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摘要:现阶段虽然我国对建筑钢结构的应用越来越广,但由于我国在建筑钢结构工程设计方面的起步比较晚,使得了我国的钢结构工程设计水平要远远落后于国外的发达国家。因此需要相关的设计人员一步一个脚印,不断学习和总结相应的设计经验,以确保我国建筑钢结构工程的设计具有更高的水平,进而促进我国建筑钢结构工程的进一步发展。
关键词:建筑钢结构;设计现状;问题;分析
1钢结构应用概述
钢结构工程具有其他结构不可比拟的优势,现阶段我国的建筑施工中很多建筑都采用了钢结构进行设计并建造。具体来看,主要特征如下:①钢结构的自身重量较轻,施工的强度降低不少,钢结构重量分布更加均匀,施工安装难度容易控制;②钢结构具有更好的结构韧性和可塑性,制作和链接固定相对更容易,工期大大缩短;③采用钢结构的建筑在空间密闭性和结构耐热性方面能力突出。但是钢结构也具有一定的局限,钢结构的耐火性能和耐腐蚀性能较差,相对于钢筋混凝土结构更容易出现锈蚀,后期维护和保养的成本较高。同时钢结构的安装过程质量控制研究还不深入,质量控制手段仍然不完备。
2我国建筑钢结构设计现状
在过去,建筑行业常使用的是钢筋混凝土结构,而在这一基础上,又出现了以钢板或者型钢为主的钢结构。这种新型的建筑体系相比以往传统的混凝土建筑,有着更高的强度、更好的抗震性以及更大的安全性、稳固性。与此同时,建筑钢结构还可以完全实现工厂化设计与制作,可以在很大程度上缩短施工工期,提高施工技术人员的工作效率。除此之外,由于建筑钢结构的材料可以重复利用,使得工程建设的投资可以尽快回拢,并且不会产生过多难以处理的建筑垃圾,维护了自然生态环境,而这也与我们提倡的绿色、环保建筑理念相向而行。基于此,在世界上的很多国家,都会自然而然的将建筑钢结构作为建筑建设的首选结构体系,并已成为未来建筑业发展的必然趋势。在这样一个大背景下,我国建筑领域的众多设计师也提高了对建筑钢结构设计的重视,并取得了一定成果。然而,尽管我国的设计师们投入了大量精力在建筑钢结构的设计上,但是由于建筑钢结构设计的起步较晚,其在市场上的认知度还不够高,尤其是与其他发达国家相比,更是存在很大差距,使得很多设计师在设计建筑钢结构时,难免会遇到各种各样的问题,这些问题有大有小,有时还可能会严重危害到施工现场人员的人身安全,造成不可挽回的安全生产事故。所以,为了切实提高自身建筑钢结构设计水平,加强对这方面问题的研究就显得尤为重要,这也是保证建筑工程整体质量以及功能的重要前提。
3当前建筑钢结构设计中常见的问题以及应对措施
3.1关于钢材防腐方面的问题
建筑钢结构具有很强的稳固性以及抗震性,但是它性能的发挥是建立在其本身的质量上的。在以往很多钢结构设计中,由于钢材受到腐蚀而影响到稳固性的例子比比皆是。所以,通常情况下,在那些存在大量腐蚀性物质或介质的环境中,我们基本不会使用建筑钢结构。与此同时,建筑钢结构还很容易受到雨雪风霜的侵蚀,也会出现生锈腐蚀的问题,并大大降低建筑钢结构的承载能力,影响建筑整体的美观。基于此,在设计建筑钢结构时,我们首先就要考虑到它的防腐问题。目前,最直接有效的防腐措施就是在钢材表面涂抹相应的防腐涂料。设计人员应该根据建筑钢结构的具体要求来选择适宜的防腐涂料,并严格规范涂抹涂料施工人员的操作行为。另外,目前大多数钢结构构件都是在工厂预制,因此,我们可以在构件出厂前,要求生产厂家根据要求对各钢结构构件做基础性的防腐处理,就是涂抹必要的防锈底漆。如果还想进一步强化钢材的防腐蚀能力,可以从钢结构材料的本身入手,选用耐候钢作为主材,并采取热浸镀锌的技术对其进行处理,使钢材表面能形成一层镀层,以达到保护钢材的目的,防止锈蚀。有必要时,我们还能通过应用有机涂料配套技术以及阴极保护技术等,进一步提升钢结构本身的防腐性能。
3.2关于节点设计方面的问题
在建筑钢结构设计中,节点设计是一种比较关键的一环。目前,关于节点设计最大的问题就是结构分析模型以及设计节点不匹配的问题,再加上当前钢结构构件通常都是工厂预制,一旦节点设计存在缺陷,那么在之后的构件安装过程中就很容易出现无法安装的问题。所以,相关设计人员应该根据本次建筑工程的具体要求,充分考虑节点形式,分析其整体结构。需要注意的是,不同的结构,传力特点也会存在一定差异。一般会将节点分为刚接、半刚接以及铰接。我们在选用节点时,首先要准确判断节点的连接方式,从根本上确保节点设计的合理性以及可行性。另外,在节点设计环节,设计师应该综合考虑不同的截面形式,手工焊接、自动焊接或者螺栓连接的不同构造尺寸以及操作空间等要求,避免出现节点设计不合理现象的发生,这也是确保钢结构构件加工得以顺利焊接或者安装到位的必要前提。
3.3关于稳定性设计方面的问题
建筑钢结构因其较强的稳定性成为建筑工程的首选结构,而在科技技术进步的带动下,我国在这方面的研究也有了比较大的突破,但是从总体上看,建筑钢结构稳定性依然会面临一些影响因素:第一,在设计大跨度钢结构时,设计师常常会将整体稳定以及局部稳定进行统一考虑,来获得稳定安全系数。但是在这一过程中,却很少去考虑整体稳定与局部稳定之间的内在联系,这对于设计师而言是十分不利的;第二,物理、几何不确定性。包括极限应力、材料的弹性模量以及切变模量等。同时构件的长宽比、受力状态、截面尺寸及面积、截面形状等也会影响到其整体稳定性;第三,模型的不确定性较大。目前,为了保证建筑钢结构最终的稳定性达到要求,在正式开工前,设计师常常会利用先进的设计软件来建立相应的数学模型,并对其不合理的地方进行修正。但是设计师的前提假设难免会存在疏漏,再加上现阶段相关理论的不成熟等,都会导致其建立的数字模型存在极大的不确定性。为了有效应对上述问题,我们可以从以下两面入手:第一,加大对稳定性理论研究的投入支持力度。就目前来看,积极研发高稳定性、高性能的新型钢结构稳定性设计理论是势在必行的,任何实践都是以理论为基础的,保证理论的科学性以及严谨性,往往可以在实践中获得意想不到的效果。所以,在有条件的情况下,我们需要不断完善钢结构稳定性的设计理论;第二,提高设计人员的综合素质。由于建筑钢结构设计过程会需要进行大量的计算工作,而部分设计人员常常会将这些繁琐的计算过程简化,导致最终的结果与实际相差甚远,使得施工简图与结构计算简图难以吻合。对此,相关机构还应该强化设计人员的专业能力以及综合素质,以保证建筑钢结构设计的稳定性达到要求。
结束语
综上所述,由于世界经济水平的提高,推动了建筑行业的发展,在建筑结构设计中,钢结构设计的应用越来越广泛,但是却存在很多问题。本文主要对这些问题进行论述,并对这些问题进行分析,提出相应的有效解决途径,主要有增强设计管理、培养高水平的专业人员、提高钢结构的抗震性设计水平,为解决我国建筑钢结构设计存在的问题提供几点参考。
参考文献:
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