浅谈建筑钢结构设计的问题及分析

　　摘要：目前，我们国家正在进行着大量的工程建设，还有许多急待解决的问题，其中钢结构设计体制、理念、水平、质量、人员素质没有达到应有的标准。 本文作者通过多年的实践经验总结了建筑钢结构的问题，并进行了相应的问题分析，以期在本领域相关问题上给予一定的借鉴意义。

　　关键字：钢结构设计,现状,问题分析

　　一 建筑钢结构设计现状

　　目前，我国著名的钢结构建筑大多是中外合作的产物，如国家体育场、国家游泳中心、国家大剧院等。国内外合作设计大力加快了我国掌握国外先进钢结构设计技术进程并推动了我国本专业人才培育的步伐。经过近些年的发展，轻钢建筑以其商品化程度高、施工速度快、使用效果好、应用面广、造价低等优势迅速获得了广泛好评和应用。经过粗略计算，我国轻钢建筑竣工面积为200万平方米/年。如今，我国已经建成了一大批大跨度、高难度的钢结构建筑，如国家体育场、国家游泳中心、国家大剧院等。总体来看，我国钢结构建筑发展态势良好，正处于欣欣向荣的局面。

　　二 建筑钢结构设计问题

　　(一)设计项目层层转包

　　目前，我国大多数设计项目存在着层层转包的现象，大致表现在：由于大型设计院的项目设计任务十分复杂繁重，所以，其设计理念及综合专业部分设计的费用较高，更为严峻的是钢结构部分更是表现的功耗较高收费较低，导致设计院厌恶承接钢结构的设计任务，并逐渐由于钢结构设计经验的缺乏，将钢结构部分分包给其他设计单位。这种例子不可胜数，简要模式如下，甲单位工程，本来是由乙设计院设计，后将钢结构部分转包给丙设计院，而丙单位又因为不会设计，故而将钢结构部分转包给丁单位。例行的专家审查后，发现丁单位的设计方案、数据支撑、造价费用均存在重大问题。此外，层层转包还表现为借用其他单位设计“资质”，如一些无资质或资质不够级别的单位，通过审批得到工程项目后，用买来的图标进行设计，导致设计质量存在一系列的问题。可见，我国设计市场秩序还未形成，相关部门对设计质量缺乏管理，并由于法制的不健全使得检查和监督漏洞百出，以致倒塌事故频发，企业对设计资质愈加缺乏信心。 只有通过严格规范市场，加强相应的法制监管和资质管理，才能杜绝此类事故的发生。

　　(二)设计深度不够

　　由于人才的缺失，不少设计单位聘用了没有工作实习经验的学生(尽管学历较高)进行钢结构的设计，他们对自己所设计的成果不置可否，仅仅停留在设计“构件布置图”的水平，以为这就是算完成了钢结构的设计任务。这些布置图也只是一个简单的单线条图，而其中最为关键的“节点设计”竟然不分具体情况一律采用的是“全焊接节点”或“全铸钢节点”，导致这些节点在实际操作中出现设计不安全、构造不合理、实践不可行的问题。设计单位将应该设计的“节点构造”、“支座详图”、“施工安装”等关键性步骤都交由加工企业操作，相当于自己只做到了项目工程初步设计的深度，事实上将施工图交给加工厂进行设计，而大部分的加工厂又没有过硬的设计技术，于是他们只好又将施工图任务再次转包出去，然而这些分包单位对专业配套知识的缺失、对设计总体要求的不明确，导致他们所做出的设计图纸不符合原来要求，存在不同程度的质量隐患。部分加工厂节约钢材、节省人工、降低造价，盲目的进行结构设计优化，事实证明，正是这样的操作导致了大量工程质量事故发生。中华人民共和国住房与建设部规定“施工图设计”必须由设计院亲自完成，这同时是设计院的义务和责任。施工图设计必须满足设计深度的要求，施工图设计与深化设计必须职责明确、互不牵扯，才能有利于钢结构设计工作的广泛展开。

　　(三)照抄照搬国外设计方案

　　目前，我国钢结构设计的另一个有趣的现象是，许多重大钢结构工程都采用了国外的建筑方案，不敢挑战不合理的方案，有些结构方案明显不合理、对原料浪费太多、造价惊人，但是依旧采用了国外方案。事实上国外结构工程师对我国地震和风荷载的特殊情况并不是十分清楚，故其设计方案在相关设计方面就存在了许多不合理因素，如国家体育场，采用的是钢结构屋盖和砼看台完全脱开的方案，重达几万吨的巨大钢桁架所产生的地震荷载由钢结构柱传至柱底，而数千吨的巨大柱底水平力由与看台基础脱开的巨型钢柱脚传递，结果造成用钢量达到五万吨，其用钢量是同类体育场用钢量的四倍，这是抗地震设计极不合理的案例，如果看台承接钢结构产生的地震力，则可以大幅削减的钢材用量，并在保持原建筑风貌的情况下，减少两万多吨钢材用量。

　　(四)设计过于保守或过于超前

　　在钢结构设计过程中，部分设计人员由于缺乏复杂钢结构工程设计经验，不恰当的提高了设计标准或降低了设计安全等级，或者是主观臆想追求高标准，或者是随意加大安全等级，对结构构件不分主次，重要性系数取值一律盲目加大，使得杆件应力比取值太低，造成设计过于保守;焊缝等级不加以区分，就一概取一级全熔透焊缝;钢材等级一律取c级或d级，根本不考虑其使用条件和部位等等不一而足。一些设计人员不考虑设计的科学性和合理性，在上述问题存在的情况还盲目增加设计标准和安全等级。正是这种不科学的畏惧心理造成了钢结构构件过大、投资资金大量增加，使得工程投资加大并进一步提高了设计费，设计院得到实惠却不承担任何因工程浪费而造成的法律责任，可见这种设计体制已经不再适应市场经济。另外，我们也应该注意到另一种趋势：在工程的招标过程中，投标单位为中标采取不适当的压价策略，那就是承包方大量减少钢材用量，无疑导致构件安全系数太低、受压构件的长细比太大、钢管壁厚太小，那么钢结构构件在安装过程中就容易发生弯曲，最后由于安装误差太大造成大量杆件超过设计应力，施工单位则不得不采取现场加固措施进行补救。

　　(五)设计规范不满足当前设计的需要

　　近些年来，随着我国钢结构产业的迅速发展，钢铁行业已研制开发出可大量供应工程应用的优质中厚钢板。在我国钢铁行业于2000年颁布的行业标准《YB4104-2000》中， Q235GJ、Q345GJ优质厚钢板具有不错的综合性能：低厚板效应、良好的延性和冲击韧性、卓越的焊接性能和抗撕裂性能，这使得它们可以满足抗震设计钢结构用厚板的各种需要，其性能已可以媲美日本SN50钢、美国A572-50级钢，甚至超过它们。新国标《GB/T19879-2005》新增加的部分钢筋级别，已在国家体育场、中央电视台等重大工程中进行了广泛应用，但是当前的《钢结构设计规范》都未对上述钢材新标准变化做出积极的调整，也未提出任何修改补充条文，致使钢结构设计与新钢产品间的矛盾逐渐凸显，在此建议立即着手修订相关法律和行业规范以满足设计需要。

　　结束语：目前，我国的钢结构建筑行业正处在大发展、大飞跃、大挑战的阶段，而钢结构设计是本行业的重中之重，我们只有不断的提高钢结构设计水平、逐步完善相关法律规范、深化行业内部改革，才能在世界范围内的相关领域处于不败之地。

　　参考文献：

　　[1]高光虎，多层轻型钢结构住宅设计.建筑结构，2001

　　[2]包头钢铁设计研究总院，钢结构设计与计算(第2版)[M].机械工业出版社

　　[3]徐秀丽主编.毕业设计指导书—框架结构设计[Z].北京：中国建筑工程出版社，2008

　　[4]高层建筑结构用钢板《YB4104-2000》

　　[5]国标《GB/T19879-2005》

《浅谈建筑钢结构设计的问题及分析》

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