建筑结构设计中钢结构设计的重要性与方法

建筑结构设计中钢结构设计的重要性与方法

叶袁良

身份证号：441702199412181755

摘要：钢结构设计及安装技术对于整个建筑工程来说，至关重要。在进行钢结构设计时，需要重视每一项设计及安装内容，对设计、安装过程中经常出现的问题制定出合理的控制措施建议，才能保证钢结构的稳定性，提高建筑工程的质量。

关键词：建筑结构设计；钢结构设计；重要性；方法

１建筑钢结构概述

建筑钢结构是由钢板和热轧型钢为主组成的一种钢板骨架结构。建筑钢结构经过工程的焊接加工、铆钉处理等操作，逐渐形成了建筑钢结构框架体系。这种新的框架体系与传统砖混结构相比，具备很高的强度和韧性以及硬度，能满足建设生产结构的使用标准。目前，建筑钢结构模式被广泛应用于图书馆、高层建筑等。由于我国钢结构技术发展还处于初级阶段，钢结构设计与安装技术还有待不断创新，才能更好的推动建筑市场经济的发展。

2钢结构工程设计的基本要求

2.1钢构件材料选用

在结构设计中，为使钢结构的材料特性能充分发挥出来，在方案设计阶段，选用合适的钢材，不但能确保结构的安全性能，还能方便制作和安装，同时也能使建设成本更加经济。根据GB50017—2017《钢结构设计标准》，选用材料可归纳为以下几点。

（1）所有承重构件的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格性保证，对焊接材料还要具有碳含量的合格保证。

（2）焊接承重构件以及重要的非焊接承重构件的钢材应具有冷弯试验的合格保证。

（3）对需要验算疲劳的结构，还应分别按照当地环境条件，具有相应的冲击韧性的合格保证。

（4）对布置有大吨位起重机（不小于50t）的中级及以上工作制的起重机，也应满足冲击韧性的要求。

（5）对于厚度大于40mm的厚钢板，材料还应有Z向性能的保证。正确选用材料，遵循技术可靠、经济合理的原则，结合结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、材料厚度和价格因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。

2.2钢构件的截面选用

选择合适的钢构件截面是钢结构设计过程中的重要环节，当结构布置完成后，接下来就是估算出合适、合理的钢构件截面。根据构件的属性、结构的跨度及高度、侧向约束的条件、荷载作用的条件、内力的包络图及构件的受力状态等条件，初步估算截面所需要提供的惯性矩、截面面积，并结合设计控制参数条件，如材料的设计强度指标、挠度控制值、长细比限值、构造板件宽厚比和高厚比等，选取一种最适合的截面形式同时预估其截面的尺寸。

目前我国常用的截面形式有以下几种：热轧H形钢（分窄翼缘、中翼缘、宽翼缘）、热轧角钢（等边、不等边）、普通槽钢、普通工字钢、热轧T形钢等热轧型材；冷弯C形钢、冷弯Z形钢、冷成型焊接钢管、冷弯帽形钢等冷成型薄壁型钢；焊接H形钢、变截面焊接H形钢、十字形截面、箱形截面、田字形截面、日字形截面、实腹式焊接组合截面、格构式焊接组合截面等钢板焊接类截面。一般结构中多用常规的焊接H形钢和热轧类型钢，当构件受力较大或受建筑条件约束时，采用各类其他焊接组合截面，冷成型薄壁构件一般多用于围护体系和轻型低层建筑钢结构中。

2.3结构布置及注意事项

2.3.1单层钢结构厂房

单层钢结构厂房可分为单跨或多跨组合，其跨度应按工艺及生产要求、起重机配置及荷载情况等条件确定，一般跨度宜为12~48m，经济跨度为18~36m，当符合门式钢架结构条件时，经济跨度宜取为21~30m。单层厂房柱距的合理性也应与工艺、荷载情况、有无起重机及地基状况等因素结合考虑，一般柱距为6~9m，当为重型厂房时，则应扩大柱距到12m，甚至15m，但屋架开间仍可选用6~7.5m，屋架可支撑在托架上，墙面系统可设置墙架柱。纵向温度区段根据结构情况，可取为120~250m不等。横向温度区段根据结构情况，结合柱顶约束条件，可取为100~150m；当符合门式钢架结构条件时，纵向温度区段可加长至300m，横向温度区段可大于150m，但应考虑温度的影响。

2.3.2多层钢框架结构

多层框架以抗侧力为其承载主要特点，框架结构应按高度、体形、荷载等条件合理选择其结构体系，一般按高度不同可分别选用，框架、框架–支撑、框架–剪力墙等体系。一般6层及以下的多层框架可采用纯框架体系，7~12层多层框架宜选用框架–支撑、框架–剪力墙体系，支撑一般选用型钢支撑，剪力墙可选用混凝土剪力墙或钢板剪力墙。多层钢框架的柱网尺寸，一般按使用条件、梁格的合理布置以及停车位的合理空间等条件确定，一般取为6~10m。

3建筑钢结构设计分析

3.１设计原则

为了保障建筑工程钢结构的安装稳定性和安全性，设计人员需要按照国家制定出的钢结构设计原则来开展延误，有助于提高钢结构的安装质量。钢结构在进行设计时，需要深入了解建筑物的最大强度和耐久性，才能合理控制钢材的重量，保证建筑物的稳定性。目前，建筑钢结构分为横向结构和纵向结构。其中，横向结构的设计质量会直接影响整个建筑结构的质量。而纵向结构的设计质量会受到诸多因素的影响。因此，在从事钢结构建筑物设计的时候，需要重视建筑物设计的质量，保证建筑物的设计具备美观性，才能合理配置钢材用量。

3.２钢结构的稳定性设计

由于钢结构的整体刚度与钢结构的最大承载力和刚度存在密切关系。在设计过程中需要结合工程实际情况考虑钢结构各构件的变形以及内力截面受力大小，避免钢结构出现失稳和截面变形等问题。目前，设计单位经常采用平面体系进行钢结构设计。为了增加钢结构设计的稳定性，还应使用结构整体部署设计来进行。尤其是进行单层框架或者多层框架设计时，只需根据框架柱平面的长度系数进行计算，就可以知道钢结构设计是否具备很好的稳定性。注意，设计结构中一定要保证钢街头传递弯曲的时候具备很好的刚度和柔性，保证钢结构构建的偏心距离最小。在固定铰支座时，还应该保证简支梁的抗弯强度，避免梁绕纵轴出现扭转问题。

3.３钢结构的位置设计

建筑钢结构的位置设计也影响着整个建筑结构的质量。首先需要考虑钢结构的受力点，并合理规划钢结构的位置，才能保证钢结构自身具备很好的平衡性能。其次需要借助计算机技术进行钢结构的最大承载力和剪力的模拟分析，验证钢结构是否具备很好的平稳性。一旦发现钢结构位置的选择导致钢结构的稳定性交差，需考虑钢结构的选材型号。

3.４钢结构的节点设计

钢结构的连接节点是否到位也会影响钢结构的稳定性。所以设计人员需要做好钢结构连接节点的有效预测，避免钢结构的连接节点与设计节点存在差异性。据调查发现，钢结构的节点还可以按照接力、传力等形式分为刚接、半钢接、铰接三种类型。但是，通常情况下钢结构的节点连接是根据转动刚性来实现的。而对于办刚性节点的应用，还有待深入研究。

4建筑钢结构工程设计的注意事项

4.1 谨慎选择钢结构的建材

设计师要了解各种钢结构材料的性质和特点，要仔细分析钢结构材料的技术指标，还要对工程项目的地理、气候、温度条件进行深入分析，保证钢结构建材满足当地使用条件。注意各种钢结构建材的韧性、强度、长度、宽度等基本资料，要保证钢结构的建材可满足建筑钢结构工程的施工条件。

4.2 注意钢结构设计的适宜性

在进行钢结构工程的设计中要注意设计方案是否可顺利进行施工建设，在设计之初还要考虑到钢结构工程使用单位的情况，到施工地点进行现场考察，保证对建筑钢结构进行全面的考察分析，要对所有的考察资料进行统筹分析，为建筑钢结构的精确设计提供有效帮助。

4.3 注意建筑钢结构的安全防火设计

在进行建筑钢结构的设计前要对钢结构的消防隐患进行安全设计，因为建筑钢结构防火性能较差，火灾破坏性大，因此在进行建筑钢结构的设计时要重点对消防安全进行设计，要根据建筑钢结构的风格进行设计，要保证消防设计可发挥应有的效果。目前，建筑钢结构的消防设计应用比较多的是对建筑钢结构进行防火涂层的处理。

4.4 处理好建筑钢结构设计的细部节点

为提高建筑钢结构的设计水平，必须处理好建筑钢结构的细节设计工作，建筑钢结构的细节设计要保证钢结构关键节点的安全稳定性，连接方式要根据不同的结构设计选择最合适的设计方案，要保证使用中具备协调性，防止在连接部位出现变形和过载现象，给整个钢结构造成安全危害，对螺栓或焊接处理的连接节，须重点关注，对数据进行认真的分析，确保钢结构的连接节点必须安全，做到强节点弱杆件设计原则。

4.5 加强钢结构设计的抗震性能

我国很多地区处于地震带，因此抗震设计尤为重要。钢结构作为抗震性能良好的结构体系，应充分发挥出材料的特性。钢结构构件的抗震性能化设计应根据建筑的抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则结构构件在整个结构中的作用、使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复的难易程度等，经综合分析，选定其抗震性能目标。

结束语

随着绿色建筑理念的提出，钢结构建筑逐渐在建筑市场中崭露头角，我国越来越多的高层建筑、轻钢别墅等民用建筑纷纷开始使用钢结构构建进行工程建设。钢结构具备施工周期短、施工污染小、施工材料可回收利用等优点。钢结构设计施工具备施工操作简单、施工难度小、机械化程度高等优势。本文重点对建筑工程钢结构设计展开研究，有助于提高建筑工程主体结构的稳定性，保证建筑施工的质量。

参考文献

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