我国建筑钢结构设计问题亟待解决

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  摘要:建筑结构设计这是建筑行业之中非常重要的一个方面,涉及到建筑的诸多方面的设计,建筑钢结构设计之中,每一项建筑的质量对其都会产生直接的影响。当前在建筑钢结构设计之中依然存在较多的问题,使建筑的质量受到影响,因此对于建筑钢结构的设计工作应高度重视。
  关键词:建筑钢结构;设计问题;措施
  当前,我国建筑钢结构取得迅速的发展,先后出现了一大批走在世界前列、赶得上国际水平的钢结构建筑,比如说鸟巢、水立方、国家大剧院、上海环球中心以及广州电视塔等等。当前此类这些项目的建设使我国钢结构的设计水平不断得到提高。然而,根据但也该看到,当前一些重大项目通常都是由国外来设计,这就存在一个外国设计理念同我国的具体实际融合的问题,我们可以发现其中不少项目的结构方案在实际之中不够合理,造成使用钢量过大大,在造价方面费用过高。伴随着我国城市化进程的不断加快,一大批钢结构工程建设迫在眉睫,但是当前我国的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量以及设计人员素质则还不能适应当前我国的国情,在钢结构设计这个方面依然还有较多问题需要解决。
  1、建筑钢结构工程设计的基本原则
  1.1、经济性
  进行建筑钢结构设计的主要目的是服务钢结构的施工与正常的使用,其目的在于创造效益。因此,在钢结构设计之中,在结构安全可靠的这个前提之下,如何保证钢结构的经济性则是建筑工程之后的重点。在进行钢结构设计的时候,那么需要进行全面的考察以及分析钢结构体系它的经济性,这样就可以达到最佳的综合效益,如此钢结构体系方案算是非常合理的。对钢结构体系合理性进行评价之时,不仅仅应该站在从耗钢量的指标上,还应该从工期的长短和总体造价这些方面进行全面的分析。同时,也应该包括尽早投入到使用之中取得的效益。因此,在钢结构设计之中,除过对建筑材料的供应情况应进行考察之外,还应该对当地的制造以及安装的水平这些方面来做系统的分析,并且同业主之间的交流也是不可忽视的较大环节。
  1.2、适度原则
  在建筑结构体系之中,应该依据实际的情况来分析,合理性的存在也离不开刚柔并济。所以,一旦钢结构过于刚而缺少变形能力,在遭受强大的破坏力时,就比较容易使得局部有受损的情况而出现,那么将会直接影响到了整体结构;一旦钢结构过柔的话,那么虽然可以使外力的作用减小,然而比较容易出现过大的变形,这样就会使得建筑结构整体产生倾塌。长期以来,刚柔的程度这都是钢结构专家一直在讨论的重点环节,但是如今也只是对控制指标提供了规范限值,并没有制定出精确的标准,这就需要设计人员应该针对具体工程项目和工作经验来确定出最合适的钢结构设计方案。
  2、当前建筑钢结构设计之中面临的问题
  2.1、设计的深度有待提高
  当前承接设计任务主要是加工企业,这些企业因为在资金以及人力等方面存在的缺陷,不能有效的保证设计的质量,不少的设计单位,钢结构的设计水平不能满足设计的要求,并且工程的设计者较多是刚毕业不久的学生,在实践经验以及钢结构的设计知识方面比较缺乏。对关键技术没有进行研究,只是提供相关的“构件布置图”,而布置图设计比较简单,对于关键的“节點设计”全部使用”全铸钢节点“来表示,而这种节点的安全以及构造的合理性以及现实可能性则都不加考虑。因此设计的图纸不能满足要求,存在着严重的质量隐患。一旦在施工之中疏忽的话,就会造成工程质量事故,给国家以及人民造成重大的损失。
  2.2、对国外设计方案进行批判性的吸收
  因为国外结构工程师因为缺少在我国实际的工作以及生活的经验,对于我国地震以及风荷载此类特殊情况的了解不够深入,所以设计方案在抗震设计上存在诸多不合理的现象。在现实之中,经常有国外的设计师设计出的钢结构方案在实际的施工之中出现问题,而导致延误工期,需要进行改进。
  有的工程在施工之中,使用不合理的结构形式,那么则就使得建筑在面对地震、台风等灾害之时缺少足够的抵抗能力,建筑钢结构之中具有非常多不合理的设计,因此为有效提高抗争的性能,不根据实际情况,随意使用钢材,产生了很大的损耗,不符合我国创建资源节约型社会的构想,
  2.3、设计标准千篇一律
  当前存在一些设计人员在处理复杂工程方面缺乏实际的经验,在对于标准的要求较高,这样的话就使得设计偏于保守,随意加大安全等的级,并且对于结构构件主次部分,对于比较重要性系数取值随意,杆件“应力比”取值偏低;焊缝等级而不分区别,全部区一级全熔透焊缝,同时钢材等级不分使用条件以及部位也一律使用c级或者d级;在不了解“焊接残余应力”分布规律的前提之下,错误的提出消除“焊接残余应力”。因为以上原因使得结构构件过大,投入的投资也增大,造成较大的浪费。
  2.4、设计规范需要更新
  伴随着我国钢结构应用的快速发展,那么钢铁行业也已经研制开发出质量良好的中厚钢板,同时将供应工程来应用,像Q235GJ、Q345GJ优质厚钢板都有着较好的综合性能,比如说低厚板效应、良好的延性以及冲击韧性、焊接性能同抗撕裂性能,可以满足抗震设计钢结构用厚板的种种需要,它的性能已经优于日本SN50钢以及美国A572-50级钢。而新的国标《GB/T19879-2005》增加的了 390MPa、420MPa、460MPa 三个强度级别。而目前的“钢结构设计规范”则没有对以上的钢材新标准变化做出相对积极的反应,也没有提出任何的修改补充条文。使得设计同钢材新产品之间的矛盾变得逐渐突出,较多的设计人员在使用新品种钢材方面迟缓,因此就有必要修订补充有关规范,来满足设计急需。
  3、提高建筑钢结构设计的对策
  3.1、钢结构的形式与布置
  钢结构主要包括有框架、索膜、网架、平面桁架、轻钢以及塔桅等种种结构形式,并且都有自身的特点。因此,我们应该以及其特点来进行合理的选型。在面对实际的问题之时,应该依据需要来进行具有针对性的分析。钢结构的布置也应该考虑到它的体系特征、性质和荷载分布情况等等,通常的要求是刚度均匀以及力学模型可以清晰,限制大荷载或者动载的影响范围,让其可以用比较直接的路线来传力。
  3.2、合理的选择截面
  在钢结构的形式以及布置获得确定后,就应该进行构件截面的估算,主要是对于梁柱截面、支撑断面尺寸以及形状的假定。可以依据支座和荷载的具体情况来定,钢梁截面高度通常都会选择在跨度的1/50 到1/20 之间。为了有效避免复杂的钢梁整体稳定性的计算,也可依据梁间侧向支柱的间距按照 1/b 限值对翼缘的宽度来确定。
  3.3、结构分析同构件设计
  保证结构和构件的稳定性,这是钢结构设计之中应该充分考虑到的问题。梁这是结构的主要构件,在进行梁的设计之时,通常应该验算强度以及稳定;柱则是受轴线力、压力,通常都是压弯构件,一些情况则是拉弯构件。可以归为构件的设计,第一应该进行材料的选择。通常来说,Q235以及 Q345这是比较常见的材料。如果考虑到工程管理,一般都会采用单一钢种在主结构上,站在经济的角度上来考虑,它的截面组合应该需要考虑到不同强度的钢材。目前,因为程序技术的不断发展,一些结构软件可以全面进行整体结构的优化,我们不仅仅应该对优化之后的截面应做好相应的调整让他们可以实现比较合理的截面标准,并且还应该考虑到计算长度的参数定义,模型的建立种种数据。
  总之,钢结构同普通钢筋混凝土结构比较,具有匀质、高强、施工速度快、抗震性好以及回收率偏高这些特点,把钢材制作作为主要的结构,也是主要的建筑结构类型之一。在我国城市化进程不断快速发展的情况下,建筑钢结构市场前景十分广阔。我们应该不断提高钢结构的设计水平,使得设计质量有所保证。
  参考文献:
  [1]沈祖炎,李元齐.促进我国建筑钢结构产业发展的几点思考[J].建筑钢结构进展,2009,(4).
  [2]沈祖炎,温东辉,李元齐.中国建筑钢结构技术发展现状及展望[J].建筑结构,2009,(9)
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