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高层建筑钢结构深化设计管理

发表时间：2021/6/8 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘路

[导读] 摘要：深化设计是当前建筑钢结构设计中的典型问题，也是影响建筑项目质量的关键因素。

        湖北邮电规划设计有限公司湖北武汉 430023
        摘要：深化设计是当前建筑钢结构设计中的典型问题，也是影响建筑项目质量的关键因素。在对钢结构进行深化设计的过程中，需要严格按照国家规范标准，结合建筑钢结构的实际设计情况，再联系相应的施工条件与基本功能，灵活运用深化的设计方法，从而提升建筑行业的施工水平，以保证人民的生命财产安全。
        关键词：建筑钢结构；结构设计；深化设计
        现阶段的建筑工程呈现多样化的趋势，为建筑钢结构设计中的深化设计带来了巨大挑战。钢结构深化设计作为钢结构工程的一项重要工作，其对工程进度、施工安全、制造安装质量和商务成本产生较大影响。本文对建筑钢结构的设计原则进行阐述，对其设计原理、设计问题进行分析，并对建筑钢结构的深化设计要点及深化计算方法进行研究，从而得出能够提升建筑项目质量的深化设计方法，以期为建筑企业提供借鉴，推动我国建筑行业的发展。
        1 建筑钢结构的设计原则
        在钢结构设计过程中，为了提升钢结构的深化，保证建筑质量，必须坚持以下原则。首先，应坚持深化原则。在设计、编排图纸的过程中，设计人员应根据建筑结构、施工要求、设计要点等，将钢结构的支撑部位准确体现在图纸上。与此同时，在完成结构深化核心设计后，需要对构建的深化和立体搭建要点进行设计，为保证建筑质量奠定良好的基础。其次，坚持统一性原则。在设计钢结构具体框架前，需要准确计算出预期参数值，并且在实践过程中灵活运用钢结构稳定的计算方法，以此提升数据的科学性。最后，坚持配合性原则。单一钢结构组件经过焊接、螺丝固定等步骤，从而得到一个坚固的钢结构，因此，设计人员在对结构深化进行设计时，要综合考虑各种因素，充分发挥单一组件的功能与作用，从而实现提升建筑项目质量的目的。
        2 钢结构设计中深化的设计方法
        2.1 深化设计要点
        2.1.1 结构选型
        为使建筑钢结构拥有稳定的体系，在对结构进行选型时，一方面，钢结构平面布置要遵循简单、规整、对称的原则，保证刚度中心能与质量中心重合，当发生地震时，能够有效避免结构发生扭转效应，从而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重叠或细腰型钢结构布置方式，且不采用外凹或内凸的竖向结构，以此保证钢结构竖向布置能够上下贯通。此外，注意建筑钢结构的底部设计，通常会选用T型、L型、U型钢结构，降低自然灾害对建筑钢结构的影响，从而提升建筑深化。
        2.1.2 防腐设计
        建筑所处地区的降雨、日照、大雾等会对建筑钢结构产生一定的腐蚀，进而影响建筑的深化。一般情况下，电化学腐蚀与化学腐蚀是钢结构经常发生的现象。为了解决腐蚀问题，研究人员须针对不同地区的自然环境设计出能够提升钢结构抗腐蚀性的表面涂料，使得钢结构即使在较高温度、较高湿度的环境中也能保持极高的深化。
        2.1.3 构件设计
        构件设计是保证钢结构稳定的关键步骤，首先，构件材料要符合相应的国家标准，且要符合建筑钢结构的总体应力需求。其次，在安装构件时，要保证结构处于平衡状态，以此保证钢结构获得较高水平的力学传导与力学扩散性能。最后，适当发挥二阶法的功能与作用，保证柔性结构的稳定性能够满足相应的标准，其产生的形变量也不会对结构造成较大的影响，从而保证建筑的质量。
        2.1.4 加固设计
        一方面，对构件截面进行加固。在设计方案中，可将一个杆件受弯转变为多个受弯，使集中载荷分散开来，从而改变钢结构顶端的支撑力。此外，在支座与筒支的连接部位采用钢结构，并运用撑杆支撑结构，适当调整钢结构中连续结构的位置，使得预应力拉杆能够满足分布界面内力的条件。另一方面，对衔接处进行加固。在准确分析钢结构的受力情况、施工条件、施工要求等条件下，采用铆钉、焊接、螺栓等方式对钢结构的衔接处进行加固，也可采用混合连接，充分发挥高强度螺栓的功能与作用。以港珠澳大桥为例，钢结构的E29与E30之间采用楔形结构进行连接，大桥的底板、顶板、界面宽度、高度分别为9.6m、12m、37.95m、11.4m，并采用倒直角梯形对称结构，其钢混结构为“三明治”形式，为提升建筑钢结构的深化提供了全新的施工思路。

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        2.1.5 防火设计
        建筑钢结构的耐火性相对较差，当建筑外部温度达到430℃以上时，其负载能力就会急速下降，进而降低建筑的安全性。因此，在对建筑钢结构进行防火设计时，首先，应选用防火性能较强的材料，如涂层厚、黏性高的材料，其较高的阻燃性能能够提升钢结构的防火性能。其次，施工时要对材料进行阻燃与防锈处理，使得建筑钢结构满足防火标准，同时获得较高的防火水平。
        2.2 深化计算方法
        2.2.1 分析阻尼数值
        分析阻尼数值是分析钢结构稳定工作的重要组成部分，当阻尼比始终波动在一个稳定数值左右，才能保证钢结构深化的提升。钢结构阻尼数值的具体参数如表1所示。
        2.2.2 判定长细比
        在建筑钢结构设计过程中，长细比的判定数值越大，结构深化就越差。因此，设计人员必须严格按照设计规范综合考虑各种因素，对长细比进行准确分析。计算与几何是判定长细比常用的两种方法，只有将长细比控制在合理的承载力范围内，才能计算出准确的参数，从而保障钢结构的深化。
        2.2.3 静力设计法
        静力设计法也被称为欧拉设计法，主要运用钢结构深化的最大承载力对钢结构弹性系统进行计算。在实际运用过程中，首先，当力学与结构符合相应假定时，才可确定微分方程。其次，钢结构材料应变与应力之间符合胡克定律要求的线性关系时，使用静力计算法。再次，静力计算模型能够反映实际结构的弹性受力时，可使用该方法。最后，注意施工操作的合理性，避免计算模型出现偏差，影响施工的精准性。
        2.2.4 动力设计法
        动力设计法指的是，对建筑钢结构的动态深化进行分析与设计。在实际运用过程中，首先，钢结构应力能够反映出振动加速与结构变形，从而反映出钢结构中出现的轻微震动程度。其次，运用动力设计法能够平衡结构形变方向与加速度之间的关系，此时静态载荷数值会发生变化，直至结构逐渐向静态转变，从而维持在一定的稳定水平。再次，当钢结构形变方向与加速度之间是统一的，就表明此时的结构满足最大负载条件，运用动力设计法会促使干扰消除，使得钢结构处于相对不稳定的状态。最后，静态与动态的界限可根据结构载荷来判定，且临界载荷属于不稳定的负荷，可按照振荡频率为零的条件对钢结构深化进行分析。
        2.2.5 塑性设计法
        塑形设计法指的是，标准塑性载荷与安全系数的乘积要大于钢结构的元件强度。首先，在钢结构内部强度的构造分析中，会运用一阶塑料分析或刚性分析。其次，在重新分配结构内力时，可运用塑性设计法，使材料结构能够符合结构可塑性的分析要求。最后，在对法兰尺寸及限制横截面进行设计时，可运用塑形设计法来反映钢结构材料的范围，并准确凸显其深化结构的特点，为提升建筑质量做好铺垫。
        3 结语
        综上所述，结合钢结构深化高、重量轻的特点，在对其深化进行设计的过程中，不能单纯地采取统一的设计方法，而是要结合建筑具体情况，在准确判定长细比、分析阻尼数值的基础上，有效运用静力设计法、塑形设计法、动力设计法，进行防腐设计、构件设计、受力设计等，这样才能充分发挥钢结构在建筑中的积极作用，从而推动建筑企业可持续发展进程。
        参考文献：
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        [2]杨文南.浅析建筑钢结构设计中深化设计措施[J].民营科技，2018（4）.
        [3]马万疆.初探建筑钢结构的深化设计方案[J].建材与装饰，2017（8）.
        [4]代江燕.某超高层建筑钢结构施工技术研究[J].技术与市场.2021（01）
        [5]邱国桦，汪达尊.高层建筑钢结构的技术经济探讨[J].钢结构.1990（02）