建筑钢结构设计中应注意的问题浅析

陈中波

中图分类号：TU973+.3

【摘要】建筑结构设计是一项系统工作，在设计中往往会出现各种各样的问题，这就需要结构设计人员具有扎实的理论基础，同时还需要具有灵活的创新思维，对工作认真负责。在不断加强对建筑结构设计内容与原则认识的情况下，注意结合设计中常见的问题，降低结构设计中的错误，提高结构设计水平。

【关键词】钢结构 设计 注意问题

建筑结构设计可以分为三个阶段：结构方案设计、结构计算及施工图设计。通过三个阶段的不断深入，从全局进行控制，并在每一个阶段对局部影响建筑结构安全、经济和实用性方面进行设计与优化。但是在实际结构设计中，设计人员如果出现了概念和方法上的偏差，在设计中套用其他设计内容及公式，或者设计人员缺乏对规范的理解，导致各项设计指标不能达到规范要求。为了减少和避免以上情况的发生，就应该对结构设计进行严格控制。

一、结构设计坚持的具体原则

（1）重大轻小

建筑结构设计应该从全局出发，加强对各个概念如“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等的理解，并且对于整个结构体系而言，需要各个部分协调配合，各个部分都发挥了不同的作用，使得整个建筑结构有轻重之分。

（2）层层设置

为了保证结构体系的安全，对结构设计需要层层设置，这样可以在发生危险状况时，各层及层间连接发挥不同的作用效果。如果设计人员贪图方便，将结构设计集中在建筑某一个结构上，会导致结构不稳定。并且多肢墙优于单片墙，框架剪力墙优于纯框架结构，这些都是设计中应该层层注意的问题。

（3）优劣互补

建筑结构设计必须贯彻执行优劣互补的原则。因为结构刚度大时，其变形能力就差，一旦建筑受到巨大的破坏力，往往会导致建筑整体受损；而结构太柔，能够抵御较大的变形，但是当变形过大时有可能不能恢复到变形前的状况，影响到使用。

二、钢结构设计中应注意的问题

1、合理选择钢材

在钢结构建筑中，选择的钢筋需要具有一定的屈服强度、抗拉强度、伸长率，并且对冷弯试验及各类元素的含量都有一定要求；在钢结构设计中采用焊接连接时，应该对碳含量作出明确规定；对于抗震设防较高的地区，选择的钢材除了满足上述规定外，还需要满足《建筑抗震设计规范》（GB5001-2001）的规定，明确规定了钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值、伸长率的限值和良好的可焊性等物理力学指标，并要求将其写入设计文件中，以保证结构有必要的安全储备和足够的塑性变形能力。

一般建筑选择钢结构体系时，应该对钢结构的受力构件进行合理选择，由于等级为A级的钢材冲击韧度低，延展性较差，并且当采用焊接工艺时容易产生脆断现象，因此在钢结构体系中不推荐使用等级为A的钢材作为主要受力构件，推荐使用Q235B及以上等级的钢材。

2、楼面结构设计

与钢筋混凝土建筑结构体系相比，钢结构框架建筑的温度伸缩区段长度为120m，远大于现浇钢筋混凝土框架结构的55m，相比混凝土结构具有一定的优势。当钢结构采用混凝土浇筑楼板时，需要考虑楼板混凝土与钢材的相容性，减少或避免楼板开裂，为了减少这类裂缝的出现，可以在楼板混凝土浇筑时设置温度收缩缝；对于采用混凝土浇筑后浇带时，为了减少混凝土温度变化或收缩的可靠性，可以适当增加温度伸缩裂缝区的长度。

当采用压型钢板组合混凝土楼板设计时，首先设计应该满足构造要求，然后在基础钢梁上焊接栓钉，保证压型钢板与混凝土楼板固定，采取有效的连接措施使得它们协同工作。压型钢板与混凝土楼板连接可以采用压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕或冲成的不闭合孔眼起作用。目前，由于产品规格的限制，国内带纵向波槽的压型钢板和带压痕或开小洞的压型钢板不多。因此，无法采用上述这两种板型时，要实现混凝土和压型钢板的连接，可在压型钢板上焊接横向钢筋，并且在任何情况下，压型钢板端部必须焊接栓钉。

3、网架结构的计算

钢结构网架计算时，往往分为上下两部分分别计算。在计算中可以认为网架支座的刚度无穷大，通过计算机计算所有支座的反力，最后加到下部结构中。但是，这种计算方法是一种简化算法，下部结构形式不一定是支座，有可能是柱或梁，这种情况计算得到的网架内力和支座反力与实际情况有很大的差别，因为超静定网架结构的内衣和支反力的分配与结构刚度有关，单方面的提高支座的刚度，往往导致下部结构内力分布不合理。

三、地基结构设计中应注意的问题

1、基础类型的选择和设计

建筑基础是建筑结构设计的主要内容，根据地质状况、水文地质条件、荷载大小分布不同，建筑基础设计的形式也多种多样，并且在基础设计中需要考虑到相邻建筑物的情况、对施工工艺和材料选择也有一定要求。一般认为建筑砌体结构基础优于刚性条形基础，如灰土条形基础、C15素混凝土条形基础、四合土条形基础和毛石混凝土基础等，当基础的宽度＞2.5m时，优先选用柔性基础，如钢筋混凝土扩展基础。

对于多层框架结构基础设计，考虑到地基条件差、未设置地下室等情况，为了减少地下不均匀沉降，增强建筑物的整体性，可以采用十字交叉梁条形基础。若十字交叉梁基础不能满足地基强度及沉降要求，可以采用筏板基础；当建筑地下土质较好，网柱荷载分布均匀，并且无防水要求，可以采用独立基础，在抗震设防较高的地区需要在独立基础中加设钢筋，也可以采用筏板基础或钢筋混凝土交叉条形基础；对于剪力墙结构，不论其有无地下室，在地基条件较好，无防水要求时，可以选用交叉梁条形基础，当有防水要求时，应该选用箱形基础或筏板基础。

2、桩基进入地基持力层最小深度的确定

（1）桩基础需要选择土质良好或岩层作为桩端持力层。桩端进入到持力层后，对于粘性土或粉土深度不宜小于2d（d为桩直径）；砂土及强风化软质岩不宜小于1.5d；对于碎石土及强风化硬质岩不宜小于1d，且不小于0.5m。

（2）桩端进入到中、微风化的岩层后，桩体全断面进入岩层的深度不宜小于0.5m；进入石灰岩或其他未风化的硬质岩层时，桩深穿过岩层的深度可以适当减少，但是不得小于0.2m。

（3）当施工现场土层液化时，桩身一定要穿过液化层，将桩端布置在液化土以下稳定土层，计算深度根据勘察报告计算得到；对碎石土、粗中砂、砾石、密实粉土不应小于0.5m，对于其他非岩石土不宜小于1.5m。

（4）当场地有季节性冻土或者膨胀土时，需要对持力层深度进行计算，一般采用抗拔稳定性验算进行设计，保证桩身能够穿过上述土层，并且桩深不宜小于4倍桩径，扩大头直径小于1.5m。

建筑工程桩基础施工中，选择的桩型有很多，如预制桩、挤土桩、沉管灌注桩、人孔挖孔桩、钢桩、夯扩桩等。桩型需要根据建筑物的结构特点、使用要求、工程地质情况等合理确定。

3、后浇带的设计

为了控制地基不均匀沉降，需要在地基基础设计初期每隔一定间距设置一道后浇带，后浇带的宽度控制在800-1000mm。并且在基础设计到各层设计中，需要在裙房屋顶以及每层内外墙体内均设后浇带。后浇带内的微膨胀混凝土选择需要比原结构提高一级，并且做好后浇带支撑设计，保证后浇带密封完成，提高混凝土的强度。

但有时根据工程的具体情况不允许留后浇带应在结构设计图纸上用详图明确表示出来基础后浇带的断面形式，当地下水位较高时，应在基础后浇带下设置防水板并增设一道附加防水层。

四、结束语

作为建筑工程的重要组成部分，结构设计也是建筑安全应用的基础。因此，设计人员要从每一个基本的构件算起，深刻理解规程和规范的含义，还要与其他专业密切配合。在工作中要善于反思和总结工作中的经验和教训，只有这样才能做好建筑结构设计，使建筑工程质量的不断提高。

【参考文献】

【1】 苏成江 浅议建筑结构设计过程中的几点问题 民营科技 2011

【2】 姜牛 建筑结构设计中应注意的问题浅析 价值工程 2010

【3】 吴新刚 刘杰 论建筑结构设计中要注意的一些问题 2011

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。