分析鋼結構設計方法的研究進展與展望

1、<p>　　分析鋼結構設計方法的研究進展與展望</p><p>　　摘要：鋼結構在各種建筑中得到了極為廣泛的應用，取代了傳統(tǒng)的磚混結構，為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。本文主要闡述了建筑鋼結構設計存在問題的特性，介紹了鋼結構建筑設計中的分析方法，并論述了結構分析設計的發(fā)展，同時提出了一些鋼結構設計方法的改進措施。 </p><p>　　關鍵詞：鋼結構設計；分析方法；改進 <

2、;/p><p>　　中圖分類號： TU319文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著我們國家建筑行業(yè)鋼結構的迅速發(fā)展，建筑鋼結構的設計越來越重要。同時鋼結構技術的不夠成熟，設計存在效用上的缺陷，導致了鋼材浪費、造價攀升問題。因此，要不斷改進技術、方法和創(chuàng)新，開發(fā)出一種高層次的各方面符合我們的要求的材料

3、。 </p><p>　　建筑鋼結構設計存在問題的特性 </p><p>　　1.1、建筑鋼結構問題的復雜性 </p><p>　　建筑鋼結構中存在問題的復雜性主要體現(xiàn)在鋼結構設計較為復雜，容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)也較多，宏觀監(jiān)控難度較大。即使建筑鋼結構出現(xiàn)的問題性質相同，但產生問題的環(huán)節(jié)與原因也存在較大的差異，加大了問題解決的難度。例如出現(xiàn)焊接裂縫的情況，問題可能出現(xiàn)在

4、焊接裂縫的表面，也可能出現(xiàn)在焊接裂縫的內部，既可能出現(xiàn)在焊接裂縫的金屬部分，也可能由于母材受到高溫影響發(fā)生開裂；裂縫既可能平行焊道，也可能垂直焊道，既可能是受熱導致裂縫，也可能是受冷導致裂縫。因此，建筑鋼結構問題存在較大的復雜性，需要實際設計施工人員進行詳細的分析與核查才能確定。 </p><p>　　1.2、建筑鋼結構問題的嚴重性 </p><p>　　如果建筑鋼結構出現(xiàn)了問題，施工人員

5、必須停下目前的施工項目轉向問題的處理，由于建筑鋼結構問題的復雜性，處理的難度較大，會推延建筑施工項目的工期。如果建筑鋼結構出現(xiàn)了不可逆性的問題，只有進行拆除重建，加大了建筑施工成本。如果建筑鋼結構出現(xiàn)的問題沒有及時被發(fā)現(xiàn)，甚至會導致建筑垮塌，造成重大的人員傷亡事故，嚴重威脅了施工作業(yè)人員的生命財產安全。 </p><p>　　1.3、建筑鋼結構問題的可變性 </p><p>　　建筑鋼結構

6、出現(xiàn)的問題會隨著建筑施工的進程而產生變化，從細微到不可發(fā)現(xiàn)的裂縫逐步變成巨大的裂縫。例如鋼構件的焊接縫隙原本是可以忽略不計的，但是由于受到應力的作用，使焊縫逐漸擴大形成裂縫；鋼構件如果長期處于高強度的負荷下，容易發(fā)生彎曲、變形，產生重大安全隱患，威脅了社會公眾群體的人身安全，也容易產生負面的社會影響。 </p><p>　　鋼結構建筑設計中的分析方法 </p><p>　　2.1、改進現(xiàn)階

7、段鋼結構設計 </p><p>　　在施工中鋼結構建筑常常會有許多的設計缺陷，而這些缺陷會對設計者產生困擾，因此設計改進在設計允許的彈性范圍內進行是必要的?？蚣苤L度的大小是造成彈性失穩(wěn)和彈塑性失穩(wěn)的主要因素，所以在設計改進中，要對建筑框架柱的長度問題進行充分的考慮。除此之外，要比較在一定條件下結構實際長度和設計長度，還要針對構件的制造缺陷以及結構第二階段影響和梁柱的半剛性連接影響進行考慮。 </p>

8、<p>　　2.2、建立荷載模型 </p><p>　　鋼結構設計過程中需要考慮的又一因素就是結構的彈性因素。當結構受到豎向水平荷載力后，材料和結構的之間的彈性就會產生誤差，此時就要忽略非彈性材料和結構缺陷二者之間存在的誤差。 </p><p>　　2.3、加入等效切線概念 </p><p>　　在鋼結構設計的過程中，適當?shù)慕档蛷椥苑治觯瑫r調整結構的

9、非線性與缺陷影響。但要注意的是，在調整的過程中，對于調整精度很難保證。利用結構彈性分析代替非彈性分析的方法是常用的調整方法。而其在設計中有著較大的局限性，因此，在要提高鋼結構設計質量，就要在設計中加強等效切線的應用。 </p><p>　　結構分析設計的發(fā)展 </p><p>　　要完全克服上述建筑鋼結構設計方法中的3 種缺陷 , 就一定要建立以結構整體承載極限狀態(tài)和結構整體極限承載力為目

10、標的結構分析設計方法。因此 , 最近幾年，一些專家已提出了所謂的集成非彈性設計 （IntegratedInelasticDesign）和高等分析設計 （AdvancedAnalysisDesign）等的方法。這些方法主張主要說的是要在結構分析中對影響結構性能的各種因素進行充分考慮 , 尤其是非線性因素 , 直接計算和驗算結構的整體極限承載力 , 進而完全的消除構件計算長度和構件相關方程的概念 , 也就是消除構件驗算的這一步驟。 <

11、/p><p>　　4、鋼結構設計方法的改進 </p><p>　　4.1、計算軟件選用的優(yōu)化 </p><p>　　應該使用最低兩個不一樣的力學模型的三維空間分析軟件，對在鋼結構設計里面 B 級高度的雜高層建筑結構以及高層建筑結構，實施整體內力位移的處理。因為當前市場上的商用軟件比較齊全，例如：PMSAP、SATWE、TBSA、TAT 等高層計算軟件和SAP2000、M

12、IDAS、ANSYS等，因此在處理結構時，應根據工程的特點選擇合適的計算軟件，同時還要選擇兩個不一樣力學模型的三維空間分析軟件，特別是對于受力繁瑣的結構，比如發(fā)生了數(shù)次變換的框支剪力墻結構。除此之外，對于局部受力相對繁瑣的結構件，要依據應力分析的結果改進配筋設計。 </p><p>　　4.2、計算參數(shù)取值的優(yōu)化 </p><p>　　在處理鋼結構抗震設計時，應考慮到平扭轉耦聯(lián)計算結構的扭

13、轉效應，振型數(shù)不能小于 15，多塔結構振型數(shù)不能小于塔樓數(shù)的 9 倍，并且在計算振型數(shù)時，應讓振型參與質量大于總質量的90%。但是在現(xiàn)實的施工圖的改善階段，卻經常發(fā)現(xiàn)會有缺少處理的振型數(shù)的問題，更有甚者一些結構設計振型參與質量只有總質量的一半，這就會使得結構計算結果產生比較大的誤差。 </p><p>　　4.3、鋼結構的選型和布置 </p><p>　　高層建筑鋼結構通常分為 4 類，并

14、且它們通常是不同的，要依據它們的側向力來進行劃分。在實際鋼結構設計工作中，通常是概念設計，應加充分的考慮施工條件比如功能、制造和安裝、負載能力、使用的材料以及其他的影響因素，采用火災或地震阻力良好的現(xiàn)實架構。在施工時間上要滿足不同的功能和建筑要求。除此以外，應依據系統(tǒng)配置鋼的使用情況和特點，對具體性質進行綜合考慮。一般情況下，這是必須的，這樣才能夠保證結構剛度，并保證均勻分布結構受力，同時也盡可能的降低建筑物的扭轉影響，進而保證強度層的

15、橫向力抵制。 </p><p>　　4.4、鋼結構的構件設計 </p><p>　　首先，構件設計要選擇材料。通常情況下，最常用的材料是Q235 和 Q345。若對工程管理進行考慮，在主結構上常常會采用單一鋼種，若從經濟角度上進行，就需要考慮截面組合的不同強度的鋼材。比如：在偏向于強度控制時，可以選擇Q345；在偏向于穩(wěn)定控制時，可以選擇 Q235當前。因為當前程序技術的快速發(fā)展，一些結構

16、軟件可以對整體結構進行全面的優(yōu)化，我們不但要調整優(yōu)化后的截面，使其達到合理的截面標準，還要對模型的建立、計算長度的參數(shù)定義等數(shù)據進行考慮。 </p><p>　　4.5、節(jié)點的設計 </p><p>　　若未充分地考慮在結構分析前節(jié)點的形式，就會比較容易出現(xiàn)結構分析模型中的節(jié)點與設計中的節(jié)點形式不完全相同形式。依據不同的結構傳力特點，我們應該將節(jié)點分成為剛接、鉸接和半剛接。在選用節(jié)點時，要

17、準確判斷節(jié)點的連接形式，進而使設計具有合理性與安全性。除此之外，節(jié)點設計還應充分的考慮吊裝安裝與施工人員現(xiàn)場操作方便等現(xiàn)場問題。 </p><p>　　4.6、鋼結構建筑的抗火設計 </p><p>　　盡管鋼是由一種非燃燒的材料制成，可是高溫下，由于高的熱膨脹系數(shù)，就會發(fā)生變形，所以即使鋼擁有比較好的熱導率和電阻，還是會致使火災的蔓延。有些鋼在 600℃的高溫時，鋼的強度基本上失去了，在

18、火災中變得很脆弱。高層建筑更有可能導致火災，且高層建筑火災較難控制。因此，高層建筑耐火鋼的設計是非常重要的。目前，中國的高層建筑鋼結構的耐火設計是比較落后的，很多設計不考慮高溫、鋼的變形和應力，同時也沒有考慮各個組成部分之間相互作用的影響。高層建筑鋼結構的整體抗火設計基于組件級別，是在建筑防火設計的基礎上確定的。 </p><p><b>　　結語 </b></p><p

19、>　　總而言之，對于鋼結構的設計，注意做到因時制宜、因地制宜，結合實際、實地考察，并運用先進的技術，合理進行設計，使技術人員應重視學習技術標準和規(guī)范，形成遵循嚴格的標準和規(guī)范的工作習慣，進而保證建筑的整體質量。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]潘春宇,童樂為. 鋼結構疲勞可靠度設計方法的研究進展[J]. 鋼結構,20