少问题有待进一步深究，因而，在实际工程中，我们应该不断总结经验，同时动态的进行改善和提高，使得相关问题能够得到及时和有效的控制。

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1007-6344（2016）10-0044-01