浅谈钢结构设计中存在的问题及解决措施

曾波

摘要：随着科技发展和社会进步，城市化进程在不断加快，近年来铁路运输业在我国的快速推进，加强机车钢结构的设计变得非常重要。目前从整体上看，我国钢结构机车的设计还存在很多问题，文章从机车钢结构设计中存在的问题以及解决措施出发，讨论了如何加强机车钢结构设计的观点，希望有助于机车钢结构设计的发展。

关键词：钢结构；机车设计；铁路运输；机车结构体系；节点设计 文献标识码：A

中图分类号：TU391 文章编号：1009-2374（2016）31-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.053

钢结构是我国机车结构体系中常见的一种，钢结构因其自身的优点，在近年来受到广泛的应用。在机车钢结构设计过程中，只有选择最优的设计方案，才能使钢结构的优势发挥出来。钢结构的节点设计决定了机车的性能，节点设计的合理性是钢结构设计的一个重点问题。在设计的过程中，设计人员要不断加强自身职业素养，加强职业水平，才能保证钢结构的设计合理，为钢结构设计奠定技术基础。

1 钢结构的特点

1.1 钢结构功能优越

钢结构的外部形态、布置设计、尺寸大小对于机车的外观和性能起着重要作用，在机车设计中，要把握好钢结构的特性，将钢结构的特点和机车的特点相结合，才能将钢结构的优越性发挥出来，使实用性与美观性得到有效的结合。

1.2 钢结构环保

从长远的角度来看，生态环保是交通业发展的必经之路。钢结构在机车结构设计中的大量应用，作为机车设计中的重要结构，钢结构具有环保的优势，其能够循环反复利用，生态污染性低，效能高，有效节约了能源和资源。同时，钢结构强度大、耐用性高，边角废料也有很大的利用价值，便于回收。从这些方面可以看出，钢结构环保性优异。

1.3 钢结构性能优越

（1）钢结构有利于进行工厂生产，节约了制作过程中人力资源的消耗，使工程周期缩短；（2）钢材料自身净重较轻，结构负荷较小，节省了制作商的开销。同时钢结构强度高、稳定性好、抗震性能高，结构不容易出现断面，有效提高了设计质量，有很好的经济效益和社会效益。

1.4 钢结构成本低，便于安装

钢结构的另一明显优势在于其成本较低，钢结构耗材少。钢结构在使用过程中性能好，结构的组合灵活简单，安装结构简便，钢结构的工期能缩短一半，降低了人力成本。如果机车钢结构施工过程中使用大规模集约化生产，那么还会进一步缩短工期节约成本。钢结构的运用给交通业带来了很大方便，提高企业效益。

2 钢结构设计中存在的问题

2.1 设计质量较低

钢结构的设计费用较高且设计任务繁重，需要耗费较多的人力物力，消耗很多时间，所以钢结构设计就显得很困难，因此设计院对于钢结构的设计往往不愿意接受。很多设计单位认为钢结构设计过于复杂，就将此类设计工作进行外包，市场上的设计单位质量参差不齐，如果外包的单位不具有合格的设计资质，这将导致钢结构设计出现很多问题。同时对于这些设计单位监督不到位也将导致很多问题发出，容易出现不合格的机车钢结构，这极易导致严重后果。

2.2 建设人员缺乏专业素养

参与设计的人员专业素养不够高，在钢结构设计过程中设计人员的水平参差不齐，不具备钢结构发展要求，缺乏专业知识，例如很多专业技术，非专业人员是无法达到其规定标准的，技术人员要下苦工才能掌握钢结构设计技术。当前我国很多机车钢结构设计人员观念还较为落后，他们的专业素养是决定钢结构制作质量的一大要素。

2.3 钢结构设计方案有缺陷

钢结构设计过程往往需要耗费大量资金，同时钢结构设计往往是由设计单位独立进行，往往由于缺乏对实践的分析和调研，下机车钢结构设计中经常存在钢结构设计深度不够、很多设计不能满足标准要求、设计有缺陷等问题，究其根源，主要是因为钢结构设计方案自身存在一定的不足，忽视对实际需要的调查，导致所设计的机车钢结构难以满足实际设计的需要。

2.4 钢结构设计盲目模仿

不同设计单位的钢结构设计都有各自的侧重点，不同地区的情况也不一样，比如国内的钢结构设计往往注重经济性，而发达国家一般更注重质量。但是就目前来看，一些设计单位设计往往是盲目模仿其他国家地区的设计方案，弄巧成拙，而在设计工作中忽视对其的改进和创新，导致所设计的机车结构千篇一律。

3 钢结构设计中存在问题的解决措施

3.1 强化设计过程

钢结构机车在设计过程中要考虑的问题较多，需要在合理的计算下才能设计出符合条件的钢结构。在实际设计过程中，会遇到很多突发问题，设计人员要针对具体问题具体分析，在设计过程中使用专业知识，提高设计能力、改善设计质量。设计人员要对钢结构的整体性充分考虑，认识到局部对整体的影响。对于不同要求的机车结构体系选择合适的材料，材料的选择要考虑到设计的每个环节。

3.2 根据机车使用要求进行设计

在设计过程中要贴合机车的使用要求。虽然使用钢结构进行机车设计是时代趋势，但在具体的设计过程中要注意，钢结构的主要功能是提高承重和降低自重。在设计过程中，主要从钢结构自身的特点、实用性出发，不能只考虑特色、追求外表。只有从实用角度出发，才能设计出符合市场的产品。

3.3 加强设计监督

由于钢结构自身较为特殊，因此在设计之前要对设计单位的资质严格检查，确保其具有专业的机车钢结构设计能力。钢结构的设计还需要考虑其热属性，主管部门应加强对设计单位的监督，保证钢结构机车不会出现由于设计疏忽而引发严重事故。

3.4 做好钢结构深度设计

钢结构的深度设计就是在设计过程中要精益求精，保证设计的精细化，钢结构施工质量检测验收内容要精细，设计内容要有图纸和说明，保证在验收过程中有据可依。设计要考虑多方面的情况，在今后使用过程中保证钢结构符合要求，经久耐用。做好深度设计就要做好以下工作：（1）做好柱脚的抗震设计，钢结构柱脚有埋入式、外包式、外露式三种，埋入式指的是将钢柱固定在基础梁上，外包式是将柱脚使用钢筋混凝土包裹，外露式是指在混凝土基础表面固定柱脚。柱脚箍筋设计要科学合理，防止外包层出现裂缝。目前外露式的力学研究还不够完善，端点约束对上部的整体影响程度目前还不是特别了解。若柱剪切荷载大，抗震性能要求低，则可以使用外露式柱脚，若对抗震性能要求高，则不使用外露式柱脚。（2）注意钢结构的防腐设计，钢结构的防腐设计通常是使用防腐涂料。钢结构的构件有不同的要求，有的钢结构在出厂之前就涂刷了底漆。在钢结构上直接涂抹防腐材料，是现在钢结构防腐中最常用的方式，但这是最基本的防腐，要进一步提高防腐性能，就要使用耐候钢作钢结构的用料，并用热浸镀锌技术做防腐处理，使用镀层进行防腐，注意加强有机涂料的配套技术，用好阴极保护技术，使钢结构的防腐性能得到整体的提升。（3）加强钢结构的防火性能，钢结构防火性能弱于钢筋混凝土结构，在钢结构机车的防火墙设计中通常使用两种措施：使用保全板，将保全板布置在钢结构机车中，使用保全板进行防火；在钢结构中涂抹防火材料。

4 钢结构设计的思路步骤和发展趋势

4.1 钢结构设计的思路步骤

为了确保钢结构设计的科学合理，在设计过程中设计人员要严格按照设计标准进行操作，注重细节工作的落实，要做好如下两方面的工作：（1）钢结构布置：钢结构布置中涉及到的主要有平面架、网架、轻钢等的布置。不同的装置都有其稳中各自的特点，在进行布置的过程中，设计人员要根据其特点灵活选择。在钢结构设计过程中没有统一固定的设计标准，设计人员需要结合实际情况进行分析，综合各方面因素考虑，选择最佳的布置方案。（2）图纸的编制：制作的依据就是图纸，为了保证钢结构机车质量，就要做好图纸的设计工作，对图纸进行科学的设计。图纸的设计要组织专业素质高的团队进行，图纸对于整个机车制作都有着十分重要的作用，图纸的质量决定了钢结构机车的制作质量。

4.2 钢结构设计的发展方向

随着科技的发展和进步，钢结构设计也在不断发展，钢结构设计的发展方向主要在如下四个方面：（1）高性能钢材的研发：高性能的钢材就是有较高的强度和韧性且防腐性较高、防火性较好的钢材，同时也要有较高的性价比。高性能钢材的制作研发是高性能型材制作的一个关键，将高性能的钢材在机车中使用，就能够提高机车自身的性能，降低机车制作成本，提高其使用年限和安全性。（2）创新结构形式：根据钢材结构的优点，不断研发出具有更强使用性能的钢材结构，促进结构形式的发展，形成杂交结构、组合结构和预应力结构这一类新结构形式，从而节约钢材材料，降低机车制造成本，提高其性价比。钢材结构的更新换代是钢结构机车的重要研发课题。（3）提高计算方法：虽然在钢结构设计优化理论的应用方面，科技人员已经做了深入的研究，但在加强钢结构结算方法方面的研究还是比较欠缺的，有待于进一步提高。比如在进行计算分析的过程中，可以引入新的计算软件，通过计算机进行绘图设计，改进计算机软件的计算方法，从而提高钢结构设计中的计算效率和准确度。（4）发展轻型钢结构：轻型钢结构指的是使用轻质材料或者轻型钢材组成的多层、低层钢材料，轻型钢结构相比于其他结构，优点十分突出，也是发展钢结构机车环保方向的重要内容之一。

5 结语

综上所述，随着社会进步和科技的发展，钢结构机车因其自身特有的优点受到广泛运用，但在机车钢结构设计施工的过程中，也有很多问题被暴露出来。本文就根据钢结构机车设计施工的过程进行分析，分析了机车钢结构设计施工中存在的问题。只有真正解决了钢结构机车设计施工过程中存在的问题，才能从整体上提高机车钢结构设计的质量。解决钢结构机车中存在的问题，并根据其特点有针对性的发展，结合国家可持续发展战略，充分发挥钢结构在机车制造中的优势，促进机车设计水平的提升。