建筑钢结构工程设计

建筑钢结构工程设计

作者：赵星

来源：《装饰装修天地》2016年第05期

摘要：高层建筑钢结构设计对于高层建筑物工程的施工质量有着至关重要的影响与作用。因此，在实际的高层建筑工程施工过程中，施工单位必须高度重视钢结构设计问题，设计人员必须根据实际的工程需要，制定出完善的钢结构设计方案，其次，无论是钢结构的制作工程，还是安装施工，都应该加强做好严格的质量控制措施，采取相关有效的预防对策，避免发生不必要的麻烦，从而促进高层建筑工程的顺利开展，逐步提高我国钢结构设计水平。本文分析了现代钢结构的建筑特点和钢结构的设计原则，对钢结构设计中应该注意的问题进行了说明。 关键词：建筑；钢结构；设计 前 言

目前随着建筑的不断兴起，在建筑的结构中，钢结构以其强度高、自重轻、抗震性好及材料可回收等诸多优点得以在建筑中广泛应用。由于钢结构在许多方面优于传统的混凝土结构和砌体结构，其不仅稳定性较好，而且可以在厂房加工完成后再到现场进行装配，有效的加快了工程建设的速度。目前在建筑中钢结构已得到广泛的应用。 一、现代钢结构的建筑特点

1.加工和安装一体化，成本较低，施工速度较快

由于钢结构建筑模数标准统一后，钢结构可以进行规模化的生产，而且构配件之间具有良好的通用性和互换性，这就加快了钢结构建筑的加工和安装一体化进程，有效的降低了建设的成本，施工速度加快，有效的缩短了工期，建筑企业可能更早的确保经济效益的实现。 2.钢结构使建筑更富功能化

钢结构的设计与功能一体化后，使钢结构建筑的功能性更有效的突显出来，可以有效的实现技术和艺术之间的相融性。 3.能够满足超高度和超跨度的要求

由于钢结构可以称为匀质体，无论其强度和弹性都较高，即使在相同的受力条件下，钢结构由于自身重量较轻，所以其可以做成跨度和高度都强于混凝土和木材等结构形体，目前超建筑的建设，就是利用钢结构的大跨度和较高高度的特点。 二、钢结构工程设计原则

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

1.钢结构设计的稳定

在进行钢结构设计中，其中稳定性是一个十分关键的问题，一旦设计中没有把握好稳定性这一关，则会带来不必要的损失。而导致设计中稳定性问题出现的原因通常都是由于设计人员自身的原因所导致，首先是缺乏相关设计经验，没有充分掌握结构和构件的稳定性概念，其次是对于一些新型结构不够了解，从而导致设计中薄弱环节的出现。 2.选择合适的基础方案

在进行钢结构设计时需要对工程的地质条件进行基础设计，确保所选择的基础方案的合理性，所以在设计过程中不仅需要具有详细的地质勘察报告，而且还需要对地基变形进行验算，确保基础方案的经济合理性。 3.结构计算简图和计算方法

在进行设计时需要对框架结构进行稳定计算，目前在进行单层和多层框架结构设计时，则只进行框架柱的稳定计算，但在实际施工过程中，框架的种类较多，所以在设计中需要设定典型条件，从而确保设计中的能够简化计算工作。 三、钢结构在建筑中应用 1.安装布置和结构的选择

钢结构并不是所有建筑都适合的，通常情况下平面较为规则的建筑则宜采用钢结构，其他一些较为复杂的轴线、扭转较大的住宅平面则不适宜采用钢结构。而在进行钢结构设计时还需要充分的考虑到建筑的负荷量，控制好水平位移，因此在设计时需要对抗侧力结构进行充分的考虑，如把楼梯间、电梯间墙体、单元分户墙、厨房和卫生间的墙体等设计成抗侧力结构。 2.对变形的设计考虑

抗侧力结构可以是钢结构，也可以是钢筋混凝土结构。当采用钢桁架作为抗侧力结构组成纯钢结构时，要按照以下规定进行：在风的作用下，层间位移1/400，顶点位移1/500；在地震的作用下，层间位移1/250，顶点位移1/300。因此，采用钢桁架作抗侧力结构就会增加用钢的数量，增加了工程造价。如果根据钢结构的限值1/300来控制整个结构的稳定的话，在地震的情况下，钢筋混凝土剪力墙就会出现损害，这样的设计考虑还是缺乏规范。若按钢筋混凝土剪力墙限值有1/800的控制力度时，钢梁、钢柱截面会因地震力加大而不断增加。 3.柱网的确定以及柱断面型式的选择

柱网的确定主要根据平面的分割情况、结合梁的位置和截面高度、以及钢梁的隐蔽方法来决定。通过外墙处的柱距可以确定柱网，处理好沿外墙钢梁和外墙窗上皮的高度关系，柱网就

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

能基本确定。钢柱的截面型式分为三种：圆管柱、方管（箱形）柱和H型钢柱。其中，管柱内灌注混凝土，制作成钢管混凝土柱，其比钢筋混凝土的承载力高出很多，同时还能节省用钢。在节点的构造作法上，方管柱结构简单科学。但是，管柱在与钢梁连接上下翼缘部位，需要用横隔板的形成贯通节点，在一定程度上增加了操作的难度，也增加的工程造价。H型钢柱，当外包钢筋混凝土时形成钢骨混凝土柱。H型钢柱的加工和使用都比较简单，只是需要较多的钢材。

四、钢结构设计中应该注意哪些问题 1.钢结构的选型和布置

进行建筑钢结构设计时需要充分的考虑建筑条件、荷载能力、使用功能、制作安装和材料使用等因素的影响，而且在确保结构体系具有良好的抗震性和防火性。同时在使用钢结构进行布置时还需要根据钢结构的使用情况及性质来进行综合的考虑，要在唯钢结构的刚度的情况，使其受力均匀，减少建筑的扭转效应，同时确保各层的抗侧力强度，确保建筑的使用功能得以满足。

2.构件的选择

在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该要根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。

3.钢结构建筑的抗震设计

钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合跟那个结构的具体高度、体系和场地条件惊醒综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比较，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，钢结构因该采用全钢框架，当结构的刚度不足时，可采用中心支撑框架、钢框筒等结构形式。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。

4.钢结构建筑的抗火设计

在利用钢结构进行设计时，需要对其抗火设计进行重视。尽管钢材是非燃烧材，但由于钢材具有较好的导热性，而且在高温下膨胀系数的增长会导致钢材强度丧失，从而使其在火灾中极其脆弱，所以需要对其抗火设计进行加强。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

五、结束语

在建筑施工中，钢结构设计是整体工程中极其重要的部分，由于其具有其他结构所无法比拟的优点，所以在当前建筑行业中得到广泛的应用。而且随着设计水平的不断提升，建筑钢结构所存在的问题也将逐渐解决，这就有效的推动建筑行业的调整发展，使国民经济得以快速的增长。 参考文献：

[1]葛家琪，张爱林，杨维国，张国军，王树，张玲.基于性能的大跨度钢结构设计研究[J].建筑结构学报，2011（12）.

[2]刘任峰.钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J].中国建筑金属结构，2013（10）. [3]高志岭.现代钢结构建筑的设计分析[J].中国建筑金属结构，2013（10）.