浅谈钢结构建筑的设计

王立耕，马振庆

（齐齐哈尔大学,黑龙江 齐齐哈尔 161006）

1 钢结构建筑简介

1.1 钢结构建筑概念

众所周知，钢结构因具有轻质、高强、抗震、承重能力强等优越性能，在建筑工程中具有十分重要的作用与地位。与一般传统建筑如砖木结构、钢筋混凝土建筑不同的是钢结构建筑是以钢柱（主要由钢板、钢管、型钢等制成）、H型钢梁为承重骨架，采用铆钉、螺栓或焊缝等连接方式，并以高强、隔热和保温墙体材料作为围护结构的新型建筑结构形式。

1.2 钢结构建筑的优点

钢结构建筑是一种比较新型的建筑形式，现如今应用已十分广泛，它的优点主要体现在：钢结构建筑质量轻，且强度高，基于该优点，钢结构适合大跨度的建筑；钢结构的材质均匀，基本上符合力学计算的假定；钢结构材质的塑性、韧性均较好，这一优点表明钢结构建筑既能抵抗较大的静力荷载，又能抵抗较大的动力荷载，所以钢结构建筑抗震性能较为优越；钢结构构件制作的精度高、施工周期短。

2 钢结构建筑设计步骤

首先，在设计施工前，要判断该建筑结构是否能够采用钢结构。因为钢结构一般用于要求经常装拆或能活动的结构，而这些结构多具有体型复杂、振动较大、荷载大、高层等特点，所以我们在做建筑结构设计时，应该事先结合钢结构的特点以及工程实际造价，综合判断该项目是否适合钢结构。

其次，实际建筑结构设计时，应该综合考虑建筑结构的布置和选型。对于钢结构的布置，要综合考虑整个建筑体系的性质、特征、荷载分布状况等因素；在钢结构的选型方面，钢结构一般可设计成网架、轻钢、平面架、索膜等型式。

再次，对钢结构进行系统的结构分析。目前，在建筑结构的实际设计中，钢结构分析一般多采用线弹性分析方法，当然，为了进行更加准确的分析，也可以考虑钢材的弹塑性能分析和几何非线性分析。

最后，钢结构建筑的节点设计。在钢结构建筑设计中，节点设计是重要的内容之一，在实际建筑结构设计前，我们应该对节点的设计形式进行细致的思考，慎重的选择，这是因为钢结构节点的连接方式不同对结构的影响较大，一旦不注意，会产生一系列不必要的误差和麻烦 。

3 钢结构建筑设计中存在问题及解决办法

尽管钢结构建筑有很多优点，然而在实际使用过程中也必须注意下面这几个问题。

3.1 钢结构实际建筑设计中的防火问题

对于钢结构建筑，火灾是其最大的危害，所以防火问题显得尤为重要。也许大家会说钢材是非燃烧材料怎么会燃烧，但实际上钢材本身不耐火，但温度升高到400℃时，钢材的屈服强度会降至室温下强度的一半，而当温度达到600℃时，钢材就会基本损失全部的强度和刚度，所以当建筑施工使用无防火保护措施的钢材时，一旦发生火灾，建筑物很容易发生损坏。

对于钢结构，其防火的可行性措施为：可以选择使用进口的新型防火板，即保全板；也可以根据钢结构部位的不同分别选择使用厚型或薄型的防火涂料，再在露出部位加涂装饰漆。

3.2 钢结构实际建筑中的防腐问题

对于钢结构建筑中的钢材，如果其长时间暴露在空气中会受到许多自然因素的侵蚀，不仅容易生锈老化，导致建筑物的外观会受到影响，也会使钢材自身的承载力下降，所以较好的解决钢结构建筑中的防腐问题显得尤为重要。

目前，解决防腐问题的主要措施是采用新型的涂料，实际操作时，首先刷两层红丹防锈底漆，然后再刷两层甲方规定颜色的钢结构面漆，一般情况下，性能较好的涂料大多是从外国进口的。

3.3 实际钢结构建筑设计时存在某些物理性问题

（1）钢结构建筑中的吸音问题，对于某些建筑大厅，比如音乐厅，其顶棚反射板增加的反射声几乎可以同时到达听众的双耳，而缺少由侧向反射带来的围绕感，目前解决吸音问题的主要措施是使用特定的吸声材料和吸声结构。

吸声材料：即本身具有吸声特性的材料，比如玻璃棉、岩棉纤维或多孔材料等，可以通过借助空气分子和孔隙壁的摩擦，从而使声能转化为热能而具有较好的吸声性能。

吸声结构：即材料本身可以不具备吸声的特性，但可以通过制成某种结构而产生吸声效果，例如穿孔石膏板吊顶就是本身不具有吸声性能，而是通过制成了某种特定结构产生吸声效果的。

（2）钢结构建筑中的隔音问题。目前噪声问题已经成为建筑学中的重要课题。从学术角度讲，声环境包括一切人耳能够识别的声音，其中有些声音是悦耳动听的，如小溪潺潺的流水声、轻快的音乐等；但有些声音则是刺耳的噪声，如机器工作时产生的轰鸣声、汽车发出的喇叭声等。然而一般对安静度要求较高的建筑，其对噪声隔离的要求也会较高,例如居民住宅、录音室等，这可以通过专门的设计手段实现，做法是使用隔声性能较好的建筑材料或结构作为隔音墙，建筑的门窗也有特别要求，即使用专门的隔声门和隔声窗。

（3）钢结构建筑中的保温问题。我们知道，建筑的外部条件主要通过两个途径来影响建筑热环境：第一个途径是外部环境中的物质通过门窗进入室内，进而被建筑室内表面所吸收，从而产生出热的效果；第二个途径是热量先被建筑外的围护结构吸收一部分，之后剩余部分热量以热传导的方式进入室内。其中外围结构的改善是目前增加建筑保温效果的重点，因为阳光可以透过玻璃而直接进入室内，从而使室内温度迅速上升，尤其对于那些不断被开发后所产生的新型玻璃，其玻璃热工性能越来越好，所以基本上能够同时实现采光和建筑保温两个效果。

4 结语

钢结构由于其独特的结构属性，目前已经成为建筑行业中比较常用的建筑材料，然而钢结构在实际的建筑设计过程中也存在一系列的问题，比如防火、防腐及某些物理性问题，这时我们需要采取一定的技术手段来解决这些问题，使钢结构在实际使用中发挥其最大的优势，更加适合于现代建筑的要求。

[1] 王丽敏.我国高强度建筑钢结构用钢标准的分析[A].2008年全国轧钢生产技术会议文集，2008.

[2] Cheng Zhijun Xu Youlin (Institute of Building Structures China Academy of Building Research 100013).建筑用钢筋发展展望[A].2009 中国钢铁年会论文集（下卷），2009.