摘要：钢结构凭借其重量较低、轻度较高以及良好的变形能力等优势已经逐渐成为建筑与海洋工程中常用的结构类型之一，通过正确的设计规划能够保证管廊具有良好的可靠性同时还能节约成本具有较好的经济性，从而更好的适应大规模或超大规模的工程。一旦忽略了对于钢结构管廊设计中的结构荷载能力、组成构件以及布置方式等情况的模拟演练，极易使其出现质量问题，给项目安全埋下安全隐患。笔者主要针对于钢结构管廊设计中常见的问题进行讨论。
关键词：钢结构；管廊设计；问题
管廊指的是管道构成的走廊，由钢结构管道集中在一起，沿着外墙或建筑或厂房的外围进行布置，大多数在空中，采用支架将其撑起来，形成类似于走廊的样子，这就是通常所说的管廊，当然也有少数管廊是布置在地下的。随着近年来钢结构在项目工程中的广泛应用，管廊结构在随即产生，由于出现的时间相对较短因此在实践应用中应需要面临诸多问题。
一、布置形式设计问题
钢结构管廊布置形式设计首先要考虑的问题就是其支撑结构。目前最常见的支撑结构就是通过纵梁将管廊所受的水平外力通过竖直的方向向基础结构以及柱形结构传递进行力量的转移分散。设计师在进行钢结构管廊布置形式设计过程，对于支撑结构所需承受的压力如果仅仅是片面的考虑水平外力很可能造成支撑力不足的情况出现。钢结构管廊的支撑结构不仅是要承受静态的压力，在施工与使用的过程中还要承受人员的行走、其他构件的压迫、温度应力、与其他构件碰撞以及水平外力传递等情况，因此要求设计师必须要将可能产生的压力都进行充分的考量以此来作为设计依据。对于水平支撑结构的大管道固定点位置选取，应根据结构钢结构管廊在水平方向承受较大载荷的位置。钢结构管廊水平支撑结构的设计，在考虑压力分散的基础之上还要演练管道的位置是否会与其他管道发生碰撞进而使得压力增加。要尽可能的控制温度因素对支撑结构所产生的影响，要尽可能保证钢结构管廊、水平以及垂直支撑结构以中部为中心对称分布，更有利于压力的分散。
钢结构管廊布置形式设计还要将管廊的净空维持到尽可能小的一个值。采用管廊式结构的工程大多拥有较大的跨度，为了使其稳定性予以保障在设计过程中可以添加桁架结构。设计人员要事先充分了解桁架结构以及项目图纸，对桁架的支撑进行调整，不仅满足支撑需求，还要与净空要求相切合。
二、荷载设计问题
钢结构的管廊荷载最终受力结构就是管道，因此设计过程中要考虑管道的荷载通过焊接之后能够承受的最大程度，纵向距离应当在六米到九米的范围之内。其次应当考虑到当管径的直径增加时，其荷载能力将会有所提升，如果能够满足工程要求可以取消次支撑梁的设置。对于水平荷载、竖直荷载、其他荷载等多种因素要进行综合考量，计算出管道直径、长度以及位置等情况，并在设计图纸中进行详细的标注。
风荷载是在水平方向上对于钢结构管廊最常见的的荷载原因，因此设计过程中的水平荷载大多以钢结构所处环境中所受的风荷载为主要考量因素。设计者必须遵从《建筑结构荷载规范》再结合工程所处环境的特点进行计算，得出结论应当满足最大风荷载所需的支撑要求。
除了竖向及水平方向会产生荷载之外，管廊内部也会对钢结构产生压力，钢结构自身的重量，其他辅助构件的重量，机器设备的重量，人员施工与使用的重量等。除了考虑自身的原因造成的影响还应当考虑地震等自然灾害可能产生的影响，无论是否处于地震活跃带都必须将抗震因素囊括在设计因素内。当钢结构施工完成投入使用时有可能出现某个节点压力过大的情况，设计者通常采用的检验方式是采用软件进行整个模块的承载力模拟，而忽略了对局部承压能力的验算，一旦出现局部承载压力强度较大的情况则会出现建筑损坏危害人员生命财产安全的情况。
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三、构件设计问题
在建造对于钢结构管廊的过程当中，构件之间难免会出现摩擦，这就要求设计者将此类因素也考虑在内。不论是风力荷载还是垂直荷载都很难避免构件之间产生摩擦的现象，因此设计者要在设计的过程中采取必要的措施尽可能的减少摩擦造成的损耗。与此同时，构件本身也存在着一定的重力问题，设计者在考虑荷载等问题时也不能将其忽略。对于钢结构管廊的构件所产生的摩擦力和承受的荷载设计过程中应当参照既有公式，结合三维软件进行结果的模拟，同时增加地震等因素的影响，以此检测设计的构件能否满足工程需求，使得钢结构管廊的构件设计在实际操作过程中保证工程质量。
其次，要考虑到构件轴向应力问题。构件轴向应力问题要综合考虑主梁即承重梁和次梁的轴向应力的影响。水平轴应力与竖直轴应力之间的关系是当其中一个增大的同时另一个也会随着增加；当其中一个减少的同时另一个也会随之减少，因此在考虑轴向力的设计时要将两者可能产生的最大值作为设计依据，否则无法满足工程要求，从而产生质量问题。
再次，在设计过程中不可忽视管件长度所产生的影响。立柱长度与竖向荷载的承载能力成反比，当长度增加时荷载传导的距离增加其本身也需要克服自身重力造成的影响因此荷载能力会在一定程度上降低。对于构件的设计中大多参照无侧移的框架为基础进行取值，立柱的长度取值大多是选择模拟软件所给出的默认值，但是采用此种计算方法的弊端就是对于竖直方向荷载产生的影响无法体现，因此得到的结果与实践需求将会产生偏差。为了提高设计精度可以选择将框架在平面内进行位移以及改变支撑点的方式进行综合计算。
最后构件设计方面要考虑经过加工之后构件的长度以及直径等参数会发生变化，其荷载也会随之改变，设计过程必须要对此问题进行考虑。在对构件长细比计算取值时可能采用的是角钢边平行轴的回转半径而也可能是回转半径的最小值，设计者必须要注意不可选错参考依据。
四、构件挠度超限问题
经验不足的设计人员在制作施工方案的过程中对于构件的取值问题大多仅仅是考虑了应力造成的影响，却忽视了规范中对构件挠度取值是有相关规范的，在施工过程中不可超越此规范。当挠度过大时管道中的积液将会随之增加，从而产生较大的阻力，最终由于压力过大而出现崩裂等现象，回顾以往的工程案例不难发现此类事故的踪影，因此设计者必须要在设计完成后依据规范对设计值进行检验，保证其满足实践及规范要求，从而提高工程质量。
五、链接节点设计问题
钢结构是由管件，角钢，三角铁，钢板，钢筋等构件通过焊接等方式进行组装而成的，为了形成统一的整体必须要通过节点进行链接，设计人员对于节点的设计是贯穿始终的基础性内容。节点的确定应当充分的考虑构件焊接后的直线长度，拐角，侧面焊接的长度以及后续的拼接等因素，保证节点角度以及长度的设计值能够满足钢结构管廊工程设计规范要求。
结语：
随着经济的发展，钢结构在建筑与海洋工程中的应用将会越来越广泛，管廊结构凭借其特有的优势会有更加广阔的应用空间，这就要求设计者对于影响其结构的因素进行充分的考虑，将多种计算方式结合后的最大值进行详细的标注。只有针对实际分析目前形势下所产生的问题才能更好的寻求解决方法，从而为提高工程质量保驾护航。
参考文献：
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[2]雷新海.钢结构管廊的设计浅析[J].建材与装饰，2018（32）.
[3]王斌.探究分析钢结构管廊设计常见问题[J].建筑工程技术与设计，2014，（7）:848.
论文作者:陈昭,张泰豪,丛伟峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/25
标签：荷载论文; 构件论文; 钢结构论文; 结构论文; 水平论文; 设计者论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第35期论文;