钢结构设计中的常见问题及对策

陈鹏

中石化南京工程有限公司  江苏省 南京市  210000

摘要：随着人们对钢结构研究的不断深入，钢结构越发成熟，其在建筑工程中的应用越来越广泛，而且取得了不错应用效果。但随着建筑使用需求的不断增加，建筑钢结构设计暴露出一些问题，这些问题对建筑钢结构设计的可持续发展有一定制约作用。基于此，本文针对具体问题开展深入分析研判，并提出了解决问题的具体措施，对建筑钢结构的发展具有一定的积极促进作用。

关键词：钢结构设计；常见问题；控制对策

1导言

钢结构在现代建筑领域中占有十分重要地位，但在结构设计、加工生产、现场组装方面存在优化空间。钢结构从业人员应不断加强钢结构专业知识学习，提高钢结构设计水平，为快速持续发展的中国建筑业提供可靠保障。

2建筑钢结构设计中的常见问题

2.1钢结构物理节点处理欠稳妥

建筑钢结构设计过程中涉及较多且较为复杂的物理节点，如果在设计过程中没有对这些复杂的物理节点进行科学合理的处理，则会对建筑钢结构整体稳定性和使用安全性造成较大隐患。之所以物理节点处理不到位会造成较大安全隐患，是因为钢结构建筑的物理节点处承受着上部结构的重力，部分重要节点几乎承受了大部分建筑结构重量。即便处理复杂物理节点问题如此重要，但是在钢结构总体设计过程中，建筑钢结构物理节点问题还是没有得到应有的重视，为钢结构后续的安全稳定运行埋下了较大的安全隐患。

2.2钢结构失稳

第一，进行建筑工程中钢结构设计时，设计人员没有深入到施工现场对施工现场具体情况进行全面考察，未做好相应分析工作，没有全面掌握影响钢结构稳定性各项因素的分析，仅依靠以往的经验和勘查资料完成相应设计工作，这也就会导致钢结构难以达到要求标准。最终设计方案与建筑工程的整体运行存在不符，这会提高钢结构失稳概率，一旦发生地震灾害后，钢结构将会遭受破坏，会发生坍塌、变形等严重事故，破坏建筑工程整体质量，无法满足建筑工程竣工后，投入应用需求。第二，钢结构稳定会受防腐性、防火性等各项影响。因此，要想保证发生地震后，钢结构能够保持稳定，一方面要提高钢结构自身稳定性，使其能具有较高抗震能力，另一方面还会优化钢结构防腐性、防火性能，全面分析各项内容，做好协同设计，提高钢结构稳定性，确保地震来临时，钢结构不会快速坍塌，以免引起严重事故，造成巨大损失。

3钢结构设计控制对策

3.1强化受力设计

在设计建筑钢结构稳定性时，受力水平是重要考虑要素，按照要求做好受力设计。在受力设计的过程中，必须首先考虑钢结构的荷载能力，在此基础上方可考虑设计中的其他问题。目前来看，在建筑钢结构设计中，以L形和T形最为常见，均具备提高钢结构受力能力的优势，同时减轻钢结构的自身重量，可达到平衡的效果。需要特别注意的是，为最大限度地确保钢结构的受力处于均匀状态，设计过程中应尽量采取对称的方式，避免存在钢结构受力失衡这一风险。以不动支座的设计为例，要求设计人员必须始终确保支座具备良好的稳定性，避免出现支座移动的问题。再比如设计钢梁架时，设计人员需要重点分析竖向和横向的受力情况。总体来说，进行建筑钢结构的受力设计时，必须在设计方案中体现每一个构件和结构的受力情况，旨在有效避免失稳情况的出现。需要特别注意的是，为确保建筑钢结构的稳定性，要同时把握好设计与施工这两方面的工作，施工过程中必须严格遵循设计方案的要求，同时减少人工误差，细节控制必须认真做好。

3.2提高钢结构的消防设计

耐火性差是钢材作为建筑材料用于工程中的缺点特征之一，温度对钢材力学性能的影响非常明显。钢材虽然作为建筑材料在材料可燃性划分中属于不燃材料，但是当钢材处于高温环境下时，其材料的力学性能会随着温度升高而降低，如屈服强度、弹性模量等。在所受温度达到550℃左右时，钢材力学性能降低幅度更为明显。一般在15min左右结构就会丧失承载能力而发生结构垮塌。国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明，火灾发生后，20min已经是钢结构的承载极限。如何在火灾发生时延长结构的耐火时间，并在有限的时间内减少人员的伤亡成为消防设计的关键。具体控制要点如下：通过建筑物的重要性确定火灾危险类别，正确选定结构的耐火等级；根据耐火等级编制合理的火灾防护方案；按建筑的使用功能和规模划分防火区间；根据各防火区间面积和人员流动情况确定疏散通道；合理布置消防设施。在钢结构设计过程中，应合理选择外表面防火涂装保护层厚度，以提高钢结构的耐火时长，延缓火灾发生钢结构因强度不足而发生变形甚至垮塌的时间，给建筑内部人员以足够的时间安全逃离。钢结构最有效的防火保护方法是在钢材表面涂装阻燃材料，可以起到隔绝温度和阻燃的作用。然而，在使用阻燃涂料时，需考虑其与防腐涂料的相容性，避免阻燃涂料与防腐涂料之间发生化学反应。在钢结构防火设计过程中，需考虑施工的经济性、安全性和科学性，并根据建筑的不同区域、不同构件的耐火要求，采用合理、相适应的防火措施。此外，在钢结构防火设计中，应结合建筑的消防设施，严格控制各类消防设施的管控范围，严格安排每个单元的疏散通道数量和距离，以达到保护人员安全，减少经济损失的目的。

3.3进行荷载设计

对于建筑工程中钢结构来说，这对贯通、对称形式结构不规则形态设计，其在具体应用时，能够具有更好抵御扭曲变形效果。设计人员在实际设计期间，为了确保最终设计的合理性，要对明确钢结构中的基准线，要加强对影响钢结构稳定性因素的分析，而且要采取合理措施进行科学应对，提高钢结构设计合理性性，确保其质量能够达到预期，满足应用需求。同时，在实践中要提高对遇到各种特殊情况的分析，提高设计合理性，例如，通过对不动铰支座进行应用，能够避免建筑工程中的梁在投入应用后，发生位移，确保梁可以在平面内进行转动，需要注意的是，单纯考虑一方面均衡钢结构在投入应用后的局受力情况，而且还能够避免其他各种问题的出现。因此，在实际设计期间，应当进行绕纵轴扭转阻止构件设置，使梁端界面可以自由翘曲，保证钢结构能够保持稳定，减少位移等不良现象发生，确保最终计算结果精准无误，避免在后续应用时，发生事故。

3.4抗震设计

一是在建筑钢结构的抗震设计中，要认真分析和评估屋架、梁板、屋面板之间的连接程度，结构主体与柱子之间的固定方式必须始终满足要求。在这一过程中，应用BIM技术无疑是一种可行手段，可以确保建筑钢结构设计方案直观呈现，有助于进一步优化钢结构抗震性能。二是建筑钢结构的抗震效果易受到支撑方式、构建质量的影响，需要设计人员有较高的专业设计水平，认真考虑多方面的要素，以便可以从源头上有效控制影响建筑钢结构抗震性能的不利因素。三是建筑钢结构的抗震设计过程中不能忽略小配件的使用，而是始终重视小配件在建筑钢结构中所发挥的作用，同时关注结构受力情况和荷载力。以螺栓的使用为例，通过使用螺栓可以较有效地提升建筑钢结构的稳定性，但选用螺栓时必须关注质量和规格这两方面的要素。设计人员需要始终明确，在建筑钢结构设计过程中，不能混淆抗震设计和受力设计，要做好针对性分析。

结束语

总之，钢结构设计人员需要对设计过程中出现的问题进行科学合理的分析，在分析结果的基础上，采取行之有效的解决措施。此外，钢结构建筑设计所涉及的知识体系更新较快，所以相关从业人员要不断学习理论知识，并将理论知识与实践经验相结合，将钢结构设计的优势发挥到极致，有效提升工程建设的整体质量。

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