钢结构设计问题

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摘 要：随着国家经济的快速发展,钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用,扮演着越来越重要的角色,无论在工业还是民用建筑中,钢结构以其突出的特点迅速地占领着越来越广的市场.

关 键 词：钢结构厂房设计注意问题保温防火

一、钢结构的结构设计问题

1.围护结构中檩条的设计

檩条通常是风荷载工况起控制作用,设计时常忽略验算风吸力作用下的稳定,导致大风时很容易失稳破坏.为了保证风吸力作用下的整体稳定,通常在檩条之间设置拉条.计算中已考虑拉条的作用而施工图中忽略了布置拉条或拉条布置不当都将导致檩条失稳破坏.正确的拉条布置位置是根据计算结果在檩条上下翼缘附近,在上下稳定均需要拉条约束时,在实际工程设计中有些设计者对屋面或墙架最上端檩条的侧向支撑,如拉条、斜拉条、撑杆能正确设置,但对中间墙面或屋面,如门窗洞口、屋面风机开孔处、屋面天窗（采光窗）等处,经常只设拉条,而漏设斜拉条和撑杆等,根本无法将拉条上的拉力传至承重结构上.其根本原因是对拉条、斜拉条、撑杆的传力作用及途径不清楚,同时也是对规范条文只知其然,不知其所以然,从而给围护结构的设计带来安全隐患.

2.钢结构的稳定设计

稳定性是钢结构设计中的一个突出问题,在各种类型的钢结构设计中,都会遇到稳定问题.钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中亟待解决的主要问题,一旦出现钢结构的失稳事故,不但对经济造成严重的损失,甚至会造成人员的伤亡,这方面的教训也很多.所以我们在钢结构设计中,一定要把好这一关.目前,钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足,对结构及构件的稳定性能不够清楚,对如何保证结构稳定缺少明确的认识,造成结构设计中出现不应有的薄弱部位.因此,在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念,才能更好地处理钢结构的稳定问题.

3.柱脚的锚栓设计

规范规定,钢结构柱脚锚栓按承受拉力计算,水平力由柱脚底板与混凝土的摩擦或设置底板抗剪键来承受,锚栓不得承受水平力.目前设计师一般按设计软件的信息设计抗剪件,基本能保证规范要求,但是对于抗剪件的设计和计算却缺乏相应的规定.另外,对有些承受拉力柱脚的锚栓设计目前也没有相应的设计规定.

4.隅撑的设计

设置隅撑是保证梁柱构件整体稳定的主要措施,隅撑间距是梁柱计算时确定的,大小规格也需通过计算确定.若因特殊原因不能设置隅撑,应采取可靠措施保证梁柱翼缘不会因失稳而屈曲,否则存在安全隐患.所以在轻钢结构和多高层框架结构的一些关键部位均要设计隅撑.

二、钢结构的建筑设计问题

钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高,对细部设计的要求也越高.因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其优良的质量.在现代钢结构建筑中,各种金属结构杆件,连接金属杆件的节点细部,常常暴露在外,使建筑带有强烈的科技感,值得提倡.

钢结构建筑的“热桥”和“冷桥”问题相对突出,而目前对此解决办法有两种较为有效：①研制、优化保温材料的构造,提高建筑热环境性能.可运用高效节能玻璃,硅气凝胶,新型节能墙体材料,达到节能的目的.②防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法,可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮.

建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程,是建筑创作的难点之一,也是建筑设计中备受关注的核心问题之一.其核心是要以精致的节点和精细的加工来体现高超的建筑技艺,以更高的工艺水平来设计和“制造”建筑.

钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀,必然会生锈老化,其自身承载力会下降,建筑的美观也会受影响.因此防腐问题也是需要解决的常见问题,目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料.但是目前的防腐技术最多能保证20年左右,对于常规设计基准期为5O年的建筑而言,后期第二次防腐处理是相当困难的,尤其是一些前期隐蔽工程.所以钢结构防腐需要一次彻底的技术革新.

5.钢结构建筑的隔声设计

噪声与建筑密不可分,噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分.可以在外墙使用隔声性能较好的材料或结构,如砖、混凝土、纸面石膏板墙等,观察部分使用隔声窗,进出部分使用隔声门或吸声通道等.

三、钢材的保温隔热与防火措施探讨

钢材具有很高的导热性能,其导热系数为50w（m.℃）,当受热达到100℃以上时,其抗拉强度就会降低,塑性增大,温度达到250℃时,钢材抗拉强度会稍提高,但塑性却降低,出现蓝脆现象,温度达到500℃时,钢材强度降至很低,会致使钢结构塌落.所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时,就必须做隔热防火设计.其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材.或者钢结构刷厚涂型防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算.

有效的防火分区是建筑必须采取的保护措施之一.防火分区可以在厂房内部防止火势向其他区域蔓延、扩散,有效地控制火灾的范围.不过对于现代钢结构厂房的大跨度、大空间及其所需要的生产工艺流程来说,防火分区的设置具有一定难度.常用的分区方法有以下几种：

1、独立水幕.这是一个较好的分区方法,不存在跨度问题,水幕喷头防火水幕带宜采用喷雾型喷头,也可采用雨淋式水幕喷头,喷头的排列不应少于3排,防火水幕带形成的水幕宽度不宜小于5m,流量21./（s-m）.但存在维护保养困难的问题,为防止误操作,应采取人工、自动两种启动方式.

2、自动喷水灭火系统.在只需分两个分区及厂房高度不超过8m的情况下,可设置自动喷水灭火系统,使所允许的防火分区面积增加一倍,以达到规范要求.

3、防火带.由于生产工艺流程和生产管理需要而无法设防火墙时,可设防火带进行防火分区.即在有可燃构件的厂房中划出一段区域,这个区域内的构件全部采用不燃性材料,并采取措施防止烟火在分区间流窜,也可起到防火分隔的作用.

4、防火墙.在生产工艺流程和生产管理中没有特殊要求的情况下,采取防火墙是简单、有效并且.造价低廉的一种方法.

四、钢结构设计的发展方向

目前,钢结构厂房的应用越来越多,但是造价仍是发展的制约因素.如何设计出安全、用钢量少、施工安装简便的钢结构厂房是设计人员的共同目标.在相同条件下,控制用钢量就可以有效地控制造价.借助计算分析程序,我们可以很好地控制构件的用钢量.但是节点的用钢量或节点的造价需要我们仔细比较才能确定.钢结构设计应考虑当前的国情,大多数施工安装企业的钢结构制作安装化程度不高,构件加工的精度比较低,尚属于粗放型经营阶段.如果全部采用高强螺栓连接目前还是不合适的.首先是成本高,再者施工企业的制作安装水平跟不上,不仅不能保证质量,还给施工增加了难度.但是,这些企业拥有大量技术熟练的焊接技工,现场焊接的安装水平很高,有丰富的同类工程施工经验.因此,在当前采用焊接连接的节点型式仍拥有广阔的市场.