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建筑鋼結構工程設計方法與要點分析

時間:2020-01-23 來源:建材與裝飾 作者:李坤 本文字數:2966字

  摘要:當下,絕大多數建筑應用的材料都是鋼制的。鋼結構具有較強的抗震性、抗裂性與耐久性,備受建筑行業的青睞。鋼結構建筑不僅具有良好的性能,而且施工流程簡單,節省時間成本和資金成本。對于部分工期短、投資有限的工程項目來說,鋼結構是絕佳選擇;诖,本文圍繞建筑鋼結構工程設計及其注意事項展開探究。

  關鍵詞:鋼結構; 工程設計; 注意事項;

  如今,高層建筑數量及規模不斷擴張,緩解了城市可開發土地資源供應緊缺的現狀。由于高層建筑自體重量較大,對基礎結構的承載負荷力也提出了更高的標準要求。而采用鋼結構工程設計,可以提升施工效率,壓縮投資成本,增大工程綜合效益。

  1、建筑鋼結構的基本特征

  鋼結構是一種新型建筑結構形式。鋼結構具有一定的特點,受到業內人士的大力推崇。鋼結構的特點如下所述:

 。1)抗震性。鋼材是鋼結構的主要原材料,具有良好的塑性與韌性,可以在很大程度上優化整個鋼結構的抗震性能,進而延長鋼結構的使用壽命。如果鋼結構受到外部作用力,發生結構形變,也不會出現脆性裂變。且采用柔性連接方式,也有助于形變部位恢復原形,增強整體結構的抗震能力。

 。2)抗裂性。通常磚混結構建筑受到溫度的影響,極易出現墻體開裂現象,在墻體結構出現裂縫后,墻體材料的保溫性能與防水性能也會受到較大的影響,縮短整個建筑物的使用壽命。相較而言,鋼結構具有良好的抗裂性,能夠分擔承重墻的壓力,降低發生裂縫的概率。

 。3)耐久性。與木質結構相比,鋼結構具有較強的耐腐蝕性,可以在很大程度上增強整體結構的抗腐蝕能力。據相關調查數據顯示,鋼結構的耐腐蝕性約為磚混結構耐腐蝕性的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,工廠會預先生產鋼結構構件,然后,將鋼制構件運輸至指定地點進行現場拼裝。整個鋼結構構件拼裝流程可以依靠機械化模式,施工流程便捷化,能夠保障工程安全。

  2、建筑鋼結構工程設計的具體方法

  當下,應用較為廣泛的建筑鋼結構工程設計法主要包括塑性設計法、容許應力法、極限狀態法與半概率法四類。各類設計法的核心原理不同,且各具優缺點。具體內容如下所述:

  2.1 塑性設計法的核心原理

  塑性設計原則是指結構構件的強度與塑性本質高于標準荷載乘以安全系數的乘積。在內力結構分析時,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,在結構構件進入塑性后,允許內力的重新分配。但必須保證材料的延性特征達到一定標準要求。在建筑結構設計時,相關人員要明確翼緣與截面腹板的規格參數,并設定限制標準。塑性設計法對非線性處理有特殊要求,只不過無法反饋結構構件或原材料的擴展特性。

  2.2 容許應力法的核心原理

  容許應力法是指在建筑結構設計時,計算應力參數要小于既定容許力。相關人員要嚴格按照標準規范,設定結構構件的計算應力,同時根據階彈理論進行準確計算?陀^來說,容許應力法有如下幾方面缺陷:(1)對結構的非線性影響考慮不到位;(2)采用單一安全系數,無法反饋荷載變異情況,以及獨立抗力情況。

  2.3 極限狀態法的核心原理

  極限狀態法能夠有效彌補塑性設計法和容許應力法的不足。極限狀態法的核心原理是使用荷載分項系數和抗力取代單一安全系數。當下,極限狀態法的應用效果更為突出。由于受到荷載的影響,整個建筑結構往往會呈現出如下兩種極限狀態:(1)正常使用極限狀態;(2)承載能力極限狀態。其中,承載能力極限狀態對應整體結構的安全穩固性,主要指因構件塑性形變與脆性裂變造成的結構損壞。

  2.4 半概率法的核心原理

  伴隨現代科技的快速發展,定值法逐步向半概率法發展。在應用半概率法設計時,往往需要全面考慮材料強度因素與荷載強度因素。但在取值環節,未能充分衡量結構可靠度與概率的理性關系,由此,稱之為半概率法。

建筑鋼結構工程

配圖:建筑鋼結構工程

  3、建筑鋼結構工程的設計要點

  3.1 加大對結構選型的重視

  在建筑鋼結構設計要點中,結構選型至關重要,結構選型直接決定了整體設計工作的落實效果。在建筑鋼結構設計過程中,相關人員應以結構力學關系和結構破壞機理等方面為切入點,完善結構選型,保障整體工程結構質量。

  3.2 優化鋼結構工程抗震設計

  全面了解鋼結構之間的穩定關系,可以進一步優化工程結構穩定性設計。為此,設計人員要加大對鋼結構抗震設計的重視。在鋼結構設計時,需遵循簡潔化、規整化與標準化的基本原則。在鋼結構構件連接處理時,結合實際情況進行操作。確保屋架和屋面板、屋架和柱體、柱體和基礎的連接穩固性,完善整體鋼結構的抗震性能。需要格外強調的是,鋼結構的抗震性能與配置位置和支撐形式存在緊密聯系。為此,在鋼結構設計時,需全面考慮相關因素,盡可能的減小這些因素對鋼結構抗震性能的影響。在鋼結構設計環節,還要著重注意小規格的零構件,以鉚釘為例,鉚釘的連接性能在很大程度上決定了整體建筑結構的穩固性。為此,相關人員要根據結構特點選擇對應規格和材質的鉚釘。

  3.3 嚴格控制梁柱連接節點

  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。若豎向荷載發揮著控制作用,可以嘗試將端板橫向放置,進一步減輕節點的負荷力,同時,利用柱體的自體重量對節點施壓。如果節點彎矩較大,可以嘗試采取端板斜向放置方式,進而適當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定性更強,而且,端板外伸拼接方式的節點數量更多。在結點板外伸部分設置加勁肋,可以讓靠近受拉翼緣兩側的螺栓均衡受力,增強節點的抗剪能力,預防節點板的形變。

  4、建筑鋼結構工程設計的注意事項

  4.1 鋼結構設計與預設施工場地的適應性

  在建筑鋼結構處理環節,要進一步明確鋼結構設計方案與預設施工場地的協調性。同時,積極做好調研工作,考慮建筑鋼結構使用人群的基本需求。且全面了解建筑鋼結構的用途,組織施工地點勘察工作,在充分考慮設計因素的基礎上,制定完整性、合理性、準確性的建筑鋼結構工程設計方案,加強整體工程結構的安全穩定性。

  4.2 鋼結構工程的消防安全設計

  在執行建筑鋼結構工程設計方案時,要明確工程結構是否存在消防安全隱患。由于鋼結構建材的防火性能較差,在設計環節,需完善工程結構的防火設計,并確保消防安全系統設計與整體設計風格相協調,F階段,建筑鋼結構工程設計中,應用較為普遍的消防安全設計法就是對鋼材進行防火涂層處理。

  4.3 鋼結構工程的細節處理

  在建筑鋼結構工程設計環節,要注重細節設計。細節設計的主要目的是注重建筑鋼結構節點數量與節點配置方式的合理性,以及整體結構的安全穩固性。根據不同的結構設計形式,選擇對應的連接方式,加強整體結構的協調性,避免鋼結構出現節點形變或受力失衡現象,從而影響整體建筑結構的安全性。尤其是螺栓連接處理與構件焊接處理兩方面,務必注重連接方式的科學合理性。

  5、結束語

  綜上所述,建筑鋼結構具有自體重量輕,具有極強的抗震性、抗裂性、抗形變能力及耐腐蝕能力,而且其工期短、投資低、質量有保障。也正因如此,建筑鋼結構工程受到建筑行業,乃至整個社會的推崇和青睞。

  參考文獻

  [1]孟萌。高層鋼結構建筑工程設計及其注意事項探析[J].綠色環保建材,2018(10):63.
  [2]鄭維。建筑鋼結構工程設計及其注意事項[J].化工管理,2018(24)。

    李坤.建筑鋼結構工程設計及其注意事項淺析[J].建材與裝飾,2019(36):102-103.
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