建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)分析

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)分析當(dāng)下，絕大多數(shù)建筑應(yīng)用的材料都是鋼制的。鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震性、抗裂性與耐久性，備受建筑行業(yè)的青睞。鋼結(jié)構(gòu)建筑不僅具有良好的性能，而且施工流程簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間成本和資金成本。對(duì)于部分工期短、投資有限的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)是絕佳選擇?；诖?，本文圍繞建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)展開探究。

如今，高層建筑數(shù)量及規(guī)模不斷擴(kuò)張，緩解了城市可開發(fā)土地資源供應(yīng)緊缺的現(xiàn)狀。由于高層建筑自體重量較大，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷力也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。而采用鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)，可以提升施工效率，壓縮投資成本，增大工程綜合效益。

1、建筑鋼結(jié)構(gòu)的基本特征

鋼結(jié)構(gòu)是一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)具有一定的特點(diǎn)，受到業(yè)內(nèi)人士的大力推崇。鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下所述：

（1）抗震性。鋼材是鋼結(jié)構(gòu)的主要原材料，具有良好的塑性與韌性，可以在很大程度上優(yōu)化整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能，進(jìn)而延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。如果鋼結(jié)構(gòu)受到外部作用力，發(fā)生結(jié)構(gòu)形變，也不會(huì)出現(xiàn)脆性裂變。且采用柔性連接方式，也有助于形變部位恢復(fù)原形，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

（2）抗裂性。通常磚混結(jié)構(gòu)建筑受到溫度的影響，極易出現(xiàn)墻體開裂現(xiàn)象，在墻體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，墻體材料的保溫性能與防水性能也會(huì)受到較大的影響，縮短整個(gè)建筑物的使用壽命。相較而言，鋼結(jié)構(gòu)具有良好的抗裂性，能夠分擔(dān)承重墻的壓力，降低發(fā)生裂縫的概率。

（3）耐久性。與木質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，可以在很大程度上增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性約為磚混結(jié)構(gòu)耐腐蝕性的1.5倍，且保溫隔熱效果較為突出。

（4）施工便捷化。一般情況下，工廠會(huì)預(yù)先生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然后，將鋼制構(gòu)件運(yùn)輸至指定地點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件拼裝流程可以依靠機(jī)械化模式，施工流程便捷化，能夠保障工程安全。

2、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的具體方法

當(dāng)下，應(yīng)用較為廣泛的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)法主要包括塑性設(shè)計(jì)法、容許應(yīng)力法、極限狀態(tài)法與半概率法四類。各類設(shè)計(jì)法的核心原理不同，且各具優(yōu)缺點(diǎn)。具體內(nèi)容如下所述：

2.1塑性設(shè)計(jì)法的核心原理

塑性設(shè)計(jì)原則是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度與塑性本質(zhì)高于標(biāo)準(zhǔn)荷載乘以安全系數(shù)的乘積。在內(nèi)力結(jié)構(gòu)分析時(shí)，往往采用鋼塑性分析法和一階塑性分析法。采用塑性分析法，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性后，允許內(nèi)力的重新分配。但必須保證材料的延性特征達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)要求。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員要明確翼緣與截面腹板的規(guī)格參數(shù)，并設(shè)定限制標(biāo)準(zhǔn)。塑性設(shè)計(jì)法對(duì)非線性處理有特殊要求，只不過(guò)無(wú)法反饋結(jié)構(gòu)構(gòu)件或原材料的擴(kuò)展特性。

2.2容許應(yīng)力法的核心原理

容許應(yīng)力法是指在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算應(yīng)力參數(shù)要小于既定容許力。相關(guān)人員要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算應(yīng)力，同時(shí)根據(jù)階彈理論進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。客觀來(lái)說(shuō)，容許應(yīng)力法有如下幾方面缺陷：（1）對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性影響考慮不到位；（2）采用單一安全系數(shù)，無(wú)法反饋荷載變異情況，以及獨(dú)立抗力情況。

2.3極限狀態(tài)法的核心原理

極限狀態(tài)法能夠有效彌補(bǔ)塑性設(shè)計(jì)法和容許應(yīng)力法的不足。極限狀態(tài)法的核心原理是使用荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力取代單一安全系數(shù)。當(dāng)下，極限狀態(tài)法的應(yīng)用效果更為突出。由于受到荷載的影響，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)呈現(xiàn)出如下兩種極限狀態(tài)：（1）正常使用極限狀態(tài)；（2）承載能力極限狀態(tài)。其中，承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性，主要指因構(gòu)件塑性形變與脆性裂變?cè)斐傻慕Y(jié)構(gòu)損壞。

2.4半概率法的核心原理

伴隨現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，定值法逐步向半概率法發(fā)展。在應(yīng)用半概率法設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要全面考慮材料強(qiáng)度因素與荷載強(qiáng)度因素。但在取值環(huán)節(jié)，未能充分衡量結(jié)構(gòu)可靠度與概率的理性關(guān)系，由此，稱之為半概率法。

3、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1加大對(duì)結(jié)構(gòu)選型的重視

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，結(jié)構(gòu)選型至關(guān)重要，結(jié)構(gòu)選型直接決定了整體設(shè)計(jì)工作的落實(shí)效果。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)以結(jié)構(gòu)力學(xué)關(guān)系和結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理等方面為切入點(diǎn)，完善結(jié)構(gòu)選型，保障整體工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.2優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)

全面了解鋼結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定關(guān)系，可以進(jìn)一步優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。為此，設(shè)計(jì)人員要加大對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重視。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需遵循簡(jiǎn)潔化、規(guī)整化與標(biāo)準(zhǔn)化的基本原則。在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接處理時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行操作。確保屋架和屋面板、屋架和柱體、柱體和基礎(chǔ)的連接穩(wěn)固性，完善整體鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能。需要格外強(qiáng)調(diào)的是，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能與配置位置和支撐形式存在緊密聯(lián)系。為此，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需全面考慮相關(guān)因素，盡可能的減小這些因素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還要著重注意小規(guī)格的零構(gòu)件，以鉚釘為例，鉚釘?shù)倪B接性能在很大程度上決定了整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。為此，相關(guān)人員要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)規(guī)格和材質(zhì)的鉚釘。

3.3嚴(yán)格控制梁柱連接節(jié)點(diǎn)

按照配置方式差異，門式剛架斜梁與柱主體的連接方式可劃分為端板豎放、端板橫放以及端板斜放三類。

其中，端板豎放形式適用于截面柱。若豎向荷載發(fā)揮著控制作用，可以嘗試將端板橫向放置，進(jìn)一步減輕節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷力，同時(shí)，利用柱體的自體重量對(duì)節(jié)點(diǎn)施壓。如果節(jié)點(diǎn)彎矩較大，可以嘗試采取端板斜向放置方式，進(jìn)而適當(dāng)延展抗彎連接的力臂，為布置螺栓提供有利條件。

一般情況下，端板拼接方式主要包括外伸和平齊兩類。相較而言，端板外伸拼接方式比端板平齊拼接方式的受力穩(wěn)定性更強(qiáng)，而且，端板外伸拼接方式的節(jié)點(diǎn)數(shù)量更多。在結(jié)點(diǎn)板外伸部分設(shè)置加勁肋，可以讓靠近受拉翼緣兩側(cè)的螺栓均衡受力，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，預(yù)防節(jié)點(diǎn)板的形變。

4、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

4.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與預(yù)設(shè)施工場(chǎng)地的適應(yīng)性

在建筑鋼結(jié)構(gòu)處理環(huán)節(jié)，要進(jìn)一步明確鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與預(yù)設(shè)施工場(chǎng)地的協(xié)調(diào)性。同時(shí)，積極做好調(diào)研工作，考慮建筑鋼結(jié)構(gòu)使用人群的基本需求。且全面了解建筑鋼結(jié)構(gòu)的用途，組織施工地點(diǎn)勘察工作，在充分考慮設(shè)計(jì)因素的基礎(chǔ)上，制定完整性、合理性、準(zhǔn)確性的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)整體工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

4.2鋼結(jié)構(gòu)工程的消防安全設(shè)計(jì)

在執(zhí)行建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方案時(shí)，要明確工程結(jié)構(gòu)是否存在消防安全隱患。由于鋼結(jié)構(gòu)建材的防火性能較差，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需完善工程結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)，并確保消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整體設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)?，F(xiàn)階段，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用較為普遍的消防安全設(shè)計(jì)法就是對(duì)鋼材進(jìn)行防火涂層處理。

4.3鋼結(jié)構(gòu)工程的細(xì)節(jié)處理

在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的主要目的是注重建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)數(shù)量與節(jié)點(diǎn)配置方式的合理性，以及整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，選擇對(duì)應(yīng)的連接方式，加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)形變或受力失衡現(xiàn)象，從而影響整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性。尤其是螺栓連接處理與構(gòu)件焊接處理兩方面，務(wù)必注重連接方式的科學(xué)合理性。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自體重量輕，具有極強(qiáng)的抗震性、抗裂性、抗形變能力及耐