現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

　　摘要：文章介紹了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì),基本原則

　　盡管現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)有著相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在著許多問(wèn)題和難題，為此，大力加強(qiáng)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，不但可以大力推進(jìn)現(xiàn)代建筑的發(fā)展速度，而且還可以大大提高現(xiàn)代建筑的安全性。

　　一、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

　　1、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)安裝布置相對(duì)靈活

　　現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)比較均勻，其強(qiáng)度和彈性模量都比較高，因此可以進(jìn)行大開(kāi)間安排，這樣能夠使整個(gè)建筑平面分割合理，處理起來(lái)也相對(duì)靈活方便。

　　2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重相對(duì)較輕

　　和傳統(tǒng)的建筑材料相比較，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重要輕1/3―1/2左右，這樣就可以降低處理建筑的地基或者鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的費(fèi)用;同時(shí)，在發(fā)生較大震動(dòng)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比較小，能夠抵抗較強(qiáng)的震動(dòng)，特別是具有較強(qiáng)的抗地震能力。

　　3、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的施工周期相對(duì)較短

　　現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中相當(dāng)多的配件以及建筑的主要構(gòu)件都是工業(yè)化制作，不但質(zhì)量能夠得到保證，而且施工時(shí)各構(gòu)件之間大多都是使用強(qiáng)度較高的螺栓進(jìn)行連接，這樣就會(huì)使得構(gòu)件之間的組合安裝相當(dāng)迅速，施工的周期也比較短。

　　4、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較高

　　鋼結(jié)構(gòu)由于采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)以及現(xiàn)代化設(shè)備制造，制造比較快捷，運(yùn)輸也比較方便，并且工程建造的周期也比較短，資金運(yùn)轉(zhuǎn)也比較快，鋼材還可以循環(huán)使用，經(jīng)濟(jì)效益也相對(duì)較高。

　　5、鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大，有較大振動(dòng)、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說(shuō)：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、雕塑、倉(cāng)棚、工廠、住宅、山地建筑和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相一致的。

　　二、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

　　1、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原則

　　為保證現(xiàn)代建筑的穩(wěn)定性，在進(jìn)行現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須考慮整個(gè)建筑體系以及建筑各組成部分的穩(wěn)定性。盡管現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最終組建起來(lái)的是具有宏觀立體性的現(xiàn)代建筑，但是在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)基本上都是建立在平面基礎(chǔ)之上的。

　　2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算

　　在進(jìn)行現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論是單層框架結(jié)構(gòu)還是多層框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員常常不對(duì)框架進(jìn)行穩(wěn)定分析，只是進(jìn)行框架柱的穩(wěn)定性計(jì)算。即使進(jìn)行框架柱的穩(wěn)定性計(jì)算，也必須對(duì)框架進(jìn)行整體性分析，在得出柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)(此時(shí)柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)和框架穩(wěn)定計(jì)算等效)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。但是，在實(shí)際操作中，由于框架結(jié)構(gòu)種類繁多，如果按照每一個(gè)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，那么必將浪費(fèi)大量的人力物力和財(cái)力，為了能夠盡可能提高計(jì)算效率，就必須對(duì)一些特定的典型條件進(jìn)行設(shè)定。

　　3、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算必須和構(gòu)造設(shè)計(jì)相統(tǒng)一

　　現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算與構(gòu)造設(shè)計(jì)相統(tǒng)一，是每一位鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須隨時(shí)關(guān)注的問(wèn)題，特別是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中的細(xì)微部位的構(gòu)造和構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算都必須做到絕對(duì)的配合，只有這樣才能確保整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于傳遞彎矩與不要求傳遞彎矩的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接時(shí)，必須滿足他們的剛度與柔度，在桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)該盡最大可能避免出現(xiàn)桿件偏心現(xiàn)象。這些內(nèi)容都是設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真考慮的細(xì)節(jié)問(wèn)題，只有這些問(wèn)題考慮清楚，現(xiàn)代鋼架結(jié)構(gòu)才有可能比較穩(wěn)定。但是，只有這些設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能發(fā)生改變時(shí)，在鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須具體問(wèn)題具體分析，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

　　三、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　1、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置

　　在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置時(shí)，首先必須考慮組成整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的各種鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。例如如果在輕型鋼結(jié)構(gòu)的建筑中，存在著相當(dāng)大的懸掛荷載，此時(shí)可以使用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而不使用門式鋼架結(jié)構(gòu)。為了保證整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須認(rèn)真考慮整個(gè)建筑體系的特征、荷載分布、性質(zhì)等諸多因素，并進(jìn)行綜合處理。

　　2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)

　　當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的形式確定之后，首先可以憑借自己的經(jīng)驗(yàn)估算構(gòu)件截面，對(duì)構(gòu)件截面的尺寸、形狀進(jìn)行假設(shè)，普通情況下鋼梁可以使用軋制、槽鋼或者H型的鋼截面。按照荷載以及支座的狀況，截面高度一般為跨度的2%―5%。在對(duì)冀梁寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)定對(duì)梁之間側(cè)向支撐之間的距離進(jìn)行確定，盡可能不進(jìn)行鋼梁的整體穩(wěn)定。

　　3、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計(jì)

　　支撐設(shè)計(jì)是保證現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要設(shè)計(jì)，通過(guò)有效的支撐設(shè)計(jì)可以構(gòu)建合理的內(nèi)力分配體系啊，從而有效改善現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的整體剛度分布狀況，鞏固其薄弱環(huán)節(jié)，從而使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)抵御水平荷載的能力更加強(qiáng)大。在進(jìn)行現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守下面的原則：實(shí)現(xiàn)縱向荷載的明確合理地進(jìn)行傳遞;確保整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定，給鋼結(jié)構(gòu)以及各組成構(gòu)件的整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)側(cè)向支點(diǎn);使鋼結(jié)構(gòu)的安裝更加快捷方便;滿足現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及剛度的要求，使其具有更強(qiáng)的可靠性。

　　4、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是不是合理，對(duì)于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的可靠度、穩(wěn)定性以及建設(shè)周期、建設(shè)成本都有著至關(guān)重要的關(guān)系。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須綜合考慮節(jié)點(diǎn)的形式、構(gòu)件的選擇、傳力特性等內(nèi)容，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行恰當(dāng)選擇究竟是使用鋼節(jié)點(diǎn)、半鋼節(jié)點(diǎn)還是鉸接點(diǎn)。目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析。新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件：典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊(cè)之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)通過(guò)手算進(jìn)行分析。復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。

　　四、小結(jié)

　　總之，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的建筑材料，是現(xiàn)代科技的體現(xiàn)，大力加強(qiáng)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究，可以不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，尋找最適合的設(shè)計(jì)方法，只有這樣，才能夠不斷推進(jìn)現(xiàn)代建筑的發(fā)展速度，提高現(xiàn)代建筑的安全性。

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