对建筑钢结构设计及安装的探讨

随着社会的发展与进步，重视对建筑钢结构设计及安装的分析具有重要的意义。本文主要对建筑钢结构设计及安装工作进行探讨。


引言
目前，建筑钢结构的实际设计中。结构分析常常是线弹性分析，在条件允许的情况下，通常可以考虑新近的有限元软件和几何非线性和钢材的碳素性能，它为建筑结构进行更准确的分析提供了条件。结构分析设计说明了不是所有的结构分析都需要用到软件，典型的结构可以通过调查力学手册等工具书分析内力和变形原理，简单的结构可以通过手算的方式，复杂的结构则可以运用建筑模型的运行程序进行消息的分析。
1、钢结构设计分析
1．1构件设计构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是q235(类似a3)和q345(类似1 6mn)。通常主要结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择q345；稳定控制时，宜使用q235，构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了设计师的很多工作量。
1．2节点设计连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一，在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定，常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。连接的不同对结构影响甚大，比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。
1．3具体设计主要包括以下内容：
1．3．1焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守，焊条的选用应和被连接金属材质适应。e43对应q235，e50对应q345，q235与q345连接时，应该选择低强度的e43，而不是e50。焊接设计中不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近，其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。
1．3．2栓接：铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用，通常螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用，高强螺栓，使用日益广泛，常用8.8s和1 0．9s两个强度等级，根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同，高强螺栓最小规格m12，常用m16～m30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构间的连接。
1．3．3连接板：可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪等。
1．3．4梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪，承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。
1．3．5节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者常犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
1．3．6节点设计还应考虑制造厂的工艺水平，比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
1．4图纸编制钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
1．4．1设计图：是提供制造厂编制施工详图的依据，深度及内容应完整但不冗余，在设计图中，对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。
1．4．2施工详图又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表，设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。
2、钢结构安装
2．1钢柱的安装
钢柱是一种主要的竖向构件，决定了建筑的层高和总高度，因此，钢柱制造过程中必须要严格执行现行规范的验收标准。100米高的钢柱通常分为8—12节构件，在翻样下料的制作过程中必须要考虑构件间焊缝的收缩和变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形。钢柱的标高控制一般采取两种方式：其一，按照相对标高制作和安装。长度误差不应超过3毫米，不用考虑构件间焊缝的收缩和变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形，只要建筑物的总高度达到各节钢柱制作所允许的偏差综合和钢柱压缩变形的总和即算合格。这种控制一般适用于12层以下的建筑，对于层高的控制不用十分严格的建筑物。其二，按照设计标高制作与安装。主要适用于12层以上的建筑物，对于精度的要求较高，每一节钢柱的累积尺寸总和应该符合建筑设计所要求的总尺寸。钢柱之间由于接头而产生的收缩变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形应该加入到钢柱的加工长度中。
2．2框架梁的制作和安装。
高层和超高层的框架梁通常采用h型钢，钢柱与框架梁适宜采用刚性连接，在钢柱内部、框架梁的上下翼缘处设置横向加劲肋。在工厂制作框架梁时，为了确保钢柱与构架梁连接处的节点域具有良好的连接可靠性和延性，保证层高的精准性，框架梁所在的位置应设置悬臂梁，也叫做短牛腿。采用高强螺栓群连接时。对于孔位的精度要求十分严格。目前，一般采用多轴数控钻孔和模板制孔两种方法制孔，前者精度高。后者精度低，应优先考虑采用前者。如果采用模板制孔，为了确保高强螺栓的组装孔以及工地安装孔的精度要求时，首先应先保证模板的精度。如果孔位局部发生偏差，严禁使用气割扩孔，而应该采用铰刀扩孔。
3、结束语
钢结构建筑在国外已有100多年的历史，钢筋混凝土结构在超建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率越来越大，在建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑；同时高强度钢材应运而生，在建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。