钢结构设计工作中的心得及感悟
⇨⇦
摘 要：随着国家经济水平的不断提高，钢结构房屋越来越多，广泛应用于工业和民用建筑中，如工业厂房、大型仓库、体育场馆及多、高层民用钢框架房屋等。笔者通过近年来的设计心得，对钢结构设计中应注意的几点问题进行简要的分析和讨论，供钢结构设计同行参考。
关键词：钢结构；结构设计
0.引言
随着国家经济水平的不断提高，钢结构房屋越来越多，广泛应用于工业和民用建筑中，如工业厂房、大型仓库、体育场馆及多、高层民用钢框架房屋等。笔者通过总结多年的设计心得，对钢结构设计中应注意的几点问题进行简要的分析和讨论，供设计同行参考。
1.设计时钢材、焊缝质量等级的正确选用
在钢结构设计文件中，应当注明所用钢材的质量等级（包括相适应的焊接材料型号），并对焊缝质量提出质量等级要求。钢结构房屋所使用的钢材应当具有抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验和硫、磷含量的合格保证；对于焊接钢结构，尚应具有含碳量的合格保证。在地震区，钢结构所使用的钢材，除了具有上述合格保证外，《建筑抗震设计规范》（GB5001l-2001）还要求它们具有冲击韧性的合格保证。为保证结构有必要的安全储备和足够的塑性变形能力，《建筑抗震设计规范》（GB5001l-2001）还对钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值、伸长率的限值和良好的可焊性等物理力学指标做出了明确的规定，并要求写入设计文件中。通常，钢结构的主要受力构件宜采用Q235B 及以上等级的碳素结构钢和Q345B 及以上等级的低合金高强度结构钢。不建议使用质量等级为A 级的钢材，原因是这种类型的钢材不保证冲击韧性和延性性能，Q235A级钢材还不保证焊接要求的含碳量限值。在钢结构中，焊接连接已成为钢结构连接的最基本方法，焊缝质量的好坏直接影响到结构安全，所以应当根据结构或构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况，确定焊缝的质量等级。一般来说，板材的对接焊缝，承受动力荷载构件（如吊车梁）的较重要的焊缝，需作疲劳验算的焊缝，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝（如框架梁、柱及其连接节点的对接焊缝，工字形截面与其端板的对接焊缝），其焊缝应采用坡口全熔透对接焊缝，其焊缝质量等级不得低于二级。其他部位的焊缝，一般均可采用角焊缝。角焊缝由于应力集中现象严重，内部探伤亦很困难.其焊缝质量等级一般只能是三级，其中某些重要角焊缝可允许要求其外观缺陷符合二级的要求。
2.门式钢架房屋的温度区段内应按规范设置独立的空间稳定支撑体系
（1）应将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间内，形成独立的空间支撑体系，既利于抗震，又给施工安装带来方便。
（2）将屋面横向水平支撑设在端部第二个开间的同时，应在端跨相应位置设置刚性纵向系杆，使山墙的风荷载等水平力能可靠传递。
（3）屋面支撑的布置应与山墙抗风柱的位置相协调，使抗风柱的柱顶反力能直接传到屋面横向支撑的节点上，使山墙处屋面系统受力简单化，从而保证结构的安全。
（4）屋面横向水平支撑的直腹杆（包括屋脊处和柱顶处）应按刚性系杆考虑。采用檩条兼做时，应对檩条的刚度和承载力进行验算。否则，檩条很难起到刚性系杆作用，因为常用的Z 形或C 形冷弯薄擘型钢檩条侧向刚度很差，直接影响到房屋的纵向受力和传力性能。当檩条无法起到刚性直腹杆的作用时，通常应在屋脊处、柱顶处以及屋面设置横向水平支撑直腹杆，在刚架斜梁间设置钢管、H 型钢或其它截面形式的刚性杆件，以保证房屋纵向结构安全可靠地工作。在刚架转角处（边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋相应位置的中间柱柱顶）的刚性系杆应沿房屋全长设置。
（5）屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时，宜设张紧装置（如花兰螺栓），当荷载较大时，柔性圆钢拉条宜改为型钢。
3.实腹式门式刚架应按规范设置隅撑
在檩条或墙梁与刚架的连接处，在斜梁下翼缘的受压区或刚架柱内侧翼缘的受压区，至少每隔一根檩条或墙梁应设置按受压构件设计的隅撑，将檩条或墙梁与翼缘受压区直接连接起来。采用双层屋面板时亦应设置隅撑。值得设计人员注意的是，隅撑虽小，但作用很大，它是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。如果工程未按规范要求设置隅撑，或者设置得很少，或者设置得不当.这都将影响刚架的整体稳定性，危及结构的安全。
4.压型钢板轻型屋面拉条的合理设置
对于有檩体系的压型钢板轻型屋面，为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转，通常在檩条间要设置拉条和撑杆作为檩条的侧向支点，以保证檩条的侧向稳定。拉条按拉杆设计，撑杆按压杆设计。拉条和撑杆不大，但作用不小，设计人员必须十分重视。
5.楼面结构设计
（1）钢结构房屋和混凝土结构房屋由于材料性质不同。温度伸缩缝区段长度差别很大。例如现浇混凝土框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度最大为55m，钢框架结构房屋。温度伸缩缝区段长度约为120mm。为了防止或减轻混凝土楼板开裂.钢框架结构房屋采用现浇混凝土楼板时，原则上仍应按混凝土结构的要求留设温度伸缩缝。只有当采用设置施工后浇带和其它减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以适当增大温度伸缩缝区段长度。
（2）压型钢板组合混凝土楼板，除了按计算（并满足构造要求）在钢梁上焊接栓钉外，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施。其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。由于产品规格的限制，目前国内带纵向波槽的压型钢板和带压痕或开小洞的压型钢板不多。所以，当无法采用上述这两种板型时，要实现压型钢板和混凝土的连接，可在压型钢板上焊接横向钢筋。
结语：
以上就是笔者从事钢结构设计中的一些心得及感悟，把它讲出来希望与同行们相互交流共同进步。