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摘要:钢结构在房屋结构中时,对其的结构设计要充分考虑到它的各项性能,和结构稳定性合理化分析,不仅仅关注到它强度高的优势,还要考虑到钢结构的耐热性能不强的特点,以及其它问题,找出相应的解决办法,使得钢结构的应用更充分,使得建筑行业能向更环保节能、科学美观的方向发展。
关键词:钢结构房屋结构设计;问题;对策
1建筑结构设计中钢结构设计的重要性分析
在当今的建筑行业之中,所谓钢结构,通过将各类钢板进行科学焊接、热轧等加工,让钢板形成施工所需钢型。建筑钢结构主要分为2种,分别是轻钢与重钢,其中,轻钢的自重小,占地面积也特别小,主要应用在跨度比较小的建筑工程当中。与轻钢相比,重钢自重较大,虽然重钢自重比轻钢大,但是,和常规的钢筋混凝土结构相比较来说,其优势特别显著,重点被应用在跨度特别大的建筑工程项目当中。钢结构设计作为建筑结构设计的重中之重,不仅对建筑项目的质量有影响,而且影响着我国建筑行业的发展方向。钢结构设计与钢结构制造业紧密相连,故加强建筑结构设计钢结构设计特别关键。从建筑结构设计角度来考虑,该类设计不仅需要设计人员具备良好的空间想象能力,而且其专业技能要过关。与混凝土结构设计相比,钢结构设计难度比较大,设计者要具备多年工作经验,遵守国家设计规范进行设计,并结合建筑工程项目的具体施工工况,明确钢结构设计重点,在提升钢结构设计质量的同时,减少钢材损耗。
2钢结构在房屋结构设计中的常见问题分析
2.1钢结构的稳定性问题
钢结构的稳定性缺陷问题主要分为两大类,一是几何缺陷;二是力学缺陷。几何缺陷主要包括:钢结构构件的初始弯曲、初始偏心及板件的初始不平度等,几何缺陷主要是以附加应力的形式影响钢结构的力学性能,使其刚度降低,承载力减弱。力学缺陷通常是指:初始应力和力学参数的不均匀性,其中残余应力是影响最大的力学缺陷,残余应力在构建截面是自相平衡的,但是残余应力的存在会导致部分构件截面直接进入屈服,失去刚度,导致钢结构整体稳定性降低。
2.2钢结构设计防火问题
在钢结构建筑中,使用的建材主要以不易燃烧的钢材为主,但是钢材在温度达到一定数值时,便会发生断裂,将会影响到整个建筑结构的安全性能,存在极大的安全隐患。所以钢结构中,火灾是最大的安全隐患。所以在钢结构作为建筑材料的使用中,要考虑到用辅助材料对于钢结构的耐火性进行加强。
传统的钢结构防火设计使根据火灾性能确定耐火等级,同时根据耐火等级确定钢结构材料的耐火极限和燃烧性能,最终根据耐火试验确定参数,选择钢结构的防护材料和构造方法。目前根据最新的设计理念设计阶段可以采用TS-TC耐火设计方法按照耐火等级确定耐火极限t,求出构建临界温度Ts后,以t、Ts为控制条件求出构件保护层厚度,进行耐火涂料厚度设计。
2.3钢结构的防护性问题
金属的腐蚀是材料防护的关键所在,实际使用过程中,工程师在注重建筑材料的结构的时候,并不能考虑到建材在使用中的防腐蚀情况,在风力、雨水的外部因素的侵蚀之下,就会影响钢结构的使用寿命,从而影响到建筑物的使用寿命。有些钢结构要埋入土中,对于这些钢材料不进行合格的防侵蚀包装,就会对钢结构的各种性能造成严重的影响。
3钢结构房屋结构设计的具体措施
3.1设计阶段对整体结构作弹塑性二阶分析钢结构的稳定性
结构的稳定承载能力本身属于一种非线性问题,设计阶段需要进行弹塑性二阶分析,通常是采用数值方法进行求解,常用的有数值积分法、有限单元法等进行求解,本文主要介绍假想荷载法。
假想荷载法是利用较多的稳定性计算方法,简单来说就是根据构建理论初始的倾斜率作用转化为等效水平力对初始无倾斜初始框架的作用,得出的力即为假想水平力。同时假想水平力必须要通过精确的二阶弹塑性分析结果校准确定,目前假想水平力法已经通过了一系列的基准校核。基本可以运用于设计阶段的精确分析。通过放大系数的二阶弹塑性分析可以简化为由一阶分析结果得到近似解,利用钢结构的内力用于校核平面的稳定性方程式,得到相关的承载力参数校核,现阶段可以在设计阶段用于初步的校核适用。
3.2加强钢结构的防护性设计
钢结构的防护性设计主要根据腐蚀的原理进行防腐设计,刚结构的防腐蚀处理可以有以下两个方面进行设计:一是设计阶段的原材料选择直接选用耐候钢,这样可以在根源上加强钢结构的防护性能;二是在设计阶段明确钢结构表面要进行热镀锌、热喷铝(锌)复合涂层进行表面处理。同时在钢结构设计中可以增加缺陷责任期处理设计,要求在钢结构采用涂层法进行维护处理。对于明显环境恶劣暴露部位的钢结构,设计阶段可以进行极阴设计,使钢结构能够得到保护。这样可以在设计阶段就能够加强钢结构的防护性能。
3.3选择合理的结构模型
对钢结构性能有影响的因素不只是原材料的选择,还包括建筑模型的结构。纲结构在使用中,可以分为网状钢架、框状钢架、平面钢架,它们具有不同的使用作用。在实际的使用过程中,要根据建筑物的实际需求,来选用不同的模型,进行科学的设计。将钢结构的性能发挥到最大。
3.4钢结构的防火耐热性能
钢材虽然有很大的硬度,但是它的耐热性能并不高,当达到一定高温时,钢材会发生断裂。因此可以使用降温辅助设备来保证钢材的稳定性。可以利用温度感应装置和喷水装置相结合,当钢结构材料周围温度达到一定程度时,就会触发温控装置来让喷水装置喷水,来降低钢结构周围的温度,以此来保证钢结构的性能。避免因高温致使钢结构断裂造成房屋坍塌。
3.5注重计算分析
在对建筑结构进行数据计算时候,要重视各个结构之间的协调性,并且将地震效应因素计算其中,结合具体的地形,对数据进行精密的计算,来减少模型与实际的误差。
3.6提升钢结构的稳定性
为了保证建筑钢结构的可靠性、稳定性得到双重提升,设计者要严格遵守有关规定与条例进行设计,避免钢结构出现大规模失稳现象。例如,在平面结构当中,设计人员要提前进行钢结构平面稳定性计算,保证结构布置更为合理,并适当增加构件,对钢结构进行全面的稳定性控制,保证结构计算简图更为科学。在进行框架柱稳定性计算时,设计者需要选取合理的稳定参数。稳定参数选取完毕后,经过全面的计算,方可确定最终的钢结构设计方案。
建筑结构设计当中的钢结构设计关联性较强,一旦某个环节出现差错,建筑工程的稳定性会立即下降,对工程项目中的其他构件安装产生较大影响。所以,钢结构设计人员要结合结构的受力情况、结构特征,在满足国家相关规定的基础之上,进行合理的设计。当然,钢结构设计者还要与施工单位沟通,结合施工单位提出的异议,在重点部位进行有效的优化,保证钢结构设计水平得到全面提升,推动建筑行业的绿色发展。
结束语
钢结构具备质量轻、强度高、延性好等特点,并且其使用寿命较长,应用范围特别广泛。最近几年以来,由于人们对建筑工程的要求逐渐提高,如何才能够满足现代人们的生活与生产需求,已经成为施工单位与设计单位面临的主要问题。为了能够提升现代人们的生活与生产水平,本文深入分析建筑结构设计中钢结构设计中存在的几个核心问题与对策。
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