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浅谈公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范比较

我国建筑行业的快速发展,对建设施工标准提出了更高的要求。在我国的建筑领域,关于钢结构设计和钢材料的规范设计方面有许多规定,明确指出了钢材料型号、尺寸、计算、施工技术及检验标准等要求。为了使建筑施工及管理人员更好的掌握钢结构的设计原则与标准,本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析,希望对相关研究领域提供帮助。 
  1 建筑施工中钢材型号选择 
  根据公路建设施工条件要求,公路钢桥主体结构通常采用Q345钢,无论哪种型号的钢材,都要满足公路桥梁设计施工标准。由于普通碳素结构钢也比较适用于桥梁结构设计,因而也可以在建设施工中采用该型号的钢材;《铁桥钢规》中明确指出,铁路钢桥的主体结构中应该使用质量等级是D、E级的Q345q、Q370q、Q420q 钢,在铁路桥梁的辅助结构或者是在桥梁的连接处,则需要使用Q235—B或Q(z)345c钢;而房建行业对于钢材型号的选择则具有不同要求,在房屋建设中使用刚才的型号通常为Q235、Q390、Q420 等,房屋建设中钢结构的质量标准要根据《低合钢》、《碳钢》中的要求来确定。从我国当前建筑行业的运行与发展情况来看,公路桥梁和铁路钢桥基本都是按照100年使用期限来进行设计与施工,而大部分的房屋建设则是按照50年的使用标准来设计,桥梁承受的重量多为动力载荷或者是冲击载荷。由此可以看出,公路和铁路设计施工中,钢材的性能要明显高于房屋建设中使用的钢材性能,其主体结构需要应用高强度的钢材。 
  2 钢结构设计方法 
  目前,容许应力法与极限状态法是工程建设领域中经常使用的结构设计方法。容许应力法从使用初期一直沿用至今,该方法主要是把建设材料看成是一种理想状态的弹性体,构件中任何部位的应力都不能超出材料本身的容许应力。在20世纪50年代,我国公路桥梁设计施工中,主要借鉴国外先进的施工经验,在施工中主要采用容许应力法。而且直到现在,我国铁路建设施工中,还依然采用容许应力法进行设计。 
  发展到80年代以后,我国在建筑施工中开始逐渐使用极限状态法,并且在钢结构房屋建设中得到了广泛应用,该计算方法把结构可靠度理论和概率理论作为了基础,而且设计标准进行了多次修改,逐步得到完善。尽管容许应力法具有操作简便、实用性较高等特点,但是也存在一定缺陷,该方法不能正确反映出材料的特性、构件抗力变异以及载荷效应,不能对材料的继续承载力进行准确分析,因而导致结构设计过于保守。而极限状态法则能够有效弥补容许应力法的缺陷,通过对可靠度指标的详细分析,使构件可靠度相互协调,并依托塑性理论,使材料的最大性能得到了发挥。当前,极限状态法已经成为了国际钢结构设计的主要方式,更好的满足了现代化大规模钢桥建设与发展的需要。 
  3 载荷设计 
  公路桥梁、铁路桥梁设计中的荷载要选用荷载的标准值,而在房屋钢结构的设计中,往往使用极限状态法,在应用该方法时,设计荷载是由荷载标准值与荷载分项系数、结构重要性系数以及可变荷载组合系数的一个组合值。在房屋钢结设计中,设计使用年限主要是由γ0(结构重要性系数)来反映,如果设计使用年限超过100年,或者安全等级是1级的钢结构构件,通常γ0值都会≥1.1,而其他结构构件的γ0值可以小于1.1。一般情况下,公路、铁路建设的使用设计年限都不小于100年,而房屋钢结构设计的安全等级也都为1级,因而γ0值都不能小于1.1。表1主要对房屋、公路和铁路钢结构设计中的强度和稳定性计算方法进行对比。 
  通过对房屋、公路和铁路钢结构强度、整体稳定性计算方法进行分析,可以发现,房屋建设设计规范虽然与公路、铁路设计之间存在差异,但是差异较小,计算公式基本相同。在房屋建设设计中,需要应用极限状态的计算方法,因而对主平面内的受弯正应力强度进行计算时,需要认真分析塑性的发展系数γx与γy。而在公路和铁路桥梁设计中,会使用容许应力法来进行设计,在对构件内力进行计算时,仅仅需要对材料弹性受力阶段的性质进行分析,并可以发现,在计算公式中并没有能够反映出材料塑性的相关参数。在《钢规》中,需要利用净截面面积和毛截面面积分别对结构强度和稳定性进行验算。《钢规》把钢结构的稳定性分成了整体稳定性与局部稳定性两种类型,整体稳定系数φ都小于1.0,并通过其来对整体结构的承载能力进行判断,通过对构件的高(宽) 厚比进行验算,并设置加劲肋,从而避免局部出现不稳定的现象。而《公桥钢规》《铁桥钢规》钢构件的稳定性主要凭借容许应力折减系数的方法来进行控制,在计算局部稳定性时,采用的方法与《钢规》中规定的方法相近,但是高(宽) 厚比却存在一定差异。 
  4 结语 
  本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析,明确公路、铁路和房屋钢结构之间存在的差异,从而使建设施工人员能够更好的掌握钢结构的设计标准,同时为相关部门的管理者提供参考依据,从而提高工程项目的施工质量,促进我国建筑行业的发展。 

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