钢结构房屋结构设计中常见问题解析

钢结构房屋结构设计中常见问题解析

汪建平

（宜兴市建筑设计研究院有限公司，214200）

【摘要】钢结构设计原用于大型火力发电厂厂房建设，其优异的稳定性及抗震性能得到了社会普遍的认可，被建筑工程师们所推崇，并逐渐在大型商场规划设计、学校及住宅写字楼等建筑物设计理念中注入了钢结构这一绿色环保元素。当然，时间和环境的考验证明，钢结构在房屋结构设计应用中，还存在着许多的问题亟待解决，本文就此列出常见的问题并加以分析解剖。

【关键词】钢结构；房屋设计；问题

我国城镇化建设的战略，诱发了高需求的城市住宅建设的浪潮。陈旧住宅更新，各类棚户房改造都会给建筑市场带来了巨大的建筑需求。钢结构房屋设计作品在建筑设计工程师的精心设计下，不断在城镇建设中展现流动性、连续性的独具物色绿色环保建筑。

一、钢结构房屋设计的优越性体现

在历史建筑结构设计中注重钢筋混凝土的框架结构特点，梁、柱体积庞大，安装或浇筑程序繁琐，施工安全系数要求较高。随着高层建筑的不断延伸，它的受用程度日益受到限制，结构设计利用率下滑的趋势在所难免，被新型结构设计所取代的建筑市场势在必行。钢结构房屋结构设计由此应运而生，独领风骚地抢占了这一先机，取得了“头筹”。它是以同性均质体的钢材为主要材料，强度及硬度都能承载跨度较大、高度较高的荷载，建筑模数是按照规定的标准进行压制、加工，抗压力符合标准，材料再循环价值高，一体化进行配套安装，断面小，结构稳定，施工效率高，建设成本低，防震性能强，而且可以将技术与艺术的思想在结构设计中加以融合，实现功能一体化的钢结构新型建筑。

二、钢结构房屋结构设计应遵循的原则

钢结构房屋结构设计可以抛弃传统的直线、硬朗的结构造型，但都离不开结构稳定性这一根本原则。对结构及构件的设计掉以轻心，势必造成失稳事故，给建筑工程及人生安全带来不可估量的伤害。与此同时，还要注意下列原则，第一：房屋整体结构设计与房屋局部的个体设计要互相配合，处于平稳状态；第二：房屋结构理论设计图与施工实际比例结构图相吻合；第三：注重结构的各个构件之间的稳定配合，计算稳定系数符合稳定分析所要求的强度、柔度等条件。

三、钢结构房屋设计中经常性暴露的问题列示

房屋结构设计是建筑施工的第一步，良好的结构设计与施工质量、施工成本等密切相关，百密一疏的结构设计，都会招致整个建筑工程的灭顶之灾，所以，我们在房屋结构设计过程中，对存在的问题进行认真地分析，积极采取措施，用新型、优质的结构设计规避潜在的危险，从而实现建筑施工质量的稳定。

1、基础地基设计与框架设计问题。

我国建筑房屋绝大多数都是多层框架结构，不但要考虑上部与下部的结构设计，还要考虑建筑物地基的荷载、抗震等因素，当前的设计操作中往往存在着对地质质地勘探内容不齐全，基础力层、地质状况不清，造成地基与基础设计不符，以至于影响到后期对房屋结构的纵向与横向结构设计、结构承重柱的受力方向及排列组合陷入质量隐患当中。

2、钢结构的稳定性认识及设计薄弱问题。

钢结构房屋结构设计的稳定性因素是不容忽视的问题，但建筑设计工程师厚此薄彼，对结构及构件在设计理念中起到的重要作用没有明确的概念，加上钢结构建筑的新鲜出炉，对结构设计中所要注意的要点还没有完全的了解，设计经验匮乏，对结构失稳造成的建筑工程经济损失的危害没有意识，对钢结构稳定性的探讨性设计有失欠缺。

3、钢结构材料的选择与标准的注明问题。

针对钢结构设计中的各种因素要求，比如：稳定性、结构负荷及变形程度，无一不与钢结构材料有关，所以对它有选择极其重要。我国明法规定了不同钢材料的质量等级标准，对材料规格的正确标识。碳结构钢及低合金高强度的结构钢都要达到Q级以上，才符合钢结构材料的等级标准。但是在实际钢结构房屋结构设计中，避重就轻，对钢材使用材料类别予以标识，对钢材选择的质量等级并没有明确注明，忽视设计了对钢结构房屋的抗压力、负重性、冷热冲击性及结构的可延伸性差异，设计不同的钢材材料标准。而且钢材焊接材料也不符合具备标准的碳含量，都对房屋结构的稳定性是种威胁。

4、钢结构的防腐蚀、隔热防护性问题。

防腐蚀、隔热、耐火性能是钢结构防护研究中的重要课题，钢材料并不是万能防腐材料，要经过科学的选材，通过正确运用建筑设计师已有的知识和经验，经过周密的防腐蚀、隔热、耐火性能理论计算和设计，才能将钢结构的不安全因素降至最低。在实际设计过程中，建筑设计工程师对结构材料的硬度及抗压标准进行了标明，但对防腐蚀和隔热的设计则予以淡化，加上没有相关文件出台给予强化管理，使钢结构房屋结构设计理论中防护性问题没有引起高度重视。

5、钢结构抗击地震性能的设计问题。

我国地域广阔，地质状况千差万别，各地区的地壳活跃程度各有千秋。所以，钢结构房屋设计不但要考虑钢结构的硬度及抗压性，还要考虑地壳变动对钢结构房屋的重大影响，虽然钢结构本身硬度高对抗击地震影响有一定的能力，但是在设计时也要全面考虑钢结构材料、构件与房屋结构之间的围护程度，对不同的地震级别给予不同设置的钢结构类型设计。框架剪力墙结构容易受地震的影响，使有应力遭到破坏，所以，框架结构多层设防的设计原则使剪力墙的防御功能得到强化，对来自外来力的冲击有很好的抵御能力；与此同时，在钢结构房屋结构设计中，“柱”和“梁”的结构设计也非常关键，加强房屋承重柱的抗弯承载能力，保证房屋整体结构的安全；房屋受地震的影响，局部构件的变形、弯曲等问题，在设计过程都要引起关注。尤其是对无预兆性的瞬间剪切破坏的防范设计，以抗震结构设计，高层建筑设计规范做标准，准确计算抗震系数。

四、钢结构房屋结构设计的成功及前景展望

钢结构建筑可以是艺术、科技的综合体，标准、环保的主旋律在一座城市中回荡，给建筑体给生命性的灵性，影响着城市的市容市貌，标志着一座城市的风格和审美观。2002年3月，马鞍山建成的18层、钢结构H型住宅楼建设；2002年9月首都北京竣工的金宸公寓，尤其是2008年北京奥运体育馆的许多场地设计，都是以钢结构建筑为主体的功能性建筑，如清华大学设计的大屋面玻璃顶面设计，科学创新地运用半圆型流线平面设计，用数控技术对大层面的房屋玻璃开启、旋转等功能的完善组合。佐证了我国的钢结构设计水平已达到一定的水平。随着现代国际经济的互通，建筑风格流派也不断得到交流，现代和传统、东方与西方的钢结构房屋结构精品设计被建筑结构设计师相互借鉴，取长补短，不断地推陈出新，创造出养眼的设计作品，而且也促进了其他行业的迅猛发展，如建材、冶金等，因此发展前景是一片光明的。

五、结束语

钢结构房屋结构设计是从结构理性的视角，综合考虑结构布局、抗震性能等空间稳定因素，系统完成的房屋结构设计方案。建筑设计师们只有克服现有存在的问题，立足安全、稳定、合理的基础上，博采众长，积极创新，挖掘和开发智慧潜力，使我国建筑劳动产业、技术产业齐头并进，创作出自身独有的设计风格，加速我国钢结构房屋结构设计的发展，尽快缩短我国同世界发达国家在钢结构建筑设计方面的距离，成为钢结构房屋设计产业的领头羊。

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