簡析鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計與加固措施

1、<p>　　簡析鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計與加固措施</p><p>　　摘要：本文主要分析了鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計、鋼結(jié)構(gòu)加固的原理及鋼結(jié)構(gòu)加固的措施，以供讀者參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；設計；加固 </p><p>　　中圖分類號：TU391文獻標識碼： A </p><p>　　1、鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點 </p>

2、<p>　　1.1 預工程化程度高，建設成本低、縮短工期與傳統(tǒng)的磚混、混凝土材質(zhì)結(jié)構(gòu)等建筑不同，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有一定的預工程化，使得材料的加工和安裝一體化，大部分鋼結(jié)構(gòu)在出廠時已生產(chǎn)完畢，在施工現(xiàn)場只需要利用合適的連接方式將鋼結(jié)構(gòu)進行組合安裝，提高了施工速度，縮短了大約40%的建筑工程施工周期，可以使建筑工程更早投入使用。 </p><p>　　1.2 鋼結(jié)構(gòu)建筑的跨度更大，高度更高 </p>

3、<p>　　鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，近似于各向同性的勻質(zhì)體，結(jié)構(gòu)總體自重輕，強度也高。鋼材的密度/強度的值比磚石、混凝土、木材均小很多，這樣在受力相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)可以做成跨度更大、高度更高、結(jié)構(gòu)形式更加靈活的結(jié)構(gòu)體系。到目前為止，世界上已經(jīng)擁有建造跨度超過1000m的超大穹頂和高度大于1000m小于4000m的超高層建筑的能力。 </p><p>　　1.3 鋼結(jié)構(gòu)建筑更具有功能化、更加美觀 &

4、lt;/p><p>　　在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)的形體、構(gòu)件和節(jié)點在一定程度上決定了建筑的形象。建筑結(jié)構(gòu)的設計與功能需要實現(xiàn)一體化，這樣建造出來的建筑才更具有功能化，才能創(chuàng)造出藝術(shù)與技術(shù)并存的建筑。鋼結(jié)構(gòu)建筑可以掙脫結(jié)構(gòu)的約束，斜線、曲線在鋼結(jié)構(gòu)建筑造型中的應用創(chuàng)造出更多新奇、優(yōu)美的建筑形象。 </p><p>　　2、鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計 </p><p>　　2.1 鋼結(jié)構(gòu)

5、建筑整體與局部精細設計 </p><p>　　建筑的設計不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的相互協(xié)調(diào)的能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑作為建筑結(jié)構(gòu)形式中的一種，它在具有鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊性的同時也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結(jié)構(gòu)特殊性設計的同時，也必須滿足一般建筑的共性設計。由于鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，通常在建造鋼結(jié)構(gòu)建筑的時候，會導致部分細節(jié)部位出現(xiàn)偏差或者裸露在外。故而在設計鋼結(jié)構(gòu)建筑的時候，在力求建筑形象和建筑功能的完美結(jié)合的

6、同時，設計復雜化和工程精細化的要求也更加嚴苛。有的時候為了體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑獨特的金屬感，而將其部位、部件裸露在外，這樣會則會增加建筑的設計難度及其復雜程度。因此在對鋼結(jié)構(gòu)建筑設計時，細節(jié)的把握是至關(guān)重要的。對整個建筑而言，細節(jié)的較高質(zhì)量將會帶來更好地整體效果，為人們展示更美好的形象。 </p><p>　　2.2 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計 </p><p>　　目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設計的

7、，例如常用的桁架和框架都是采用的這種設計。為保證這些平面結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)平面失穩(wěn)，則需要從結(jié)構(gòu)的整體布置來解決相關(guān)問題，亦即設計的時候增加必要的支撐構(gòu)件來維持其整體的穩(wěn)定性。換而言之，就是保持平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面外穩(wěn)定的支撐構(gòu)件設置必須和平面結(jié)構(gòu)布置協(xié)調(diào)一致。此外，通過平面桁架組成的塔架等相關(guān)設施及其結(jié)構(gòu)，基于上述原因，也應該需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設置之間的關(guān)系，以保持其穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計需注意下述問題： </p>&l

8、t;p>　　（1）目前的鋼結(jié)構(gòu)建筑多用于跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定維持一個相對的狀態(tài)，桿件牽涉整體設計時，需從整體穩(wěn)定入手。 </p><p>　?。?）對于日常其他設計，除須考慮結(jié)構(gòu)的整體性，還需要考慮其他的設計點。因為目前的設計分析穩(wěn)定性的時候，多采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)引用的某一個范圍區(qū)間作為其結(jié)構(gòu)參數(shù)、負荷的計算點。而在實際操作過程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不穩(wěn)定性，造成對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析結(jié)果具有相對誤差性

9、。 </p><p>　　（3）考慮建筑的穩(wěn)定性的時候，還需考慮鋼結(jié)構(gòu)材料的彈性、應力疊加等多方面因素。通常建筑使用的混凝土的計算公式在此時將不能運用。因為對于鋼結(jié)構(gòu)材料而言，其應力疊加應滿足這兩個條件：應力應變成正比即使用材料服從虎克定律以及結(jié)構(gòu)的變形很小。故而在設計鋼結(jié)構(gòu)建筑的時候，需從多方面考慮其設計需求。鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國國內(nèi)具有廣闊的發(fā)展前景和普及需求。要解決鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計中存在的問題，在設計時應該根據(jù)

10、實際情況，從細節(jié)入手，將設計工作力求做得更好。 </p><p>　　3、鋼結(jié)構(gòu)加固的原因 </p><p>　　當鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中出現(xiàn)以下問題，如鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定的缺陷或者損傷，或者是使用條件發(fā)生了改變，亦或者在對結(jié)構(gòu)的強度、剛度以及穩(wěn)定性進行檢查驗算之后發(fā)現(xiàn)整體或局部結(jié)構(gòu)不能夠滿足使用要求的，那么就需要對鋼結(jié)構(gòu)進行加固處理。一般而言，出現(xiàn) </p><p>

11、;　　上述情況的主要原因包括以下幾個方面：（1）鋼結(jié)構(gòu)設計或者施工中導致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，例如焊縫長度不夠，桿件切口過長，使用截面削弱過多等；（2）鋼結(jié)構(gòu)在經(jīng)過長時間的使用之后，會出現(xiàn)不同程度的銹蝕或磨損等現(xiàn)象，從而導致結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)缺陷，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面 </p><p>　　嚴重削弱；（3）工藝生產(chǎn)條件發(fā)生了變化，使結(jié)構(gòu)所承受的上部荷載增加，導致原有結(jié)構(gòu)不能滿足受力要求；（4）鋼結(jié)構(gòu)建筑中所用到的鋼材質(zhì)量無法達到既

12、定的材質(zhì)參數(shù)要求；（5）地基基礎(chǔ)下沉導致結(jié)構(gòu)變形和損傷；（6）實際使用時的積灰荷載或雪荷載遠大于設計值，造 </p><p>　　成結(jié)構(gòu)受力工況超出預計，引起結(jié)構(gòu)的變形和損傷；（7）自然災害等其他因素造成結(jié)構(gòu)的輕微變形和損傷。 </p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)加固措施 </p><p>　　4.1 改變結(jié)構(gòu)計算圖形 </p><p>　　改變

13、結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法是指采用改變結(jié)構(gòu)所承受的荷載分布狀況、結(jié)構(gòu)的傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)和邊界條件，以及通過增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協(xié)同工作等方式和手段對結(jié)構(gòu)進行加固。改變結(jié)構(gòu)計算圖形的一般加固方法：（1）對受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進行加固：a.改變荷載的分布；b.改變端部支承情況；c.增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)；d.調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置；e.將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu)；f.施加預應力。（2）對結(jié)

14、構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進行加固：a.增設支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長細比減少以提高其穩(wěn)定性；b.在排架結(jié)構(gòu)中重點加強某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其它柱列負荷；c.加設支撐增加結(jié)構(gòu)剛度，或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動力特性；d.增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗算；e.在塔架等結(jié)構(gòu)中設置拉桿或適度張緊的拉索以加強結(jié)構(gòu)的剛度。 </p><p>　　4.2 構(gòu)件截面加

15、固 </p><p>　　增加構(gòu)件截面的加固方法，主要是通過采用增補鋼材的方法來進行加固，除此之外，還可以采用對原構(gòu)件外包混凝土的方法來進行加固處理；對于鋼柱的加固，便可以可采用上述改變截面形式的方法來提高彎矩作用平面內(nèi)、外的承載能力（強度及穩(wěn)定性）：對于鋼梁加 </p><p>　　固，型鋼梁和焊接組合鋼梁都可通過采用在翼緣板上加焊水平板，斜板或型鋼的方法進行加固，一般宜上下翼緣同時加固

16、，但當鋼梁頂面有鋪板，上翼緣不便加固時，亦可僅對下翼緣進行補強加固。對腹板抗剪強度不足的梁進行加固時，如果梁腹板的穩(wěn)定性不能滿足要求，則需要采用設置加勁肋的方式進行加強以增加鋼梁的局部穩(wěn)定性。 </p><p>　　4.3 連接節(jié)點加固 </p><p>　　增加構(gòu)件或?qū)植織U件進行替換，都需要適當?shù)倪B接。增加的加固桿件必須通過節(jié)點連接才能參與到既有結(jié)構(gòu)的工作，由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化破壞了的節(jié)點同樣

17、需要加固。（1）原鉚釘螺栓連接節(jié)點的加固。鉚釘連接節(jié)點的加固宜采用高強螺栓摩擦型連接；螺栓連接節(jié)點的加固也 </p><p>　　宜采用高強螺栓連接進行加固。當普通螺栓或鉚釘連接同時采用焊縫加固時，應按焊縫承受全部作用力設計計算該連接，不得考慮兩種連接的共同工作，且不宜拆除原有連接件。（2）原焊接連接節(jié)點的加固。焊接連接節(jié)點的加固仍應繼續(xù)采用焊接連接，可通過采用增加焊縫長度，加大焊縫高度或兩者同時進行的方法來進行

18、節(jié)點加固，并優(yōu)先考慮增加焊縫長度的方法。加固焊縫與原有焊縫連接時，施焊前應對既有焊縫與接長加固焊縫相接處的既有焊縫進行處理，使加固焊縫與既有焊縫之間有一平滑過渡，加固焊縫的起弧點和落弧點不得緊靠既有焊縫邊緣。（3）節(jié)點連接需擴大的情況。當原有連接節(jié)點無法布置加固新增的連接桿件或焊縫時，便需要考慮加大節(jié)點連接板或加輔助件，新增節(jié)點板應牢固地焊接在原節(jié)點板上；當采用加輔助件的方法時，一般要求短斜板與節(jié)點板間的焊縫承載力達到該短斜板與桿件連接

19、焊縫承載力的1.5 倍及以上。 </p><p><b>　　結(jié)束語: </b></p><p>　　綜上所述，在世界經(jīng)濟不斷發(fā)展的今天，鋼結(jié)構(gòu)以其諸多的優(yōu)勢，使其在建筑工程中的應用越來越廣泛，鋼結(jié)構(gòu)工程在建筑市場中的地位越來越重要。鋼結(jié)構(gòu)設計作為鋼結(jié)構(gòu)工程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，更是重中之重，因此作為一名工程師，必須要了解鋼結(jié)構(gòu)設計的方法。隨著目前各種新材料以及新技術(shù)的出

20、現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的加固方法也是不斷地涌現(xiàn)，各種加固方法均有著其自身的特點，在對鋼結(jié)構(gòu)進行加固時，需要根據(jù)實際的情況，選擇出一種最適宜的方法來進行鋼結(jié)構(gòu)的加固。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)的設計及加固方法，應成為每個工程師必須了解的一項技能。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]王春雷，賀輝.現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設計的特點及問題分析[J].黑龍江科技信