钢结构在建筑结构设计中存在的问题简述

周瑞　季波　赵晓明

【摘 要】 钢结构具有很多优点，比如施工简便、成本造价低、结构轻等，在现代建筑工程中的应用日趋广泛。要想保证钢结构的整体性能，做好结构设计是非常重要的环节，本文结合个人工作经验对钢结构设计中几个重要问题进行了探讨，为其他工程建设提供参考。

【关键词】 钢结构；特性；设计；问题

随着科学技术的不断发展，在现代建筑工程中钢结构的使用不断增加，而且应用范围非常广泛。钢结构与传统的砌体结构、钢筋混凝土结构以及木质结构相比都有着较多的优点。一般情况下钢结构的材料主要包括钢板、钢管以及型钢等几种，主要构件包括钢柱、钢架、钢梁等，在际工程应用中还需要用到钢丝绳、钢绞线等工具，从而保证结构设计的安全、稳固。

1.钢结构的特性

1.1功能优越

钢结构的外观形态、钢结构设计布置、以及钢结构尺寸对于建筑的整体外观有着关键性的影响，因此，在设计中，只有将钢结构特性进行很好的把握，将钢结构的性能与建筑完美的结合，体现实用性与美观性的双重结合。

1.2生态环保

对于建筑长久的发展来看，环保节能的可持续才是必经之路，钢结构的应用在我国建筑中非常广泛，作为建筑施工设计的重要环节，在能源和资源利用领域，钢结构是生态环保的，钢材的反复利用能力强、效能高、强度大，边角材料也有很高的利用价值，从多方面分析可以看出，钢结构的在生态环保方面表现优异。

1.3优于钢筋混凝土结构

钢结构优于钢筋混凝土结构的原因有：第一是钢结构比起钢筋混凝土，更加有利于工厂生产，可以减少施工人力，缩短生产周期。第二，钢材料净重轻、自身结构负荷小、可以减少地基上面的开销；而且钢结构稳定性强，抗震能力好，强度高，结构不易出现断面，为建筑质量铺垫基础，同时可以创造更好的经济和社会效益。

1.4成本造价低、便于施工

造价低廉并且施工进度快是现代化钢结构建筑的基本特征。采用钢结构进行设计与施工，安装过程非常的方便快捷，而采用大规模的生产加工工艺与先进技术，还可以使得钢结构的安装造价进一步降低，使得施工企业以及建筑开发商可以获取更大的经济利润。而钢结构在通常的情况之下不会受到施工季节因素和外界环境因素的影响，整个流程可以迅速的开展。而通常在施工设计合同签订的几个月之内，整个建筑的安装工作就可以顺利完成，施工工期仅仅是钢筋混凝土施工工期的一半。

2.钢结构选型和结构布置

首先，应当合理的判断整个建筑的结构能否采用钢结构，应当结合建筑的设计类型和建筑的规模、使用功能等来加以分析，另外，还应当那个分析建筑的荷载情况、建筑层数、建筑的高度、监督跨度和振动等等。在现代化钢结构建筑设计之中还应当加强建筑的选型和结构方面的布置，当前概念化的设计在整个钢结构的工作当中有着巨大的价值和意义，尤其设施在针对建筑的选型阶段和结构布置阶段，其重要性更加明显，对于一些尚未确定的设计规范和设计的准则，应当加强对钢结构力学和破坏机理的分析，并且结合建筑的整体结构性能、抗震设计的指标和设计的经验等，来加以判断。从整体的角度着手，对局部进行研究，进而确保整个建筑的平面布置和选型可以满足基本要求。

3.钢结构设计的几个常见问题探讨

3.1防火设计

钢结构建筑在大火中，钢材的强度会快速下降，从而出现变形，致使建筑物发生失衡、破坏，因此做好钢结构的防火设计是设计师必须重视的问题。根据建筑使用功能首先确定防火等级，根据对应等级确定构件的耐火时间，再根据耐火时间和使用功能、造价确定使用防火涂料的种类。

3.2防腐设计

作为钢结构建筑中的钢材应用，这种材料经常会长久的暴露在自然气候中，受到风吹日晒等侵蚀，时间久了结构就会生锈，不仅承受能力降低，也会影响到建筑的整体美观，因此，要做好建筑预防侵蚀的工作，对于目前使用的建筑防腐材料来看，使用寿命约为20年左右，但是建筑的使用寿命按照50年来说，所以设计过程中必须注明除锈养护周期，并对除锈养护的技术要求进行明确的要求。

3.3结构设计

在钢结构设计中，楼面结构设计是非常重要的，不同于混凝土结构房屋，钢结构房屋在变形缝长上面差别很大，例如钢结构房屋温度伸缩缝长一百二十米，混凝土则为五十五米，钢框架结构房屋采用混凝土楼盖时，为了防止楼板裂缝，一般情况下，仍然采用混凝土结构房屋要求留设变形缝。只有遇到设置后浇带，或者遇到减小混凝土温度变化或收缩的可靠措施时，才可以增加伸缩缝的长度。对于压型钢板——混凝土组合楼盖的设计，除了在钢梁上焊接栓钉外，还要保证混凝土和压型钢板的良好连接，其措施主要是：在压型钢板上焊接横向钢筋；压型钢板的纵向波槽；压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼等于混凝土共同工作，保障该楼盖的整体性和强度。另外，需要说明的是，压型钢板端部必须焊接栓钉。

作为钢结构设计中的网架结构，有很多设计人员是采取网架和下部结构分开，先进行上部的设计计算，再进行下部结构的设计，但是往往下部的刚度差别大，这样的分开设计会导致网架上下刚度出现与实际的情况落差的现象，对于建筑整体钢结构来说是存在问题的。因此，在网架设计时，要下部结构和网架同时进行。网架内部结构决定着网架与钢结构的刚度有关系，分开设计虽然不会造成很大的问题，但是这样的设计时违背机构和受力理论的，不能因为没有出现问题，就不按照规范施工，作为设计人员，一定要严格规范设计行为，不断提升自身专业知识水平，不断去研究探索钢结构建筑设计的稳定性，为建筑钢结构设计的不断完善做出努力。

3.4稳定性设计

钢结构稳定性是建筑设计中很关键的问题，钢结构如果出现了失稳，会造成很大的经济损失，最重要的是影响到居住者的使用安全，给用户生命财产带来严重的危害，就目前钢结构建筑中，出现的事故主要原因由于设计者经验不够丰富，对于钢结构的特性不完全掌握，对于相关的设计要点没有进行反复的研究，从而造成钢结构的失稳，尤其对于管桁架、网架等空间结构，杆件数量非常多，每一杆杆件的安全与否都直接影响着整个建筑的安全，对于这种空间结构必须细致、认真的对每根杆件进行复核，尤其是其连接节点。

3.5钢柱柱脚的设计

（1）柱脚锚栓的锚固：柱脚锚栓的锚固长度，不同直径的锚栓，有不同的要求，在施工图中，设计人经常采用标准图集或设计手册中给定的锚栓的锚固长度。基础设计时若考虑不周全或当基础高度、基础埋置深度受到限制时，尤其对直径较大的锚栓，由于锚栓锚固长度较大，锚栓已经伸至基础底面以下，造成柱脚锚栓无法安装。特别是有些工程，上部钢结构施工图由钢结构专业公司设计，钢结构的基础施工图由另外一家设计院设计，若两家设计院未及时沟通，很容易发生由于柱脚锚栓长度过大而无法安装的情况，为此需修改设计或采取其它办法以满足锚栓的锚固长度，以免延误工期，造成不必要的损失。

（2）柱脚抗剪键：对于设置了抗剪键的柱脚，应在基础短柱顶预留一定尺寸的方孔以保证抗剪键就位，当钢柱基础间设置了基础梁，基础梁顶标高通常与基础短柱顶标高相同，这时很容易发生基础梁顶纵筋与抗剪键相碰，造成基础梁钢筋锚固长度不足。设计时如果遇到此问题时，可将基础梁顶标高降低或将基础梁水平定位与抗剪键错开，以满足基础梁顶纵筋的锚固长度。

4.结语

本文针对现代化的钢结构建筑基本特点和主要的优势进行综合性的分析，明确了建筑设计过程之中采用钢结构材料的主要特点，针对当前建筑结构设计之中应注意的问题进行综合性的探讨，旨在全面促进设计水准的提升，促进设计效益的改进。

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