钢结构设计工作的

摘 要：下文主要结合笔者多年的工作实践经验,针对建筑工程中钢结构设计出现的问题进行了阐述,并提出相对应的解决方法.希望通过以下阐述,能与各位同仁相互交流,同时今后也能够为类似工程的设计提供一些借鉴与参考.

关 键 词：设计过程；问题；措施

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.

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检测设预定.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.